一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法
2023-05-14 04:20:01
專利名稱：一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法
技術領域：
本發明涉及一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，即一種根據抽象服務集生成服務組合路徑完全圖，並從中選取最優服務組合路徑的方法。該發明屬於分布式製造系統信息集成技術領域。
背景技術：
雖然網絡化製造已經有了較大的發展，但是無論在技術上還是運營模式還存在著一定的問題，如缺乏服務的集中管理和運營，沒有很好地解決製造資源的動態共享與智能分配以及在網絡通信、數據傳輸中的安全性等，這些問題嚴重阻礙了網絡化製造的推廣應用。針對當前製造業信息化發展和應用過程中遇到的瓶頸問題，結合雲計算、物聯網、面向服務的技術、高性能計算技術等理念和新技術，中國工程院李伯虎院士及其團隊提出了一種基於雲計算服務模式的網絡化製造新模式——雲製造(Cloud manufacturing，CMfg)，並已在學術界和工業界都得到了廣泛的認可。雲製造是一種面向服務的、高效低耗和基於知識的網絡化智能製造新模式，是對現有網絡化製造與服務技術進行的延伸和變革。它將各類製造資源和製造能力虛擬化、服務化，構成製造資源和製造能力池，並進行統一的、集中的智能化管理和經營，實現智能化、多方共贏、普適化和高效的共享和協同，通過網絡和雲製造系統為製造全生命周期過程提供可隨時獲取的、按需使用的、安全可靠的、優質廉價的服務。在基於服務的虛擬企業應用過程中，服務被認為是最重要的組成單元，通過服務提供者(Service Provider)、服務請求者(Service Requester)和服務註冊中心(ServiceRegistry)三個基本角色的交互，完成服務的封裝、發布、查找、組合、綁定和調用等活動，進而實現具體的應用。但是，註冊中心中的服務一般保持著較小的粒度，即以功能相對簡單的單個服務或原子服務的形態出現。當服務請求者提出複雜任務需求時，單個服務往往不能滿足用戶的需求，就需要將若干個服務進行組合，形成功能更強的組合服務以實現服務增值的目的，即服務組合。在雲製造模式下通過服務的組合實現資源及服務的整合，首先需要將無法被已有服務所滿足的複雜任務請求分解為一系列的子任務，針對每一子任務，為其分配合適的具體服務，實現複雜任務請求到雲製造系統中已有具體服務的映射，為下一步通過執行服務來完成用戶的服務請求提供可能。在這個過程中，首要的就是將由子任務匹配得到的抽象服務按照一定的邏輯順序和流程構造成服務組合路徑，然後再對服務組合路徑進行抽象服務到具體服務的實例化操作。因此，服務組合路徑的構造是一個關鍵性的問題。但是，目前針對服務組合的研究大多都是假設在服務組合路徑的實例化操作已經完成的情況下，進行的服務組合方法和優化研究，忽略了服務組合路徑構造這一重要環節，對服務組合路徑構造沒有可行性的技術細節方面的研究工作。鑑於現有研究中的不足，為了解決服務組合路徑構造問題，給出服務組合路徑構造方法是目前雲製造技術中一個亟待解決的問題。
發明內容
本發明涉及一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，即一種只需要把用戶的服務請求和匹配得到的抽象服務集信息輸入，便可構造出服務組合路徑，從而為下一步具體服務組合方案的生成和優選等操作提供技術支持的方法。本發明提出一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，即一種在服務請求的驅動下，根據抽象服務集生成服務組合路徑圖，並由此選取最優服務組合路徑的方法，該方法具體包括以下步驟步驟1)把服務請求也看成一個有著輸入\輸出功能的服務，因此，將服務請求分解為輸入請求抽象服務和輸出請求抽象服務，其中輸入請求服務為只包含了服務請求的輸入而輸出為0的服務，輸出請求服務為只包含了服務請求的輸出而輸入為0的服務。步驟2、對於給定的任務分解後為子任務所匹配到已存在的抽象服務構成的服務集，要生成服務組合路徑，首要的問題就是發現各個抽象服務之間的偏序關係，即為每個抽象服務尋找它所有可能的前序服務或後序服務。對於由輸入請求抽象服務、輸出請求抽象服務和一系列抽象服務組成的集合，建立兩個數組，一個為各個服務的輸入參數數組，另一個為各個服務的輸出參數數組，然後計算兩個數組中元素的相似度，進而推理找出這些抽象服務間的偏序關係。步驟3)利用哈斯圖來表示所有抽象服務以及抽象服務間的偏序關係，就可以得到服務組合路徑完全圖。