作为面向服务架构、成分复杂多样的分布式开放制造模式,云制造平台上的服务运作可能因多方面因素影响而发生执行异常。为保证云制造服务的稳健可靠、实用低耗,服务运作中积极高效的异常处理策略不可或缺。
云制造服务组合的柔性应变能力是组合服务顺利完成制造任务的重要保障。陶飞(2011)定义了云服务组合柔性,将云制造服务运作中的柔性影响因素归结为服务相关、任务相关、关联相关、QoS相关等几种类型,并论证了服务异常处理的必要性。张明卫(2015)为提升组合服务运行时的柔性应变能力,在实时记录组合服务运作数据的同时,对备选服务的运行环境进行挖掘识别,从而根据突发异常的环境质量规则对备选服务实现优选,完成服务顺畅迁移。章振杰(2018)基于复杂网络理论构建了云制造任务与服务的动态匹配网络模型,在对任务网络与服务网络实时更新的基础上,以动态调度算法实现制造服务组合的自适应调整。任磊(2019)梳理了云制造组合服务可能面临的异常情境及调整策略,在全面考虑事件激发、情境因素与主体状态的基础上,定义了自适应实时决策机制,并以Agent架构搭建运作模型对决策机制及规则学习予以实施。同时,现有研究多从云制造服务运作中的异常因素识别入手探讨应对措施。董元发(2018)刻画了云制造服务运作中的非稳态特性,根据资源类型将其归结为六类异常表现,并拟定了服务异常传播算法和响应机制。魏乐(2012)根据陶飞定义的云制造服务运作异常的分类,拟定了服务的退出、加入和替换三种异常处理策略,形成了服务的自适应调整逻辑,设计了相应的异常处理算法。在该方法的应用中考虑了物理距离对组合优化的影响,但未对服务迁移的具体策略进行深入讨论。赵秋云(2014)针对七类云制造服务异常给出了相应的处理算法,对服务迁移中的物理距离进行了约束,但并未给出对物流和物料等制造成本攸关硬性因素的处理策略。马文龙(2016)对于云制造服务与Web服务的异常差异进行了分析辨别,给出了云制造服务中典型异常的处理策略和自适应调整算法。虽然该研究指出了云制造服务异常区别于Web服务的特异性,但在应对措施上仍然沿袭了虚拟服务化思路,并没有体现制造的实体化特性。
服务迁移是云制造服务容错处理的重要策略,但目前关于云制造服务迁移的研究还为数不多。在面向服务架构的虚拟环境中,计算服务尤其是虚拟机的迁移策略研究已经相当广泛且深入,它们将会为云制造服务迁移研究给予一定借鉴。虚拟机实时动态迁移作为该领域的研究重点被广泛关注。为实现虚拟机快速迁移,现有研究常常采取预先部署模版映像的策略。Zhang Zhendang(2014)发现在迁移的虚拟机之间存在克隆自相同的模版映像的冗余内存块,故设计了基于元数据的迁移系统,通过利用基于内容的页面共享技术使迁移的虚拟机与在目的主机上运行的虚拟机共享冗余存储器页面。Ibrahim(2011)在应用远程直接内存访问技术处理包含高性能计算应用的虚拟机迁移问题的过程中,综合考察了迁移性能与虚拟机所含应用的关系,从而提出优化的迁移终止策略。Jin Hai(2011)在验证实验中发现内存脏页率与虚拟机执行速度大致呈线性关系,故建议通过调整虚拟机CPU执行频率而将内存脏页率调整到理想值,以缩减迁移宕机时间。Li Changuang(2019)发现预拷贝迁移中某些工作负载含有大比例的无须修复的伪脏页,为此纳入安全哈希方法以避免额外开销,在提出的智能混合迁移方法中,基于启发式策略在接近最佳时刻自动从预拷贝切换到后拷贝,以缩减后拷贝持续时间,从而弱化后拷贝固有缺陷。Paulraj(2018)基于物联网部署提出了资源感知虚拟机迁移技术,其通过聚类服务器观察感测环境的异常变化并基于资源利用率和作业到达率来选择合适的目标服务器。对客户偏好的忽视是目前大多数迁移研究的共性问题,故Shahapure(2018)以考虑客户需求的虚拟机迁移模式设计了基于距离和流量的迁移方法。在对数据中心的地理位置和流量统计的基础上,以位置最近且流量较少作为迁移标准,从而满足客户偏好。(www.daowen.com)
通过研读现有云制造服务运作异常处理研究可以发现,相关工作主要集中于异常因素的辨识归类及应对措施的导向性探讨,而对于异常处理具体策略的可操作性实现规划有待进一步深入,尤其是基于制造专业特性的服务迁移研究目前尚属鲜见。同为面向服务架构的计算服务运作容错处理研究,因起步更早已经形成了诸多更为成熟的解决方案。其中服务迁移(主要是虚拟机迁移)的研究可以为云制造服务容错迁移策略的拟定提供一定借鉴,但考虑到计算服务的完全虚拟化形态,其迁移决策评价主要涉及数据特性、网络特性及计算开销的考量。由于制造服务的长周期、 资源多样、知识密集、功能复杂等特征约束,云制造服务容错处理尤其是迁移决策不仅涉及虚拟服务层面的跳转,更要考虑物理资源的转移交接。显然,云制造服务迁移过程将带来包括知识资源、人力资源、制造设备与计算资源、原材料与能源消耗、物流投入等方面高昂的额外开销。因此,在保证服务的稳健可靠的前提下,提升既有制造活动的再利用率,实现高效低耗的平顺服务交接是云制造服务迁移的关键所在。
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