OSPF經(jīng)典問題解答

■郝強(qiáng)

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系王石

OSPF經(jīng)典問題解答

■郝強(qiáng)

1 在OSPF中。為什么第三類LSA傳播超過(guò)一個(gè)區(qū)域，路由信息就會(huì)被修改呢？他不是使用SPF算法么？如果這樣那么他跟RIP的V-D算法有啥區(qū)別？

答:因?yàn)閛spf傳播超過(guò)一個(gè)區(qū)域之后，路由信息就會(huì)改變。而路由信息在OSPF中，包括防環(huán)等作用。這也是RIP與OSPF本質(zhì)的區(qū)別。在RIP中。由于采用V-D(距離-矢量)算法，當(dāng)報(bào)文傳遞過(guò)后，會(huì)改變路由信息，因此也就存在環(huán)路。而在OSPF中。第三類LSA也是這樣。由此RFC規(guī)定。所有區(qū)域必須要與骨干區(qū)域相連接。但在我們實(shí)際組網(wǎng)中。經(jīng)常碰到非骨干區(qū)域與骨干區(qū)域不能相互連接。由此RFC定義了虛連接。

2 說(shuō)到虛連接。哪虛連接為什么能保證第三類LSA的路由信息不被修改呢？

答：從狹義的角度來(lái)說(shuō)。一條虛連接是屬于區(qū)域零的一條虛擬鏈路。因此他也就能保證第三類LSA的路由信息不被修改。

3 虛連接是怎樣使用SPF算法的？準(zhǔn)確的說(shuō)。虛連接是怎么確定他報(bào)文的目的地址的？

答：每個(gè)虛連接都要生成兩棵最短路徑樹（第一棵為本地區(qū)域的最短路徑樹。第二棵為虛連接鄰居的最短路徑樹）計(jì)算虛連接最短路徑樹之后。本地路由器會(huì)通過(guò)查找對(duì)端最短路徑樹，并通過(guò)對(duì)端的Router-id來(lái)標(biāo)識(shí)。那么虛連接到達(dá)本地路由器的始發(fā)端口的IP地址即為本地路由器發(fā)給對(duì)端虛連接鄰居的協(xié)議報(bào)文的目的IP地址。

4 為什么ospf在默認(rèn)情況下引入外部路由生成的是第二類LSA而不是第一類？

答：在外部第一類LSA中，第一類LSA比第二類的可信度要高，并與ospf使能的路由有可比性。而第二類LSA呢，可靠性比較低，與ospf自動(dòng)使能的路由也沒啥可比性。這里舉個(gè)例子。第一類就相當(dāng)于ospf自己的孩子。而第二類呢。就相當(dāng)于從外面進(jìn)來(lái)的客人。并且在選路原則中，一類要永遠(yuǎn)要比二類優(yōu)先即使是前者COST要高。

5 為什么在ospf中不能引入靜態(tài)的缺??？

答：RFC定義了缺省發(fā)布的條件。比如NSSA，stub，他們都會(huì)自動(dòng)生成一條缺省。

6 第三類LSA和第五類LSA link state id字段都是描述目的網(wǎng)段的地址。哪他們之間有什么區(qū)別？

答：對(duì)三類和第五類的LINK-STATE ID是一樣的，都是描述目的網(wǎng)段的地址。但即使他們所有的字段都是一樣，但是他們所實(shí)現(xiàn)的功能是不能相提并論的。最關(guān)鍵的是在LSA報(bào)文頭中的類型字段有明顯的區(qū)別。這兩類LSA的作用定位不同，三類是描述另一個(gè)區(qū)域的路由。而五類描述的是外部路由。

