網路化離散事件動態系統時序的分析與控制

《網路化離散事件動態系統時序的分析與控制》是依託清華大學，由趙千川擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：網路化離散事件動態系統時序的分析與控制
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：趙千川
• 項目類別：面上項目

項目摘要

離散事件動態系統已被廣泛用於描述事件驅動的人造系統。近來，隨著信息技術的快速普及和發展，由具有一定功能的個體通過彼此通信和協作組織起來形成的網路化系統大量出現，而且在規模上日益擴大。事件時序控制是關係到這類網路化離散事件動態系統正常和高效運行的關鍵問題之一。其挑戰性在於個體之間通信形成的同步或制約關係是局部的，而通常所關心的系統性能往往是全局的，兩者之間的關係複雜。本項目擬從事件時序的描述入手，藉助代數和邏輯等分析工具，揭示主導事件時序演化的內在規律，特別是對網路拓撲等系統結構性質的依賴關係，進而探索對系統進行有效控制的方法。

結題摘要

在深入調研工業製造等工程背景的基礎上，分析和概括了網路化離散事件動態系統研究中事件時序分析與控制對系統安全性和運行效率的需求，並抽象出其中的基本核心問題，著重從建模和分析的角度開展研究。代表性工作概括如下: 一、添加捷徑對DEDS事件時序性質的影響 以極大代數為基礎，建立了一類適合研究拓撲和局部相互作用對DEDS事件時序演化規律影響的數學模型。研究了網路拓撲，特別是添加捷徑對DEDS事件時序性質的影響。從理論上分析了環狀DEDS添加捷徑後，周期長度的變化趨勢，證明了捷徑的添加可以有效地縮短了DEDS的周期，使系統的有序性得到提高。這與先前在網路科學中關於添加捷徑，可以有效縮短網路節點間的平均距離（網路的直徑）的趨勢，在定性上是吻合的。我們進一步研究了周期時間的變化規律，證明當添加的捷徑的權重足夠小時，系統的周期時間不變。 二、DEDS事件時序最終魯棒同步的拓撲條件 研究了決定DEDS事件時序是否最終魯棒同步的拓撲條件（一致性），證明了在判斷系統是否最終魯棒同步僅需要檢驗描述系統的結構圖上是否任意一對頂點間都存在一條統一長度的路徑。值得注意的是，最終同步的檢驗條件比檢驗強連通性要複雜：強連通性只需要保證在任意一對頂點之間都存在一條路徑。 三、多個剛性連線服務台的排隊網路的模型簡化 研究了包含多個剛性連線服務台的排隊網路，分析了具有隨機故障情況下，穩態下周期時間的等價條件，引入了一種近似的等效集結方法，以簡化網路的結構，揭示了網路化DEDS的事件時序性能對系統結構和參數顯式依賴關係。基此可給出系統穩定的參數化條件，為進一步研究系統的控制和最佳化問題提供基礎。相比於已有的方法，我們的等效集結方法，不依賴於服務台的集結順序，並且明顯提高了近似的精度。 四、製造業中的事件調度與節能 以一類製造系統節能生產為背景，研究了生產調度中事件時序與能耗之間的相互作用關係，建立了生產過程系統總能耗的仿真模型，並以序最佳化為框架，提出了一種基於仿真的系統能效最佳化設計方法。 五、資源約束下的網路拓撲重構 研究了通過增加可重構節點團來保證網路化系統二連通的最小代價拓撲重構條件。進而提出了混合網路重構方法。與現有方法相比，在保證重構網路的連線可靠性的同時，有效了縮短異常事件發生時的節點報警事件傳輸延遲。