網(wǎng)格環(huán)境下協(xié)同設(shè)計平臺的模型研究

摘要：介紹了時網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(OGSA)；并以網(wǎng)格技術(shù)為核心。結(jié)合復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程的特點。提出了基于網(wǎng)格技術(shù)的復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計平臺的模型。通過對該平臺模型的研究，證明利用平臺可以很好地解決復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程中的協(xié)同問題，并提高產(chǎn)品的開發(fā)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；OGSA；復(fù)雜產(chǎn)品；協(xié)同設(shè)計

0 引言

網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展為復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程中的問題提供了很好的解決方案。網(wǎng)格技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一組架構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之上的新興技術(shù)，旨在支持虛擬組織的資源共享與協(xié)同工作。它通過高速的共享網(wǎng)絡(luò)，連接地理上廣泛分布的異構(gòu)資源(包括計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫、科學(xué)儀器、文件系統(tǒng)和超級計算系統(tǒng)等)，通過這些異構(gòu)資源的協(xié)同，解決那些通常需要許多CPU和存儲器來處理的問題。利用網(wǎng)格技術(shù)，可以很好地將分布在不同位置，不同層次的設(shè)計，分析資源等集成到一個虛擬的集成化的協(xié)同設(shè)計平臺中，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程中不同資源的共享，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

1 網(wǎng)格技術(shù)

1.1 網(wǎng)格技術(shù)概述

網(wǎng)格技術(shù)被稱為“下一代的Intemet\"，是一種新興的信息技術(shù)。網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用使計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源的全面共享成為可能。

網(wǎng)格具有以下特點：①網(wǎng)格是Intemet、高性能計算機(jī)和數(shù)據(jù)源的有機(jī)集合；②網(wǎng)格比interact具有更高的帶寬、更多的高性能計算機(jī)和更有效率的體系結(jié)構(gòu)；③網(wǎng)格可進(jìn)行知識加工；④巨大的網(wǎng)格對于用戶來講更像是一臺便于使用的超級機(jī)器，而不是成千上萬的網(wǎng)站。目前國外有關(guān)網(wǎng)格的研究正在大力開展，IBM、FIP，Oracle、Sun公司等IT巨頭爭相投入巨資進(jìn)入網(wǎng)格計算領(lǐng)域。我國網(wǎng)格技術(shù)的研究也得到了相關(guān)方面和政府的高度重視，一些研究課題已被科技部列入863重點支持項目。網(wǎng)格計算在協(xié)同工作方面的應(yīng)用也已經(jīng)取得了重要成果。

1.2網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)的框架和靈魂，也是網(wǎng)格最核心的技術(shù)，同時也是實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計的平臺支持技術(shù)。如何建立良好的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是我們首先要解決的問題。

目前影響比較廣泛的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是五層沙漏模型和OGSA模型。前者是美國Argonne國家實驗室的I FOSTER在較早時候提出的。而OGSA(Open Grid Services architectur)是由GGF(GIobalGrid Forum)的OGSI工作小組于2002年6月制定的開放式網(wǎng)格服務(wù)架構(gòu)，它是以“服務(wù)”為中心的體系結(jié)構(gòu)。面向服務(wù)的框架模型也是當(dāng)前業(yè)界發(fā)展的主流趨勢，因此本文重點介紹OGSA的體系結(jié)構(gòu)框架。 OGSA架構(gòu)由四個主要的層構(gòu)成，從下到上依次為：資源層一包括物理資源和邏輯資源；Web服務(wù)以及定義網(wǎng)格服務(wù)的OGSI擴(kuò)展；基于OGSA架構(gòu)的服務(wù)和網(wǎng)格應(yīng)用程序(如圖1所示)。下面靜逐一介紹這些架構(gòu)層。

(1)物理和邏輯資源層：物理資源包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)。物理資源之上是邏輯資源，它們通過虛擬化和聚合物理層的資源來提供額外的功能。通用的中間件，比如文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、目錄和工作流管理人員，在物理網(wǎng)格之上提供這些抽象服務(wù)。

(2)Web服務(wù)層：OGSA架構(gòu)中的第二層是Web服務(wù)。一條重要的OGSA原則是：所有網(wǎng)絡(luò)資源(包括邏輯的與物理的)都建模成為服務(wù)。oGSI規(guī)范定義了網(wǎng)格服務(wù)。網(wǎng)格服務(wù)建立在標(biāo)準(zhǔn)Web服務(wù)技術(shù)之上。OGSI利用XML與Web服務(wù)描述語言(Web Services Description Language，WSDL)這樣的Web服務(wù)機(jī)制，為所有網(wǎng)格資源指定標(biāo)準(zhǔn)的接口、行為與交互方法。OGSI進(jìn)—步擴(kuò)展了Web服務(wù)的定義，提供了動態(tài)的、有狀態(tài)的和可管理的Web服務(wù)的能力，這對網(wǎng)格資源的建模是必需的。

