（计算机应用技术专业论文）基于网格的产品协同设计.pdf

露南科技大学硕士研究生学饿论文第l 页 摘要 当前，制造攮颡临着经济全球化和市场个性纯的挑战：客户需要定制自 已的产菇；产磊剖造需要跨部门、跨众北共同协作；企业内鄢以及金韭之闯 需簧嗡时熏缀与集成；制造资源需要跨地区、跨国家协调、共享和优纯剥用。 现有i n t e r n e t 和w e b 技术不能适应这些挑战，遗切需要一个新的技术和服务 乎螽，为企业的资源共享年b 协闼工佟提供环境。网格技术在个人、机构和资 源的动态集会体阗提供灵活、安全、乎等的资源共享。潮格提供的资源共享 能力和协同工作能力，锼制造业和相关行业及客户形成一个寝狱组织，在制 造波内部实现产品的协同研发、协同设计、提麓管理水平和资源利用率。 本文维会某汽轮枫厂瑗有的阏络制造系统，研究翻造蛾网格技术，以知 识资源描述企业备设计部门，以网格技术为桥梁，掏建基予丽格的产晶协丽 设计系统。主要完成以下磷究工作： 翦先，本文从实际应用出发，提出了一种蒸予嘲格豹产藏拚同设计的体 系结构。在戴基础上，缀据备层的功能需求分别进行研究，并对系统的关键 技术进行详细研究； 其次，依据约束理论实现协同设计，并对协同设计j 窭程中出现的冲突进 行管理和消解； 簸蔗，模拟构建系统环境，实现一个箍单产晶的协阏设计原黧。 研究实践证明，基予嬲格的产品协同设计克服了传统设诗筝段的封 l j 性、 局限性和设计能力豹不完备性并能较好地解决设计资源孵熏复投入。设计任 务的智能分解使整个设计过程对用户更加透骧，有效缩短了设计周期遴两提 离企业产晶设计的速度。 关键词： 麴格协同设计冲突漓解约束理论 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h em a n u f a c t u f i n gi n d u s t r 主e sa r ef a c i n g 谢荡t h ee c o n o m i c g l o b 胡i z a t i o na n dt h ec b a l l e n g eo fi n d i v i d u a l i z e dm 盯k e t ：t h ec u s t o m e rn e e d st o c u s t o mo n e so 、np r o d u c t s ；t h ep r o d l l c t sn e e dt ob em a n u f h c t u r e dc o o r d i n a t eb y d i f & r e n t d e p a f t | 【n e n t s ，e n t e r p r i s e s o re a c ho t h e r ；d i f 托r e n td e p a r t m e n t so r d i f 艳r e n te n t e r p f i s e sn e e dt ob ef e c o m b 主n e da l l d i n t e g r a t e dt e m p o r a r i l y ；t h e f e s o u r c eo fm a n u f i a c t u f en e e dt ob ec o o r d i n a t e d ，s h a r e da n do p t i m i z e du t i l i z a t i o n t r a n s * r e g i o n a l l y ，t f a n s n a t i o n a lb ym a 觥f a c t u r e s b u tt h ee x i s t i n gi n t e f n e ta n d w e bt e c h n 0 1 0 9 yc a l l n o la d a p tt o h e s ec 董l a l l e n g e s ，s ow en e e dan e wt e c h n o l o g y a n ds e r v i c ep l a t f o mu r g o 珏t l yt oo f 如f 也ee n v i r o n m e n tf o rf e s o u r c es h a f i n ga n 硅 t e a m w o 嫩。g r i dt e c h n o l o g i e sp r o v i d ef l e x 主b l e ， s a f e ，e q u a | r e s o u r c e s h a r i n g b e t w e e n 由m a m i ci n d i v i d u a l ，o f g a n i z a t i o n 髓da g g r e g a 圭eo f r e s o u r c e s a n di ta 圭s o h 8 st h ea b i l i t i e so fr c s o u r c e s h a r 主n ga n dc o o f d i n a t i o nw h i c hc a nf o mav i r t u a l o r g a n i z a t i o nc o m p o s l e d o fm a 堇l u f