一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括以下步驟：將復(fù)雜制造任務(wù)分解成適合于網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)加工的子任務(wù)，分析各個(gè)子任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)約束，從而構(gòu)建制造網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；在此基礎(chǔ)上對(duì)資源節(jié)點(diǎn)的度及其分布、節(jié)點(diǎn)的角色、節(jié)點(diǎn)間的平均路徑長(zhǎng)度和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)等動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，并結(jié)合4個(gè)優(yōu)化指標(biāo)TQCS，采用傳統(tǒng)全局最優(yōu)選擇算法即可進(jìn)行資源節(jié)點(diǎn)優(yōu)化選擇。本發(fā)明方法能從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度提高制造網(wǎng)格環(huán)境下資源節(jié)點(diǎn)的全局優(yōu)化選擇能力，因此非常適用于制造網(wǎng)格動(dòng)態(tài)資源環(huán)境中，適合求解大規(guī)模的動(dòng)態(tài)資源選擇問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造網(wǎng)格【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在以制造資源和服務(wù)共享為基礎(chǔ)的制造網(wǎng)格環(huán)境下，資源的選擇及其優(yōu)化調(diào)度方法是資源共享和協(xié)同的關(guān)鍵。為了使制造用戶“在合適的時(shí)間以合適的方式使用合適的資源”，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)Globus資源管理體系中的不足，提出了各自的資源選擇方法?？梢詺w納為以下幾點(diǎn):
(I)基于智能算法模型的資源選擇
基于智能算法的資源選擇方法比較適合資源對(duì)象不明確的情況，它根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能方法來(lái)確定黑箱模型。一些學(xué)者將智能化方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法、禁忌搜索算法、遺傳算法、多智能體等用于制造資源的選擇中，取得一些研究成果。這類方法的優(yōu)點(diǎn)很明確，具有以下共同的要素:自適應(yīng)的結(jié)構(gòu)、隨機(jī)產(chǎn)生的或指定的初始狀態(tài)、適應(yīng)度的評(píng)測(cè)函數(shù)、修改結(jié)構(gòu)的操作、系統(tǒng)狀態(tài)存儲(chǔ)器、終止計(jì)算的條件、指示結(jié)果的方法、控制過(guò)程的參數(shù)。這些智能優(yōu)化算法具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)的簡(jiǎn)單特征和簡(jiǎn)單、通用、魯棒性強(qiáng)、適于并行處理的優(yōu)點(diǎn)，在并行搜索、聯(lián)想記憶、模式識(shí)別、知識(shí)自動(dòng)獲取等方面得到廣泛的應(yīng)用。但這些方法的缺點(diǎn)同樣明顯，對(duì)于制造網(wǎng)格多資源動(dòng)態(tài)的復(fù)雜資源選擇而言，由于不了解復(fù)雜資源對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此不能有效地指導(dǎo)后續(xù)的選擇算法設(shè)計(jì)。同時(shí)，當(dāng)資源選擇規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大特別是在動(dòng)態(tài)調(diào)度環(huán)境中，這類方法滿足不了實(shí)時(shí)性的要求，故這類方法適合求解適當(dāng)規(guī)模的靜態(tài)資源選擇問(wèn)題。
[0003](2)基于圖論模型的資源選擇
最早將圖論模型用于資源選擇問(wèn)題的是Balas于1969年提出的析取圖，析取圖是最簡(jiǎn)單的一種圖論模型，通過(guò)此種描述，每種資源選擇實(shí)現(xiàn)都可以看作是該圖中的一條路徑，因此極小化最后一個(gè)任務(wù)完成時(shí)間的選擇目標(biāo)可以看成是提取其中的某個(gè)完備子圖使得其中的最大路徑極小化；排隊(duì)論網(wǎng)絡(luò)模型在資源選擇中的應(yīng)用也得到研究，在排隊(duì)理論中，每個(gè)制造資源作為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上子任務(wù)的堆積視為該節(jié)點(diǎn)上的隊(duì)列，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的隊(duì)列有直接關(guān)聯(lián)，即如果一個(gè)任務(wù)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)上加工完緊接著還要到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上加工，則該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)有邊相連，從而使得選擇問(wèn)題一定程度上可以采用排隊(duì)論理論來(lái)求解。