7 為什么ospf中四種網(wǎng)絡(luò)類型所定義的hello time和生存時(shí)間都不一樣？

答：OSPF一共定義了四種網(wǎng)絡(luò)類型，而這四種網(wǎng)絡(luò)類型，大部分都是針對(duì)鏈路，（點(diǎn)到多點(diǎn)需要手動(dòng)修改），這也是OSPF的特點(diǎn)之一，能適應(yīng)更多不同類型的的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，并且，不同的網(wǎng)絡(luò)類型，鄰居生存時(shí)間和hello time也隨之改變，（并且還可以手動(dòng)修改），這無(wú)不證明此協(xié)議的人性化。

8 ospf如果不同進(jìn)程不同區(qū)域使能。鄰居能正常建立起來(lái)么（廣播網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下）？

答：不能正常建立。因?yàn)閛spf路由器在接受OSPF報(bào)文的時(shí)候會(huì)驗(yàn)證一些報(bào)文是否合法其檢查的內(nèi)容有版本號(hào)、區(qū)域ID，驗(yàn)證方法和驗(yàn)證信息。

9 不同進(jìn)程同區(qū)域，鄰居能正常建立起來(lái)嗎？

答：能。因?yàn)樵趏spf的報(bào)文中并不需要對(duì)進(jìn)程ID進(jìn)行檢查，所以鄰居能正常建立起來(lái)。

10 鄰居和鄰接有哪些區(qū)別？什么情況下才會(huì)出現(xiàn)鄰居？什么情況下才會(huì)出現(xiàn)鄰接？

答：OSPF一共有八個(gè)狀態(tài)機(jī)，其中down 2-way FULL是穩(wěn)定狀態(tài)機(jī)其他的都是中轉(zhuǎn)狀態(tài)。所謂鄰居關(guān)系是指只要與對(duì)端鄰居關(guān)系建立到2-WAY就可以了，并且用到的報(bào)文只有HELLO。如果建立鄰接就需要進(jìn)步一交互報(bào)文，需要用到的報(bào)文有dd，Lsr lsu ls ack他們兩之間的區(qū)別是鄰居只需要收到對(duì)端的HELLO報(bào)文，并且自己在對(duì)端的鄰居列表里面就可以了。所有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都可以建立鄰居關(guān)系。而鄰接是在建立鄰居關(guān)系之上交互路由信息的。Drother之間只需要建立鄰居關(guān)系。

11 ospf本身能過(guò)濾掉自身產(chǎn)生的LSA嗎？

答：ospf本身并沒有過(guò)濾LSA的機(jī)制。（原因很簡(jiǎn)單如果能限制的話SPF算法肯定要出錯(cuò)）有也只是限定一些范圍的，比如LSDB的超載機(jī)制。

12 ospf一共有多少種LSA報(bào)文類型？

答：OSPF一共有十一種LSA報(bào)文類型。他們的作用分別如下：第一類描述了區(qū)域內(nèi)部與路由器直連的鏈路信息；第二類計(jì)入了廣播或NBMA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)段上所有路由器的router-id（打包一類LSA)；第三類將所連接區(qū)域內(nèi)部的鏈路信息以子網(wǎng)的形式傳播到相鄰區(qū)域；第四類描述的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)ASBR的route-id；第五類描述到外部AS路由信息；第七類NSSA區(qū)域?qū)貺SA描述外部AS的路由信息。以上這幾類是我們常用的。

第六類在組播ospf協(xié)議中使用的組播LSA；第八類在ospf域內(nèi)傳播BGP屬性時(shí)使用的外部屬性LSA；第九類本地鏈路范圍的opaque；第十類本地區(qū)域范圍內(nèi)的opaque LSA；第十一：本自治系統(tǒng)范圍的opaque LSA。

13 ospf中option的作用有哪些？

答：Option這個(gè)字段是ospf的可選功能，描述路由器所支持所選的功能。一共有五位，格式分別如下：E位——該位描述是否洪泛AS-external-LSA；MC位——該位描述是否多播擴(kuò)展OSPF轉(zhuǎn)發(fā)IP多播包；N/P位——該位描述了處理類型7 LSA；EA位——該位描述了是否按OSPF外部屬性inprogress的說(shuō)明忽略還是接收并轉(zhuǎn)發(fā)External-Attributes-