鑑於服務組合路徑構造的特殊性，需要將服務請求的輸出和輸入必須分別置於在哈斯圖的第一層和最末層，並且當抽象服務間的偏序關係中出現並行關係或分支關係時，就把具有並行關係或分支關係的抽象服務畫在同一層上。步驟4)在服務組合路徑完全圖中尋找可組合關聯度均值最大的那一條服務組合路徑。由於每一條服務組合路徑上的抽象服務的個數並不相同，因此，最優的服務組合路徑在服務組合路徑完全圖中應為可組合關聯度均值最大的那條連通路徑。同時，鑑於抽象服務間關係的複雜性，服務組合路徑中可能不僅包含簡單的順序結構形式，很可能還包含著並行、分支和循環結構，因此，在對服務組合路徑進行選取前，首先要對服務組合路徑中包含的並行、分支和循環結構進行化簡和合併，將所有的服務組合路徑均轉化為僅含有順序結構的形式，然後在服務組合路徑完全圖中尋找以輸入請求抽象服務為起始點、以輸出請求抽象服務為終點，並且可組合關聯度均值最大的連通路徑。本發明具有以下優點1、本發明針對現有研究缺乏服務組合路徑構造方法的技術細節的可行性成果，詳細給出了服務組合路徑的生成與選取過程，不僅實現了服務組合路徑的構造，而且為後續的服務組合操作提供了支撐。2、本發明設計了服務組合路徑的生成方法，可以準確、全面的生成所有的服務組合路徑。3、本發明設計了服務組合路徑的選取方法，可以有效的選取最優的服務組合路徑。
圖1是面向雲製造的服務組合路徑構造過程示意圖；圖2是抽象服務間偏序關係形成過程圖；圖3是服務組合路徑生成過程圖；圖4是服務組合路徑選取過程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。本發明主要包括一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法。對於用戶提出的服務請求這一任務需求，將此服務請求任務分解為多個子任務，基於服務請求分解後每一子任務所匹配到的已存在的抽象服務，依據這些抽象服務之間的偏序關係構造出不同的服務組合路徑，再通過可組合關聯度的評估就可以選取到最優的服務組合路徑，從而實現服務組合路徑的構造，其過程參見附圖1。具體實現步驟如下第一步，抽象服務間偏序關係的形成，其過程參見附圖2。首先，將服務請求分解為輸入請求抽象服務和輸出請求抽象服務，連同為子任務所匹配到的那些抽象服務就形成了總的抽象服務集。然後建立兩個數組，一個為存放所有抽象服務的輸入參數的輸入參數數組，另一個為存放所有抽象服務的輸出參數的輸出參數數組。其次，為每一個抽象服務的輸入參數，在輸出參數數組中尋找與其有一定相似性的輸出參數。這裡，抽象服務的輸入參數和輸出參數是由多個參數概念、屬性和屬性值構成的，輸入參數和輸出參數的相似性是指兩者是否具有相同的參數概念、屬性和屬性值。再次，如果此抽象服務的輸入參數僅與一個抽象服務的輸出參數具有相似性，則標記這兩個抽象服務具有順序關係；如果此抽象服務的輸入參數與兩個或兩個以上的抽象服務的輸出參數的合集具有相似性，則標記這些抽象服務具有並行關係；如果此抽象服務的輸入參數與兩個或兩個以上的抽象服務的輸出參數分別都具有相似性，則標記這些抽象服務具有分支關係；如果此抽象服務的輸入參數與某一個抽象服務循環多次的輸出參數的合集具有相似性，則標記這兩個抽象服務具有循環關係。例如，如果一個抽象服務Si的輸入參數僅與抽象服務h的輸出參數具有相似性，則Si和h具有順序關係；如果一個抽象服務Si的輸入參數與抽象服務h和抽象服務&的輸出參數的合集具有相似性，則h和&具有並行關係；如果一個抽象服務Si的輸入參數不僅與抽象服務h的輸出參數的具有相似性，並且與抽象服務&的輸出參數也具有相似性，則h和&具有分支關係；如果一個抽象服務Si的輸入參數與抽象服務Sj循環多次的輸出參數的合集具有相似性，則h和&具有循環關係。最後，搜索輸入參數數組中的所有元素直至所有的輸入參數均被搜索完畢，則可以找出所有抽象服務間的偏序關係。第二步，構造服務組合路徑完全圖，其過程參見圖3。首先，輸入兩個集合，一個集合中包含了所有的抽象服務，另一個集合中包含了抽象服務間的偏序關係。其次，哈斯圖是指圖中的每個結點表示集合中的一個元素，結點的位置按它們在偏序中的次序從底向上排列，這樣畫出的圖叫做哈斯圖。這裡，將輸出請求抽象服務畫在哈斯圖的第1層，尋找與輸出請求抽象服務具有偏序關係的服務並將它們畫在哈斯圖的第2層，再尋找與第2層的服務具有偏序關係的服務並將它們畫在哈斯圖的第3層，以此類推，直至到達輸入請求抽象服務，並將輸入請求抽象服務畫在哈斯圖的最末層。最後，將具有偏序關係的抽象服務節點之間用有向邊連接，對具有並行、分支或循環關係的服務進行標記，就得到了服務組合路徑完全圖。第三步，選取最優服務組合路徑，其過程參見圖4。