（机械制造及其自动化专业论文）制造网格中基于wsrf的资源管理系统研究.pdf

上海大学颀：卜学位论文 摘要 制造网格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ，m g ) 是网格技术在制造业的一个新的应 用，它以网络化制造为基础，充分利用网格技术开放的体系框架、通用的 标准和规范、统一的开发平台和工具，致力于为制造业提供一个可扩展的 资源共享和协同工作平台，建立一种通用、标准和规范的网络化制造模式。 然而，由于制造资源的复杂性、特殊性和分散性，以及各种制造任务的多 样性，使得制造网格中的资源管理比其它网格应用项目困难。 为了在制造网格中实现制造资源共享与协同工作，本文提出了一个基 于新的开放式网格框架w s r f ( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ) 的制造网格资源管 理系统，在整个制造网格范围内实现了制造资源的共享与胁作，能够满足 制造网格中的协同制造过程对制造资源的封装、发现、调度、配置以及评 价的需求。 基于w s r f 规范，定义了制造网格中的资源建模与封装规范，将制造 资源封装为具有统一的结构和标准的调用规范的制造网格资源 ( m g r e s o u r c e ) 模型，从而实现了制造资源的透明访问以及异地制造资源之 间的动态聚合。建立了制造网格信息服务( m gi n f o r m a t i o ns e r v i c e ，m g i s ) ， 实现了资源信息的动态聚合和发布，从而使资源的搜索与发现不仅能够根 据资源的静态属性信息进行，而且能够根据资源的状态信息以及其他资源 使用者对其的评价等动态信息进行。建立了基于s l a 的资源配置模型以及 制造网格资源配置算法( m gr e s o u r c ec o n f i g u r a t i o na l g o r i t h m ，m g r c a ) ， 以资源的q o s 属性为评价准则，以制造任务的具体质量要求为约束条件在 资源使用者与提供者之间建立了服务水平协议( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ， s l a ) ，从而保证了资源提供者提供的制造服务水平满足资源使用者的质量 要求。 最后，基于g l o b u s t o o l k i t 4 平台对本文的研究内容进行了开发和实现， 并在快速成型制造过程中的进行试验性应用。 关键词：w s r f ，制造网格，资源管理，资源封装，服务水平协议 上海大学预： 学位论文 a b s t r a c t m a n u f a c t u r i n gg r i d ( m g ) i sp u tf o r w a r d a sa l l a p p l i c a t i o no fg r i d t e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r i n gf i e l d w i t ho p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ( o g s a ) a st h es y s t e mf r a m e w o r k ，a n dg l o b u st o o l k i t3 0 ( g t 3 ) a st h e d e v e l o p i n gt o o l ，m gi sp r o p o s e dt os t a n d a r d i z en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ( n m ) i nm a n u f a c t u r i n g ，i tc a nn o to n l yp r o v i d en e c e s s a r ye n v i r o n m e n tf o rr e s o u r c e s h a r i n ga n dc o l l a b o r a t i v ew o r k i n g ，b u ta l s op r o v i d ee x c e l l e n tf l e x i b i l i t ya n d e x t e n s i b i l i t y h o w e v e r , r e s o u r c em a n a g e m e n ti ns u c had i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t i sa c o m p l e xu n d e r t a k i n gf o rt h eh e t e r o g e n e o u s ，g e o g r a p h i c a l l yd i s t r i b u t e d m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sa n dt h ev a r i o u s a p p l i c a t i o n s w i t hd i f f e r e n t r e