網絡環境下制造資源的共享系統研究
2016-12-31 00:00:00趙博甘權
科技創新與應用 2016年24期
摘 要：為實現制造資源平等共享和充分利用，依據P2P思想和Chord協議，提出了一種制造資源的共享系統模型，按資源類型構造資源邏輯子環；超級節點構成邏輯主環。通過超級節點實現資源環之間的中繼和不同類型資源面向應用的匯聚。
關鍵詞：網絡環境；制造資源；共享系統
1 概述
隨著全球制造業從傳統的生產型制造向服務型制造轉型，隨著現代先進的云計算技術、物理信息融合技術的出現，制造者趨向于探尋制造資源的充分共享與合理分配的方法。為此，面向網絡化制造，各企業作為資源的承載點，彼此展開了不同層次的合作，共同分擔制造應用任務，以實現資源的匯聚和制造過程的集成。這種松散的協作，建立在互聯網中資源共享的思想之上，需要開放的、新型的信息模型和資源搜索架構支持。
集中式的資源共享結構已較成熟，它強調資源的精確檢索與推理，通過構建多層次智能發現檢索模型，可以支持制造資源的精確檢索、模糊檢索、語義檢索以及智能推理等[1]。但是這種模式也暴露若干問題，比如風險集中，故障冗余能力差；集中存儲管理成本高，共享數據一致性管理困難；企業對自身的資源沒有獨立的管理權力等等[2]。相比而言，對等網絡模式（P2P）強調系統構成節點的平等地位，網絡中資源存儲利用靈活，而且具有極強的可擴展性，更適合制造資源的匯聚模式。
結構化的P2P網絡采用分布式哈希表（DHT）的查詢機制，查詢效率高，可擴展性極好[3]。網絡化制造中，制造資源節點希望能隨機的接入與退出，這就要求資源共享網絡可擴展性強。文章給出了面向應用匯聚的兩層DHT覆蓋網絡結構，并在此基礎上構建了制造資源共享系統的框架模型。
2 共享的制造資源系統
文章構造的制造資源共享系統分為四層結構，如圖1所示。系統中的資源擁有企業和使用資源的用戶分別定義為資源的提供者和資源的消費者。制造資源共享的過程是：在分布式異構網絡環境下，資源消費方和資源提供方之間實現資源注冊、資源搜索啟動、資源定位、優化配置和信息獲取的會話過程。網絡層為資源共享系統的網絡架構層，資源提供方組成制造資源節點，這里我們稱為物理節點（Physical Nodes，簡稱PN），各物理節點之間通過網絡互聯，即物理節點為加入到系統的擁有獨立的
數據層實現制造資源的描述和存儲，以及資源元數據的描述。元數據用于描述要素和數據集等信息，在制造資源共享系統中，用元數據來描述制造資源的重要屬性。元數據被應用在許多的領域，在數據庫領域指的是關于數據倉庫的數據。每種類型的制造資源利用不同的元數據來描述，我們也稱該類資源的元數據模型，比如龍門鏜銑床，其元數據模型是指加工范圍參數，主軸參數，精度參數和刀具約束參數這樣一個屬性集，而這樣的集合作為搜索關鍵字可以使搜索具有語義。
門戶層也是資源共享系統的界面交互層，為資源提供方和消費方提供用戶登記、注冊等管理功能，為資源提供方提供資源封裝、發布、維護和管理交互功能，為資源消費方提供資源的查詢、搜索和協同支持的交互接口。
每個資源提供者登錄的時候，根據自身攜帶的資源類型加入到資源共享系統，數據層提取各個共享資源的屬性信息并按著其重要程度順序構造索引關鍵詞組，然后將關鍵詞組分發到系統中的指定節點，數據層和索引層實現關鍵詞組和索引信息數據的存儲，之后資源消費方通過搜索界面搜索相應的資源。
3 兩層多環的Chord改進結構
兩層多環Chord模型是一個基于資源分類的Chord改進模型，是一個兩層邏輯結構。第一層是由超級節點（Super Node，簡稱SN）組成的一個類Chord結構，稱為超級環，是模型中的主環，主要負責子環之間的通信；第二層是由擁有同類制造資源的邏輯節點（Logical Node，簡稱LN）組成的資源環，也稱資源子環。它同樣也是一個類Chord結構，是通過節點帶有的資源類型進行分類的。將帶有某類資源的節點歸為一類加入到同一資源環上組成一個類Chord結構。一個物理節點PN可以擁有多種資源，即物理節點可以按著其所擁有的資源的類別加入不同的邏輯環，成為不同邏輯環上的LN。
每個環都需要前驅結點和后繼節點這兩個數據雙向連接起來構成環，通過節點finger表來實現路由查找。前驅與后繼的數據結構定義為succ[]與pred[]。SN是資源環的入口節點，同時也是資源環上的節點。它至少具有兩個finger表，一個用來維護超級環，一個用來維護資源環。通過前后繼與finger表組成一個類Chord結構。根據上層制造任務需求來實現制造資源的聚類，同類資源歸為一個資源的邏輯子環內。每一資源環上的LN都維護著環上入口SN的后繼節點信息，即資源類型的后繼節點鏈表S_succ_list[]，通過它來找到超級環中的入口SN節點。同時，由于入口節點是動態的，當入口節點發生變化的時候，網絡自適應能達成一致。
4 原型實例
在上述研究的基礎上，選取數控機床設備，開發了分布式機加工設備的匯聚與共享仿真系統。輸入的搜索信息與資源元數據中的KTP匹配，任務需求與元數據模型UI直接對應，從名稱到基本信息，再到技術參數依次構建關鍵詞集合。通過名稱和基本信息屬性，實現資源直接搜索，再以技術參數為輔助參照。
5 結束語
提出了一種基于兩層類Chord結構的制造資源共享平臺，共享模型一定程度上實現了底層資源與上層應用之間的相互獨立和松散耦合。但是，資源共享的激勵機制和兩層類Chord結構網絡優越性需進一步的研究。今后，隨著云制造的提出和云計算技術的逐漸完善，如何將共享模型融入到云制造中，提高資源匯聚共享效率有待深入研究。
參考文獻
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