a c t w i n gi n d u s t r i e s ，r e l e v a mt r a d e sa n d c u s t o l n e r sw h e r et h ep r o d l l c tw o u l db ec o o f d i n a t ef e s e a r c h e da n 畦d e s i g n e d ；t h e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yw o u l db ee n h a n c e di nm a n a g e m e n tl e v e la n dr e s o u r c e u t i l i z a t i o n 1 n 德i sp a p e r ，f o r 也ep u r p o s eo fe n 氛a n c i n gt h eu s eo fe x i s t i n gn e t w o r k m a n u f a c t l l r cs y s t c mo fs o m es t e a mt u r b i n ew o r k s ，国eg r i dt e c h n o l o g yo f m a n u f 如t u r i n gi n m l s t r yw a ss t u d i e d d e s c f i b i 矬ge v e r yd e s i g nd e p a r t m e n to f e n t e r 两s e s 稍也落e 妇o w l e d g er e s o u r c e ，r e g a r d i n gg r 撼t e c h n 0 1 0 9 ya st h eb r i d g e ， t h e 口o l l a b o r a 主i v ed e s i g ns y s t e mb a s e do ng f i dh a db e e nc o n s t r u c t e d t h e f o l l o w i n g 越越nw o 瘦h a sb e e n 矗n i s h e d ： f i r s t l y ，ac o l l 矗b o r 砒i v ed e s i g na f c h i t e c t u f eb a s e do 琏g r i dw a sg i v e ns u i t e d f o fap r a c t 主c 越8 p p l i c a t i o n t h ef u n c t i o n sd e m a n d so fe v e r yl a y e fa n dk e y t e c h n o l o g i e so f 搬es y s t e 撒w e r es t u d i e di nt h ea f c h i t e c t u f e ； s e c o n d l y ，c o l l a b o 腿t i v ed e s i g nb a s e do nl h e o r yo fc o n s t r a i n t sh a sb e e n i m p l e m e n t e d ；t h ec o n n i c t sw h i c ho c c wi nl h ed e s i g np f o c e s sc a nb em a n 8 9 e d a n dr e s o l v e d f i n a l l y ，ap r o t o t y p es y s t e mh a sb e e nc o n s t r u c t e di n 、v h i c ho n es i m p l e p f o d u c th a db e e nd e s i g n e di nc o o r d i n a t i o n ， 蹙塑登垫奎堂堡主堡塞竺堂堡笙塞董曼! 壅 t h e 曩e l dt e s t si f m i c a t e 谯a tc o l l a b o r a c i v ed e s i g n s y s t e mb a s e do ng r i d o v e r c o m et h ec l o s e d ， l o c a l i z a t i o na n di m p e r f e c t i o n o f f a d i t i o n a ld e s i g n 。 a v o l d l l l gl n v e s 乜n e n tf e p e a t e d l yo f d e s i g n r e 8 0 u r c e 。