LSA；DC位——該位描述了按擴(kuò)展OSPF和支持需求電路的說(shuō)明處理按需鏈路。

14 OSPF進(jìn)程重啟，為什么鄰居能快速的建立起來(lái)。而不是像創(chuàng)建進(jìn)程需要等待那么長(zhǎng)時(shí)間?

答：ospf的鄰居存活時(shí)間是40秒，在路由器之前成功建立鄰居正常的情況下，一邊重啟進(jìn)程，而另一邊鄰居還正常的存活在鄰居表中，但是當(dāng)這邊重啟好了，發(fā)送HELLO的時(shí)候，對(duì)端也即轉(zhuǎn)到INIT狀態(tài)，并且所有的狀態(tài)，只需要交互一個(gè)報(bào)文就行了，所以，重啟進(jìn)程，比普通建立的更快，也就是說(shuō)，等對(duì)端的四十秒過(guò)后，再重啟進(jìn)程，那么他們又得重新互發(fā)HELLO,又得經(jīng)過(guò)七個(gè)狀態(tài)機(jī)才能建立鄰接狀態(tài)。

15 ospf一直提示LSA disabled，為什么會(huì)產(chǎn)生這種情況?

答：導(dǎo)致這種情況的原因是：當(dāng)LSA的老化時(shí)間結(jié)束時(shí)，LSA他會(huì)在LSDB表里面移除掉，或者此LS的始發(fā)者發(fā)送消息flooding掉。正常的情況下，當(dāng)鄰居正常建立來(lái)并且建立到鄰接狀態(tài)時(shí)，他會(huì)自動(dòng)更新LSA的信息，并用LS Age和LS系列號(hào)，來(lái)區(qū)分那條LSA更新，同時(shí)在LSDB表中更新最新的LSA。既然LSA出現(xiàn)down的情況，那么首先得把問題定位在鄰居是否正常建立起來(lái)，并且能正常交互報(bào)文（LSU LS ACK）。

16為什么OSPF與BGP在重分布的時(shí)候，OSPF路由的下一跳不確定，導(dǎo)致選路錯(cuò)誤。

答：這是由BGP的環(huán)路引起的。在雙出口的BGP中，如果BGP里面宣告或?qū)W習(xí)到的路由都一樣，建議修改preferred-value值，把環(huán)路取消然后再做重分布。

17 OSPF跟STP結(jié)合組網(wǎng)，一般會(huì)遇到哪些問題？

答：一個(gè)協(xié)議的所有功能都包含在報(bào)文中，報(bào)文中的某個(gè)字段置位，也就是這個(gè)協(xié)議的功能開啟，不管OSPF與那個(gè)協(xié)議結(jié)合組網(wǎng)，只要不影響OSPF的報(bào)文收和發(fā)就可以了。需要注意STP在收斂的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致端口阻塞，正常的流量是沒有辦法通過(guò)，那么這樣就會(huì)造成OSPF的報(bào)文沒有辦法正常交互，并且會(huì)出現(xiàn)一些莫名其妙的現(xiàn)象（比如鄰居頻繁的UP, DOWN、UP DOWN）。還有在交互報(bào)文的時(shí)候，會(huì)莫名其妙的卡在一些狀態(tài)機(jī)上。這些，只有等STP收斂好，讓OSPF正常交互報(bào)文才能一一排除。

