制造网格资源服务优化配置理论与应用研究

摘要

当前针对制造网格(Manufacturing Grid，MGrid)的研究主要集中在MGrid的体系结构、关键技术、资源管理系统、某个行业中的应用原型平台、资源共享方式等方面，在抽象层面上进行了研究。而对构建MGrid资源共享的基础(MGrid资源服务数字化方法)和实现MGrid资源共享的关键技术(MGrid资源服务优化配置理论与技术)研究不足，没有具体的构建理论与方法。主要体现在以下几个方面：(1)MGrid系统中的用户如何向平台发布本企业空闲的资源或服务能力?(2)如何实现所发布的资源或服务的数字化描述?(3)成员之间如何相互发现资源或服务?(4)如何对所搜索到的资源服务的服务质量(QoS)进行评估?(5)如何根据任务需求，实现资源服务优选与组合?(6)如何检测MGrid资源服务优化配置过程中出现的故障并恢复? 本文围绕以上MGrid资源服务优化配置问题，在深入研究MGrid内涵的基础上，提出了包括资源服务构造层、核心中间件层、用户中间件层、用户接口层、应用层在内的面向服务的MGrid五层体系架构。据此架构，设计了支持协同制造的MGrid运行平台。针对MGrid平台中资源服务优化配置需求，提出了MGrid资源服务优化配置整体解决方案并设计了实现系统。对实现该系统的资源服务数字化描述、匹配与搜索、QoS评估、优选与组合、故障检测与消解等基础理论与关键技术进行了深入研究。主要工作和研究成果如下： (1)讨论了MGrid资源的定义、给出了MGrid资源服务分类体系及相应的接口类。研究提出了三步骤的MGrid本体构建方法。基于所提出的构建方法，参照OWL-S本体，建立了MGrid本体。在此基础上提出了基于MGrid本体和OWL-S的资源服务数字化描述方法。为MGrid资源服务优化配置提供了数据与信息支持。 (2)针对MGrid资源服务数字化描述特点，将MGrid资源服务描述信息分为文字概念、句子、数值(包括数值区间和模糊数)、实体类(数据结构体)概念四类。分别提出了相应的信息相似度匹配算法。在此基础上设计了基于基本匹配、输入输出(I/O)匹配、QoS匹配、综合匹配的四步骤MGrid资源服务匹配与搜索机制，给出了具体实现算法并进行了实例应用验证。 (3)为给用户和系统选择最佳资源服务，为资源服务优化配置提供量化参考依据，建立了MGrid资源服务QoS评估指标体系，给出了各QoS评价指标的评估模型和实现算法。重点研究了MGrid资源服务信任QOS(Trust-QoS)的评估模型、量化实现算法、信任值的实时动态更新算法，并进行了实例验证。 (4)针对单一资源服务需求任务(SRSRTask)的资源服务优选问题和多资源服务请求任务(MRSRTask)的资源服务组合及优选问题，设计了资源服务QoS参数提取方法；提出了基于QoS的资源服务优选与组合方法，包括执行MRSRTask的组合资源服务基本模型及其QOS计算方法，MGrid资源服务组合路径生成方法和优选算法，并进行了实例应用验证。 (5)提出了MGrid资源服务优化配置容错管理机制。定义了MGrid资源服务优化配置过程中可能产生的13种故障，并进行了分类：设计了MGrid资源服务优化配置容错管理系统；给出了各类故障的具体检测方法及基于ECA的故障消解策略；对所提出的容错管理机制进行了应用实验验证。结果表明能有效提高MGrid资源服务优化配置的可靠性。 (6)开发了MGrid资源服务优化配置系统，对所提出的MGrid资源服务优化配置理论进行了验证；并以磁悬浮转子系统为应用对象，在开发的系统中实现了磁悬浮转子系统开发过程中所需的各类资源和服务的共享与优化配置。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表清单、术语表、术语表(续)