一些學(xué)者將Petri網(wǎng)模型用于制造網(wǎng)格的資源選擇問(wèn)題中，取得一定效果。由于該類模型非常注重細(xì)節(jié)，因此具有極強(qiáng)的描述能力，但也正因?yàn)槿绱?，Petri網(wǎng)的狀態(tài)空間會(huì)存在指數(shù)爆炸問(wèn)題，這限制了該模型更為廣泛的應(yīng)用；莫瑜等將節(jié)點(diǎn)著色模型應(yīng)用到制造網(wǎng)格的資源管理中，其出發(fā)點(diǎn)是為了完成一定量的任務(wù)所需要的某種資源的最少量。通常完成一定量的任務(wù)可以用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)表示，而計(jì)算某種資源的最少量則可以相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為該網(wǎng)絡(luò)圖上的節(jié)點(diǎn)著色問(wèn)題。節(jié)點(diǎn)著色模型由于它的圖論本質(zhì)，具有形象化的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它的描述方法比Petri網(wǎng)簡(jiǎn)單很多。[0004]所有這些模型都有一個(gè)共同的假設(shè)，即在分析具體問(wèn)題時(shí)，圖的結(jié)構(gòu)都必須是固定的，即必須是一個(gè)靜態(tài)的圖。比如對(duì)于析取圖而言，如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一直在變化，要從中提取出一條最長(zhǎng)路徑幾乎是不可能的；對(duì)于Petri網(wǎng)而言，所分析的也是一個(gè)靜態(tài)的圖，即所有待處理的事件都需要提前給定；節(jié)點(diǎn)著色模型只能針對(duì)一類比較狹窄的選擇問(wèn)題，即選擇目標(biāo)必須是某類資源的某種個(gè)數(shù)最少，這一事實(shí)限制了這類模型的應(yīng)用范圍，無(wú)法解決制造網(wǎng)格環(huán)境下多資源、動(dòng)態(tài)異構(gòu)的復(fù)雜資源選擇問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中資源選擇方法在制造網(wǎng)格分布、動(dòng)態(tài)環(huán)境下復(fù)雜制造任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇上的不足，提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，以解決制造網(wǎng)格環(huán)境下多資源、動(dòng)態(tài)異構(gòu)的資源節(jié)點(diǎn)的全局優(yōu)化選擇問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括以下步驟:
(I)對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)進(jìn)行分解:根據(jù)制造任務(wù)要求，復(fù)雜制造任務(wù)分解成適合于網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)加工的可并行或串行執(zhí)行的相關(guān)的η個(gè)子任務(wù)\ (i =1,2, -η)；
具體如下:
1.1)將復(fù)雜制造任務(wù)T按加工需求分解成η個(gè)子任務(wù)ti ；
1.2)如果\是最小子任務(wù)，則進(jìn)入步驟2);否則進(jìn)入步驟(1.3)；
1.3)對(duì)非最小子任務(wù)進(jìn)行滿意度測(cè)評(píng)，若達(dá)到任務(wù)分解平均滿意度后則不必再分解，進(jìn)入步驟2);否則回到步驟1.1)繼續(xù)對(duì)該任務(wù)進(jìn)行分解；
2)對(duì)分解后的子任務(wù)進(jìn)行約束關(guān)系分析，構(gòu)建制造網(wǎng)格中針對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)的制造資源連通圖，形成制造網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；
具體如下:
2.1)對(duì)步驟(I)中分解的子任務(wù)進(jìn)行約束關(guān)系分析，所述約束關(guān)系包括自由約束、并聯(lián)約束和串聯(lián)約束；
2.2)根據(jù)各子任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)約束關(guān)系，構(gòu)建制造網(wǎng)格中針對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)的制造資源連通圖；
2.3)約束關(guān)系將復(fù)雜制造任務(wù)T的子任務(wù)\在網(wǎng)格上的各個(gè)資源節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行分配，獲得各個(gè)子任務(wù)的所有分配組合，將每種組合對(duì)應(yīng)一種制造網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而在制造網(wǎng)格中構(gòu)建針對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)T的制造資源節(jié)點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；
3)對(duì)制造網(wǎng)格復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點(diǎn)的度及其分布、節(jié)點(diǎn)的角色、節(jié)點(diǎn)間的平均路徑長(zhǎng)度和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析；