q u i r e m e n t s aw s r f ( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ) b a s e dr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e m i sp r o p o s e df o rr e s o u r c es h a r i n ga n dc o l l a b o r a t i v ew o r k i n ga c r o s sm g ，i tc a n m e e tt h e r e q u i r e m e n t s o nr e s o u r c e e n c a p s u l a t i o n ，d i s c o v e r y ，s c h e d u l i n g ， c o n f i g u r a i o na n de v a l u a t i o nd u r i n gt h ep r o c e s so fc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n g i n m g a m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ee n c a p s u l a t i o ns p e c i f i c a t i o ni sd e f i n e db a s e do n w s r f a c c o r d i n gt oi t ，a n ym a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sp u b l i s h e do nm gh a v et o b ee n c a p s u l a t e da sm g r e s o u r c em o d e l ，w h i c hh a su n i f o r ms t r u c t u r ea n d s t a n d a r da c c e s s i n gm e t h o dr e s o u r c ee n c a p s u l a t i o ni m p l e m e n t st r a n s p a r e n t a c c e s s i n go nm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sa n dd y n a m i ca g g r e g a t i o na m o n gm u l t i p l e m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sd i s t r i b u t e di nv a r i o u sl o c a t i o n s am a n u f a c t u r i n gg r i d i n f o r m a i t o ns e r v i c e ( m g i s ) i sd e v e l o p e df o rd y n a m i ca g g r e g a t i o na n dp u b l i s h o fr e s o u r c ei n f o r m a t i o n w i t ht h eh e l po fm g l s ，r e s o u r c ed i s c o v e r yc a r ib e p e r f o r m e dn o to n l yb a s e do ns t a t i cp r o p e r t i e so fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s ，b u t a l s od y n a m i cs t a t ei n f o r m a t i o n as l a - b a s e dr o s o u r c ec o n f i g u r a t i o nm o d e la n d a l g o r i t h m ( m g - r c a ) i sp r o p o s e d ，o ft h i sm o d e l ，as e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) b a s e do nq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) p r o p e r t i e so fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s c a nb eg e n e r a t e dt h r o u g hn e g o t i a t i o nb e t w e e nm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep r o v i d e r a n dc o n s u m e rt og u a r a n t e