18 OSPF與BGP組網(wǎng)會(huì)遇到哪些問題。

答：大家都知道，BGP和OSPF都是第四層的協(xié)議，但是BGP對(duì)TCP有依賴性，而OSPF對(duì)IP也有一定的依賴性，（這里解釋一下阿，大家對(duì)ospf于IP的依賴性不是很清楚, ospf使能一個(gè)網(wǎng)段后，如果這個(gè)網(wǎng)段存在，那么就以組播地址224.0.0.5（廣播環(huán)境下），針對(duì)這個(gè)網(wǎng)段發(fā)送HELLO報(bào)文，那么如果這個(gè)網(wǎng)段不存在呢？那么HELLO是不可能發(fā)送的。那這跟依賴有啥關(guān)系呢?大家想想，如果IP正常的話，肯定無(wú)條件使能這個(gè)網(wǎng)段，但是IP地址是DOWN的情況下，OSPF還繼續(xù)發(fā)HELLO包么?)我之前說(shuō)過(guò)，ospf在正常的情況下，不管與什么協(xié)議結(jié)合一起組網(wǎng)，只要滿足他基本的條件，那么鄰居和鄰接，肯定能正常建立，但BGP對(duì)TCP有依賴性，換句話說(shuō)，只有OSPF正常建立鄰接關(guān)系，BGP才能正常交互OPEN相關(guān)的一些報(bào)文。所以，如果ospf與BGP一起組網(wǎng)，首先得檢查OSPF相關(guān)的設(shè)置于錯(cuò)誤，然后再檢查BGP。

19 ospf區(qū)域怎樣劃分才合理?

答：ospf詳細(xì)劃分區(qū)域是很有必要的，現(xiàn)在的路由器的性能越來(lái)越強(qiáng)大，但區(qū)域該怎么劃分才合理，才能把OSPF最大最優(yōu)呢？這無(wú)疑是跟著路由器的性能和拓?fù)洵h(huán)境走，ospf雖然只會(huì)將最優(yōu)的路由安裝在路由表中，但是，在OSPF數(shù)據(jù)庫(kù)里面，所有的LSA都會(huì)存在，如果網(wǎng)絡(luò)的直徑大起來(lái)，最無(wú)疑是對(duì)OSPF一個(gè)挑戰(zhàn)。一個(gè)區(qū)域最好不超過(guò)50臺(tái)路由器但那是在90年代標(biāo)準(zhǔn)，哪時(shí)候的路由跟現(xiàn)在的性能已經(jīng)不在是相同的一個(gè)檔次了?，F(xiàn)在的路由器性能肯定不是在50內(nèi)。

20兩臺(tái)路由器通過(guò)直連鏈路，建立OSPF鄰居，那么在一邊使用P2P，而一邊使用P2MP的情況下，能正常建立到鄰接狀態(tài)么？

答：肯定是不能的，因?yàn)檫@兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)類型的hellointerval不一樣，而在OSPF進(jìn)程檢查一個(gè)hello報(bào)文是否合法，其hellointerval在檢查范圍內(nèi)。因此兩臺(tái)路由上的hellointerval是不一樣的，當(dāng)其中一臺(tái)路由器接受到另一臺(tái)的包時(shí)，將會(huì)丟棄此HELLO包，因此鄰居就不可能正常建立起來(lái)。

21在什么情況下。OSPF bad versio數(shù)值會(huì)增加?

答:ospf的版本出錯(cuò)或者ospf版本字段損壞。解決辦法，檢查下OSPF版本是否配置正確。然后重啟下OSPF進(jìn)程就可以了。

云制造切割排樣系統(tǒng)研究及應(yīng)用

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系王石

原材料的生產(chǎn)預(yù)算、科學(xué)利用與耗用管理等問題普遍存在于家具、鈑金、建筑、機(jī)械、電子、服裝、皮革、包裝等諸多行業(yè)中，其直接影響到庫(kù)存和生產(chǎn)成本。CAN（Computer Aided Nesting，計(jì)算機(jī)輔助排樣）通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化組合和圖形布局計(jì)算，求解切割下料的優(yōu)化方案，可達(dá)到有效節(jié)約資源、提高生產(chǎn)效率的目的。最優(yōu)切割排樣布局問題屬于NP完全問題，其計(jì)算量巨大，相應(yīng)的排樣軟件價(jià)格昂貴。目前，國(guó)外有ShapeShifter、Nester、ToPs300、AutoForm等排樣系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)多停留在優(yōu)化算法研究，大面積應(yīng)用的排樣軟件較少，國(guó)內(nèi)王石研發(fā)了AutoCUT開料專家系列通用切割排樣軟件，已應(yīng)用到家具、建筑、五金、汽車等行業(yè)企業(yè)。