4)確定完成復(fù)雜制造任務(wù)T的4個(gè)優(yōu)化指標(biāo)TQCS，按照需要設(shè)置這4個(gè)優(yōu)化指標(biāo)TQCS的權(quán)重系數(shù)；所述優(yōu)化指標(biāo)TQCS為:T:執(zhí)行時(shí)間最小；Q:完工質(zhì)量最好；C:執(zhí)行成本最低；S:服務(wù)質(zhì)量最佳；
5)用全局最優(yōu)選擇算法對(duì)制造網(wǎng)格的資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇。
[0007]按上述方案，所述步驟1.3)中滿意度測(cè)評(píng)的方法為:
設(shè)計(jì)組通過(guò)模糊變量集{很不滿意，不滿意，一般，滿意，很滿意}來(lái)表示，并分別以數(shù)值{0,0.25，0.5,0.75，1}來(lái)量化表示；平均滿意度設(shè)計(jì)為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)進(jìn)行分解:根據(jù)制造任務(wù)要求，復(fù)雜制造任務(wù)分解成適合于網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)加工的可并行或串行執(zhí)行的相關(guān)的η個(gè)子任務(wù)^ (i =1,2, -η)； 具體如下: 1.1)將復(fù)雜制造任務(wù)T按加工需求分解成η個(gè)子任務(wù)ti ； 1.2)如果\是最小子任務(wù)，則進(jìn)入步驟2);否則進(jìn)入步驟(1.3)； 1.3)對(duì)非最小子任務(wù)進(jìn)行滿意度測(cè)評(píng)，若達(dá)到任務(wù)分解平均滿意度后則不必再分解，進(jìn)入步驟2);否 則回到步驟1.1)繼續(xù)對(duì)該任務(wù)進(jìn)行分解； 2)對(duì)分解后的子任務(wù)進(jìn)行約束關(guān)系分析，構(gòu)建制造網(wǎng)格中針對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)的制造資源連通圖，形成制造網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)； 具體如下: 2.1)對(duì)步驟(1)中分解的子任務(wù)進(jìn)行約束關(guān)系分析，所述約束關(guān)系包括自由約束、并聯(lián)約束和串聯(lián)約束； 2.2)根據(jù)各子任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)約束關(guān)系，構(gòu)建制造網(wǎng)格中針對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)的制造資源連通圖； 2.3)約束關(guān)系將復(fù)雜制造任務(wù)T的子任務(wù)\在網(wǎng)格上的各個(gè)資源節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行分配，獲得各個(gè)子任務(wù)的所有分配組合，將每種組合對(duì)應(yīng)一種制造網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而在制造網(wǎng)格中構(gòu)建針對(duì)復(fù)雜制造任務(wù)T的制造資源節(jié)點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)； 3)對(duì)制造網(wǎng)格復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點(diǎn)的度及其分布、節(jié)點(diǎn)的角色、節(jié)點(diǎn)間的平均路徑長(zhǎng)度和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析； 4)確定完成復(fù)雜制造任務(wù)T的4個(gè)優(yōu)化指標(biāo)TQCS，按照需要設(shè)置這4個(gè)優(yōu)化指標(biāo)TQCS的權(quán)重系數(shù)；所述優(yōu)化指標(biāo)TQCS為:T:執(zhí)行時(shí)間最?。籕:完工質(zhì)量最好；C:執(zhí)行成本最低；S:服務(wù)質(zhì)量最佳； 5)用全局最優(yōu)選擇算法對(duì)制造網(wǎng)格的資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，所述步驟1.3)中滿意度測(cè)評(píng)的方法為: 設(shè)計(jì)組通過(guò)模糊變量集{很不滿意，不滿意，一般，滿意，很滿意}來(lái)表示，并分別以數(shù)值{0,0.25,0.5,0.75,1}來(lái)量化表示；平均滿意度設(shè)計(jì)為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，步驟3)中動(dòng)力學(xué)特性分析采用以下公式: 其中，資源節(jié)點(diǎn)平均度k表達(dá)為:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造網(wǎng)格復(fù)雜任務(wù)資源節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，所述全局最優(yōu)選擇算法為遺傳算法或禁忌搜索算法。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK103944998SQ201410180427
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】尹勇, 撒繼銘, 周祖德 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)