專利名稱：一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，即一種根據(jù)抽象服務(wù)集生成服務(wù)組合路徑完全圖，并從中選取最優(yōu)服務(wù)組合路徑的方法。該發(fā)明屬于分布式制造系統(tǒng)信息集成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雖然網(wǎng)絡(luò)化制造已經(jīng)有了較大的發(fā)展，但是無論在技術(shù)上還是運營模式還存在著一定的問題，如缺乏服務(wù)的集中管理和運營，沒有很好地解決制造資源的動態(tài)共享與智能分配以及在網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)傳輸中的安全性等，這些問題嚴重阻礙了網(wǎng)絡(luò)化制造的推廣應(yīng)用。針對當(dāng)前制造業(yè)信息化發(fā)展和應(yīng)用過程中遇到的瓶頸問題，結(jié)合云計算、物聯(lián)網(wǎng)、面向服務(wù)的技術(shù)、高性能計算技術(shù)等理念和新技術(shù)，中國工程院李伯虎院士及其團隊提出了一種基于云計算服務(wù)模式的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式——云制造(Cloud manufacturing，CMfg)，并已在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都得到了廣泛的認可。云制造是一種面向服務(wù)的、高效低耗和基于知識的網(wǎng)絡(luò)化智能制造新模式，是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造與服務(wù)技術(shù)進行的延伸和變革。它將各類制造資源和制造能力虛擬化、服務(wù)化，構(gòu)成制造資源和制造能力池，并進行統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營，實現(xiàn)智能化、多方共贏、普適化和高效的共享和協(xié)同，通過網(wǎng)絡(luò)和云制造系統(tǒng)為制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(yōu)質(zhì)廉價的服務(wù)。在基于服務(wù)的虛擬企業(yè)應(yīng)用過程中，服務(wù)被認為是最重要的組成單元，通過服務(wù)提供者(Service Provider)、服務(wù)請求者(Service Requester)和服務(wù)注冊中心(ServiceRegistry)三個基本角色的交互，完成服務(wù)的封裝、發(fā)布、查找、組合、綁定和調(diào)用等活動，進而實現(xiàn)具體的應(yīng)用。但是，注冊中心中的服務(wù)一般保持著較小的粒度，即以功能相對簡單的單個服務(wù)或原子服務(wù)的形態(tài)出現(xiàn)。當(dāng)服務(wù)請求者提出復(fù)雜任務(wù)需求時，單個服務(wù)往往不能滿足用戶的需求，就需要將若干個服務(wù)進行組合，形成功能更強的組合服務(wù)以實現(xiàn)服務(wù)增值的目的，即服務(wù)組合。在云制造模式下通過服務(wù)的組合實現(xiàn)資源及服務(wù)的整合，首先需要將無法被已有服務(wù)所滿足的復(fù)雜任務(wù)請求分解為一系列的子任務(wù)，針對每一子任務(wù)，為其分配合適的具體服務(wù)，實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)請求到云制造系統(tǒng)中已有具體服務(wù)的映射，為下一步通過執(zhí)行服務(wù)來完成用戶的服務(wù)請求提供可能。在這個過程中，首要的就是將由子任務(wù)匹配得到的抽象服務(wù)按照一定的邏輯順序和流程構(gòu)造成服務(wù)組合路徑，然后再對服務(wù)組合路徑進行抽象服務(wù)到具體服務(wù)的實例化操作。因此，服務(wù)組合路徑的構(gòu)造是一個關(guān)鍵性的問題。但是，目前針對服務(wù)組合的研究大多都是假設(shè)在服務(wù)組合路徑的實例化操作已經(jīng)完成的情況下，進行的服務(wù)組合方法和優(yōu)化研究，忽略了服務(wù)組合路徑構(gòu)造這一重要環(huán)節(jié)，對服務(wù)組合路徑構(gòu)造沒有可行性的技術(shù)細節(jié)方面的研究工作。鑒于現(xiàn)有研究中的不足，為了解決服務(wù)組合路徑構(gòu)造問題，給出服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法是目前云制造技術(shù)中一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，即一種只需要把用戶的服務(wù)請求和匹配得到的抽象服務(wù)集信息輸入，便可構(gòu)造出服務(wù)組合路徑，從而為下一步具體服務(wù)組合方案的生成和優(yōu)選等操作提供技術(shù)支持的方法。