基于对等网络的制造资源共享系统关键技术研究

摘要

网络化制造是制造业适应全球发展趋势和提高企业竞争能力的一种先进制造模式。制造资源共享是实施网络化制造的基础和关键环节。制造资源共享系统为企业之间进行合作生产与协同制造提供了有效地资源共享支撑环境。对等网络所具有的地位平等、负载均衡、自适应和可扩展性等特点,为网络环境下分布、异构、动态的制造资源共享和更大范围企业间协作提供了一个新的技术支持。本文围绕基于对等网络的制造资源共享系统的体系结构、制造资源模型、制造资源的组织策略、资源的搜索及优化和资源访问节点的安全性等关键技术进行了深入研究。主要研究工作与创新点如下:
　　(1)提出了一个基于对等网络的制造资源共享系统结构。为缓解传统集中式资源共享带来的服务节点带宽压力,提高系统制造资源共享能力,本文设计了一个基于对等网络的多对多共享模式,可使制造企业各结点逻辑平等,可支持资源查询者与资源共享者直接协商完成资源共享。针对制造资源共享系统功能需求,基于该共享模式构建了系统体系结构,包括系统应用层、制造资源管理层、对等覆盖网络层和物理网络平台层等四部分;描述了各层的功能和系统主要实现技术,为后续的研究与实现提供了指导。
　　(2)建立了支持对等网络应用的制造资源模型。为了建立制造资源的一致性描述,根据制造资源的存储特点和应用需求,分类组织了制造资源;应用本体技术提出了一种制造资源模型,并给出了模型的图形化和RDFS描述。该模型可对制造资源整体进行描述,既表达了各类资源本身的特征属性信息,也反映了制造资源的层次结构。同时,针对文档类资源,详细描述了模型建立过程;以设计图纸文档为例,描述了其RDF元数据文档,并验证了该模型的可行性。
　　(3)研究了基于对等网络的制造资源信息组织策略。描述了一个非结构化的两层对等网络拓扑模型,提出了一种该网络拓扑高效构造算法;为了减少网络拓扑构造代价,拓扑构造时网络节点采用已知节点引导方法加入对等网络;同时,为了减少查询过程所产生的网络负载,加入节点尽量选择物理位置上距离相近的超级节点相链接。并且,针对该对等网络描述了制造资源信息的发布、索引、撤销和更新等主要操作。实验结果表明,在相同规模覆盖网络下,该对等网络拓扑构造方法比传统随机构造方法降低30％左右的构造成本,且网络节点负载均衡,查询性能稳定。
　　(4)提出了一种提高制造资源搜索效率的对等网络拓扑优化方法。为了提高资源查询效率,减少网络负担,本文提出了一种基于兴趣社区改进已有对等网络拓扑的优化方法。根据制造资源的层次结构,建立其树形结构;树中各结点被视为一种兴趣或兴趣集,整棵树代表一棵兴趣树;广度优先遍历兴趣树获取资源的兴趣标识,并表示为二进制位串;根据节点保存的所有制造资源的兴趣计算出该节点的兴趣,从而使资源和节点之间建立起关联。依据节点的兴趣判断节点之间的距离,使兴趣相近的节点聚集在一起组成兴趣社区。改进后的对等覆盖网络中,节点之间具有邻居关系和朋友关系两种联系。查寻资源时,搜索请求主要在朋友关系的兴趣社区内部传播,故查询路径缩短,带宽消耗减少。实验结果表明,该方案与改造前相比提高了大约20%的资源查询效率。
　　(5)提出了一种基于灰色关联和反馈推荐的制造资源节点信任调整机制。为了解决制造资源的安全性问题,针对制造资源信息共享应用中影响系统效率因素较多的特点,提出利用灰色关联分析理论和反馈推荐机制建立一种对等网络制造资源节点之间信任管理方法。该方法分析和挖掘历史评分数据的动态变化,建立和维护系统节点之间的信任值,并利用访问节点对推荐结果的反馈来调整推荐节点信任值的变化。文中详细描述了基于灰色关联分析的制造资源节点信任值精确计算方法和基于反馈推荐机制的节点信任值调整算法。模拟结果表明,系统使用该信任机制后的查询准确率比使用前的准确率相对提高,且随着查询次数增加查询准确率呈递增态势。
　　最后,作者基于上述研究成果,以设计图纸等文档类资源的共享应用为例,开发了一个制造资源信息共享原型系统,并通过实例进行了系统验证。实践表明,用户可以方便地利用该原型系统实现文档类制造资源共享的各种基本操作,如制造资源发布、查找、下载和在线交流等,为网络化环境中制造企业内部或企业之间的资源安全便捷的共享需求提供了软件环境。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关研究现状

1.3 对等网络相关研究

1.4 已有研究的不足之处

1.5 本文主要研究内容

1.6 论文章节安排

1.7 本章小结

2 基于对等网络的制造资源共享系统结构

2.1 制造资源共享系统分析

2.2 制造资源共享系统的数学模型

2.3 基于对等网络的多对多制造资源共享模型

2.4 多对多共享模型的体系结构

2.5 对等覆盖网络模型

2.6 系统主要技术

2.7 本章小结

3 面向对等网络系统的制造资源建模

3.1 制造资源建模的目的与方法

3.2 制造资源建模步骤

3.3 资源建模工具介绍

3.4 制造资源模型的建立

3.5 文档类资源的建模与描述

3.6 制造资源模型应用

3.7 本章小结

4 基于对等网络的制造资源信息组织策略

4.1 对等网络应用分析

4.2 一种非结构化双层对等网络及其拓扑构造

4.3 制造资源信息的发布

4.4 制造资源信息的撤销与更新

4.5 仿真及性能分析

4.6 本章小结

5 基于对等网络拓扑优化的制造资源高效搜索

5.1 相关研究

5.2 兴趣及其描述

5.3 兴趣社区的构造与维护

5.4 基于兴趣社区的制造资源搜索

5.5 实验及结果分析

5.6 本章小结

6 基于灰色关联和反馈推荐的制造资源节点信任调整

6.1 问题描述

6.2 灰色关联分析理论

6.3 基于灰色关联的节点信任值计算

6.4 基于反馈推荐的信任调整

6.5 仿真与分析

6.6 本章小结

7 基于对等网络的制造资源共享原型系统实现

7.1 原型系统总体设计

7.2 JXTA开发平台

7.3 原型系统主要软件模块及其实现

7.4 原型系统运行配置

7.5 系统应用测试

7.6 本章小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 进一步工作展望

致谢

参考文献

附录