（电力系统及其自动化专业论文）基于p2p构架的分布式协同设计系统研究.pdf

第1 | 页西南交通大学博士研究生学位论文组合关系的配置和优化。论文针对分布式协同设计系统中的任务调度问题，利用满意优化和遗传算法的特点，提出基于满意优化结合遗传算法，面向分布式协同设计系统中的任务分配和优化算法，利用它对组合优化问题所具有的抵御“组合爆炸”的能力进行任务调度求解，最终得到最优或满意的任务调度序列。最后，通过实例验证了本文的主要研究成果。这些研究成果的实施可提高企业在复杂多变竞争环境中的竞争能力。关键词：计算机支持的协同设计( c s c d ) ；p 2 p ：过程规划；冲突解决；工作流管理。西南交通大学博士研究生学位论文第1 li 页a bs t r a c td u et oi t sc o m p l e x i t y , t h em o d e r np r o d u c t sd e s i g ni sap r o d u c t i o nf o ra p p l y i n gm u l t i p l ed i s c i p l i n e si n t e l l i g e n c e g l o b a lm a r k e tc o m p e t i t i o nr e q u i r e se n t e r p r i s e ss p e e d i n gp r o d u c td e v e l o p m e n t ，a n ds os h o r t i n gt h el e a d - t i m ei nt h eu n p r e d i c t a b l ea n dr a p i d l yc h a n g e a b l ec o m p e t i t i o ne n v i r o n m e n t w i t ht o d a y sr a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h ek e yu n i tf o rt h es u c c e s sp r o d u c td e s i g ni sh o wt oe f f e c t i v e l yi n t e g r a t et h em u l t i p l ed i s c i p l i n e sk n o w l e d g eu n d e rt h ea s s i s t a n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , a n dt h e np r o v i d ep r o d u c t sw i t hh i g h e rq u a l i t y ,m u c hr e a s o n a b l ep r i c e ，b e t t e rs a l es e r v i c e ，a n dm o r ee n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ni ns h o r t e rt i m et om a r k e t t h u se n t e r p r i s ec o u l de n h a n c ei t sk e yc o m p e t i t i v e n e s s t h ec o l l a b o r a t i v es u p p o r t e dm e t h o d sa n dt e c h n i q u e sb a s eo np 2 pt e c h n o l o g ya r es t u d i e di nt h i st h e s i s ，t h ei n v e s t i g a t i o n sm a i n l yf o c u so nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：f i r s t l y , t h i st h e s i sp r e s e n t sac o m p r e h e n s i v es t u d yo nc o l l a b o r a t i v ed e s i g ni nad i s t r i b u t e de n v i r o n m e n ts u c ha si t sc o n n o t a t i o n ，w o r k i n gp a t t e r n ，a n df u n c t i o n a lr e q u r e m e n t s ，a n de t c o nt h i sf o u n d a t i o n ，t h e s i sp r o p o s e sc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e ma r c h i t e c t u r eb a s e do nt h ep 2 pt e c h n o l o g y f i n a l l y , t h e s i sh a sc a r r i e do nt h ea