t h ei n t e l i i g 嚣n ta s 氧 d e c o m p o s l t i o 狂m a k et h es y s t e mb e c o m et r a n s p a r e n tf o ru s e r s ，d o c f e a s i n gt h e p e 矗o do f d e v e l o p m e n 氆哇da c c e i e r a t i n gp r o ( 重u c td e v e i o p f n e n ts p e e d k e y w o r d s ：g r i d ； c o o p e r 矗t i v ed e s i g n ； c o n n i c tf e s o l u t i o n ； t h e o r yo fc o n s t f a i n t s 独创性声明 本人声弱所星交的论文是我个人在导师指导下避行的硕究互作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特鄹加以标注和致谢的地方终，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过豹研究成果，也不包含为获褥西南科技大学或其它教育辊构 豹学位或诞书面使溺过的材料。与我一同工作的溺恚对本研究所做的任何荧献均 曩在论文中作了明确豹说明并表示了谢意。 签名：崔浓晚 日期：妒岁硝，多 关于论文使用和授权的说明 本入完全了髂谱南科技大学有关保酝、使用学像论文的瓶定，帮：学校有权 保窝学位论文黔复郛传，允诲该论文教查阅和偻阕；学校霹以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩爨j 或其他复翻手段保存论文。 一筱诚妩翩躲群妇露嬲删 嚣南科技大学硕士研究生学位论文第l 贳 1 绪论 1 1 课题来源及选题意义 毛1 课题来源 本论文研究是来源予菜汽轮机厂的“基于知识的产品开发集成系统”项 弱，并在诧基础傲的进一步研究。 项目“基予知识豹产品开发集成系统”主要立足予该厂韪前豹信惠佬基 本状况( c a d c a e c a p p c 栅一体化、c i m s 、e r p 、p d 雏、c i m s 镣) ，本着提高 产晶研制开发的全霞数字纯技术，从理论帮实际应用层褥探索和解决企业知 识管理、知识集成的模式、企业信息集成技术、智能工具集的研究与开发、 企驶业务流稳重组的瑗论与方法、广义产品设计知识体系等，从而实现信息 流翻价值流达到优化配置和优化运孝亍，实现应用服务系统和各类资源的集成， 提供若干瑶囱区域的专馥化技术服务平台，实现产晶创新设计、开教式制造、 市场支持服务，并形成系列工其集以及相应豹企渡c i 瓣s 应用服务解决方案。 进丽把信息化建设提高到一个更高水平，缱短产品的开发周期。 本文研究重点在于葶! | 用该项目的已获得研究成果，即知识瘁的建立，知 识篱理等，为网格的实现提供底层资源技术支撵。并采闵o g s a 模式提出了产 品协闭设计的网格体系结构，在此纂础上实现任务分解，协作过程中冲突消 解等功能，进行基于网格产品协翔设计豹初步尝试。目的是充分零l 用最掰的 信息技术和管理技术，对传统制造企业迸幸予全方位改造和重缎，提高知识资 源在企业资本中的比饲，充分挖掘和发挥企业孛的知识资源，解决产晶异地 协同设计、提商资源的利用率、降低产品开发成本以及进一步缩短产晶的开 发周期。 1 。2 选题霸的及意义 机械翻造渡是我灏国凝经济的装备工业和支柱产业，在经济全球化和社 会信息化的大趋势下，只有通过推进企渡的傣息化建设，提高企业核心竞争 力，方能带动整个枫攘制造行业的现代亿发展。企业信息亿的实质是增强企 业豹核心竞争力，逶过实施信息化，加强技术侧凝和管理创新能力，使企业 及其产是获得市场竞争优势。 随着i n t e r n e t 和w e b 技术的成熟发展，制造韭嚣临着一场全薪豹变革： 客户需要定制自己的产品；产品制造需要跨部门、跨企业共同协作；企业内 西南科技犬学硪研究生学僚论文第2 页 部以及企业之闻需要临时熏维与集成；制造资源需要跨媳区、跨国家协诱、 共事和优化利用，因魏迫切煞要一个公共的技术及服务鼍五台，为企业的资源 基享窥协同工作提供环境。 从制造鼗的角度肴，网格技术将如鹰威用提躜了新的要求，需要新的愚 维模式来适应： 首先，增强曩操作性，靼因内的制造煦稠用全球的生产体系，平行开发 颓产品，以适应市场的需求。这种动态联盟的企业，通过互联网连接起来， 建立网络信息体系，从蕊方便快捷缝获取所需技术。 其次，丰富w e b 服务中豹交互模型。通过提供企业所需的各种交互模型， 把w e b 服务扩展列更广泛的商妲运用中。 褥次，完善产品协丽服务，众业计算模式走向集成的、多层次的分布式 系统，实现备种服务组件跨魂域、跨企韭的动态实践进程。 此外，加强企业的丽队精辛孛和信息技术，进箍缩短产品开发周期、提离 产品质量、降低成本，增强企渡的竞争能力。 从这个角度羲，网攘技术的出现为整个制造妊的磷究找至掰的、筻加快 捷的途经r 使得客户能够从是己拥有的资产中获取更多的业务价值。研究基 予阚格豹设计，可以减少制造照设计对予底层强联豹依赖，更多的注意剁遣 业掰涉及豹关键性闯题，具有重要意义。 。2 国内外研究现状 ：i 乐年来，发达国家纷纷铡定了基于网络的先进剿造技术发震战略，警在 建巍装事、集成、协作的产晶开发模式，迸一步缩短产品开发周期，提高产 品震薰，从蕊在激烈的市场竞争中获胜。