首先，將服務組合路徑完全圖中包含的所有並行、分支和循環結構均作為一個整體，把每個整體結構中的所有抽象服務的輸入參數集合起來作為這個整體的輸入參數集，同樣的，把每個整體結構中的所有抽象服務的輸出參數也集合起來作為這個整體的輸出參數集，這樣就把所有的服務組合路徑均轉化為僅含有順序結構的形式。其次，計算具有順序結構關係的各個抽象服務間可組合關聯度，即在輸入參數和輸出參數上相似的程度，並將其作為服務組合路徑完全圖中有向邊的權重。再次，從第1層的輸出請求抽象服務開始，在第2層的抽象服務中找出存在有向邊指向輸出請求抽象服務的抽象服務，並標記第2層的這些抽象服務到輸出請求抽象服務的路徑長度。然後，為第3層的每一個抽象服務尋找到達輸出請求抽象服務最長的路徑，並標記第3層的這些抽象服務到輸出請求抽象服務的路徑長度，重複這樣的過程直至到達最末層輸入請求抽象服務，由此得到多條從輸入請求抽象服務指向輸出請求抽象服務的服務組合路徑。最後，計算所得到的每一條服務組合路徑上的所有抽象服務間的可組合關聯度，選取可組合關聯度均值最大的那條路徑就為所要求的最優服務組合路徑。
權利要求
1.一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，用於分布式製造系統信息集成，其特徵在於以用戶的服務請求為驅動，對於用戶提出的服務請求這一任務需求，將此服務請求任務分解為多個子任務，針對由子任務匹配得到的抽象服務集，找出這些抽象服務之間的偏序關係，並按照流程邏輯關係構造出具有最大可組合關聯度均值的服務組合路徑；包括以下步驟步驟1)將服務請求分解成兩個抽象服務，即輸入請求抽象服務和輸出請求抽象服務；步驟2、對於由輸入請求抽象服務、輸出請求抽象服務和一系列抽象服務組成的集合，建立兩個數組，一個為各個抽象服務的輸入參數數組，另一個為各個抽象服務的輸出參數數組；步驟3)基於輸入參數數組和輸出參數數組中元素的相似度，找出這些抽象服務間的偏序關係；步驟4)將所有抽象服務以及抽象服務間的偏序關係用哈斯圖表示，得到服務組合路徑完全圖；步驟5)在服務組合路徑完全圖中尋找以輸入請求抽象服務為起始點、以輸出請求抽象服務為終點的連通路徑，選取可組合關聯度均值最大的連通路徑就得到了所要求的服務組合路徑。
2.根據權利要求1所述的一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，其特徵在於步驟1)中所說的輸入請求服務為只包含了服務請求的輸入而輸出為0的服務，輸出請求服務為只包含了服務請求的輸出而輸入為0的服務。
3.根據權利要求1所述的一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，其特徵在於步驟2)中所說的由一系列抽象服務是指將服務請求分解成子任務後，對子任務進行解析，並為每個子任務匹配到的抽象服務。
4.根據權利要求1所述的一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，其特徵在於步驟3)中所說的服務間的偏序關係是指服務的前序、後序關係。
5.根據權利要求1所述的一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，其特徵在於步驟4)中所說的服務組合路徑的完全圖是指以輸入請求抽象服務為起點，以輸出請求抽象服務為終點，用服務間的有向邊來表示服務之間的偏序關係，以有向邊所連接的兩個服務之間的可組合關聯度作為該有向邊的權重，並且包含了所有可能的服務組合路徑的服務組合路徑圖。
6.根據權利要求1所述的一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法，其特徵在於步驟5)中所說的可組合關聯度均值最大的連通路徑的計算方法為連通路徑中所有有向邊的權重之和取平均值。
全文摘要
本發明涉及一種面向雲製造的服務組合路徑構造方法。具體說是在雲製造模式中，基於用戶服務請求的驅動，「自上而下」的實現從複雜的服務請求到服務組合路徑映射的一種方法。本發明基於服務間的可組合關聯關係來發現抽象服務間的偏序關係，以實現抽象服務的聚合；利用哈斯圖的思想構建了服務組合路徑完全圖；基於服務組合路徑可組合度的計算方法，通過求解最大可組合度來選取服務組合路徑。本發明具有如下優點構造方法簡潔，適用性、操作性強，可擴展性好。
文檔編號H04L29/08GK102571962SQ20121001104
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優先權日2012年1月13日
發明者張霖, 郭華, 陶飛 申請人:北京航空航天大學