近年來(lái)，隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)化制造新模式“云制造”的誕生，互聯(lián)網(wǎng)制造作為“中國(guó)制造2025”的重要支持方向之一，其通過(guò)將各類制造資源和能力進(jìn)行虛擬化、服務(wù)化和統(tǒng)一管理，對(duì)外提供敏捷、快速、優(yōu)質(zhì)、低價(jià)等特點(diǎn)的制造全生命周期服務(wù)。

從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)看，CAN屬于CAPP的一部分，其上端要與ERP/CAD連接接收數(shù)據(jù)，下端連接CAM控制設(shè)備，由于各類排樣軟件相當(dāng)獨(dú)立而沒有統(tǒng)一的CAN的服務(wù)接口，增加了計(jì)算機(jī)集成制造的難度。因此，受軟件和應(yīng)用模式的限制，國(guó)內(nèi)的CAN應(yīng)用還停留在較低層次?；赟OA（Service Oriented Architecture，面向服務(wù)的架構(gòu)）構(gòu)建云制造切割系統(tǒng)，可將優(yōu)化切割排樣抽象為云計(jì)算服務(wù)，任何制造企業(yè)都可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程調(diào)用排樣云服務(wù)，而無(wú)需自行購(gòu)買和安裝昂貴的排樣軟件?？蓪⑴艠铀惴ê蛙浖庋b成云端制造排樣服務(wù)，企業(yè)再根據(jù)自身的特點(diǎn)進(jìn)行服務(wù)接入和租用。

云制造切割排樣系統(tǒng)以下特點(diǎn)：

系統(tǒng)可充分利用云計(jì)算系統(tǒng)的的并行計(jì)算資源，將可企業(yè)排樣任務(wù)分解為多個(gè)排樣問題，進(jìn)行分布式快速求解，將優(yōu)秀的排樣算法進(jìn)行虛擬化和服務(wù)租用；

企業(yè)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或使用云排樣客戶端，可像在本地使用排樣軟件一樣使用切割排樣的SaaS服務(wù)；

嵌入式數(shù)字終端設(shè)備借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入云制造排樣系統(tǒng)，可通過(guò)SOA接口直接調(diào)用排樣服務(wù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造系統(tǒng)的無(wú)縫集成，提高生產(chǎn)效率和快速反應(yīng)能力；

為企業(yè)ERP以及第三方軟件開發(fā)商提供優(yōu)化排樣PaaS開發(fā)接口，此時(shí)系統(tǒng)被虛擬為一個(gè)提供排樣服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)黑匣子，對(duì)用戶透明。

1 系統(tǒng)框架

云制造切割排樣系統(tǒng)以優(yōu)化云的形式提供原材料下料排樣服務(wù)，其不局限于解決某一行業(yè)或某一工序的排樣優(yōu)化問題，而是提供解決制造企業(yè)切割與裝填問題（Cutting& Packing）的通用優(yōu)化系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)在INTERNET上發(fā)布一系列遠(yuǎn)程調(diào)用函數(shù)接口，為制造企業(yè)提供切割排樣計(jì)算服務(wù)。系統(tǒng)的服務(wù)可分為一維的線型材分切規(guī)劃服務(wù)、二維的板材開料排樣服務(wù)和三維的集裝箱物流裝載優(yōu)化服務(wù)。