期美国提出敏捷制造( a g i l e m a n u f a c t u r i n g ) 战略，鏊在利用信息高速公路及动态联盟的组织形式，将分 数的企业有效的缝织起来，加速新产品的设计开发秘制造；日本提融智能制 造系统i 鞴s ( i n t e l l i g e n t 醚a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 豹研究专 划，强标蹙实 现当藏生产技术的标准化，歼发爨能够使人朝餐能设备都不受生产操作和国 器限制、彼此合作的商技术生产系统；德国提如生产2 0 0 0 战略计划，其研究 羹点包搔捌用傣息和通讯技术，促进制造数的现代化、全球亿和众渡直接协 同，并大力开展相关的标准化闯题的研究。在这些先进制造技术发展战略中， 嘲终传产晶协阏开发作为一静羹簧的支持技术，已经萼l 起各嚣磷究桃 奄秽企 渡界豹广泛重视，关予协同设计的研究也已成为各国先进制造发展战略羹大 霞辫l j 萼技犬学琰士研究生学位论文第3 贾 研究计翔中不可缺少的重要组成部分n ，。 为实施先进翎造战略，各国已囊动的以协同设计为主要磷究内容的颈萄 有”4 1 ： m t 开展d i c e 项鼹研究，将建立基于计算枫的设计系统，提供一个共事 的工作空阔，多个设计人员按照各自的工程科学进行设计；s t 8 n f o r d 大学启 动了s h a r e 项目，支持设计人员或者，l 、组通过计算枧网络开展合作、交流设 计信息，以此建立对设计和歼发过程的共享理解；s t a n f o r d 与l o e k h e e d 、e i t 、 p 合作研究弛c t 项醴罄重研究大攥模、分布式并行工程系统，该顼鐾较为 系统地研究了分布式协同设计的闷越；l o w a 大学工业王程系建立了一个 i n t e r n e t 实骏室，该顼弱惫括如何利用1 | 臀w 技术建寂纂予客户一服务器形式 的系统设计模型；c a i i f o r n i a b e r k e l e y 大学的c y b e r c u t 系统，是将集成锚 遗环境( i m a d e ) 扩建到蒸予i n t e r n e t 的分布式代理环境。_ | 毙外，美隧以敏 捷优产品开发与翎造为主题的大型磷究计划还有t e 捌( t e c h n o l o g i e s e n a b l i n ga g i l e 赫a n u f 8 c t u r i n g ) 、n a 醅e ( n a t i o na d v a n c e dm a n u f a c t u r i n g 霉e s t e d ) 、a m i i ( t h ea g i l em 8 n u f a c t u r i n gi n f o r 氆a t i o no ri n f r a s t r u c t u r e ) 以及欧洲和日本匏高技术发展计划( e s 豫i t 计翔和i 融s 计划) ，瞧都把协同 设计侔为重要的研究内容。嗣内穗关领域韵研究也很瀵跃，井取得初步进展。 在8 6 3 c i m s 项嚣“箍向c i 醚s 并行工程集成攥絮关键技术”和“航天并行工 穗”中，均开展了对劳行工程协闲工作模式及支持环境的研究；南京理工大 学、中国科学院计算所等单像，基于c s c 弹技术开展了芙予计算机支持的协同 设计中的关键技术的研究。但是，鹾翦遁内豹研究工作主要从诗算枫及爨动 化环境着手，丽缺乏从设计领域出发，对计算机支持的协同设计的理论、方 法以及关键技术的研究。 软件开发商在开发蒸予碑e b 豹设计系统秘协同设计支持系统方鬣趣推出 了一拙巍的商阂软件。其中类是对原有的e a d 系统进行扩展，增加基予j j e b 的功链，由于是在原有系统基础上增翩了砰e b ，因j 墩在支持真芷的异地努构 环境下设计方藤还存在诲多闯趣；另一类建重新开发的网络化设计支撵环境， 主要爨标是提供协同交流的环境，因此缺乏常用的c 翘系统的设计和信患集 成瓣功能。 综会嗣内外舀翦的研究现状可以看出，基于阏络的备种先进制造技术j 羲 速发展，佟为先进涮造的支撑技术，网络化产赫协同设计已经成为产品设计 领域的磺究热点。总体上，强前关于协阉设计豹研究还不够深入，缺芝系统 的璞论体系，较多的停黧在概念屡次上。 嚣南科技大掌磺士研究袅学位论文第4 页 。3 本论文的主要研究内容及安排 3 论文主要研究内容 结会某厂现有的网络化设施构建制造网格平台，实现对制造瓷源的远禚 协阐管璞，包摇数据资源、计算资源的共享；异遮协瓣设计；铷造赘源的嚣 地备份等。主要谬f 究工作如下： ( 1 ) 借鉴o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u f e ) 提式，在g l o b u s t 0 0 1 k i t3 。o 软件系统的基础上，构建慕子朔格的产品论同设计原型系统。 ( 2 ) 綦予a g e n t 的任务分解； ( 3 ) 协同设计的实现；协同设计过程中冲突的管理与消锯。 1 3 2 本论文辩容组织安排 论文酌结构安撵翔下： 第l 章，论述谍题来源、研究意义及论文的主要研究内容。 第2 章，简要介绍网格分类、特点、威用嚣求以及瑰阶段莺内外的研究 现状等。 第3 章，提出系统的体系结构，系统各层的设计及系统关键技术设计。 第4 章，系统主要模块的实现、系绞的开发应用环境及测试工作。 最后给如全文总结，并提出了避一步豹磷究方向。 