Workflow management systems allow workflows to be defined, executed, and managed with support of integrated organizational control. A workflow comprises a set of workflow activities which cooperate with each other to achieve the common goal of a business process. The significant improvement of workflow relevant technologies makes most business processes supported by workflow management systems. On the other hand, most existing workflow management systems have not considered performance to be an issue. But, many workflow applications such as telecommunications workflow processes require high performance workflow processing. In this regard, we in this paper propose three independent methods to improve the performance of a workflow.
Workflow applications often have timing constraints such that each processing of a workflow needs to be finished within its deadline. Previous works, however, have not much considered appropriate analyses to determine the processing capacities for certain activities so that most workflow instances can satisfy the deadline. As the first method for high performance workflow systems, we address a suitable scheme that can maximize the number of workflow instances satisfying the given deadline. Hence, we present a method to find out a set of critical activities where a
critical activity is the one whose delay of completion directly affects the overall processing time of a workflow. Since each critical activity must have a certain number of servers for the sufficient processing capacity, we then develop a method to determine the minimum number of servers for the critical activity such that this activity should be finished without delay for a given input arrival rate. We show through performance experiments that the method can be effectively utilized in practice.
Workflow time management is important in timely scheduling of workflow process execution, avoiding deadline violations, and improving the workflow throughput. Though there have been some studies on the dynamic deadline management in a workflow, the importance of the static deadline management has not been much addressed in the past. As the second method, we propose a static deadline allocation method that can facilitate an efficient workflow processing. The method can achieve high workflow throughput by analyzing the interrelated workflow components. We also present various experimental results that show the usefulness
and efficiency of the method.
The issue of vertical partitioning has extensively been studied with many proposed approaches, which can be applied to the areas where the match between data and transactions affects performance. Vertical partitioning is the process of producing groups of attributes, called fragments, which are composed of attributes with high affinity each other. Though a general vertical partitioning method should be able to generate arbitrary n fragments as well as all meaningful fragments, previous methods have some limitations to support both of them. In this thesis, we propose an efficient and flexible vertical partitioning method based on the theory of a fuzzy graph, which is the third method to achieve high performance workflow processing. The method can not only generate all meaningful fragments at a time but also support n-ary partitioning without any complex mathematical computations. Through this method, we can efficiently distribute workflow data and consequently improve the performance of workflow processing.
In this thesis we propose three systematic and integrated methods which can improve the performance of workflow processing. Each of them is considered in the aspect of an important workflow component, i.e., a workflow engine, an activity performer, and the workflow data, respectively.
워크플로우 관리 시스템(workflow management system)은 통합된 조직 관리 기능을 바탕으로 업무를 위한 워크플로우들을 정의하고 수행하며 관리한다. 워크플로우(workflow)는 업무의 목적을 달성하기 위해 서로 협력하는 일련의 단위 작업들의 모임인 워크플로우 액티비티(workflow activity)들의 집합으로 구성되며, 이들 액티비티들은 수행 순서에 따라 서로 연결 관계를 가진다. 최근의 워크플로우 관련 기술들의 발전으로 산업체 및 공공부문의 많은 업무 처리를 워크플로우 관리 시스템으로 지원할 수 있게 되었다. 한편, 기존의 대부분의 워크플로우 관리 시스템들은 워크플로우 성능에 대해서는 많은 관심을 가지지 않았다. 그러나, 전기통신 워크플로우 프로세스와 같은 워크플로우 응용 영역에서는 고성능 워크플로우 처리에 대한 요구가 상당히 증가하고 있다. 이러한 면에서, 본 논문에서는 워크플로우의 성능을 향상시키기 위한 서로 다른 세가지 방법들을 제안한다.