本發(fā)明提出一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，即一種在服務(wù)請求的驅(qū)動下，根據(jù)抽象服務(wù)集生成服務(wù)組合路徑圖，并由此選取最優(yōu)服務(wù)組合路徑的方法，該方法具體包括以下步驟步驟1)把服務(wù)請求也看成一個有著輸入\輸出功能的服務(wù)，因此，將服務(wù)請求分解為輸入請求抽象服務(wù)和輸出請求抽象服務(wù)，其中輸入請求服務(wù)為只包含了服務(wù)請求的輸入而輸出為0的服務(wù)，輸出請求服務(wù)為只包含了服務(wù)請求的輸出而輸入為0的服務(wù)。步驟2、對于給定的任務(wù)分解后為子任務(wù)所匹配到已存在的抽象服務(wù)構(gòu)成的服務(wù)集，要生成服務(wù)組合路徑，首要的問題就是發(fā)現(xiàn)各個抽象服務(wù)之間的偏序關(guān)系，即為每個抽象服務(wù)尋找它所有可能的前序服務(wù)或后序服務(wù)。對于由輸入請求抽象服務(wù)、輸出請求抽象服務(wù)和一系列抽象服務(wù)組成的集合，建立兩個數(shù)組，一個為各個服務(wù)的輸入?yún)?shù)數(shù)組，另一個為各個服務(wù)的輸出參數(shù)數(shù)組，然后計算兩個數(shù)組中元素的相似度，進而推理找出這些抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系。步驟3)利用哈斯圖來表示所有抽象服務(wù)以及抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系，就可以得到服務(wù)組合路徑完全圖。鑒于服務(wù)組合路徑構(gòu)造的特殊性，需要將服務(wù)請求的輸出和輸入必須分別置于在哈斯圖的第一層和最末層，并且當(dāng)抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系中出現(xiàn)并行關(guān)系或分支關(guān)系時，就把具有并行關(guān)系或分支關(guān)系的抽象服務(wù)畫在同一層上。步驟4)在服務(wù)組合路徑完全圖中尋找可組合關(guān)聯(lián)度均值最大的那一條服務(wù)組合路徑。由于每一條服務(wù)組合路徑上的抽象服務(wù)的個數(shù)并不相同，因此，最優(yōu)的服務(wù)組合路徑在服務(wù)組合路徑完全圖中應(yīng)為可組合關(guān)聯(lián)度均值最大的那條連通路徑。同時，鑒于抽象服務(wù)間關(guān)系的復(fù)雜性，服務(wù)組合路徑中可能不僅包含簡單的順序結(jié)構(gòu)形式，很可能還包含著并行、分支和循環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，在對服務(wù)組合路徑進行選取前，首先要對服務(wù)組合路徑中包含的并行、分支和循環(huán)結(jié)構(gòu)進行化簡和合并，將所有的服務(wù)組合路徑均轉(zhuǎn)化為僅含有順序結(jié)構(gòu)的形式，然后在服務(wù)組合路徑完全圖中尋找以輸入請求抽象服務(wù)為起始點、以輸出請求抽象服務(wù)為終點，并且可組合關(guān)聯(lián)度均值最大的連通路徑。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明針對現(xiàn)有研究缺乏服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法的技術(shù)細節(jié)的可行性成果，詳細給出了服務(wù)組合路徑的生成與選取過程，不僅實現(xiàn)了服務(wù)組合路徑的構(gòu)造，而且為后續(xù)的服務(wù)組合操作提供了支撐。2、本發(fā)明設(shè)計了服務(wù)組合路徑的生成方法，可以準(zhǔn)確、全面的生成所有的服務(wù)組合路徑。3、本發(fā)明設(shè)計了服務(wù)組合路徑的選取方法，可以有效的選取最優(yōu)的服務(wù)組合路徑。


圖1是面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造過程示意圖；圖2是抽象服務(wù)間偏序關(guān)系形成過程圖；圖3是服務(wù)組合路徑生成過程圖；圖4是服務(wù)組合路徑選取過程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。本發(fā)明主要包括一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法。對于用戶提出的服務(wù)請求這一任務(wù)需求，將此服務(wù)請求任務(wù)分解為多個子任務(wù)，基于服務(wù)請求分解后每一子任務(wù)所匹配到的已存在的抽象服務(wù)，依據(jù)這些抽象服務(wù)之間的偏序關(guān)系構(gòu)造出不同的服務(wù)組合路徑，再通過可組合關(guān)聯(lián)度的評估就可以選取到最優(yōu)的服務(wù)組合路徑，從而實現(xiàn)服務(wù)組合路徑的構(gòu)造，其過程參見附圖1。具體實現(xiàn)步驟如下第一步，抽象服務(wù)間偏序關(guān)系的形成，其過程參見附圖2。首先，將服務(wù)請求分解為輸入請求抽象服務(wù)和輸出請求抽象服務(wù)，連同為子任務(wù)所匹配到的那些抽象服務(wù)就形成了總的抽象服務(wù)集。