et h el e v e lo fm a n u f a c t u r i n gs e r v i c e sp r o v i d e db y r e s o u r c ep r o v i d e r f i n a l l y , w i t ht h eh e l po fg l o b u st o o l k i t4 ，w s r f b a s e dm gr e s o u r c e f 海大学顺十学位论叟 m a n a g e m e n ts y s t e mi sd e v e l o p e da n d r a t i o n a l i t yi sv a l i d a t e db yb u i l d i n gu p m a n u f a c t u r i n g i m p l e m e n t e d i t sf e a s i b i l i t y a n d at e s t b e di n r a p i dp r o t o t y p i n g k e y w o r d s ：w s r f , m a n u f a c t u r i n gg r i d ，r e s o u r c em a n a g e m e n t ，r e s o u r c e e n c a p s u l a t i o n ，s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究： 作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名： 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：燃师签名： 伽也柚、如 上海大学坝= l 学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和来源 1 1 1 课题的研究背景 1 1 1 1 制造业背景 当前制造业正面临着一个不确定的、急剧变化的、竞争日趋激烈的国 际化市场。生产过程己经不再局限于一困范围内，而是形成“无国界的经 济实体”。在企业集团之间，竞争与合作、交流与限制并存，从而形成错综 复杂的局面，引起世界经济结构与组织结构的重大变化。 这些跨地域企业需要及时了解各地分公司的生产经营状况，同一企业 不同部门、不同地区的员工之间也需要及时共享大量企业信息。企业和用 户之间以及企业与其合作伙伴之间也存在着大量的信息交流。这就需要通 过计算机网络的协调和操作，把分布在世界各地的制造工厂和销售点连接 成一整体，以加快产品开发，提高产品质量和企业对市场的响应能力。 随着信息时代的来临、知识经济的挑战、全球化浪潮的冲击、网络经 济的影响、高速发展的高科技的推动、新思想、新技术的不断涌现，尤其 是在经济全球化、全球信息化以及我国加入世界贸易组织( w t o ) 的新形 势下，利用信息技术与计算机网络技术，特别是突飞猛进发展的 i n t e m e t e x t r a n e t i n t r a n e t 技术，改造现有的制造模式，已成为各国制造业研 究的主要内容。党的十五届五中全会以及十六大也明确提出：“以信息化带 动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展”战略，同时， 科技部提出了“制造业信息化工程”项目，围绕制造业和经济发展的需求， 整合科技资源，加快信息技术向传统产业的渗透，大力提高我国企业的核 心竞争力 1 。 在这种时代背景下，为适应不断变化的市场，满足客户日益个性化、 多样化的需求，各种先进的制造模式被提出，如现代集成制造( c o n t e m p o r a r y i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ，c j m ) 、虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ，v m ) 、敏 捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ，a m ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、智 能制造( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n g ) 、绿色制造( g r e e nm a n u f a c t u r i n g ) 、网络化 制造( n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ) 等。 