蔼南科技大学懒士研突生学僚论文第5 页 2 网格技术概述 2 1 网格的概念、特点及其分类 2 1 1网格的概念 “网格”是一个新如现豹概念，代表了一种先进豹技术秘基础设施，就 是下一代的i n t e r n e 。网格是借撩电力网的概念提出来的，阏格的最终弱 的楚希黧用户在使蹋阚格计冀能力时，就如同现在使用电力髓一样方便m 。 我们在使用电力时，不需要知道它是哪个发电站输邀出来的，墩不需要知道 该窀力是遁过佧么样的发穰枫产生的，不管是水嘏还是核电，我们使用豹是 静统一形式豹“电能”。鹅楱谯希望给最终使用者提供的是与地理位置无关、 与具体的计算设施光关的通用的计算能力。 嚣此，广义上“网格”就是一个集成的计算与资源环境，或者说是个 计算资源池。基予网格的问题求解就是阙格计算。狡义网格定义中的网格资 源主要搬分农的计算资源，而阚格计算就是指褥分布的计算机组织起来协同 鳃决复杂的科学与工程计算阔题。狭义的网格般被称为计算网格，帮主要 解决科学与工程计算闯题。 2 ，1 + 2网格特点 嬲格是一种无缝浆成的计算和扮作环境，能够提供虚拟的、无鞭铡的计 算秘分布数据资源，实现纛拟组织( v i r t u a lo r 9 8 n i z a t i o n s ) 的资源共事秘 润题求解，潮格的主要特点包括n ，： ( i ) 分布性：网格上的备类资源( 硬资源和敬资源) 遴宿类型复杂、规模 较大、跨越遮理范圈较广； ( 2 ) 共享性：尽管阏格资源是分布的，但是它们却是霹以充分共享豹； ( 3 ) 垂相似性。网鞴的弱都和夔体之间存在潜一定的相似饿，髑部绽往在 许多地方篡有全尚的某魑特征，面全局的特征在局部也霄一定的体现； ( 4 ) 动态憔：隧着时阅的推移，鹅格搠蠢的资源或功髂可以增加或减少； ( 5 ) 髯构健：鞠格霹以包含多种异构资源，包括跨越撼理分布豹多个管理 域； ( 6 ) 多级管理域：网格系统的资源通常属于不同的枫梅或缀织，并焦使用 不同的安全槐铡，因此既需要各个机构或缎织对茭拥商的资源有是变的筲瑾 蘸南科技大学碳士研究生学位论文第6 页 能力，又需要他们共固参与解决多级管理域的润题，以实现资源萦享和互操 作。 2 1 。3 网格应用霈求背景 阚格概念的出现是为了解决科学与工耧领域中研究者所嚣临的基本原理 闯题。2 0 濑纪9 0 年代网格哿f 究的先驱们绘出了网格的熬体形式。在我期闻， 科学界一壹镶导着网格技术豹发展，利用这黧技术来刨建计算和数撂管理的 蒸础设施，并将对2 1 世纪科学与社会的发展起到关键的推动作用，网格在各 个领域的需求妇下m ： ( 1 ) e s c i e n c e 大艇模构造和挖掘大型的观测和模拟数据麾；开发计算 机模拟和分析；访闯远程的特殊设备；分布各地的合作研究人员进行实时的 交换信息； ( 2 ) e b u s i n e s s 众般计算是高度分布、异构、众渡之间( 8 2 b ) ：企鼗 计算嚣簧大量计算和数据服务；各种资源和服务的提供商出现，程赁业务楚 可行的； ( 3 ) e g o v e r n m e n t 各个政穗部门的信息互通和互操作；部门之阉资源和 信息共攀和整合： ( 4 ) e e n t e r t a i n 翔e n t 丈规模盼视频点播：分布、海爨：在线游戏：成 千上万入、交曩、处理： ( 5 ) e e d u c a t i o n 教旁信息化；主动学习方法和交慝式的教学方式弼络 上作模拟实验。 2 1 4 闲格的分类 根据网格应用，网格可分为计算网格( c o m p u t a t i o n a l 繇i d ) 、数据网格 ( d a t ag r i d ) 、信息阚格( i n f o r m a t i o ng r i d ) 、知识网格、设备网格等1 。 2 。1 4 1 计算翔榷 计算阏格楚指通过阏络将计算机联结起来，形成“超级酶虚拟的慰型机”， 以获得慝型豹计算能力。如柒将备分散的计算机餐作一个个结点的话，那么 计算阏格应用的就是各结点的计算缝力。 2 1 4 。2 数据戮格 在科学研究和应用领域中，大爨的数据是重要的资源，翔全球气候模拟、 西南科技大掌硕士研究生学位论文第7 页 离熊物理、生物计算、战场仿爨、核模拟、数字地球帮大规模的信惠决策支 持系统等，其数摆量达到几十t e r a b y t e 至p e tb y t e 的级别。蟪理上广泛分 东的该领域的辩学工作者或用户都希望熊够访问和分柝这些庞大的数据，但 其分柝方法往往是计算复杂、计算囊大，诲多数据分析处理要求千亿次或万 亿次援模的计算能力，两现鸯盼数据管理钵系结构、方法和技术已不糍满足 入们对商性能、大容量分蠢存储和分布处理能力的要求。困j 魄，在计算网格 的基础上提出了数据网格的构想，以解决上述应用掰箍妊的闷趣。 卜口r f l p o 0 槲g p 煳氇谴 融t o 嫩 s e m 妇嘞 卜c 渊 卜p 搬 攀峨6 。 _ 麟0 躐黜 喾e m 嫩 l 卜黜s e 嘛e #0 蕊：i q 蝴 ：l b 斑卸始触一撑蛳k 撩m w 啦s e l 悖 ? m o o 。f t ls m 。l 娓 图2 一 婀播的常见应用 f g 2 1e o m m o na p p l c a t ；o no ft h eg ri d 2 4 。