n a l y s i st ot h ek e yt e c h n o l o g i e sw h i c ht h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mn e e d st os o l v e t h ea r c h i t e c t u r ei sk e yp o i n to ft h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g nr e s e a r c h a l t h o u g ha tp r e s e n te x i s t i n gd i s t r i b u t i o n a ls t r u c t u r ea n dw e bs t r u c t u r em a yr e a l i z ei n f o r m a t i o ns h a r i n g , b u tc a n n o tc o m p l e t e l ys a t i s f yk n o w l e d g es h a r i n ga n di n t e l l e c t u a l i z e dr e q u e s t t h ep 2 pc o n s t r u c t i o nc o n f o r m st ot h en e e d so fi n t e l l i g e n td e s i g na n dd i s t r i b u t i o n a la n ds oo n ，b u ti t sc o n s t r u c t i o nm e t h o d ，d e s i g nm e c h a n i s m ，m a n i f e s t a t i o na n dr e a l i z a t i o nm e t h o ds t i l lr e m a i n i n gi n s u f f i c i e n c y a i m e da tc o l l a b o r a t i v ed e s i g nl a c k st h e o r yi n s t r u c t i o no fs y s t e mc o n s t r u c t i o n ，o p e n ，i n t e l l i g e n c ea n ds oo n ，t h i st h e s i sp r o p o s e sm e t h o da n df l o wo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e me x p l o i t a t i o nb a s e do nt h ep 2 pt e c h n o l o g y a tt h es a m et i m et h e s i sh a se s t a b l i s h e da no p e na n di n t e l l i g e n c ec o l l a b o r a t i v ed e s i g nf r a m eb a s e do np 2 p c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mb a s e do nt h ep 2 pt e c h n o l o g yp r o v i d es h a r i n gd e s i g ne n v i r o n m e n tw h e r et h em u l t i d i s c i p l i n a r ye x p e r t si sa b l et o h y p o t h e s i z e ds a m ep l a c e w o r k a n dt h ew o r kf l o wt e c h n o l o g yi so n ek e yt e c h n o l o g yi nc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m t h i st h e s i sa n a l y z e dt h ed e m a n d so fw o r kf l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h et r a d i t i o n a lw o r kf l o wm o d e li np r o d u c td e v e l o p m e n t第1v 页西南交通大学博士研究生学位论文o fc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m ，a n dd i s t r i b u t i o n a lw o r kf l o wm a n a g e m e n td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h e np r o p o s e do n ek i n d o fc o m p l e