(3)基于OGSA架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)層：Web服務(wù)層及其OGSI擴(kuò)展為下一層提供了基礎(chǔ)設(shè)施：基于架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)。GGF目前正在致力于在諸如程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)服務(wù)和核心服務(wù)等領(lǐng)域中定義基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)。隨著這些新架構(gòu)的服務(wù)開始出現(xiàn)，OGSA將變成更加有用的面向服務(wù)的架構(gòu)(sOA)。

(4)網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)樱弘S著時間的推移，一組豐富的基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)不斷被開發(fā)出來，使用一個或多個基于網(wǎng)格架構(gòu)服務(wù)的新網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序亦將出現(xiàn)。這些應(yīng)用程序構(gòu)成了OGSA架構(gòu)的第四層。

2 網(wǎng)格環(huán)境下協(xié)同設(shè)計平臺的模式研究

2.1 網(wǎng)格環(huán)境下協(xié)同設(shè)計平臺的模型

基于OGSA框架之上，復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計平臺以一種虛擬運(yùn)行模式工作。參考OGSA／OGSI標(biāo)準(zhǔn)，綜合運(yùn)用J2EE，WebService。Globus Toolkit等技術(shù)及開發(fā)工具，本文提出了一種由分布式應(yīng)用資源，網(wǎng)格中間件，應(yīng)用層組成的復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計網(wǎng)格系統(tǒng)模型，如圖2所示。 網(wǎng)格的最底層是由高速網(wǎng)絡(luò)與通訊服務(wù)構(gòu)成的，它將分散在各處的軟、硬件資源用高帶寬網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來。在它之上是復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制造資源節(jié)點層，其中包括：①產(chǎn)品設(shè)計資源，如UGH、Pr0／E等CAD軟件以及反求工程資源。②CAE，CAD資源，包括對模具產(chǎn)品的仿真建模，有限元分析以及優(yōu)化軟件。③制造資源，如大型、貴重的產(chǎn)品模型加工數(shù)控機(jī)床和計算機(jī)輔助工藝編制等。④高性能計算與存儲資源等，它們可以及時、迅速地對服務(wù)請求進(jìn)行處理，并在海量存儲設(shè)備中用Oracle 10g數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理大量數(shù)據(jù)。在網(wǎng)格平臺中間件層，利用GlobusToolkit工具將設(shè)計制造資源節(jié)點封裝成服務(wù)節(jié)點，使網(wǎng)格系統(tǒng)有標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口；并提供基本的Web Service功能，網(wǎng)格的安全問題也在此系統(tǒng)中得到充分的保證。在應(yīng)用層，設(shè)置與產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計制造相關(guān)的軟件包。

2.2 應(yīng)用實例模型

在基于網(wǎng)格的協(xié)同設(shè)計平臺中，不同的分布式資源通過基于網(wǎng)格的協(xié)同設(shè)計平臺進(jìn)行注冊、發(fā)布以及提出服務(wù)申請，而所有的服務(wù)對客戶來說都是透明的。網(wǎng)格平臺通過必要的協(xié)同調(diào)度算法對不同資源的請求服務(wù)優(yōu)化分配，實現(xiàn)資源的共享，達(dá)到協(xié)同設(shè)計的目的。下面結(jié)合圖3，介紹一下該平臺的主要工作流程。 如圖3所示，設(shè)計實體要對高速轉(zhuǎn)向架進(jìn)行設(shè)計分析，并協(xié)同設(shè)計平臺提出設(shè)計服務(wù)請求。協(xié)同設(shè)計平臺中的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)接受設(shè)計實體的請求，并在系統(tǒng)中查找到已經(jīng)注冊過且提供該服務(wù)的資源單元B，然后協(xié)同設(shè)計平臺將資源單元B的服務(wù)提供地址返回給設(shè)計實體。設(shè)計實體接受服務(wù)地址，并通過該地址與資源單元B取得聯(lián)系，簽署合同，并將高速轉(zhuǎn)向架的設(shè)計要求文檔傳遞給資源單元B，資源單元B接受請求并對設(shè)計文檔進(jìn)行分析。在此后的設(shè)計過程中，設(shè)計實體可以和資源單元B進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計。同時，資源單元B可以根據(jù)設(shè)計工作的需要和資源單元A進(jìn)行合作(比如由資源單元A提供CAD、CA等相關(guān)軟件資源)共同完成設(shè)計工作。合同執(zhí)行完畢，協(xié)同設(shè)計平臺即取消為設(shè)計實體提供的服務(wù)。由此，設(shè)計實體圓滿完成高速轉(zhuǎn)向架的設(shè)計分析工作。

3 結(jié)束語

復(fù)雜產(chǎn)品涉及到多學(xué)科技術(shù)，其質(zhì)量、可靠性要求較高，因而復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計、制造具有開發(fā)難度大、多批次、周期長等特點。利用基于網(wǎng)格技術(shù)的協(xié)同設(shè)計平臺進(jìn)行復(fù)雜產(chǎn)品的異地協(xié)同設(shè)計制造，可以提高設(shè)備資源，人力資源及其計算能力的利用效率，克服傳統(tǒng)開發(fā)方式過程復(fù)雜、周期長、成本高的缺點，加快產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。