대부분의 워크플로우 응용들은 마감시간(deadline)과 같은 시간 제약성을 가지고 있다. 이는 워크플로우 실행은 마감 시간내에 수행이 완료되기를 요구한다. 그러나 지금까지의 대부분의 연구들에서는 이와 같은 워크플로우의 시간 제약성을 만족시키기 위한 세부적인 분석들이 이루어지지 않았다. 이에 본 논문에서는 고성능 워크플로우 시스템을 지원하는 첫번째 방법으로 특정 워크플로우 액티비티들의 수행 능력을 향상시킴으로써 정의된 마감시간을 만족하는 워크플로우 인스턴스(workflow instance)들을 증가시키는 방법을 제안한다. 이를 위해 워크플로우 정의에서 임계 액티비티(critical activity)들을 결정한다. 임계 액티비티들은 자신들의 수행 지연이 워크플로우 전체의 수행 시간에 직접적인 영향을 주는 액티비티들을 의미한다. 이러한 임계 액티비티들의 수행 지연을 막기 위해 임계 액티비티의 수행 능력을 향상시키는 방법들 중의 하나는 임계 액티비티의 역할을 수행하는 액티비티 서버를 중복시키는 것이다. 여기서, 본 논문에서 제안하는 첫번째 방법은 주어진 수행 요청율에 대하여 지연없이 임계 액티비티의 역할을 수행 완료할 수 있는 최소 액티비티 중복 서버의 개수를 결정한다. 그리고 성능 실험을 통하여 이 방법이 실제 응용에 적용 가능함을 보인다.
워크플로우 시간 관리는 워크플로우 수행에 대한 적절한 스케줄링을 지원하고 마감 시간과 같은 시간 제약성을 준수하게 하고 워크플로우 처리률을 향상시킬 수 있다는 면에서 아주 중요하다. 지금까지 워크플로우 영역에서 이 문제를 효과적으로 지원하기 위해 동적 마감 시간(dynamic deadline) 관리 기법들에 대한 연구가 많이 수행되었으며, 상대적으로 정적 마감 시간(static deadline) 관리 방법들에 대해서는 많은 연구가 이루어지지 않았다. 그러므로 본 논문에서 제안하는 두번째 방법으로 효율적인 워크플로우 처리를 지원하는 정적 마감시간 할당 방법에 대해 제안한다. 이 방법은 워크플로우 제어 구조의 특성을 분석하여 반영하므로 높은 워크플로우 처리율을 달성할 수 있다. 또한 다양한 성능 실험 결과들은 이 방법의 유용성과 효율성을 보여준다.
데이터의 수직 분할(vertical partitioning) 문제는 데이터와 이 데이터를 이용한 질의들의 상관 관계가 시스템 성능에 영향을 미치는 모든 분야에 응용될 수 있다. 그리고 이에 대한 연구는 기존의 분산 데이터베이스(distributed database) 영역에서 많이 수행되어 왔다. 수직 분할은 주어진 데이터 집합을 친밀도(affinity)에 따라서 여러개의 분할(fragment)들을 생성하는 것이다. 그러므로 임의의 분할에는 친밀도가 높은 데이터들이 모이게 된다. 일반적으로 범용 수직 분할 방법은 모든 의미있는 분할들을 생성해야할 뿐만 아니라 임의의 요구되는 개수의 분할들도 생성할 수 있어야 한다. 그러나 기존의 수직 분할 문제에 대한 대부분의 연구들은 모든 의미있는 분할들을 생성하는데 관심을 두었으며 위의 두가지 기능을 모두 지원하는데는 제한이 있었다. 이에 본 논문에서는 워크플로우 성능을 향상시키기 위한 세번째 방법으로 퍼지 그래프(fuzzy graph) 기반의 효율적이며 유연성이 높은 수직 분할 방법을 제안한다. 이 방법은 복잡한 수학적인 계산없이 모든 의미있는 분할들을 생성할 수 있을 뿐만 아니라 임의의 n개의 분할들도 생성할 수 있다. 이 방법을 통하여 워크플로우 데이터를 효과적으로 분할하여 워크플로우의 처리 성능을 향상시킬 수 있다.
본 논문에서 우리는 고성능 워크플로우 시스템을 지원하기 위한 세가지의 체계적이며 통합적인 방법들을 제안한다. 각각의 방법은 워크플로우 주요한 구성 요소들인 액티비티 수행자, 워크플로우 스케줄러, 그리고 워크플로우 데이터의 관점에서 고려된다.