t e l ys y s t e ma r c h i t e c t u r eb a s e do nc o o r d i n a t i o nc o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lm o d e lo fd e s i g np r o c e s s ，t h em o d e lo fd i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g n p r o c e s sh a si t sd i s t i n c t i v eq u a l i t ya n dc o m p l e x i t y t h e r e f o r ec o n f l i c ti si n e v i t a b l eq u e s t i o ni nc o l l a b o r a t i v ed e s i g n e m b a r k i n gf r o mt h ep r o c e s sm o d e l l i n gq u e s t i o no fd i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，t h e s i sa n a l y z e dt h ee s s e n t i a lm e t h o do fd i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s sm o d e l i n g a n da c c o r d i n gd i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g n sc h a r a c t e r i s t i c s ，c a r r i e do nt h em o d e l l i n gu s i n gt h ep e t r in e tf o rc o n f l i c tp r o c e s s ，a n dh a se s t a b l i s h e dt h ed e s i g nc o n f l i c tm a n a g e m e n tm e c h a n i s mi nt h ed i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m t h ec o m p l e xp r o d u c tc o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s sa l s oi sw h a tm u l t ia g e n t sd e p l o ya n do p t i m i z ed e s i g ne n t i t y sp a r a m e t e ra n dc o m b i n a t i o nr e l a t i o n s i nv i e wo ft a s ks c h e d u l i n gq u e s t i o ni nd i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m ，t h i st h e s i sp r o p o s e st h es a t i s f a c t i o no p t i m i z a t i o nu n i o ng e n e t i ca l g o r i t h mb a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs a t i s f a c t i o no p t i m i z a t i o na n dg e n e t i ca l g o r i t h mt os o l v ed u t ya s s i g n m e n tq u e s t i o ni nd i s t r i b u t i o n a lc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m t h e s i su s ei t sa b i l i t yo fr e s i s t a n c e c o m b i n a t i o nb l a s t i no p t i m i z e dq u e s t i o nt oc a l t yo nt h et a s ks c h e d u l i n gs o l u t i o n ，a n do b t a i n e dt h em o s ts u p e r i o ro rs a t i s f a c t i o nt a s ks c h e d u l i n gs e q u e n c e f i n a l l y , t h i st h e s i sh a sc o n f i r m e dt h em a i nr e s e a r c hr e s u l t st h r o u g he x a