然后建立兩個數(shù)組，一個為存放所有抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)的輸入?yún)?shù)數(shù)組，另一個為存放所有抽象服務(wù)的輸出參數(shù)的輸出參數(shù)數(shù)組。其次，為每一個抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)，在輸出參數(shù)數(shù)組中尋找與其有一定相似性的輸出參數(shù)。這里，抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)是由多個參數(shù)概念、屬性和屬性值構(gòu)成的，輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的相似性是指兩者是否具有相同的參數(shù)概念、屬性和屬性值。再次，如果此抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)僅與一個抽象服務(wù)的輸出參數(shù)具有相似性，則標(biāo)記這兩個抽象服務(wù)具有順序關(guān)系；如果此抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)與兩個或兩個以上的抽象服務(wù)的輸出參數(shù)的合集具有相似性，則標(biāo)記這些抽象服務(wù)具有并行關(guān)系；如果此抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)與兩個或兩個以上的抽象服務(wù)的輸出參數(shù)分別都具有相似性，則標(biāo)記這些抽象服務(wù)具有分支關(guān)系；如果此抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)與某一個抽象服務(wù)循環(huán)多次的輸出參數(shù)的合集具有相似性，則標(biāo)記這兩個抽象服務(wù)具有循環(huán)關(guān)系。例如，如果一個抽象服務(wù)Si的輸入?yún)?shù)僅與抽象服務(wù)h的輸出參數(shù)具有相似性，則Si和h具有順序關(guān)系；如果一個抽象服務(wù)Si的輸入?yún)?shù)與抽象服務(wù)h和抽象服務(wù)&的輸出參數(shù)的合集具有相似性，則h和&具有并行關(guān)系；如果一個抽象服務(wù)Si的輸入?yún)?shù)不僅與抽象服務(wù)h的輸出參數(shù)的具有相似性，并且與抽象服務(wù)&的輸出參數(shù)也具有相似性，則h和&具有分支關(guān)系；如果一個抽象服務(wù)Si的輸入?yún)?shù)與抽象服務(wù)Sj循環(huán)多次的輸出參數(shù)的合集具有相似性，則h和&具有循環(huán)關(guān)系。最后，搜索輸入?yún)?shù)數(shù)組中的所有元素直至所有的輸入?yún)?shù)均被搜索完畢，則可以找出所有抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系。第二步，構(gòu)造服務(wù)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(wù)，另一個集合中包含了抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系。其次，哈斯圖是指圖中的每個結(jié)點表示集合中的一個元素，結(jié)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。這里，將輸出請求抽象服務(wù)畫在哈斯圖的第1層，尋找與輸出請求抽象服務(wù)具有偏序關(guān)系的服務(wù)并將它們畫在哈斯圖的第2層，再尋找與第2層的服務(wù)具有偏序關(guān)系的服務(wù)并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(wù)，并將輸入請求抽象服務(wù)畫在哈斯圖的最末層。最后，將具有偏序關(guān)系的抽象服務(wù)節(jié)點之間用有向邊連接，對具有并行、分支或循環(huán)關(guān)系的服務(wù)進行標(biāo)記，就得到了服務(wù)組合路徑完全圖。第三步，選取最優(yōu)服務(wù)組合路徑，其過程參見圖4。首先，將服務(wù)組合路徑完全圖中包含的所有并行、分支和循環(huán)結(jié)構(gòu)均作為一個整體，把每個整體結(jié)構(gòu)中的所有抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)集合起來作為這個整體的輸入?yún)?shù)集，同樣的，把每個整體結(jié)構(gòu)中的所有抽象服務(wù)的輸出參數(shù)也集合起來作為這個整體的輸出參數(shù)集，這樣就把所有的服務(wù)組合路徑均轉(zhuǎn)化為僅含有順序結(jié)構(gòu)的形式。其次，計算具有順序結(jié)構(gòu)關(guān)系的各個抽象服務(wù)間可組合關(guān)聯(lián)度，即在輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)上相似的程度，并將其作為服務(wù)組合路徑完全圖中有向邊的權(quán)重。再次，從第1層的輸出請求抽象服務(wù)開始，在第2層的抽象服務(wù)中找出存在有向邊指向輸出請求抽象服務(wù)的抽象服務(wù)，并標(biāo)記第2層的這些抽象服務(wù)到輸出請求抽象服務(wù)的路徑長度。然后，為第3層的每一個抽象服務(wù)尋找到達輸出請求抽象服務(wù)最長的路徑，并標(biāo)記第3層的這些抽象服務(wù)到輸出請求抽象服務(wù)的路徑長度，重復(fù)這樣的過程直至到達最末層輸入請求抽象服務(wù)，由此得到多條從輸入請求抽象服務(wù)指向輸出請求抽象服務(wù)的服務(wù)組合路徑。最后，計算所得到的每一條服務(wù)組合路徑上的所有抽象服務(wù)間的可組合關(guān)聯(lián)度，選取可組合關(guān)聯(lián)度均值最大的那條路徑就為所要求的最優(yōu)服務(wù)組合路徑。