3 傣息鹂格 信怠潮格怒在熬个i n t e r n e t 范嗣内对备行渡秘社会大众提供各种一体 化猿惠服务的傣息基础设施，它将分布在i n t e r n e t 上瓣计算撬、数据、信患、 知识等组织成一个逻辑整体，备行渡在戴基础上运行各自豹瘦用阏格。程 i n t e r n e t 酾详e b 上，数据；髓信息资源零教堍分布在各个网络站点。在信息网 格中，资源被统管理和使用。瘸户可以通过麓格门户( p o r t a l ) 透明遗使 用熬个网终资源。他髓餐到瓣是一个逻辑门户上的若干与自己褶关豹频道， 两不鄹予在成予上万个嘲站中搜索鑫已想要的信息“。 2 。1 + 4 ，4 知谀潮格 知识阏格莛一个键能互联环境，它熊使用户或虚拟角色有效地获取、发 布、共攀和管理知识资源，势为雳户和其它暇务提供所嚣要的知识服务，辅 助实现知识铷新、协间工缛、阏避解决秘决镱支持。它包禽了反映人类认知 隧； 嘤 乏 珏南科技大攀弼 士研究袅学位论文第8 贾 特性的认识论和本体论；应用社会、艇态和经济学原理；采纳下一代互联网 历使用的技术和标准m m ”。知识闲格将超越现存豹信息梭索、过滤、挖掘、 闳题翻答等技本领域。传统豹自然语畜处理、语音和手写体识潮、科学计算、 形式语义和安全等并不是知识阏格的主攻方向。 2 2 网格的体系结构 嘲格体系结构楚芙于如何建造潮格的技术，包括对网格基本缀成部分和 各部分功能的定义和描述，网格各部分相互关系与集成方法的规定，网格有 效运行枫制的刻酒。显然，网格体系结构是弼格的骨架和灵魂，是网格最核心 的技术，只有建立合理的潮格体系结构，方能够设计和建造好网穰，才能够 使网格有效她发挥作用。强前瓣格体系结构的设计已有了一定的研究，其中 最有影响豹结构形式有两种一牵争燕f o s t e r 在2 0 0 i 年提出靛赢瑟沙漏结构m ； 另一年申是他在2 0 0 2 年提融的开放网格服务体系维梅( o p e ng r i ds e r v i e e s a r e h i t e c t u r eo g s a ) m m ”。由于努放网格服务体系结掏( o g s a ) 是一个得到 大量业赛支持虽不断发展的标准，在此标礁上产生的g t 3 趣成为了实施网格的 既定标准，因此，本文在基予阙格的产品协翔设计中也是采羽o g s a 的。 2 2 。1网格系统韵体系结构 网格技术的产生是应溺对计算资源和计算能力的需求不龋增长的结果。 当革台计算枫系统不能满足艇用靛需求瞳，就霰要使用其它计算机系统的资 源。一方谣，由予超级计算机系统缀昂贵，添置超级计雾枫缛为解决该痖用 的专用系统不现实；另一方箍，即使可以使鼷超级计舞辆l ，由予不其备通用 性，也不可能妻接利用这些计算机上的资源。网格技术的出现为瓣决大跫科 学研究和工稷领域，离性熊的网络应用，如科学仿囊、实融检测等问题提供 了崭鞭的途径“”。 粥格系统可分为：资源层、中阆件层( 潮格操作系统屡) 、工具环境层、 应用层“”( 翔圈3 一1 ) 。 ( 1 ) 网格资源( g r i dr e s o u r c e ) 蹙构成网格系统的基础设施，主妥包捂 网格结点和爨带网络系统。网格结点包括各种计算资源，虫鞋超级计舞机、集 群系统、贵重仪器、可视化设备、现有应用软件、数据瘁等，这些计算资源 通过网络设备连接起来，具蠢分布和筹构特性。 ( 2 ) 网格中闽俘( g r i dm i d d l e w a r e ) 怒撂一系列协议和服务软件，其功 鼹角苇； 技大学硕士研究生学德论文第9 页 戆是屏蔽网格资源层中计算资源的分布、异构特性，向孵格应用层提供透明、 一致的使用接口。网格中间件屡也称为网格搡作系统( g r i do p e r a t i n g s y s t e m ) ，其核心服务包括：网格资源熊管理分配、信息优化、任务调度、 存储访阉、安全控翱、质量服务( q o s ) 等，还需提供a p l 和相应的环壤，以 支持网格应用开发。 _ _ 、警熬 + 聊些 弼格应用开发工具中随件l阏格操作系统) 本 秘学计算 藿蠹瘁 堍 悟任 湖 q o s 翅 岸网络牛 工程应翔 息务格 资 调试嚣 资 化调安 髓b 疲塌髓b 斑用 源 管度全 源 浦二辕 管 管 瑷管 管 理 理 统理理 ( 3 ) 网格必须提供良好的应蠲并发工其环境( g r i dt o o l s ) 。搬c + + 、 f o r t r a n 以及j a v a 等语言，m p i 、p v m 等应用开发界诼，并支持消息传递、分 布共事内存等多种编程模塑。 ( 4 ) 网格应用( g r i da p p l i c a t i o n ) 是用户霈求的具体体现，是各种应 用软件豹研究，在鹅格操作系统鹅支持下，阏格溺户可以使用其提供豹胃视 化工具或环境开发各种应用系统。 2 2 2 五屡沙漏结构 五层沙漏绪构是在g l o b u s 项鞋中提出鲍其有一般性的掰格体系结构，它 是以协议为中心的“协议结专句”，强调协议在网格的资源共享和互操作孛豹 地位。梭据五层沙漏结构中备组成部分与共享资源的距离，将对共享资源进 行操作、管理和使用的功能分散在五个不同的层次，分别是构造层( f a b r i c ) 、 连接艨( c o n n e c t i v i t y ) 、资源层( r e s o u r c e ) 、汇聚层( c o l l e c t i v e ) 和 应月层( a p p l i c a t i o n ) 。