m p l e s t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h o s er e s e a r c hr e s u l t sm a ye n h a n c et h ee n t e r p r i s e sc o m p e t i t i v ea b i l i t yi nc o m p l e xa n dc h a n g e a b l ec o m p e t i t i o ne n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：c o m p u t e rs u p p o r t sc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ；p 2 p ；p r o c e s sp l a n ；c o n f l i c ts o l u t i o n ；w o r kf l o wm a n a g e m e n t 西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1 保密口，在年解密后适用本授权书；2 不保密击，使用本授权书。( 请在以上方框内打。一)学位论文作者签名：涯廊日期：凶溺岁“指导老师签名：参砑j 日期：) 彰争莎s 易西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1 设计了一个开放、可伸缩的、健壮的、有效的p 2 p 基础结构，利用p 2 p技术实现异构、分散环境下的协同设计框架。在传统集中式协同设计系统基础上改进了分布式协同设计系统，从现有收集的文献来看国内外还鲜有看到相应的研究报告。2 将p c t r i 网应用于协同设计工作流建模之中，针对工作流网合理性验证负责度太高的特点，将工作流网映射为自由选择网，然后它的合理性进行了分析，大大降低了分析算法的复杂度。将p 2 p 技术应用于协同设计任务调度分配的工作流管理模型中，结合p 2 p 技术的特点，使工作流模型有更好的扩展性、智能性、鲁棒性和环境适应能力。3 研究了分布式协同设计中相关冲突模型，将协同设计系统对应于多代理系统，然后将随机p e t r i 网应用到协同设计分布式协同设计冲突建模中：结合约束网络理论提出了冲突解决综合管理模型，并运用改动的约束传播算法对约束网络进行求解，使协同设计协同的冲突管理更加完善并且具有更好的智能性和扩展能力。4 协同设计中任务分配过程是典型的多目标优化问题，本文结合满意优化和遗传算法的优点，将它们运用于任务分配的求解过程中，得到一个更加智能、高效和适应力的优化模型。：l 欠寥脚多乒( 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页1 1 引言第1 章绪论随着时代的进步，数字化、网络化和信息化正在、并将继续推动全球经济一体化。信息内容的数字化为信息的计算机处理提供了基础，信息交流的网络化使信息传输消除了时间和空间限制，管理方式的信息化则使信息可以在企业之间快速、准确和灵活地传递，企业之间联系更加密切。同时，随着市场竞争的加剧，企业内各个部门之间、企业与企业之间已经成为相互依存的紧密群体，传统的单人单机工作模式逐步被群组工作模式所取代，业务过程的运作环境也需要由“孤岛 式环境构建为协同工作环境【l 堋。协同工作环境的发展是随着计算机技术和网络技术的发展而发展的，经历了一个从简单到复杂的过程。传统的会议方式是最简单的协同工作环境，适用于成员之间即时的、面对面的交流；随后发展起来的电话会议和视频会议使协同工作从空间上的限制解放出来，但由于系统本身的局限性，其并不能满足现在协同工作的所有需求；以计算机为平台，基于客户服务器模式的协同设计系统是对协同工作环境的革命性发展，它使协同参与者对协同行为具有了更强的控制和处理能力，同时能够得到系统更多的支持【l 6 1 。然而，随着企业构建新的、全球的组织结构，业务过程趋于分布化，传统的协同工作环境暴露出在协调空间分布、多人协同完成某项业务过程方面的不足，不能适应业务应用的集成性和业务过程重组的需要。因此，完全分布式的p 2 p 技术使协同设计系统更能适应趋于分散化的业务过程。1 2 研究背景1 2 1 计算机支持的协同工作( c s c w )1 9 8 4 年麻省理工学院( m 1 t ) 的k e ng r e i f 和数字设备公司( d e c ) 公司的p u a lc a s h m a n 组织了一个有二十余个不同学科的专家参加的讨论会，会议讨论的主题是“研究人们如何工作，探讨在工作环境中技术所起的作用 。与会者第一次提出了计算机支持的协同工作( c s c w ) 这个概念【n o l ，二十多年来，很多的研究和开发人员被吸引到这一领域。第2 页西南交通大学博士研究生学位论文c s c w 是一门新兴的交叉学科，人们对于c s c w 的含义有不同理解、研究的范围和焦点也有不同。定义1 。1 g r e i f , 1 9 8 4 年】：一个关于计算机在群体工作( g r o u pw o r k ) 中的角色的独特的研究领域。