[發明專利]一種網絡制造服務聚合協作特征動態度量方法

有效

• 申請號: 202011256513.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112381134B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 程穎;陳世康;陶飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06Q50/04;H04L67/51;H04L67/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種網絡制造服務聚合協作特征動態度量方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟1：制造服務聚合網絡構建；將提交到平臺上的制造資源與能力封裝成制造服務節點，并根據節點功能屬性將節點間的關系分為聚類協作和組合協作兩類，通過復雜網絡理論構建制造服務聚合網絡，具有聚類/組合協作關系的節點通過有向邊相連；

步驟2：網絡節點間協作關系強度測量；分別針對節點間的聚類與組合協作關系，使用對應的強度測量方法，測量兩兩節點間的聚類與組合協作強度；

步驟3：網絡協作模塊特征識別；基于節點間的聚類與組合協作關系，定義網絡的協作模塊特征，提出相應的協作模塊特征識別方法；

步驟4：網絡協作模塊特征度量；根據所識別的網絡協作模塊特征，提出相應的協作模塊特征度量方法；

所述步驟1中，所封裝的制造服務節點只考慮節點的功能和載荷，載荷表示節點服務能力的上限；單個節點具有一個或多個功能，節點間的聚類/組合協作關系通過所具備的功能進行判別；具有相同功能的節點存在聚類協作關系，且所有具備相同功能的節點共同組成一個服務群落，同一服務群落內的節點互相存在聚類協作關系；針對某項制造任務，若該任務對某兩個功能存在時序約束要求，則兩功能對應的服務群落中的節點存在組合協作關系；

所述步驟具體包括：

①將制造能力抽象化封裝為服務節點s_i，網絡中所有節點的集合描述為S＝{s_i|i＝1,2,…,N_s}，N_s為集合中的節點數目；對于其中單個服務節點s_i只考慮功能和載荷兩項屬性，其功能屬性用f^(m)_i表示，m為所具備功能屬性的標號，每個節點具備一個功能集合A_i(t)，功能集合隨時間t變化，功能集合A_i(t)中的功能數目為1的服務節點為單功能節點，功能數目大于1的服務節點為多功能節點；每種功能對應一定的載荷，表示為l^(m)_i(t)；具備相同功能的服務節點組成一個群落，網絡中所有的群落集合描述為F＝{F^(m)|m＝1,2,…,M}，M為網絡所具有的功能數；F^(m)＝{s_i|f^(m)_i∈A_i(t)}，m為所具備功能屬性的標號；

②根據所具備的功能判定不同節點間存在的聚類/組合協作關系，對于網絡中的兩個服務節點，若兩節點具備同種功能f^(m)，則兩節點具備共同完成同一任務的可能，稱兩節點存在聚類協作關系；對于網絡中的兩個服務節點，若兩節點分別具備兩功能f^(m)和f⁽ⁿ⁾，對于某一項任務而言，需要使用到功能f^(m)和f⁽ⁿ⁾，且兩功能存在時序關系，則兩節點存在組合完成同一任務的可能，稱兩節點存在組合協作關系；

所構建的網絡中節點的協作關系強度包括聚類協作強度和組合協作強度；聚類/組合協作強度表征兩節點在當前情況下開展聚類/組合協作的可能性；所述步驟2中，所構建的測量方法，在確定具備聚類/組合協作關系的基礎上，考慮節點所具備的功能及所對應的載荷之間的關系，根據所提出的公式計算出相應強度：具體包括：

①存在聚類協作關系的兩節點s_i和s_i之間發生聚類協作的可能性的大小，稱為聚類協作強度ω_ij(t)，若兩節點不存在聚類協作關系，則ω_ij(t)＝0，聚類協作強度隨時間t變化；存在組合協作關系的兩節點s_i和s_j之間發生組合協作的可能性的大小，稱為組合協作強度μ_ij(t)，若兩節點不存在組合協作關系，則μ_ij(t)＝0，組合協作強度隨時間t變化；對于存在聚類/組合協作關系的節點，聚類/組合協作強度的計算通過考慮節點所具備的功能及所對應的載荷之間的關系進行計算；

②對存在聚類協作關系的節點間的聚類協作強度的計算方式如下：假設已經選定一個節點s_i，則可計算節點s_i在t時刻時與其所在群落中任意其他節點s_j之間的聚類協作強度ω_ij(t)；對于多功能節點，具有的相同功能的數目越多且同一功能對應的載荷越接近，則聚類協作強度越強；設一個中間變量x^(m)，表征兩節點在同一功能所對應負載的接近程度，則x_ij^(m)(t)＝j^(m)_j(t)-l^(m)_i(t)，則該功能下兩節點的聚類協作強度為：

則可用一個M維向量表示節點的聚類協作強度ω_ij(t)∈R^1×M，R^1×M表示一個1×M維的向量，向量中每個元素的取值范圍為實數，M為網絡所具有的功能數，ω^(m)_ij為ω_ij(t)對應維度下的分量；