Google、Amazon等典型的云計(jì)算平臺(tái)基于分布式計(jì)算框架開發(fā)和部署，如Hadoop框架。該框架包括分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)、并行編程、遠(yuǎn)程調(diào)用方案等，其優(yōu)點(diǎn)在于開發(fā)者不需要考慮多臺(tái)計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算與大用戶量的并發(fā)處理。但由于排樣算法的復(fù)雜性，以及目前已有的成熟排樣軟件，如果采用Hadoop框架的MapReduce并行編程語(yǔ)言重寫排樣算法，將增加開發(fā)難度，系統(tǒng)的兼容性將無(wú)法保證。排樣系統(tǒng)的核心問題是密集的計(jì)算求解，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求不高，而用戶并發(fā)量遠(yuǎn)沒有搜索引擎那樣高。因此，本系統(tǒng)基于現(xiàn)有的Windows環(huán)境，采用一種共享的中心數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)多核計(jì)算，各求解服務(wù)器與WEB服務(wù)器之間以Socket消息通信實(shí)現(xiàn)的分布式調(diào)度。

云制造排樣系統(tǒng)的服務(wù)架構(gòu)如下圖所示，該架構(gòu)由SOA服務(wù)WEB接口、分布式多核調(diào)度模塊和多個(gè)彈性的優(yōu)化求解模塊組成，面向制造企業(yè)提供優(yōu)化排樣求解服務(wù)。WEB接口將SOA服務(wù)發(fā)布給互聯(lián)網(wǎng)上的遠(yuǎn)端客戶訪問，云計(jì)算調(diào)度模塊將客戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)進(jìn)行分解和排隊(duì)，由可并行處理的優(yōu)化求解模塊進(jìn)行多核計(jì)算，得到最優(yōu)的切割排樣方案，通過(guò)SOA接口返回給客戶。

2 分布式調(diào)度算法

排樣問題求解是針對(duì)給定條件和目標(biāo)的一系列復(fù)雜計(jì)算過(guò)程。對(duì)制造企業(yè)而言，一個(gè)批次的產(chǎn)品制造過(guò)程中往往存在多個(gè)下料排樣問題（P），如建筑工程中一批門窗訂單包括一維鋁型材和二維玻璃的切割規(guī)劃、家具企業(yè)生產(chǎn)一種家具需要不同厚度以及每種厚度需不同尺寸的木板毛坯若干等等。因此，用戶提交的一個(gè)排樣需求（T）可分解為一個(gè)或多個(gè)排樣問題，每個(gè)排樣需求都包含切割的已知條件（原材料供應(yīng)）和求解目標(biāo)（毛坯需求），即根據(jù)零件需求、庫(kù)存數(shù)量、設(shè)備參數(shù)等已知條件，對(duì)原材料面積、重量、價(jià)格等進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解。本排樣算法模塊輸入的是一個(gè)排樣問題，輸出的是該排樣問題的解（切割方案），切割方案由若干個(gè)下料切割布局圖組成。由于其NP復(fù)雜性，算法運(yùn)行需要占用CPU時(shí)間，即計(jì)算資源。云制造排樣系統(tǒng)將多個(gè)用戶的排樣需求分解成單個(gè)相對(duì)獨(dú)立的排樣問題，形成排樣問題隊(duì)列，由多個(gè)計(jì)算機(jī)CPU核心并發(fā)進(jìn)行求解。同一時(shí)間一個(gè)CPU核可求解一個(gè)排樣問題。該云服務(wù)的基本單位是獨(dú)立排樣問題，資源的基本單位是CPU核。下圖是分布式調(diào)度算法的求解過(guò)程（T代表樣任務(wù)，P代表排樣問題，C代表求解計(jì)算機(jī)，U代表CPU計(jì)算核心）。

其中，T1被分解為排樣問題P1和P2，T2被分解為排樣問題P3；Ti被分解為k個(gè)排樣問題Pj～Pj+k，P1、P2、P3…Pj+k構(gòu)成排樣服務(wù)請(qǐng)求隊(duì)列；云排樣系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有計(jì)算資源對(duì)排樣請(qǐng)求隊(duì)列提供計(jì)算求解服務(wù)。云平臺(tái)上多臺(tái)服務(wù)器組成的計(jì)算集群被虛擬為一個(gè)計(jì)算資源池，若系統(tǒng)中部署有s臺(tái)計(jì)算服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器有n個(gè)CPU計(jì)算核心，則該問題可描述為一個(gè)s★n個(gè)服務(wù)臺(tái)、一個(gè)隊(duì)列構(gòu)成的隨機(jī)聚散服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)處理隨機(jī)到達(dá)的用戶排樣服務(wù)請(qǐng)求，排樣問題的求解時(shí)間由排樣算法的性能決定（通常在1～5分鐘內(nèi)完成），當(dāng)排樣算法的單個(gè)實(shí)例在單個(gè)CPU核心上運(yùn)行時(shí)，則整個(gè)排樣系統(tǒng)的容量為m=s★n；