定义1 2 郑庆华，1 9 9 7 年】：c s c w 是一个利用计算机技术、网络与通信技术、多媒体技术、分布处理技术以及人机接口技术，将时间上分离、空间上分布而工作上又相互依赖的多个协作成员及其活动有机地组织起来，以共同完成某一项任务的新型分布式计算机系统。c s c w 作为一个多学科交叉的新兴研究领域，不仅需要计算机网络与通信技术、多媒体技术等计算机技术的支持，还需要社会学、心理学、管理科学等领域学者共同协作。计算机协同工作将计算机网络技术、通信技术、多媒体技术以及各种社会科学紧密地结合起来。向人们提供了一种全新的工作环境和交流方式。当前c s c w 的研究工作主要集中在群体工作理论、协调机制、通信机制、多用户界面、系统实现、应用研究等方面。1 2 2 协同设计1 2 2 1 协同设计的定义协同设计( c o l l a b o r a t i v ed e s i g n 或c o o p e r a t i v ed e s i g n ) 是计算机支持的c s c w 在设计领域的应用，是对并行工程、敏捷制造等先进制造模式在设计领域的进一步深化。协同设计系统的概念在以往的研究中有所涉及，许多学者对此作过一些有益的研究，但对于协同设计还没有统一的定义 t o , u 】。定义1 3 ：计算机支持协同设计工作系统是根据c s c w 理论而建立的一种面向协同设计的计算机工作系统，它由应用子系统、信息共享平台、协同工作平台、协作管理平台和网络传输平台五部分组成。定义1 4 ：计算机支持协同设计( c s c d ) 系统是指在计算机和计算机网络支持的环境下，由多个成员协同工作完成一项共同的设计任务的计算机支持协同工作系统。协同设计是一种系统化的方法，它要求设计者从一开始就考虑到用户需求直到质量、价格、计划安排等各种因素。协同工作的目标就是要缩短开发周期，改善产品质量，降低产品成本，增强竞争能力。计算机支持下的协同西南交通大学博士研究生学位论文第3 页设计是一种包括有关人员集体共同进行某项设计工作的一种计算机工作环境，是一个多学科的综合体。它强调了以群体工作目标为核心，组织各类有关人员进行分工协作。计算机支持下的协同设计允许管理人员、设计人员、工程技术人员直至最终用户等各类有关人员可以分散在不同的工作场所；但要为这些不同部门的人员参与产品或工程项目的设计提供技术支持，使他们能密切合作，达到协同工作的目标。1 2 2 2 协同设计的特点协同设计涉及到设计过程、设计人员、计算机协同等设计实体，各设计实体之间的相互关系和系统特点具体可体现在以下几点【1 2 1 5 】：( 1 ) 群体性：是指设计活动由两个或两个以上设计专家参与而这些设计专家通常是相互独立的并且各自具有领域知识经验和一定的问题求解能力。( 2 ) 并行性：多设计专家要实现的最终设计目标是共同的他们在各自的岗位上并行协同地进行的各自的设计。( 3 ) 动态性：参与设计的专家数目可以动态地增加或减少协同设计的体系结构也是灵活的可变的。( 4 ) 异地性：设计专家所在的位置物理上可能是分离的。( 5 ) 异步性：协同中不同的人有自己不同的操作序列，即使同一工作组中的不同个人也具有自己的独立行为。( 6 ) 协同性：具有一种协同各个设计专家完成共同设计目标的机制包括通讯协议通讯结构冲突检测与仲裁等。( 7 ) 开放性：协同设计系统是动态的系统，系统各部分间要求无缝集成，实现相互间透明的互操作。在系统运行过程中，会不断有新的资源和应用系统加入或已加入的系统及资源退出。这就要求协同设计系统要有良好的开放性，也就是“即插即用 特性。( 8 ) 信息共享性：这是协同设计的基础、协同的结果。( 9 ) 自动化支持：也是协同设计的目标。1 2 2 3 协同设计的关键技术协同设计兼有c s c w 和c a d 两方面的特性，这两者不是简单的叠加，而是互相促进和发展的有机结合，c s c w 为c a d 提供了理论指导，而研究协同设计第4 页西南交通大学博士研究生学位论文对c s c w 的发展也起到积极的作用。在c s c w 方面，它与众多的协同工作技术紧密相关；另一方面，作为支持产品全生命周期的c a d 是c s c w 的具体工作内容，因此它包含c a d 领域的一些关键技术【1 6 1 。( 1 ) 体系结构：系统设计、系统的构架、集成框架，如w e b 、组件、智能框架等。( 2 ) 产品模型和知识描述：协同设计多领域共享产品模型的表达、建立与显示方法。多专家表达不相容问题、各领域知识的提取和描述、学习机制。( 3 ) 数据共享：产品数据管理，产品信息交换、一致性维护、资源描述、发现和寻找等 2 7 3 0 】。( 4 ) 网络通讯技术：拓扑结构，通讯协议，各种服务的应用掣3 1 , 3 2 】。( 5 ) 安全：由于协同设计需要在i n t e r n e t 上传输数据，这些信息极有可能在传输过程中被窃取、篡改或破坏。而信息对于一个企业来说相当的重要，甚至关系到一个企业的存亡。因此信息安全技术在协同设计中具有重要的意义【3 3 4 0 1 。协同设计中的信息安全的目标和手段如图卜1 ：多雹备份存取访问控制过滤机制身份籀别身份标示审计攻：打榆测加密机制数了签名数据破坏可用性数拶泄密安伞性数据服务阻塞获得保密性篡改数据可靠性窃取数据完整性隐通道真实性天窗或特洛占有性图卜1协i 一设计安全手段和目标刁i 意图( 6 ) 协同设计的过程规划。