上海大学硕：卜学位论文 同时，为了解决制造业信息化过程中存在的异地资源共享和协同工作 的问题，国内许多高校和科研机构也纷纷提出了自己的理论体系和平台结 构，比较著名的有以下一些： 华中科技大学杨叔子院士提出了“基于a g e n t 的网络化制造”模式和“分 布式网络化制造系统( d i s t r i b u t e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ， d n m s t 5 v ； 香港理工大学李荣彬教授和同济大学张曙教授联合提出了“分散化网络 制造系统( d n p m s l 印) ”： 重庆大学刘飞教授提出了“区域性网络化制造系统( r e g i o n a l n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，r n m s 【”： 清华大学吴爱萍博士提出了“网络化敏捷制造 8 】”模式； 上海大学俞涛教授提出了“基于s m v p n 的公共技术及服务平台系统建 立及其在快速制造中的应用9 1 ”； 上海交通大学提出了“上海敏捷制造网络集成平台【1 0 ”。 通过对上述的制造模式进行深入的分析后，我们发现它们存在着一些 共同的不足之处，列举如下： 没有通用的标准、规范及体系结构； 实现了数据共享，而非资源共享； 均采用集中管理机制，缺乏动态的分布式资源管理； 缺乏有效的安全管理； 采用专用技术实现，缺乏必要的柔性和开放性，难于集成和推广； 从上面的分析中不难看出，由于没有开放的体系结构做支撑，没有通 用的标准和规范做基础，使得网络化制造缺乏必要的柔性和开放性，限制 了网络化制造的集成推广应用，违背了刚络化制造理念提出的初衷。因此， 寻求一种基于国际通用标准的体系结构作为网络化制造的技术支持，建立 一种规范的网络化制造平台，从而实现异地分布的制造资源之间方便快捷 的资源共享以及动态的联合与协同工作已经迫在眉睫，势在必行。 1 1 1 2 网格技术背景 网格技术( g r i dt e c h n o l o g y ) 被誉为继i n t e m e t 和w e b 之后的第三次信息 技术浪潮。早在2 0 0 1 年9 月1 0 日，美国福布斯杂志的科技版 f o r b e s a s a p ) ) 发表了一组文章，预告了网格技术的普及。文章分析了计算机技术 上海大学f i j 二| 二学位论文 的发展历史和近几年的趋势，并指出：信息技术的下一波大浪潮将在2 0 0 4 - - 2 0 0 5 年度出现。这个大浪潮将极大地改变我们的工作和生活。到2 0 2 0 年，由此产生的互联网将成长为一个2 0 万亿美元产值的大工业。这一波浪 潮的本质特征，就是万维网升华为网格( g r e a tg l o b a lg r i d ) 。而中国科学院 计算机所所长李国杰院士随即指出：网格实际上是继传统互联网、w e b 之 后的第三个大浪潮，可以称之为第三代互联网。 网格与w e b 的主要区别在于，w e b 是对h t m l 文件的一致访问，而网 格是对重要资源柔性的、高性能的访问，即时地创建强大的虚拟计算系统。 实际上，网格是利用互联网把地理上广泛分布的各种资源( 包括计算资源、 存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等) 连 成一个逻辑整体，就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息和应 用服务( 计算、存储、访问等) ，虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行 资源共享和协同工作，彻底消除资源“孤岛”，让人们使用网格上的资源像 用电一样简单。 网格技术的提出者a nf o s t e r 与c a r lk e s s e l m a n 曾对网格进行了如下定 义：网格技术致力于在动态分布式的虚拟组织中进行一致的资源共享和协 同解决问题( c o o r d i n a t e dr e s o u r c es h a r i n ga n dp r o b l e ms o l v i n gi nd y n a m i c ， m u l t i i n s t i t u t i o n a lv i r t u a lo r g a n i z a t i o n s ) i “1 。随后，又提出了界定网格系统的 三个条件1 2 1 ： 协调非集中控制的资源( c o o r d i n a t e sr e s o u r c e st h a t a r en o ts u b j e c tt o c e n t r a l i z e dc o n t r 0 1 ) ； 使用标准的、开放的、通用的协议和接口( u s i n gs t a n d a r d ，g e n e r n p u r p o s e p r o t o c o l sa n di n t e r f a c e s ) ； 提供非平凡的服务质量( t od e l i v e rn o n t r i v i a lq u a l i t i e so f s e r v i c e ) ； 从网格的定义中可以看出，网格概念的核心是“资源( 包括服务) ”以 及对“资源的使用”，通过将资源封装为服务，打破传统的强加在“资源” 之上的种种限制，为使用者提供一种前所未有的“高级服务”。