分布式排樣系統(tǒng)的排隊(duì)模型可描述為：M/M/1/p/∞/FCFS；多臺(tái)計(jì)算服務(wù)器間的資源的調(diào)度可通過(guò)共享的排樣請(qǐng)求隊(duì)列，結(jié)合Socket（網(wǎng)絡(luò)套接字）消息通知實(shí)現(xiàn)。具體可將系統(tǒng)劃分為計(jì)算調(diào)度模塊、優(yōu)化求解模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。計(jì)算調(diào)度模塊位于WEB服務(wù)接口之后，接受來(lái)自用戶的排樣服務(wù)請(qǐng)求；優(yōu)化求解模塊被安裝在若干臺(tái)獨(dú)立的多核服務(wù)器計(jì)算機(jī)上；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包含一個(gè)存儲(chǔ)排樣數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)列表和一個(gè)記錄優(yōu)化求解模塊位置的地址表，排樣任務(wù)的分布式求解過(guò)程如下：

用戶通過(guò)INTERNET提交排樣任務(wù)Ti；

計(jì)算調(diào)度模塊將用戶排樣任務(wù)Ti分解為k個(gè)排樣問題Pj+k，并將排樣問題數(shù)據(jù)入隊(duì)列表；

計(jì)算調(diào)度模塊查詢地址表，通過(guò)Socket向各優(yōu)化求解模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到達(dá)消息；

空閑的優(yōu)化求解模塊將響應(yīng)數(shù)據(jù)到達(dá)消息，隨后訪問隊(duì)列表，根據(jù)當(dāng)前空閑的CPU-Core數(shù)量提取相應(yīng)數(shù)量的排樣問題P進(jìn)行優(yōu)化求解；

如果優(yōu)化求解模塊完成一個(gè)排樣問題求解，則再次查詢隊(duì)列表，獲取下一待求解的排樣問題；如果隊(duì)列表中存在待求解的排樣問題且該優(yōu)化求解模塊存在空閑的CPU-Core，則繼續(xù)提取下一排樣問題進(jìn)行求解。

3 系統(tǒng)服務(wù)框架流程

云排樣系統(tǒng)服務(wù)的發(fā)布和調(diào)用是以合適的服務(wù)粒度，設(shè)計(jì)一組遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用API（應(yīng)用程序接口）函數(shù)，其將分布式計(jì)算系統(tǒng)的功能發(fā)布給企業(yè)客戶。它基于HTTP通信協(xié)議和采用XML格式描述排樣計(jì)算資源，具備平臺(tái)無(wú)關(guān)、語(yǔ)言無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，可與企業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成松散耦合的系統(tǒng)架構(gòu)。

在互聯(lián)網(wǎng)上，云排樣系統(tǒng)可被抽象成一個(gè)能提供制造排樣服務(wù)的SOA組件，通過(guò)URL進(jìn)行調(diào)用，用戶無(wú)需部署該系統(tǒng)，即可調(diào)用切割排樣的服務(wù)，云排樣系統(tǒng)將在進(jìn)行身份注冊(cè)與驗(yàn)證后提供排樣計(jì)算服務(wù)，云服務(wù)系統(tǒng)框架如上圖所示。

4 系統(tǒng)典型實(shí)現(xiàn)

云排樣系統(tǒng)的主要包括電子商務(wù)網(wǎng)站和分布式排樣系統(tǒng)，各個(gè)模塊共享一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)。具體軟件模塊為：