声明

第一章 绪论

1.1制造网格(Mgrrid)提出的背景

1.2制造网格内涵

1.2.1网格及其应用

1.2.2制造网格(MGrid)概念

1.2.3制造网格的基本特征

1.2.4制造网格的内涵

1.2.5制造网格与网络化制造和计算网格的区别

1.3制造网格研究现状

1.4当前制造网格研究存在的问题

1.5课题来源及研究目的与意义

1.5.1课题来源

1.5.2研究目的与意义

1.6论文主要研究内容及逻辑结构

1.6.1主要研究内容

1.6.2论文逻辑结构

1.7本章小结

第二章 制造网格资源服务优化配置系统框架

2.1概述

2.2制造网格体系结构

2.2.1制造网格体系结构

2.2.2制造网格协同制造平台

2.3制造网格资源服务优化配置系统(MGRSOAS)框架及组成

2.4实现MGRSOAS的关键研究点

2.5 MGRSOAS框架与其它资源管理系统或框架的比较

2.6本章小结

第三章 制造网格资源服务数字化描述

3.1概述

3.2制造网格资源与资源服务

3.2.1制造网格资源与资源服务分类

3.2.2制造网格资源服务数字化描述问题

3.2.3相关工作

3.3制造网格本体构建方法

3.3.1本体论与制造网格

3.3.2制造网格本体构建方法

3.3.3制造网格本体描述语言选择

3.4基于OWL-S的制造网格本体

3.5基于制造网格本体的制造网格资源服务数字化描述

3.5.1资源服务主体描述

3.5.2资源服务描述

3.5.3资源服务模型描述

3.5.4资源服务定位描述

3.5.5资源服务数字化描述实例

3.6本章小结

第四章 制造网格资源服务匹配与搜索

4.1概述

4.1.1研究意义

4.1.2研究现状与问题

4.1.3研究内容

4.2 MGrid资源服务匹配模型与实现框架

4.2.1资源服务匹配类型

4.2.2制造网格资源服务匹配与搜索机制的实现框架

4.3 MGrid资源服务信息匹配相似度算法

4.3.1文字概念匹配算法

4.3.2句子匹配算法

4.3.3数值匹配算法

4.3.4实体类概念(数据结构体)匹配算法

4.4制造网格资源服务匹配

4.4.1基本匹配

4.4.2输入／输出(I/O)匹配

4.4.3 QoS匹配

4.4.4资源服务匹配综合算法

4.5资源服务匹配综合应用实例

4.6本章小结

第五章 制造网格资源服务QoS评估

5.1概述

5.1.1研究意义

5.1.2相关工作

5.2制造网格资源服务评估指标体系

5.3制造网格资源服务QoS模型

5.4 QoS评估模型

5.4.1时间

5.4.2代价

5.4.3可靠性

5.4.4功能相似度

5.4.5服务品质等级协议

5.4.6安全性

5.4.7可维护性

5.4.8满意度

5.5Trust-QoS评估模型

5.5.1制造网格资源服务信任关系的管理

5.5.2制造网格资源服务Trust-QoS关系模型

5.5.3制造网格资源服务Trust-QoS评估模型

5.5.4模型中数据结构设计与定义

5.5.5Trust-QoS量化评估算法

5.5.6Trust-QoS值的动态更新

5.5.7制造网格资源服务Trust-QoS评估实例

5.6本章小结

第六章 制造网格资源服务优选与组合

6.1概述

6.2制造网格资源服务优化配置实现流程

6.3制造网格资源服务QoS提取

6.4制造网格资源服务优选

6.5制造网格资源服务组合及优选

6.5.1相关概念和定义

6.5.2组和资源服务(CRS)基本模型及其QoS计算

6.5.3组合资源服务执行路径(CRSEP)生成

6.5.4制造网格资源服务组合优选

6.6应用实例

6.6.1Tmagnetic资源服务组合执行路径生成

6.6.2Tmagnetic资源服务组合执行路径优选

6.7算法性能实验仿真比较与分析

6.7.1成功率比较

6.7.2效率比较

6.8本章小结

第七章 制造网格资源服务优化配置容错管理

7.1概述

7.2制造网格资源服务优化配置故障

7.2.1虚拟连接相关的故障

7.3.2资源服务相关的故障

7.2.3任务相关的故障

7.2.4应用相关的故障

7.3制造网格资源服务优化配置容错管理实现框架

7.4制造网格资源服务优化配置故障检测

7.4.1虚拟连接故障检测

7.4.2资源服务相关的故障检测

7.4.3任务相关的故障检测

7.4.4应用相关的故障检测

7.5基于ECA的制造网格资源服务优化配置容错机制

7.6实验仿真分析

7.7本章小结

第八章 制造网格资源服务优化配置系统开发与应用

8.1系统开发背景与环境

8.1.1系统开发目标

8.1.2系统开发环境与工具选择

8.2系统开发与实现

8.2.1系统实现架构及功能

8.2.2制造网格资源服务封装与发布实现

8.2.3制造网格资源服务优化配置实现

8.3应用实例——MBRSSP-MGrid

8.4本章小结

第九章 论文总结及展望

9.1全文总结

9.2工作展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间负责和参与的科研项目

负责项目

参与项目

本论文获得的软件著作登记版权

攻读博士学位期间获奖情况

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