云制造環(huán)境中面向多任務(wù)的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，與先進(jìn)制造模式和技術(shù)相融合，形成了云制造模式。它旨在匯聚全球資源、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新的核心推動(dòng)力，而服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)正是云制造中實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的關(guān)鍵使能技術(shù)。然而，由于云制造具有開(kāi)放性及多用戶(hù)制造特征，使其環(huán)境中的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題具有多任務(wù)背景；其高度的系統(tǒng)伸縮性與需求復(fù)雜性，使云制造中的多任務(wù)請(qǐng)求模式變得更為復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致云制造中的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題復(fù)雜性增加。如何適

2、應(yīng)云制造多任務(wù)背景及復(fù)雜的多任務(wù)請(qǐng)求模式，實(shí)現(xiàn)服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)，提升優(yōu)化配置效果，成為本文關(guān)注的問(wèn)題核心。
　　本文針對(duì)云制造多任務(wù)背景及復(fù)雜的多任務(wù)請(qǐng)求模式，以服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題為研究對(duì)象，以提升資源優(yōu)化配置的整體效果為研究目標(biāo)，探討云制造環(huán)境下面向多任務(wù)的服務(wù)組合與優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)。主要工作如下：
　　①提出了云制造環(huán)境中的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)框架，并歸納總結(jié)出三種服務(wù)組合模式。首先，為明確云制造環(huán)境中的服務(wù)組合與優(yōu)化關(guān)鍵

3、技術(shù)問(wèn)題，提出了云制造環(huán)境中的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)框架；在該框架下，分析相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研究狀況，了解其在云制造環(huán)境中的適用性。接著，重點(diǎn)探討了單任務(wù)請(qǐng)求模式下的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)對(duì)于云制造環(huán)境中的多任務(wù)請(qǐng)求模式的支持力度；并以此為契機(jī)，歸納總結(jié)出三種服務(wù)組合模式，指出了包含單任務(wù)組合模式在內(nèi)的四種服務(wù)組合模式相互之間轉(zhuǎn)化的條件，將本文研究的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題與傳統(tǒng)的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題統(tǒng)一在云制造多任務(wù)背景下。
　?、卺槍?duì)云制造環(huán)

4、境中的簡(jiǎn)單多任務(wù)請(qǐng)求模式，研究了一對(duì)一型組合模式的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題，提出一對(duì)一型組合模式的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)。主要成果包括：1）在全局策略和問(wèn)題模型上，突破了面向單任務(wù)服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題在任務(wù)請(qǐng)求數(shù)量上的限制，實(shí)現(xiàn)了面向多任務(wù)的整體決策，克服了單任務(wù)模式下因忽略任務(wù)間的潛在QoS約束造成的組合失敗問(wèn)題。2）設(shè)計(jì)了基于矩陣編碼的改進(jìn)遺傳算法，實(shí)現(xiàn)了基于一對(duì)一型組合模式的服務(wù)組合優(yōu)化決策，仿真實(shí)驗(yàn)表明，該算法具有良好求解效果和時(shí)間性能。<

5、br>　?、坩槍?duì)某些任務(wù)帶有強(qiáng)QoS約束的請(qǐng)求模式，研究了多對(duì)一型組合模式的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題，突破了既往服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題限定在任務(wù)請(qǐng)求與服務(wù)組合之間的“一一映射”關(guān)系，提出了多對(duì)一型組合模式的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)。主要成果包括：1）設(shè)計(jì)了多對(duì)一型模式下的全局策略，該策略允許綁定多個(gè)能力不足的組合服務(wù)共同執(zhí)行強(qiáng)QoS約束的任務(wù)，仿真實(shí)驗(yàn)表明：該策略在QoS表現(xiàn)和QoS約束滿(mǎn)足成功率上，顯著優(yōu)于面向單任務(wù)及基于一對(duì)一型組合模式的全局策略。

6、2）提出了外部組合結(jié)構(gòu)模式的定義及其表達(dá)式，對(duì)傳統(tǒng)服務(wù)組合與優(yōu)化理論是一個(gè)拓展和補(bǔ)充。3）提出了基于混合算子的矩陣遺傳算法，仿真實(shí)驗(yàn)表明：該算法可以用比較小的額外時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)獲得適應(yīng)度的顯著提升。
　　④針對(duì)任務(wù)數(shù)量超出可用服務(wù)儲(chǔ)備的請(qǐng)求模式，研究了多對(duì)多型組合模式的服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題，突破了既往服務(wù)組合與優(yōu)化問(wèn)題中組合服務(wù)不可共享的限制，提出了多對(duì)多型組合模式的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)。主要成果包括：1）設(shè)計(jì)了更優(yōu)于多對(duì)一型全局策略的新策

7、略，該策略不僅可進(jìn)行組合云服務(wù)的優(yōu)化分組，還可實(shí)施任務(wù)請(qǐng)求的優(yōu)化配置，仿真結(jié)果表明，新策略可在資源充足時(shí)取得不劣于多對(duì)一型全局策略的結(jié)果，在資源不足時(shí)可獲得更高的QoS表現(xiàn)、QoS約束滿(mǎn)足成功率和資源利用率。2）設(shè)計(jì)了基于混合算子的協(xié)同進(jìn)化矩陣遺傳算法，仿真結(jié)果表明：它在求解效果和時(shí)間性能上均優(yōu)于基于混合算子的矩陣遺傳算法。
　　上述研究最終形成了包含技術(shù)框架、組合模式、全局策略、QoS建模評(píng)估方法、智能優(yōu)化算法等理論與技術(shù)在內(nèi)的