这包括如下 几个方面的含义： 资源的网络化，即通过将资源加入到网格中，使得位于任何地理位置的 用户都可以通过网格利用该资源； 资源的规范化，即通过将资源封装为服务，屏蔽了资源的多样性和异构 性，各种资源对用户都是透明的； 资源的相互协调，即对任何网格资源，在开放网格服务架构( o p e ng r i d 上海大学颤士学位论文 s e r v i c ea r c h i t e c t u r e ，o g s a ) 提供的一定规则的约束和管理下，都可以 实现相互协作： 资源的动态联合，因为单个资源往往不能满足用户的要求，这时可以通 过网格，将众多的资源聚合起来，动态形成虚拟组织，形成具有超级能 力的虚拟资源。 基于以上分析，我们不难看出，网格技术在制造业的应用必将成为是 制造业发展史上的又一个里程碑，极大推动制造业信息化的进程。制造网 格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ，m g ) 的概念就是在这种时代背景下提出的。 制造网格以现有的制造业信息化技术和手段为基础，充分利用网格技 术开放的体系框架、通用的标准和规范、统一的开发平台和工具，致力于 为制造业建立一种通用的、标准的和规范的网络化制造模式。该模式的实 现不仅能够达到资源共享、协同工作、降低制造成本、提高资源利用率、 加快产品上市时间的目的，同时又具有极大的柔性和开放性，可以扩展到 世界的每一个角落，覆盖所有的现代制造资源和制造系统，并最终形成全 球制造网格。 本文的研究以制造网格为背景开展，致力于解决制造网格中的资源管 理问题。 1 1 2 课题的来源 本课题来源于上海市科委2 0 0 2 年重点攻关项目“基于s m v p n 的公共 技术和服务平台系统建立及其在快速制造中的应用”，以及上海市教委网格 e 研究院2 0 0 3 年的“上海高校网格制造网格应用及其相关中间件的研制” 项目。 1 2 课题的研究现状和发展趋势 1 2 1 制造网格发展现状 对于网格技术在制造业的应用，上海大学于2 0 0 2 年6 月提出了“制造 网格”的概念，清华大学吴澄院士也提出“网络化制造网格”，随后，其它 高校纷纷提出“网格在制造业的应用”。其中，上海大学在制造网格研究方 面起步较早，目前已有一定的研究成果和学术论文。国外也开始对该网格 应用项目显示出浓厚的兴趣。 上海大学颁士学位论文 2 0 0 3 年1 2 月在g c c 2 0 0 3 ( 第二届网格与协同计算) 国际学术会议上， 上海大学向全世界宣布了制造网格的概念，并介绍了当前的研究情况，引 起国内外学者的关注。随后，英国c a r d i f f 大学的r a s h i d a l a l l 博士特地到 上海大学与制造网格项目组进行深入探讨，c a r d i f f 大学的o m e rr a n a 教授、 d a v i dw a l k e r 教授与上海大学就制造网格项目合作问题达成共识。 2 0 0 4 年1 月在g 1 0 b u s w o r l d 2 0 0 4 国际会议上，上海大学又一次将制 造网格的概念推向全世界，并针对服务质量管理( m g q o s ) 的新进展做了 相应的报告。该报告又一次引起国内外的关注，来自美国a r g o n n e 实验室、 日本、韩国、新加坡等国家的学者与我们进行了深入的交谈，纷纷表示， 制造业将成为网格技术应用的一个新的亮点。 2 0 0 4 年5 月，加拿大r y e r s o n 大学校长和l i h u iw a n g 教授特地到上海 大学对制造网格项目进行为期三周的访问学习，双方就制造网格的研究和 合作进行了深入探讨。 2 0 0 4 年5 月，在上海市教委网格e 一研究院建设中，上海大学制造网格 项目，作为两个主要应用之一，进行重点和亮点建设。 2 0 0 4 年9 月，制造网格平台系统v 10 通过了上海市浦东软件园评测中 心测试。 作为网格技术在制造业的应用，制造网格的主要目的是充分利用网格 技术开放的体系框架、通用的标准和规范、统一的开发平台和工具，致力 于为制造业建立一种通用的、标准的和规范的网络化制造模式。该模式的 实现不仅能够达到资源共享、协同工作、降低制造成本、提高资源利用率、 加快产品上市时间的目的，同时又具有极大的柔性和开放性，可以扩展到 世界的每一个角落，覆盖所有的现代制造资源和制造系统，并最终形成全 球制造网格。 1 2 2 网格资源管理的研究现状和发展趋势 网格资源是一个相当宽泛的概念，它指的是任何能够在网格坏境中被 共享的能力，而并不局限于传统意义下的物理资源，例如计算机、内存、 网络或者存储系统。网格资源种类繁多、功能多样，一般说来，网格中的 资源具备以下几个特点： 异构性网格中的资源异地分布、种类繁多、功能各异； 动态性网格中的资源并非实时在在线，而是可以随时加入和离丌网 格系统； j 二海大学硕：b 学位论文 自治性网格中的资源总处于自身所属域的管理机构的管理之下，具 有本地自治能力。网格管理系统必须受约束于本地域管理策略之下，不 能把网格的意愿强加到资源上，更不能代替本地管理系统； 二分性网格中的资源由资源提供者提供，由资源使用者使用。两者 均对网格资源有使用权。 在网格中，资源管理定义了资源提供者向刚格中的其他实体，例如用 户、应用程序或者服务，提供服务能力的方式。资源管理并不是网格服务 的核。t 5 功能( 网格服务的核心功能是其所能提供的服务能力) ，但是网格中 所有的资源共享行为都必须建立在某种资源管理机制上【l ”。 在网格中一切与资源相关的行为都属于资源管理的范畴，包括资源的 描述、封装、发布、查找、调度、配置、绑定及状态监控等等。