设计过程规划的复杂性在于：设计子任务之间的时间约束关系具有多样性，有串行关系和并行关系：在设计任务完成之前，每个子任务都可能被修改：子任务之间大多数是互相依赖的，即一个子任务的修改可能导致其它子任务的修改。对于协同设计规划过程来说，协同设计者完成的每一项基本工作用“任务( t a s k ) 来定义和调度，任务可以是设计者自己创建的，也可以是上级下达的或者是来自其他合作者的协作任务。用户在接受一个任务后，就成为完成此任务的负责人。根据任务的级别、紧迫性、创建时间和调度原则等知识，生成任务完成计划，存放于任务队列中。西南交通大学博士研究生学位论文第5 页( 7 ) 多媒体技术。以音频和视频技术为主要内容的多媒体技术在c s c w 系统也占有重要地位，音频和视频信息交流是人类在协作过程中使用最多和最自然的方式。协同设计系统支持群体协同工作，强调人一人交互，而多媒体技术是加强人与人之间沟通的有效手段。( 8 ) 分布对象技术。为在分布的、多种异构资源的基础上构造起网络化协同设计系统，以有效地实现资源与信息共享、相互协调与合作以协同完成整体目标，因此系统集成就成为十分突出的问题。解决系统集成问题的有效途径就是遵循开放系统原则，采用标准化技术，建立集成软件环境。一种可分布的、可互操作的面向对象机制分布式对象技术，对实现分布异构环境下对象之间的互操作和协同工作具有十分重要的作用和意义。其主要思想是，在分布式系统中引入一种可分布的、可互操作的对象机制，把分布于网络上可用的所有资源封装成各个公共可存取的对象集合。采用客户服务器( c s )结构和模式实现对象的管理和交互，使得不同的面向对象和非面向对象的应用可以集成在一起。协同设计系统开发的关键是将c s c w 和c a d 两方面技术有机的融合，以满足群体工作的需要。其中，最基本的关键技术主要集中在三个方面：系统结构及协同工作机制、产品模型和一致性维护。本文主要对协同设计系统的体系结构、设计过程工作流管理、设计过程冲突管理、设计过程任务分配优化等关键技术进行研究。1 2 2 4 国内相关系统协同设计具有大规模协作的特性，即交互群体地域范围的分散性、环境的异构性、业务和学科领域的广泛性、信息的多样性等。因此协同设计的研究涉及很多的方面，主要包括协同设计系统的体系结构、共享模型的表达与显示方法、协作交流、知识的组织与管理、协同设计过程冲突检测与解决策略、支持协同设计的数据管理、多媒体数据的通讯和协同界面技术等方面。不同领域内的专家对协同设计的理解不尽相同，他们从不同的角度对协同设计进行多方面的研究【1 4 ，2 1 ，5 6 ，5 7 1 。国内较多的进行了协同设计的理论研究，而在协同设计环境开发与应用方面相对欧美国家还有相当大的差距，我国尚缺乏实用的协同设计系统。第6 页西南交通大学博士研究生学位论文目前中国科学院c a d 开发实验室、清华大学、浙江大学和华中科技大学等单位在协同工作环境的开发方面比较领先。已经有一些试验系统建成，如国防科技大学研制的协同c a d 设计环境原型系统y h c d e ，该系统面向银河巨型计算机和大型电子设备开发，系统复杂不能满足普通企业的需要。清华大学的c o d e s i g n 是一个紧密耦合的实时协同设计支撑系统原型，提供多媒体用户界面、共享虚拟绘图板( v d b ) 、实时视频、音频及文本等服务。该系统对协同设计的体系结构、用户管理及访问控制、群组用户界面和并发控制的理论、算法等方面进行了较深入的研究，但对具体的应用和实现未加详细说明。西安交通大学的c o o p c a d 支持包括多媒体会议服务器、白板服务器等服务功能，一定程度上支持实时协同设计小组的设计活动，但该协同基于a u t o c a d 和w i n d o w s 平台，可移植性差，扩展不方便，难以实现多平台应用。此外，西北工业大学，上海交通大学，武汉理工大学，电子科技大学，四川大学等在协同设计的理论方面及实现方面也做了许多研究工作。概括起来，我国的协同设计系统主要集中在以下几个方面( 1 ) 面向协同设计的产品过程建模与仿真技术：研究并行产品开发过程中的产品信息、开发活动、组织和资源的控制：同时采用仿真、优化算法对串行开发过程进行改进，得到优化的并行产品开发过程模型：研究产品生命周期中的产品建模技术，特别是基于s t e p 标准的产品特征建模技术。通过对工作流的管理和监控，获取产品开发过程进度信息。( 2 ) 集成产品开发团队：研究i p t 的建立与实施模式，以及在中国企业的现有体制下l e a r nw o r k 的组织方式与管理方法：研究支持团队工作的协同工作环境：把支持产品协同开发的工具集成在统一的环境中，在信息集成的墓础土，实现过程控制与管理。( 3 ) 支持并行设计系统的产品数据管理技术：研究并行设计环境下p d m系统对产品数据和产品开发过程的管理，如零部件结构与配置管理、版本管理、工作组与权限管理、更改控制等，使分布式异地的产品开发团队可以实时共享各种产品数据。支持并行产品设计的c a x ，d f x 的设计技术及工具。( 4 ) 并行工程集成框架技术：研究基于c o r b a 规范的即插即用“软总线式的并行工程企业层集成框架，开发开放体系的集成框架系统，支持企业内西南交通大学博士研究生学位论文第7 页各种应用系统，如面向装配的设计( d f a ) ，面向制造的设计( d f m ) ，计算机辅助铸造分析( z c a e ) ，计算机辅助工艺设计( c a p p ) ，计算机辅助工装系统设计( c a f d ) 等的信息集成、功能集成和过程集成。