Web容器性能关键技术研究

基于Java EE技术的Web容器已经成为面向Web计算环境的主流中间件平台，它为创建、部署、运行、集成和管理企业Web组件提供了基础设施支持。然而，企业用户规模的不断增长与企业Web应用程序的日趋复杂使得Web容器的性能面临严峻的威胁。 影响服务器性能的主要因素是服务器的资源与负载。在传统服务器设计领域，研究者已经取得了一系列的研究成果，如资源管理、准入控制、动态缓存、差分服务等。然而，上述传统服务器领域的研究成果难以满足开放、动态的Web计算环境需求。首先，Web容器无法预先获知企业Web应用程序的资源需求与负载特征，这使得它不得不采用一种“尽力而为”的服务策略。其次，传统资源管理技术难以解决不同资源之间的管理冲突，影响了资源的利用率。最后，传统的负载管理技术侧重于负载规模的变化，很少考虑负载的组成特征与行为特征。为解决上述问题，论文提出了一种面向资源的分阶段体系结构ROSA，并研究了基于ROSA的动态缓存技术与差分服务技术，具体研究内容如下： 论文首先提出了面向资源的分阶段体系结构ROSA，它将请求处理所需的处理资源（主要指线程）与共享资源加以区分，并且通过分阶段体系结构设计来有效解决处理资源阻塞。同时，论文扩展Petri网模型给出了ROSA体系结构的描述模型RDM与性能模型RPM，前者用于验证ROSA体系结构设计方案的结构性质与行为性质，后者用于定量的计算ROSA体系结构设计方案的平均响应时间、吞吐率等性能指标。最后，论文提出了相关设计模式用于ROSA体系结构的开发。 论文提出了一种访问模式驱动的动态缓存机制，消除了Web容器、Web组件与动态缓存机制的耦合，并能够利用客户访问模式提高Web容器的缓存效率。首先，论文设计了Web容器动态缓存框架来缓存Web组件动态生成的Web内容，减少Web组件的重复执行。然后，论文设计了模式图描述客户的访问行为，有效的消除了传统马尔可夫模型引入的无效访问行为。最后，论文在模式图基础上分别基于会话和缓存对象设计了两个预测概率函数以及访问模式驱动的缓存替换算法，有效的提高了动态缓存机制的效率。 论文提出了一种自适应差分服务机制以满足Web容器剧烈变化的负载，同时为企业Web应用程序的差分服务需求提供支持。首先，论文基于客户行为特征设计了动态的会话优先级，弥补了传统静态优先级定义（客户优先级、请求优先级）无法描述客户行为优先级的缺点。然后，通过扩展ROSA体系结构设计，提供了准入控制、优先级调度、资源预留等多种差分服务策略，从而适应Web容器的不同负载。最后，论文设计了自适应差分服务策略选择算法，根据Web容器负载状况自适应选择差分服务策略，消除了单一差分服务策略在某些情况下出现的资源浪费、请求“饿死”、不必要的请求丢失现象，保障了关键请求的性能指标。 最后，以上研究成果已经应用在一个高性能的Web容器系统Once Web容器中。在Java EE性能测试基准TPC-W的测试中取得了较好的效果。

真空机器人传输模组软件控制平台的构建

论文来源于新松公司的科技部超大规模集成电路制造装备重大专项：300mm智能真空机械手关键技术及样机研制。在查阅了大量资料的基础上，进一步研究了集束型设备传输模组控制软件的功能分区、作动机制及实现方法，最终完成了真空机械手上位机控制程序和集束型设备图形仿真程序的设计。 在本论文中，笔者首先提出了集束型设备控制软件以及仿真软件的架构方案，其次，规划了真空机械手的指令集合、串口通信协议与命令应答格式，编写了基于串口通信的控制界面程序，并给出了传输模组控制软件系统层的整合方案。在此基础上，建立真空机械手的运动学模型，利用CAD建模工具及OpenGL图形库编写了能够完全再现集束型设备运转情形的图形仿真程序，并使图形能够与机械手本体实时联动。此外，研究了不同晶圆流程模式下的集束型设备时间调度算法，为实现可编程化控制奠定了基础。