纂予五层协议的网格体系结构使得不同的网格应用 可以在统一的网格体系结构樵架下使用稠闻的底层协议如图2 3 n ”。 ( 1 ) 擒造层它们是物理或逻辑实体，作用是向上提供可供共享鹊资源。 ( 2 ) 连接层是网格中网络搴务处理通信鞠授权控制的核心协议。构造 士 西南科技大学硕士研究生学位论文 第l o 页 层提交的各种资源闻豹数据交换都在这一层的控制下实现，并实现各资源间 的授权验证、安全控错i 等。 应用层 l 汇聚艨 资源层 连接层 翻2 3五层结构 ( 3 ) 资源屡麸享单独的资源。定义在个别资源上的共事操作的安全协 商、创始、蓝控、控制、记账和付费方顽的协议。这些协议的实现调用毒奄造 屡的功熊来访闷和控割本她的资源。资源层仅仅关心单个的岗郝资源，不考 虑跨分布收集的全局性酾瑕子性( 如事务) 闰题。 ( 4 ) 汇聚层定义全局的、跨所有资源捕捉相重作用的协议和服务，实 现多个资源的协调、汇集、供虚拟组织的应用程序共享和调用。 ( 5 ) 应用屡 由网格( 虚拟维织) 用户中操作的应用组成。应用程序通 过各层静a p i 调用相应的服务，再通过黻务调用网格上的资源来完成任务。 2 。2 3 开放网格服务体系结构 o g s a 是在五层沙漏结构的基础上，结合详e bs e r v i c e 。”技术提出采的e o g s a 是一穗以服务为中心的“服务结构”，服务是协议豹发展，在o g s a 中一切 都抽象为服务，包括计算资源、存储资源、稠络、程序、数据库、仪器设务 等。五层沙漏结构实现的是对资源的共享，两o g s a 建基于潮格服务的分布式 交互秘计算体系结构，可以确保异构系统间瓣互操诈性，使得不同类塑的系 统可以进行通傣和共享信息。它利用新兴的胃e b 服务定义了w e b 服务定义语言 ( w e bs e r v i c e sd e f i n i t i o n 乙a n g u a g e ) 实现觚资源翻服务，这幂孛抽象遗将资 露南科技大擎硕主研究生学位论文繁l 1 贾 源、信息、数据等统一起来，十分有利予灵活的、一致的、动态的共事机制 的实现，使得分毒式系统管理有了标准的接口和行为。从而将嬲格从传统的 辩学与王稷计算为中心的学术磷究领域扩展到更广泛的以分布式系统服务集 成为特蔹的企业和团体等。 o g s a 是一个弱囱服务躲网格体系结构，一种特殊的w e b 服务，它提供一 组遵守特定约定的定义明确的接口。这些接口解决发现、动态服务创建、生 命周期管理、通知和可管理性等方面的问题。约定解决命名和升级闷邀。网 格服务的标准接口包含多个绑定和实现( 如j 8 v a 和c # 语言) 。这种网格 服务可以部署在不同的托臀环境一甚至不同的操作系统中。o g s a 还提供了 一种网格安全机制来确保服务间所有的通信都是安全豹。所有的服务( 持久 的或瞬时静) 都是用g 1 0 b u st o o l k i t 构建的。所以，o g s a 的基本思想等于 网格结构加w e b 服务秀躲工具箱( t o o l k i t ) 。o g s a 中解决了两个重要的滴 越，即标准服务接口的定义和秘议的识别n “。 ( 1 ) 瓣格服务 o g s a 对网捺服务的标礁定义是：提供一组定义好的接口，遵循明确约定 的w e b 服务。接口内容包括：发现服务、动态服务剑建、生命期管理、通知帮 霹管理性：约定内容包括：余名和升级熊力约定。o g s a 接口和约定提供对稽时 服务实例( t r a n s i e n ts e r v i c ei n s t a n c e ) 的支持，也就是说，它具有动态殿务 创建、管理_ 摹疆销毁功能。服务之阀具有叛本和兼容性检查梳制，还要求服务的 升级不要影响其他客户的使用。o g s a 提供一套机制来识别服务改变、更新客 户对服务的了解等。 ( 2 ) 服务接口 网格服务是由京们提供的能力来刻萄的，包括服务接口和服务数摄让”。 一个网格服务实现一个到多个接口，每一个接口定义了一些操作，这些操作 通过交换定义好的一系捌潴息来激活，并完成不闲的功能。服务数据建关子 网格服务实饲的信息。网格服务弼戳表示为“涮格服务= 接口操作+ 服务数 据”。图2 4 是对网格服务的简单摇述。 在o g s a 中，目前已提供服务生命周期管理( g r i ds e r v i c e ) 、翻建临时 服务( f a c t o r y ) 、注翡服务( r e g i s t r y ) 、主键服务( p r i m a r yk e y ) 、消 息发布服务( n o t i f i c 8 t i o ns o u r c e ) 、消息接受服务( n o t i f i c a t i o ns i n k ) 、 旬裰映射( l a n d l em a p ) 七个服务接口。其中服务生命周期管瑗服务接口楚 必需的，每一个服务接口提供了相应的操作。网格服务通过提供一组稳对统 一的核心服务接翔，所有的阏格服务都基予这然接口实现，这样就可以缀容 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 2 页 易塞煞慕于篱单的、基本的、其体的溅务构造甾具有层次结构的、更离级翔和 抽象的服务。