權(quán)利要求
1.一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，用于分布式制造系統(tǒng)信息集成，其特征在于以用戶的服務(wù)請求為驅(qū)動，對于用戶提出的服務(wù)請求這一任務(wù)需求，將此服務(wù)請求任務(wù)分解為多個子任務(wù)，針對由子任務(wù)匹配得到的抽象服務(wù)集，找出這些抽象服務(wù)之間的偏序關(guān)系，并按照流程邏輯關(guān)系構(gòu)造出具有最大可組合關(guān)聯(lián)度均值的服務(wù)組合路徑；包括以下步驟步驟1)將服務(wù)請求分解成兩個抽象服務(wù)，即輸入請求抽象服務(wù)和輸出請求抽象服務(wù)；步驟2、對于由輸入請求抽象服務(wù)、輸出請求抽象服務(wù)和一系列抽象服務(wù)組成的集合，建立兩個數(shù)組，一個為各個抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)數(shù)組，另一個為各個抽象服務(wù)的輸出參數(shù)數(shù)組；步驟3)基于輸入?yún)?shù)數(shù)組和輸出參數(shù)數(shù)組中元素的相似度，找出這些抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系；步驟4)將所有抽象服務(wù)以及抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系用哈斯圖表示，得到服務(wù)組合路徑完全圖；步驟5)在服務(wù)組合路徑完全圖中尋找以輸入請求抽象服務(wù)為起始點、以輸出請求抽象服務(wù)為終點的連通路徑，選取可組合關(guān)聯(lián)度均值最大的連通路徑就得到了所要求的服務(wù)組合路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，其特征在于步驟1)中所說的輸入請求服務(wù)為只包含了服務(wù)請求的輸入而輸出為0的服務(wù)，輸出請求服務(wù)為只包含了服務(wù)請求的輸出而輸入為0的服務(wù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，其特征在于步驟2)中所說的由一系列抽象服務(wù)是指將服務(wù)請求分解成子任務(wù)后，對子任務(wù)進行解析，并為每個子任務(wù)匹配到的抽象服務(wù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，其特征在于步驟3)中所說的服務(wù)間的偏序關(guān)系是指服務(wù)的前序、后序關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，其特征在于步驟4)中所說的服務(wù)組合路徑的完全圖是指以輸入請求抽象服務(wù)為起點，以輸出請求抽象服務(wù)為終點，用服務(wù)間的有向邊來表示服務(wù)之間的偏序關(guān)系，以有向邊所連接的兩個服務(wù)之間的可組合關(guān)聯(lián)度作為該有向邊的權(quán)重，并且包含了所有可能的服務(wù)組合路徑的服務(wù)組合路徑圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法，其特征在于步驟5)中所說的可組合關(guān)聯(lián)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(quán)重之和取平均值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面向云制造的服務(wù)組合路徑構(gòu)造方法。具體說是在云制造模式中，基于用戶服務(wù)請求的驅(qū)動，“自上而下”的實現(xiàn)從復(fù)雜的服務(wù)請求到服務(wù)組合路徑映射的一種方法。本發(fā)明基于服務(wù)間的可組合關(guān)聯(lián)關(guān)系來發(fā)現(xiàn)抽象服務(wù)間的偏序關(guān)系，以實現(xiàn)抽象服務(wù)的聚合；利用哈斯圖的思想構(gòu)建了服務(wù)組合路徑完全圖；基于服務(wù)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(wù)組合路徑。本發(fā)明具有如下優(yōu)點構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者張霖, 郭華, 陶飛 申請人:北京航空航天大學(xué)