机器人化柔性装配单元建模与仿真研究

机器人化柔性装配单元是柔性制造系统的重要组成部分.本文在介绍机器人化柔性装配单元组成及特点的基础上,建立了机器人化柔性装配单元的广义随机Petri网,并进行了SiMPLE++仿真,提出了将广义随机Petri网与面向对象的仿真技术相结合用于装配过程建模与仿真的方法。

基于Agent的分布式多机器人系统建模及分析

进行一个多装配机器人系统 DAMAS的模型研究 ,介绍离散事件动态系统的重要建模工具 Petri网 ,提出解决模型复杂性的有效方法 ,建立了系统中各个 Agent及整个系统的 Petri网模型 ,对这些模型及相互间的交互模型进行了重要的活性和有界性分析 ,对多机器人系统的协作机制进行了验证分析。

一个面向异构多UUV协作任务的分层式控制系统

针对异构多UUV协作任务,提出了基于多智能体系统的分层式体系结构(MAHA).在个体层面,将UUV智能体的思维状态分为社会心智和个体心智两个层次分别实现,更加符合人类社会协作模式;在群体层面,提出了复杂海洋环境下UUV群体结构的评价准则,并据此将MAHA与现有结构进行了对比分析.此外,利用面向对象的Petri网理论建立了系统的协作模型,有效降低了系统建模的复杂性.最后,水下多目标搜索使命的实例研究表明,MAHA能够保证异构UUV之间进行有效的协作.

面向多目标搜索的多UUV协作机制及实现方法研究

由不同功能UUV组成的异构系统能够实现对水下多个目标的探测和识别，多台UUV的协作机制已经成为当前水下机器人领域的一个热点课题。论文的研究工作依托国家863计划“基于弱通信的多机器人协调控制关键技术研究”等多项课题，面向水下多目标搜索应用背景，针对水下声学通信以及探测、导航传感器的局限性，研究弱通信条件下异构多UUV系统协作机制及实现方法，具体研究内容包括如下几个方面： (1) 构建了异构多UUV系统的体系结构：提出了基于多智能体角色联盟的UUV群体体系结构，使其能够适应多重的使命需求，具有开放性。设计了基于智能体思维结构的UUV个体体系结构，将UUV智能体的思维状态分为个体心智和社会心智两个层次分别实现，更加符合人类社会思维模式。基于面向对象Petri网理论对角色联盟进行建模，能够对角色内部控制逻辑和角色之间协作逻辑进行描述。 (2) 设计了多UUV系统的编队搜索策略：面向多目标搜索应用设计了编队搜索策略，保证搜索区域的连续性，采用基于大地坐标系的队形结构，更易于转弯时的队形控制。提出了基于思维层规划的队形控制方法，将跟随领航者法集成到队形控制任务的规划中，方便在不同任务间的切换，具有通用性。此外，设计了多UUV系统的队形重规划策略。 (3) 研究了多UUV系统的任务分配方法：针对同步搜索中的分布式任务分配问题，提出了动态熟人网方法，该方法对传统熟人网方法进行了改进和扩充，能够满足弱通信条件下任务分配的响应时间、执行时间、可靠性和负载均衡等性能要求，将动态熟人网方法应用于目标识别任务分配问题，仿真结果表明动态熟人网相比传统熟人网具有更好的性能。针对异步搜索中的多目标优化任务分配问题，提出了多蚁群系统（MACS）算法，该算法针对多个目标的不可公度性，对现有蚁群系统（ACS）算法进行了扩展，将MACS方法应用于多目标优化任务分配问题，仿真结果显示MACS算法相比加权法ACS具有更好的性能。 (4) 研究了多UUV系统低成本自主导航方法：提出了基于移动双信标的协作导航方法，采用两台携带高精度导航传感器的主UUV，为数量不限的携带低精度导航传感器的从UUV提供导航信息。设计了基于扩展卡尔曼滤波器的从UUV位置估计算法，该方法能够有效提高从UUV的导航精度，并且适应弱通信条件。 多UUV仿真平台的实验结果验证了本文提出的协作机制及实现方法是正确有效的，能够满足弱通信条件下多目标搜索的实际需求。