電子商務(wù)網(wǎng)站：運(yùn)用WEB2.0技術(shù)開發(fā)一個(gè)電子商務(wù)網(wǎng)站，包括排樣系統(tǒng)的宣傳展示和用戶注冊(cè)、后臺(tái)管理等模塊。

云排樣客戶端：云排樣客戶端是與終端用戶的圖形交互UI，其包括輕量級(jí)的Windows應(yīng)用程序和基于WEB的富客戶端兩種形式。應(yīng)用程序客戶端只能運(yùn)行在PC機(jī)上，但用戶可以像操作本地排樣軟件一樣使用它，對(duì)二三維排樣圖形能夠獲得很好的操作體驗(yàn)。WEB客戶端采用JavaScript框架，可以直接運(yùn)行在WEB瀏覽器中，用戶無(wú)需安裝即可使用。

云排樣服務(wù)端：云排樣服務(wù)端是一組WEB服務(wù)程序集合，其通過(guò)HTTP協(xié)議響應(yīng)客戶端的服務(wù)請(qǐng)求，并以XML格式返回?cái)?shù)據(jù)。

多線程排樣優(yōu)化器：排樣算法的軟件實(shí)現(xiàn)，它以多線程方式運(yùn)行，可根據(jù)CPU的核心數(shù)量，一次啟動(dòng)多個(gè)線程進(jìn)行同步計(jì)算，一個(gè)計(jì)算線程對(duì)應(yīng)一個(gè)CPU-Core。

分布式計(jì)算服務(wù)監(jiān)控與管理：實(shí)時(shí)的反饋和記錄Web-Server和?Solver的分布與工作狀態(tài)，并提供一個(gè)管理員界面，以便進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和人工調(diào)整。

MES制造執(zhí)行客戶端：可直接與切割制造設(shè)備通訊的客戶端軟件，該軟件可以運(yùn)行在PC上位機(jī)或設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)中，并直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與云端通訊，將下載的排樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成控制指令，驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的切割操作。

我們基于已有的AutoCUT/AutoSAW軟件的排樣算法，實(shí)現(xiàn)了上述面向服務(wù)架構(gòu)的云制造切割排樣系統(tǒng)，建設(shè)了一個(gè)云排樣平臺(tái)。該平臺(tái)在“曙光”服務(wù)器集群上分布式部署和測(cè)試，其中WEB服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、排樣管理各使用一臺(tái)服務(wù)器，多線程排樣優(yōu)化器部署在由10臺(tái)32核服務(wù)器組成的計(jì)算集群上，系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)請(qǐng)求可彈性的啟用1～10臺(tái)計(jì)算服務(wù)器，最多可以同步求解320個(gè)排樣問題。該云排樣平臺(tái)的服務(wù)網(wǎng)站已對(duì)外開放注冊(cè)功能，可為家具、鈑金、建筑、機(jī)械、電子等制造企業(yè)提供云端排樣SaaS服務(wù)。

本文從PaaS的理念出發(fā)，綜合運(yùn)用排樣算法、多核服務(wù)器調(diào)度、SOA相關(guān)技術(shù)，提出了一套云制造切割排樣架構(gòu)方案，并成功開發(fā)和實(shí)施了相應(yīng)的云排樣系統(tǒng)。企業(yè)可以通過(guò)注冊(cè)用戶來(lái)遠(yuǎn)程租用切割排樣服務(wù)。企業(yè)信息系統(tǒng)可通過(guò)平臺(tái)接口直接調(diào)用來(lái)整合排樣功能，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)和制造切割設(shè)備的有效銜接，最終通過(guò)云制造服務(wù)較好的解決企業(yè)集成制造問題。

項(xiàng)目資助編號(hào)：國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究”（2011A0405）、廣東省科技項(xiàng)目（2013B010134006、2013B090600131）院級(jí)重點(diǎn)基金項(xiàng)目（2014A07）