1 2 2 5 国外相关系统各工业发达国家在积极支持相应机构进行理论研究的同时，在协同设计环境的开发方面也给予了很大的投入。协同观察系统：支持多用户浏览和讨论。如德国f r a u n h o f e r 图形研究所开发的d i s t r i b u t i o ns k e t c h p a d 分布式草图系统，一定程度上支持多人合作。它主要用于视频会议上对共享的图像进行浏览和评注等。s h a r e d3 dv i e w e r可用于c a d 三维几何图形和产品结构的分布协同讨论。这类系统功能简单，通常限于观察和评注的水平，并不是真正意义上的协同设计系统。辅助设计系统：可以进行协同造型、分析、仿真等设计活动。如美国p u r d u e大学的多媒体协同造型和可视化工作环境s h a s t r a ，使位于不同地点的科研人员能通过互联的工作站和超级计算机系统，共同创建、分析、仿真和观察三维几何设计图，还可以对可视化结果进行讨论和交流。c o c o n u t 是一个基于s t e p 的并行、开发的分布式环境，允许多个设计者执行设计任务，通过面向对象的分布式数据库共享设计数据。s y c 0 3 d 是一个实时3 dc a d 系统，使用传统c a d 接口提供一些实时协同特征共享3 d 工作空间，允许分布式的设计者以工作组的方式共同合作，构建和编辑虚拟的三维模型。协同智能设计系统：采用人工智能技术实现设计智能化。如，德国人工智能研究所d f k i 开发的i m c o d 综合设计软件，支持多种专家从事功能设计、工艺设计、成本估算、设计重用等，以减少在设计过程中的综合费用，提高反馈和最终设计的质量。分布式协同设计系统p a c t ，使用a g e n t 间的通信，实现设计a g e n t 之间的知识共享和重用。该项目也表明就目前现状而言，用认知式a g e n t 完全取代人，还有赖于人工智能、并行工程和协同学等方面的理论突破，协同设计的自动化还有相当长的路要走。一些商用的c a d 系统也开始提供部分协同设计功能。如a u t o c a d 使用w h i p 及d x f ，支持图纸的w e b 发布，可以进行查看、披阅但不能编辑，应此难以实现协同交互设计，实用价值有限。s o l i d w o r k s 2 0 0 1 p l u s 中的3 dm e e t i n g第8 页西南交通大学博士研究生学位论文应用程序，利用微软n e t m e e t i n g ，实现对s o l i d w o r k s 应用程序的共享，但其只是借助通用工具实现的简单应用协同。1 2 3p 2 p 技术p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 是网络计算的一种新技术，它是指通过系统间的直接交互实现计算资源和服务的共享。协同系统具有交互、协同、分布、面向用户、可视化、数据分布、动态和异构等特点。而对等计算要处理的异构、分散环境下的互操作问题正是协同设计面临的典型环境【4 ”引。从不同角度，存在几种对等计算的定义和诠释【4 5 1 。对等计算工作组定义p 2 p 为“通过直接交换共享计算机资源和服务”；a l e xw e y t s e l 将之定义为“以非客户的能力使用因特网外围设备；c l a ys h i r k y 则给出了下面的定义：“对等计算是利用因特网边缘设备资源，如存储、c p u 周期、内容等的一类应用。因为访问这些分散化的资源意味着在一个连通性不稳定和不可预测i p 地址的环境中进行，p 2 p 结点必须能够独立于d n s 系统运行，并且具有独立于集中服务器的大部分的或完全的自治性【4 8 1 。对等计算和客户机n 务器计算都是分布式计算模型，它们的主要区别为：客户机n 务器计算模型是非对称的，而对等计算是对称的。在客户机服务器系统中，一个或少量的服务器为一定数量的客户机提供存储和计算等方面的服务，客户发出请求而服务器响应请求：服务器在存储和计算方面比客户机具有更高的性能且在系统中比客户机滞留更长的时间。而对等计算消除了这种非对称性，系统中每个结点既可以提供服务也可以享用服务，即每个结点既是客户机又是服务器，在功能上是等同的。这样，对等计算就能充分利用客户机上存在的存储和计算方面的空闲资源。1 2 3 1p 2 p 技术体系结构作为一种极具前景的计算技术，p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 技术正吸引着越来越多的关注和研究。s u n ，m i c r o s o f t ，n a p s t e r ，i e t f , u 。b e r k e l e y , u 。m a r y l a n d 等软件公司和研究机构都在从事与对等计算相关的研究或开发工作。归纳起来，对等计算一般具有图卜2 所示的基本结构 4 9 , 5 0 l 。