柔性制造系统中死锁避免的充要条件第二部分：资源的动态分配规则

本文根据在第一部分中推导出来的描述资源竞争的着色ＲＯＰＮ给出在柔性制造系统中无死锁运行的充分必要条件，从而得出相应的控制规律。它是一种资源动态分配的策略，它决定当一个资源空闲时，是否可以分配给一个任务，可以的话先分配给谁，以保证系统无死锁，并使得资源利用率最大。

柔性制造系统中死锁避免的充要条件第一部分：资源竞争过程的建模

柔性制造系统的主要特点是多种不同类型的工件同时在系统中加工，这些工件竞争系统的有限资源，导致象系统死锁等这样的不希望事件的发生，本文用一种Ｐｅｔｒｉ网模型，称之为着色面向资源的Ｐｅｔｒｉ网（着色ＲＯＰＮ）来描述系统中的这一竞争过程；这一模型揭示了资源竞争过程的本质特点，从而为寻求死锁避免的充要条件提供了基础。

C~3I系统对象化模型分析

本文以面向对象的观点,结合Petri网的模型化方法与信息论的理论成果,提出了C3I 系统的对象化模型,并以此模型为基础对C3I系统进行分析,从而为C3I系统的设计与改善提供了一种可行的校验工具。

自动引导车系统及其应用中几个问题的研究

AGV系统的设计包括下列几方面的问题：导航线的铺设、决定系统中需要的AGV数量、路径规划、交通控制、车辆调度、…。本文讨论了AGV系统设计的三个方面的问题。提出一种启发式算法来设计AGV系统的导航线，减少系统中AGV运行的总体距离。使用A-STAR算法，可以找到工厂中两个位置点之间的最短路径；应用查找表方法，可以减少系统接到了任务后的处理时间。我们采用区间段控制的技术来管理交通，使用属性Petri网来表达采用区间段控制的系统的当前状态和将要形成的状态，提出一种算法来预测和避免在AGV系统中由于共享导航线区间段而引起的死锁。本论文是结合具体的工程项目——上海卷烟厂AGV自动运输烟箱系统进行研究的。目前，这套系统已经投入使用，并且稳定地运行了半年左右。AGV运输系统的应用，提高了运输效率，解决了烟厂原先运输方式中存在的安全问题，提高了工厂的自动化水平和管理水平。这套系统的正常、可靠的运行，验证了本文所讨论的AGV系统设计的各种方法和算法的正确性和可靠性。

基于PMAC开放式数控系统软件开发

基于PC和多轴运动控制器的开放式数控系统是理想的开放式数控系统。介绍了基于PMAC的开放式数控系统结构形式,PMAC的差补、位置控制、伺服功能、以PMAC和PC机为硬件平台搭建了数控系统,并对其硬件构成和软件设计结构进行了分析。着重从软件设计的角度,介绍了PTALK控件的功能和作用,对数控系统软件构成进行了详细的阐述。并设计出了友好的用户界面,在实际应用中具有重要意义。

变速箱试验环线集成控制系统

研究当前国内外变速箱试验系统的特点,基于现代汽车变速箱生产信息化、网络化和柔性化的要求,依托某变速箱装配线项目,针对其试验环线,提出一种具有并行结构的变速箱自动试验环线,并设计基于Device Net的控制系统,探究试验环线的智能控制。该系统已经进入实际应用,可较好地完成变速箱的性能检测以及试验后的数据分析。

具有随机机器故障的制造过程建模与性能分析

为研究机器故障和维修活动对制造过程性能的影响,提出一种基于广义随机Petri网的制造过程建模与性能分析方法。分析了随机机器故障特征;定义了两种故障发现模式和两种中断作业处理策略;给出具有随机机器故障的制造过程的不同模型方法;通过对模型结构特征的分析,证明了其有效性。针对不同策略和参数设置进行了性能仿真。分别以平均产量和平均过程流时间等性能指标,分析了单个工作站的性能;采用平均产量,分析了具有两个工作站的流水线的性能。仿真结果表明,故障率、平均维修时间、缓存数量配置、维修工人数量、故障发现模式和中断作业处理策略是影响具有随机机器故障的制造过程性能的主要因素。