具体的说， 网格中的资源管理系统应该解决以下问题： 隐藏网格资源的异构性，提供统一的资源访问接口； 屏蔽网格资源的动态性，提供对消费者透明的网格服务； 协调不同管理域之间的策略冲突，提供安全、高效的网格服务； 建立一种统一、标准、通用的资源共享机制，在保障资源提供者和消费 者双方利益的前提下提供有质量保证的网格服务； 目前，已有诩：多面向特定类型的资源的管理机制及接口被开发出来， 例如面向计算资源的网格资源分配管理器( g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n m a n a g e r , g r a m ) t ”j ，面向存储资源的存储资源管理器( s t o r a g er e s o u r c e m a n a g e r , s r m ) t ”，”】等。但是，随着越来越复杂的网格应用对服务等级的控 制提出了更高的要求，未来的网格资源管理必须提供种统一的、标准的、 面向所有类型网格资源的管理机制，它能够提供一个广泛适用的管理功能 集合，使得网格上的资源能够实现方便的、迅捷的、透明的共享。 1 3 课题的目的及意义 信息技术的发展给制造业的生产模式带来了极大的改变，借助于信息 技术领域的研究成果，尤其是大规模使用计算机技术与网络通信技术，现 代制造业正在向全球化、标准化、数字化、虚拟化、开放化的方向发展， 网络化制造、虚拟制造、动态联盟、绿色制造、敏捷制造等新型的制造模 式代表了下一代制造模式的发展方向。它们以某一市场机遇或需求为驱动， 试图通过有效的整合分布在不同地域、不同企业问技术、设备、人员等制 上海大学硕士学位论文 造资源，达到制造资源的共享和技术资源的优势互补，实现快速响应市场 和降低制造成本的双重目标。 自出现之日起这些制造模式就在各行各业发挥着不同程度的作用， 对推进制造业信息化进程具有不可磨灭的地位。然而，我们也应该注意到， 随着制造业信息化进程的不断深入，现有的网络化制造模式逐渐暴露出其 固有的缺陷和不足，例如缺乏开放的系统结构、未实现资源分布式动态管 理、未形成统一的标准和规范等，这些局限性极大的制约了网络化制造的 进一步发展。与此同时，以网格技术为代表的新一代互联网技术标志着新 轮信息化浪潮的到来，这也给网络化制造的发展提供了新的契机。制造 网格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ) 的概念正是在这种时代背景下提出的，它以网络化 制造为基础，充分利用网格技术开放的体系框架、通用的标准和规范、统 一的开发平台和工具，致力于为制造业建立一种通用的、标准的和规范的 网络化制造模式。 制造网格的最终目的是实现分布的、异构的制造资源之间的资源共享 与协同工作，其核心内容是制造资源以及制造资源提供的制造服务。在制 造网格中，资源管理虽然不是核心内容，但是与资源有关的任何行为都属 于资源管理的范畴，制造资源之间的共享与协作行为也必须建立在某种资 源管理框架之上。因此，可以说资源管理是实现制造资源共享和协同工作 的前提和基础。然而，由于制造资源较之一般的网格资源具有高度复杂性、 特殊性和分散性的特点，以及各种制造任务的多样性，使得制造网格中的 资源管理比其它领域内的网格应用项目要困难的多，因此，开发出种能 够满足在制造网格中进行协同制造要求的资源管理系统成为了制造网格进 一步应用和推广的前提条件和当务之急。本文在对国内外相关文献充分研 究和分析的基础上，提出了一种基于w s r f 规范的“制造网格资源管理系 统”，其目的在于利用网格开放的体系和标准的规范对复杂多样的制造资源 进行建模、封装，使其具有统一的结构和标准的访问方式，从而实现分布、 异构的制造资源之间的透明共享与协同工作。 1 。4 论文的主要研究内容 随着网络化制造和制造业信息化的不断深入，以及网格技术的不断发 展和完善，尤其是随着新的网格规范w s r f 的提出，网格在制造业的应用 一制造网格的研究已经越来越得到广泛的关注，并且已经取得了一些重大 的成果，本文研究内容就是在这种时代背景下产生的。 制造资源的管理问题是在制造网格中实现资源共享和协同工作的前提 上海大学硕：l 学位论文 和基础，本文提出了一个基于新的开放式网格框架w s r f ( w s r e s o u r c e f r a m e w o r k ) 的制造网格资源管理系统，在整个制造网格范围内实现了制造 资源的共享与协作，能够满足在整个制造网格中进行协同制造时对制造资 源的封装、发布、搜索、调度、配置、绑定以及评价等需求。 具体地说，包括以下三个方面： 1 提出了基于w s r f 规范的制造资源建模与封装规范，将制造资源封装为 具有统一的结构和标准的调用规范的制造网格资源( m g r e s o u r c e ) ，从 而实现了对制造资源的透明访问以及在异地协同制造过程中的制造资 源快速、动态的的聚合，从而能够为网格用户提供完成其制造任务所需 的复杂制造能力。 2 建立了制造网格信息服务( m gi n f o r m a t i o ns e r v i c e ，m g i s ) ，实现了制造 资源信息的动态聚合和发布。由于制造资源在m g i s 上的注册是动态的， 因此资源使用者不仅能够根据资源的属性信息查找资源，还能够根据资 源最新的状态信息以及其他资源使用者对其的评价等动态信息选择合 适的制造资源，从而使制造网格中的资源搜索与发现更有效。 