西南交通大学博士研究生学位论文第9 页p p p r i l l i i i i i i ip e a r、，v _ _ _ _ _ _ - _ _ l - - _ _ - _ - - - - _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ - _ i _ 一一、n 、一，谚7、-、n 、，夕，户、n 、7 ，。h u b p c e v图1 - 2p 2 p 的基本结构对等实体( p e e r ) 是对等计算的基本单位。根据在一次对等计算中所处的地位，对等实体又可以分为服务消费者，服务提供者以及服务管理者( h u bp e e r ) 三类。服务消费者指提出服务请求的对等实体，服务提供者指能够提供满足条件的服务的对等实体，而服务管理者即可以是一个虚拟的对等实体，又可以是一个第三方的对等实体。服务管理者在对等实体中起着关键的作用，它决定了服务消费者寻找、发现、享受服务提供者所提供的服务的方式，也就是说，它决定了对等计算的服务发现机制。同时p 2 p 系统中必须包含的功能如下【5 1 5 5 】：( 1 ) 虚拟域名空间：p 2 p 系统需要虚拟域名空间来增强当今的寻址技术。虚拟域名空间提供一种永久识别节点( 或服务) 的方法，如果没有这种方法，那么p 2 p 系统是不可能实现节点( 或服务) 寻址的。( 2 ) 动态网络：动态网络是p 2 p 系统存在的基石。互联网是带有某种静态特性的动态网络。p 2 p 网络必需能唯一地标志该网络上的所有对等节点和可用资源。p 2 p 网络中的对等节点通过使用i p 地址或d n s 作为导航助手来相互寻址，形成动态网络。( 3 ) 寻址p 2 p 系统中的对等节点和资源：首先，寻址过程和发现一个对等节点相关，第二与用户发现自己感兴趣的资源相关。( 4 ) 节点自制：分散化系统提高了节点的自治能力。在p 2 p 系统中，节点是高度自治的。对等节点是独立的并实行自我管理。p 2 p 系统是建立在这样的基础上的：网络提供的服务是分布式的并且网络是不稳定的。不同的p 2 p系统采用不同的方法处理网络的不稳定性问题。( 5 ) 支持混合模型：现在很多的p 2 p 技术都采用一种支持混合模型的基于第10 页西南交通大学博士研究生学位论文网络的计算模型。如：星型结构、总线结构、环状拓扑结构、层次结构、网状结构。1 2 3 2p 2 p 系统分类通过对某类事物进行分类可以加强我们对它们的特性的理解。按覆盖网络的拓扑结构来划分，p 2 p 系统可以分为两种：( 1 ) “定位集中 式：在这种p 2 p 网络中仍然有服务器存在，其他节点的接入或退出需要通知服务器。普通节点需要向服务器注册它所提供的服务内容及相关节点信息，服务器对这些内容或信息进行索引和管理，以供别的节点进行查询、检索。普通节点系并进行后续的对等交互，此时服务器将不再起作用。n a p s t e r 和o i c q 都属于此类。( 2 ) “完全对等 式：此类p 2 p 网络中彻底消除了具有特别用途的服务器的存在，节点与节点之间有的只是是否是邻居的差别，并没有其他差别。它与因特网的组织形式完全是一样的看起来是一盘散沙，可以说它是具有某种特定功能的应用层的因特网。这看似一盘散沙、群龙无首的众多节点之间是靠一定的协议和策略来组织和协作的，特别是资源的发布和搜索定位，各个节点在此过程中的作用、地位也是一样的存储所共享的资源并承担继续转发邻居发来的搜索消息的责任，这一点跟前述结构的定位集中是不相雷同的。而跟前述结构一样，在对所需资源进行定位后，后续的交互则也是完全对等的，所以这种类型被称作“完全对等式 ，也有“完全分散式”等其他异名。采用广播策略的g n u t e ll a 以及f r e e n e t ，还有后来的d h t 系统皆属此类。这里还要指出的是，同属于“完全对等 式的p 2 p 系统之间仍有不同，在g n u t e ll a 及f r e e n e t 中，各个节点之间的邻居关系完全是在新节点进入时随机确定的，没有一定的策略安排，不是结构化的，而在d h t 系统中，新节点加入时会按照一定的策略给放置在网络中特定的位置上，也就是说，它们是结构化的。所以如果细分，“完全对等 式包括两种：“结构化的完全对等式和“非结构化的完全对等”式。1 2 3 3j i n i u p n p _ j i 口s a i u t a t i o n自1 9 9 9 年至今，p 2 p 网络技术得到了长足的发展，并逐渐成为国际计算西南交通大学博士研究生学位论文第1 1 页机网络技术领域研究和应用的热点。p 2 p 技术的应用主要包括这几种类型：实时消息传输，如i r c ，a i m ，j a b b e r 等；管理和共享信息，如g n u t e l l a ，n e x t p a g e等；协作，如g r o o v e ；分布式服务，如公司a v a k i ，p a r a b o nc o m p u t a t i o n ，p o r i v ot e c h n o l o g i e s ，v t r a i l s 等公司提供的分布式服务【9 2 1 。j i n i ，u p n p 和s a l u t a t i o n 是工业界提出的关于设备协同的三种最著名的体系结构，主要用于网络上智能设备之间的协同操作，包括设备的发现、远程控制和设备之间的信息共享等。三者之间的本质差别在解决标准性和自治性之间平衡问