③對存在組合協作關系的節點間的組合協作強度的計算方式如下：假設已經選定一個節點s_i，則可計算節點s_i在t時刻時與其他具有組合協作關系的群落中任意節點s_j之間的組合協作強度μ_ij(t)；對于節點s_i和s_j，具備組合協作關系的功能越多且其對應功能下的載荷越接近，則組合協作強度越強；設一個中間變量表征兩節點在具備組合協作關系的功能a^(m)_i和a⁽ⁿ⁾_j下對應的負載的接近程度，則則該組功能下兩節點的組合協作強度為：

用一個M×M維矩陣表示節點的組合協作強度μ_ij(t)∈R^M×M，R^M×M表示一個M×M維的矩陣，矩陣中每個元素的取值范圍為實數，M為網絡所具有的功能數，μ^(m→n)_ij(t)為μ_ij(t)對應維度下的分量；

所述步驟3中網絡協作模塊特征包括：內聚性，耦合性，重疊性和活性，具體包括：

①定義節點內聚性，表示同一群落中某個節點與其他節點的平均聚類協作能力；定義群落內聚性，表示群落中所有節點平均協作能力；定義制造服務聚合網絡平均內聚性，表示網絡中所有群落的平均聚類協作能力；

②定義節點耦合性，表示具有組合協作關系的兩個群落中，先序群落中的任意節點與后序群落中的節點的平均組合協作能力；定義了群間耦合性，表示先序群落與后序群落的平均組合協作能力；定義了制造服務聚合網絡平均耦合性，表示網絡整體的平均組合協作能力；

③定義群間重疊性，表示分別具備兩功能的兩群落間的重疊節點的比例；定義群落重疊性，表示群落與網絡中其他群落的平均重疊程度；定義制造服務聚合網絡平均重疊性，表示網絡整體的平均重疊程度；

④定義節點調用狀態矩陣，記錄任意節點在某個時間區間內每個時刻的調用率；定義節點活性，表示節點在某時間區間內的平均調用率；定義群落活性，表示某群落中所有節點在某時間區間內的平均調用率；定義制造服務聚合網絡平均活性，表示網絡整體在某時間區間內的平均調用率；

所述步驟4中針對所提出的網絡協作模塊特征給出了定義并構建了相應的度量方式，具體包括：

①內聚性：定義節點的內聚性ω_i^(m)(t)，表示群落中某個節點與其他節點的平均聚類協作能力，對群落F^(m)中任意節點s_i，其內聚度N_m(t)為群落F^(m)中的節點數；定義群落內聚性ω^(m)(t)，表示群落F^(m)中所有節點平均協作能力，則定義網絡平均內聚性表示網絡中所有群落的平均聚類協作能力，M為網絡所具有的功能數；

②耦合性：定義節點的耦合性μ_i^(m→n)(t)，表示具有時序關系的兩個群落F^(m)和F⁽ⁿ⁾中，先序群落中的任意節點s_i與后序群落中所有節點的平均組合協作能力，其耦合度N_n(t)為后序群落中的節點數；定義群間耦合性μ^(m→n)(t)，表示先序群落與后序群落的平均組合協作能力，則N_m(t)為先序群落中的節點數；定義網絡平均耦合性表示網絡整體的平均組合協作能力，M為網絡所具有的功能數；

③重疊性：定義群間重疊性表示具備不同功能的兩群落F^(m)和F⁽ⁿ⁾間的重疊節點的比例，N_m(t)為群落F^(m)的節點數，N_n(t)為群落F⁽ⁿ⁾的節點數，N_m∩n(t)為群落F^(m)和F⁽ⁿ⁾間的重疊節點數；定義群落重疊性o^(m)(t)，表示群落F^(m)與網絡中其他群落的平均重疊程度，M為網絡所具有的功能數；定義網絡重疊性表示網絡整體的平均重疊程度，

④定義節點調用狀態矩陣σ_i(t,t+kΔt)，σ_i(t,t+kΔt)∈R^k×M，R^k×M表示一個k×M維的矩陣，矩陣中每個元素的取值范圍為實數，其中k為大于0的自然數，Δt為劃分的單位時間量，記錄任意節點s_i在時間區間[t,t+kΔt]內的調用率，σ_i^(m)(t)為調用狀態矩陣的分量，表示在t時刻下節點s_i在功能m下的調用率，設節點s_i在t時刻開始被某任務調用m功能直至t′時刻結束并完成對應任務量r^(m)_i，若t′-t＞0，則若t′-t＝0，則l^(m)_i(t)表示t時刻下節點s_i對應m功能的負載能力；若節點s_i在t時刻未被調用，則若節點s_i在t時刻處于被調用狀態且被調用m功能即0＜σ_i^(m)(t)≤1，則

⑤活性：定義節點活性a_i(t,t+kΔt)，表示節點s_i在時間區間[t,t+kΔt]內的平均調用率，M為網絡所具有的功能數；定義群落活性a^(m)(t,t+kΔt)，表示群落F^(m)中所有節點在時間區間[t,t+kΔt]內的平均調用率，定義網絡平均活性表示網絡整體在時間區間[t,t+kΔt]內的平均調用率，