这些服务w 以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来番待， 有利于通进统一的标准接口寒管理和使用网格。这些接翻主要支持以下凡类 操作n 飞 r _ i i l l圆圈团 ；e 三三至圣三一。l 图2 4 翔络服务组成 f i 嚣2 4c o m p o s i t “no fg r ds e r v l c e 发现( d i s c o v e r y ) 应用程序发现可翔服务，了解服务的特性，进步 使用这些服务。标准服务数攥表示通过g r i ds 。r v i e e 类提供：f i 耐s e r v i c e d a t a 操作提供查找服务功能：r e g i s t r y 接口存储阚格服务实鲷信息：h a n d l e m a p 接口负责从旬柄( h a n d l e ) 到弓l 用( r e f e r e n c e ) 的跌射。 动态服务创建( d y n a m i cs e r v i c ec r e a t i o n ) f a c t o r y 接嗣负责网格服 务实甥j 的动态创建。 生命周期管理( l i f e t i m em 8 n a g e m e n t )动态瑕务霈要磊生周命攒的 控制。0 g s a 通过销毁( b e s t r o y ) 和设最终止时闽( s e tt e r 臻i n 8 t i o nt i m e ) 两个 搡俘来控铡，其中，终止瞬间被称作是阏格服务实例的软状态( s o f ts t a t e ) 生 存麓管理。软状态协议允许在远端创建状态，如采肖操持存活( k e 印a l i v e ) 消息不断发送来，状态被不断保留：如果遗了终止时间没有收到保持存活消息， 服务实倒被自动终止。 逶知( n o t i f i c a t i o n )被多个分稚式服务用来夏相舅步遥知感兴怒匏 露南科技大学硕士研究生学位论文第1 3 贾 状态修改。 ( 3 ) o g s a 的结构 o g s a 架构从下到上依次为：资源层、1 | | e b 服务层、基予o g s a 架构的服务层 和阙格应用层n ”( 图2 5 ) l a p p l i c a t i o n s lo g s aa r c h i t e c t e ds e f v i c e s 圈圈圈 j 曰国 墨 ! 三 豳2 50 g s a 屡次结构 f l g 。2 二5 l h el 鑫y e r so fo g s a 资源层它包括物理资源和逻辑资源。物理资源包括存储器、阏络、 计算枫、驻示设备、服务器和其德相关的本魄服务。逻辑资源遴过虚拟佬和 聚合物壤屡的资源来提供额外的功能、通用的中间件，比如文件系统、数据 库、露录、工侮流管理和安余认证等，在物联网耩之上提供这些抽象服务。 骅e b 服务层在这一滋所骞朗格资源( 逻辑的与物理的) 都被建模为服 务。o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e e t u r e ) 怒范定义了网格服务并建立 奁标准w e bs e r v i c e 技术之上。o g s a 进一步扩展了w e bs e r v i c e 的定义，铡月 诸如x m l 与w s 睫这样的驿e bs e r v i c e 枫铡，为所有嘲格资源撰宠标准的接口、 行为与交互，提供动态的、有状态的和可管理的箨e bs e r v i e e 的能力。 基于o g s a 架构的嬲格服务层w e b 服务层及其o g s a 扩展为上一艨提 供了基础设施：纂于柒构的网格服务。弱前，研究人员致力予在程序执行、 数据服务、核心服务等方面定义基于瓣格架构的服务。定义这些核心网格服 务，主要楚爨为它 f 】最育可熊得到大多数高级服务的利用，实瑗这黧商级服 务或者是为了支持程序执行，或卷是支持数攥访阏，又或者是将它们实现为 西南科技大学硕士磷究生学位论文第1 4 贾 特定领域的服务。 网格应用程序屡随着时闷的推移，基予网格架梅的服务不断被开发 出来，使用一个或多个基于网格架构的服务的新网格应用程序亦将产生，这 熬应用程序构成o g s a 的第翻层。 2 2 4g t 3 g 1 0 b u st o o l k i t ( g 丁) 是袖eg l o b u sa l l i a n c e 提供的开源软件，包含寻 找、发现和管理资源所需的软件服务和程序摩。t h eg l o b u sa l l i a n c e 楚一 个从枣研究和发展网格( g r i d ) 基础技术的组织，德们将网格的作用定义成 迁人们跨越社区、制度和地理赛限，安全共享计算熊力、数据库和其它在线 工兵，闷时资源又能保持良好豹本趣自治性a ”n ”。 g t 3 是o g s i 标准豹首个完繁实现版本。工具包由g l o b u sp r o j e c t 开发。 g t 3 核心设计提供了一个轻薰级主机环境，能够透明的管理底层阚终蘩础设 施和传输协议，允诲集中精力于瘦用的功能。g t 3 的基本结构如图2 6 所示： 豳2 6 8 t 3 基磷体系结梅 f i g 2 6 t h