3 建立了基于s l a 的资源配置模型，该模型通过在资源提供者和使用者 之间的协商并生成一个交互式的服务水平卧议( s e r v i c el e v e la r g e e m e n t ， s l a ) ，保证了资源提供者提供的制造服务能够满足资源使用者的服务质 量( q o s ) 要求。同r 寸，本文以资源的q o s 属性为评价准则，以制造任务 的具体服务要求为约束条件建立的基于s l a 的制造网格资源配置算法 ( m g r c a ) ，确保了该模型的可行性与合理性。 上海大学硕：l 学位论文 第2 章制造网格资源管理系统框架 制造网格资源管理系统( m a n u f a c t u r i n gg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n t s y s t e m ，m g r m s ) 是一个基于网格技术的、与平台无关的软件系统，它以 最新发布的开放式网格框架w s r e s o u r c e 框架( w s r f ) n 基础，使用g l o b u s t o o l k i t4 为实现工具，在整个制造网格范围内实现了制造资源的共享与协 作，能够满足在制造网格中进行异地协同制造时对制造资源的封装、发布、 搜索、调度、配置、访问以及评价等需求。 本章首先对w s r f 规范作了简单的介绍，然后着重对建立一个基于 w s r f 的资源管理系统的必要性进行了分析，并在此基础上提出了制造网 格的资源管理系统( m g r m s ) 框架。 2 1 w s r f 简介 自从2 0 0 2 年开放式网格服务架构( o p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r a c t u r e ， o g s i l ”】1 发布以来，w 曲服务社区也经历了高速的发展，并且开发了一些 能够简单清晰地实现o g s l 中定义的概念的规范和模型，其中以 w s a d d r e s s i n g t l 9 1 和w s m e t a d a t a e x c h a n g e 2 0 1 最具代表性。w s a d d r e s s i n g 规范定义了与传输无关的w e b 服务定位机制，它定义了一个中立的机制来 表示w e b 服务端点( w e bs e r v i c ee n d p o i n t s ) 以及端点认证信息( e n d p o i n t i d e n t i f i c a t i o n ) ，这样w s a d d r e s s i n g 不仅可以表示w e b 服务的地址信息， 而且能够将服务的状态信息作为端点引用属性( e n d p o i n tr e f e r e n c e p r o p e r t i e s ) 保存。w s m e t a d a t a e x c h a n g e 则定义了一个机制用于得到与w e b 服务相关的信息，例如w s d l 描述、x m ls c h e m a 定义以及调用w e b 服务 所必需的策略信息。 为了利用w e b 社区的发展成果( 尤其是w s a d d r e s s i n g 规范) ，避免两 个社区在功能定义的上的冗余，在2 0 0 4 年1 月的g l o b u sw o r l d2 0 0 4 会议上，以g l o b u s 联盟为首的网格社区正式发布了新一代的网格标准 w s r e s o u r c e 框架( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ，w s r f ) ，实现了w e b 服务社区 和网格计算社区的合并，如图2 1 所示。w s r f 足对o g s i 的重构和改进， 它致力于丌发新的w e b 服务标准( 尤其是w s a d d r e s s i n g 标准) 以及对基于 o g s l 的网格实现和应用进行改进。w s r f 实现了o g s i 中定义的所有功能， 同时，对其中的语法进行了一定的一些改动( 例如新开发了w s a d d r e s s i n g l 海大学硕| ：学位论文 标准) ，并且引入了新的术语。 w s r f 争 t h ed e f i n i t i o no fw s r fm e a n st h a tg r i da n dw e b c o m m u n i t i e sc a l lm o v ef o r w a r d0 1 1ac o m m o nb a s e 图2 1w s r f 的提出 w s r f 标准是对o g s i 标准的重构和升级，它解决了o g s i 标准本身存 在的四个问题： 所有的功能都定义在一个规范中，功能划分不清晰； 与现有w e b 服务及x m l 开发工具不太兼容； 网格服务将服务和状态信息封装在一起，在面对不同的应用需求时不够 灵活； 使用了将在w s d l 2 0 中支持的语法，但w s d l l 1 并不支持； 目前，已经发布的规范有六个，如表2 - 1 叫所示： 表2 1 对o g s i 进行重构产生的5 