[01768053]动态Petri网理论及其在移动计算服务组合中的应用

随着新型计算和电子通讯技术的不断发展,以服务和云计算为应用的移动云系统的形式化验证理论成为当前研究热点和难点问题。本项目面向大规模移动云系统,以解决服务组合的柔性建模和动态优化两个关键科学问题为主要目标;以动态Petri网理论为基础,开展柔性建模和动态优化的形式化理论及方法研究;以移动云系统为应用背景,利用动态Petri网刻画系统服务的虚拟性、动态性、松耦合、可复用、高度可集成等系统特性,以及服务组合的重组、路由选择和任务跃迁等实时属性,分析其模型机理和形式化语义,提供基于动态Petri网的大规模移动云系统中服务组合的柔性建模和良构性验证方法;在此基础上,研究移动云系统中服务组合自适应演化的动态优化及评价方法,并开展基于云环境的移动商务系统的动态服务组合模型分析验证研究。 项目的主要意义体现在以下两个方面： 1、在动态Petri网理论方面提出了动态随机Petri网,完善了相应的理论体系,研究了动态随机Petri网在不同状态下的转换规则,较好地解决了Petri网理论在移动云系统中形式化建模面临的困难。 2、基于动态随机Petri网对多目标任务调度问题和服务组合问题进行形式化建模、分析及性能评价,通过实验验证算法的有效性和鲁棒性。 在移动云环境中,使用智能终端即服务的模式。在该模式中,智能终端与云平台通过网络连接,通过云端为用户提供应用服务。这些服务被封装成Web服务,云端应用通过服务发现获取可用的服务列表。但由于单独的Web服务不能实现复杂的逻辑功能,所以通常需要通过服务组合来完成用户所需的复杂任务。在移动云环境中,这些服务的环境是动态多变的,用户提出的服务质量需求（如时延、成本、可靠性等）也是多样的,因此,研究移动云系统中QoS驱动的服务组合的动态优化算法具有非常重要的应用价值。 为了提升对动态系统的QoS预测的准确率,研究了一种混合时变的多链接忆阻器神经网络,能在不同状态的反馈控制器下,解决有限时间同步和稳定性问题。以效率、稳定性和用户体验三个维度获得评价参数作为输入,通过学习时间序列的长短期信息,拟合多因素线性变化,可以较好地预测突发业务流的服务质量。 本项目还提出了一种虚拟机迁移算法,在兼顾故障率和负载均衡的同时提高系统性能。在能耗感知可迁移云数据中心的体系结构框架下,我们抽象出任务调度和VM分配模型,并提出虚拟机调度算法和能耗感知迁移算法,能够大大提高系统的资源利用率,降低能耗。 移动云系统在提高覆盖和数据传输的同时,也增加了能耗,带来了巨大的成本和环境压力,为了实现移动系统的自组织和自适应性,我们提出了一种集中控制和分布式控制相结合的混合控制用户关联决策方法。在满足用户服务质量和基站投资效益的要求下,考虑吞吐量、信号质量、基站负载、基站效用以及能耗等因素,从用户角度实现用户自主动态关联基站,可以有效解决动态变化所带来的网络拥塞、资源浪费、负载增加等问题。为了寻找最优关联和资源配置,我们采用比例公平的网络效用组合优化方法,从效用函数的角度考虑资源约束下的效用最大化问题。同时,使用带附加条件的GFDM消除或抑制载波间的非正交引起的载波间干扰。 在面向服务的移动电子商务应用中,为了简化服务发现过程,使用DSSPN来构建过程模型,可以发现候选的服务实例。由于移动云中服务数量非常庞大,不能在现有的大规模服务集合中盲目搜索,需要先根据用户提交的需求描述将候选服务进行分组,再使用服务发现技术进行服务组合,最后对模型进行分析,寻找服务组合的最优策略。在建模时,我们将服务序列间的关系划分为顺序约束、受约束行为以及非约束行为。根据服务功能属性之间的语义关系和行为约束条件来确保服务执行过程能够满足用户需求,首先判断该服务组合是否能满足用户需求的所有输出信息。如果不能,该次组合失败。如果可以,再考虑服务概念和不精确匹配间的语法差异。然后,基于DSSPN构建了全局候选组合服务模型。 项目组成员发表论文6篇,获批实用新型专利授权1项,软件著作权6项,参与申请发明专利2项。参与“突发事件应急联动处置流程建模与优化关键技术”项目（位次8/8）,获得2020年山东省高等学校科学技术奖三等奖,获得淄博市“齐心共创·赢在鲁中”第一届高层次创业大赛项目组优胜奖（位次1/3）。