个w s r f 规范和w s n o t i f i c a t i o n 规范 规范名称 描述 w s - r e s o u r c e p r o p e r t i e s定义了与w e b 服务相关的有状态资源以及查询、更改和删 除公有的资源属性的操作 w s r e s o u r c e l i f e t i m e 允许请求者立刻终止w s r e s o u r c e 或者在将来的某个时刻 自动终j 卜w s r e s o u r c e 的生命周期 w s r e n e w a b l e r e f e n e r c e在一个w e b 服务的当前引州无效后自动为其中请一个w e b 服务端点引用( e n d p o i n tr e f e r e n c e ) w s s e r v i c e g r o u p 创建和使用异构的由引用联合起来的w e b 服务集合 删t-=上曲 g 恻删榉鼬 w g 一邪锄 w 甜i 巴- c & 上海大学颀二l 学位论文 w s b a s e f a u l t 定义了基本错误类型 w s - n o t i f i c a t i o n 定义了基于主题发布和订阅的模式进行通知的标准方法 w e b 服务本身是无状态( s t a t e l e s s ) 的，w s r f 通过在w e b 服务框架中构 建了一个s t a t e f u l 资源( s t a t e f u l r e s o u r c e ) 模型对w e b 服务的状态进行建模和 管理，从而使w e b 服务成为了“有状态”( s t a t e f u l ) 的i ”1 。建模的方法可以 描述为： 创建了一个w s r e s o u r c e 结构，它包括了一个w e b 服务和一个s t a t e f u l 资源组件： 将一个s t a t e f u l 资源组件构建在w e b 服务的消息交换操作中； w s r e s o u r c e 结构有一定的生命周期，可以被动态的创建和销毁； 将s t a t e f u l 资源的定义与w e b 服务的接口描述联系起来从而使w e b 服 务的状态信息可以通过与w e b 服务的信息交换被查询和修改； w s r f 定义了s t a t e f u l 资源的创建、定位、查询和生命周期管理机制， 提供了将状态描述为s t a t e f u l 资源的方法，并使用隐式资源模型( i m p l i e d r e s o u r c ep a t t e m ) 表示s t a t e f u l 资源与w e bs e r v i c e 的关系。一个基于w s r f 标准的网格运行环境如图2 2 所示： 图2 - 2 基于w s r f 标准的网格运行环境 如上图所示，基于w s r f 标准的网格运行环境主要由以下几个模块组 成： 消启、处理器消息处理器负责网格运行环境与外界的消息交换，它从 外界接收服务请求者发送的请求消息并把它们分发给对应的w e b 服 务： 一1 1 卜海大学颂十学位论文 w e b 服务w e b 服务将自身提供的功能通过w e b 服务描述语言( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l 2 3 1 ) 定义成一组操作的集合，这些操 作可以被分布式系统中的其他组件( 服务请求者) 调用： s t a t e f u l 资源s t a t e f u l 资源是网格环境中保存w e b 服务状态信息的实 体，它可以是文件系统中的文件、数据库中的记录或者被封装的对象( 例 如j a v ab e a n s ) ： w s r e s o u r c e 结构由w e b 服务和s t a t e f u l 资源通过隐式资源模型结合而 成，w e b 服务在处理请求消息的同时，将自身的状态信息保存在s t a t e f u l 资 源上，从而使w e b 服务成为“有状态”的。 由于w s r f 使用了不同的结构对s t a t e f u l 资源和w e b 服务进行分别建 模，这使得w s r f 能够更好的集成w e b 服务的标准，也很容易在现有的 w e b 服务开发工具下实现。 2 1 1 “s t a t e f u l 资源” “状态”的概念可以包括计算机系统的多个方面，从储存在数据库中 的记录到硬盘的寻址时间甚至c p u 的温度都属于“状态”的范畴。s t a t e f u l 资源可以被定义为： 具有一个以x m l 文档表示的状态数据集合； 具有良好定义的生命周期； 可以被一个或多个w e b 服务发现并与其绑定； s t a t e f u l 资源组件可以是计算机中的文件、关系数据库中的一行记录或 者是一个对象，例如e j b 等，也可以是一组其他s t a t e f u l 资源的集合。一个 s t a t e f u l 资源可以拥有多个实例( i n s t a n c e ) ，s t a t e f u l 资源的实例可以由一类名 为s t a t e f u l 资源i u ( s t a t e f u lr e s o u r c ef a c t o r y ) l 构w e b 服务