資源分配系統(tǒng)死鎖控制及其應(yīng)用研究.pdf

1、由于存在有限資源的共享與競爭，資源分配系統(tǒng)在運行過程中容易出現(xiàn)資源的循環(huán)等待，這樣就會產(chǎn)生死鎖。而在高度自動化的系統(tǒng)中，死鎖的發(fā)生往往會造成生產(chǎn)率下降甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此，資源分配系統(tǒng)的控制設(shè)計，必須考慮死鎖，必須有效避免死鎖的發(fā)生。究其本質(zhì)，資源分配系統(tǒng)中抑制死鎖產(chǎn)生的途徑是使系統(tǒng)的資源分配策略永遠(yuǎn)不要產(chǎn)生循環(huán)等待現(xiàn)象。Petri網(wǎng)作為一種數(shù)學(xué)工具，由于其固有的優(yōu)點，最近三十年來被廣泛作為研究資源分配系統(tǒng)死鎖分析與控制的方法?；?/p>

2、于Petri網(wǎng)的資源分配系統(tǒng)的死鎖問題主要有以下三種解決策略：死鎖檢測與恢復(fù)、死鎖避免和死鎖預(yù)防。死鎖檢測與恢復(fù)策略允許系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖，一旦檢測到系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，通過重新配置資源，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。死鎖避免策略使用一種在線的資源分配機制，使系統(tǒng)不能進(jìn)入死鎖狀態(tài)。死鎖預(yù)防策略通過離線計算事先建立一種策略來控制資源的請求，從而保證系統(tǒng)不會進(jìn)入死鎖狀態(tài)。本文以Petri網(wǎng)為工具，以資源分配系統(tǒng)為主要背景，深入研究了資源分配系統(tǒng)的死鎖控制問

3、題，并應(yīng)用于實際運河的交通分析與控制。論文主要的研究工作如下：
　　 1.提出了基于基本信標(biāo)理論的一種次優(yōu)化S3PR網(wǎng)死鎖預(yù)防策略。根據(jù)基本信標(biāo)和從屬信標(biāo)的可控性關(guān)系，為嚴(yán)格極小信標(biāo)添加控制庫所，通過調(diào)整控制庫所的初始標(biāo)識獲得活性受控系統(tǒng)。根據(jù)隱式庫所的特性，簡化受控的Petri網(wǎng)模型。該預(yù)防策略添加的控制庫所少，許可行為多，達(dá)到了更好的控制效果。
　　 2.提出了基于資源回路對S3PR網(wǎng)的死鎖控制分治策略。基于資源回路

4、的概念提出了一種網(wǎng)模型的分解方法。將一個S3PR網(wǎng)模型分解成一個閑置子網(wǎng)、一個自治子網(wǎng)以及若干局部資源網(wǎng)。研究表明，可以為每一個局部資源網(wǎng)單獨設(shè)計控制器，將這些控制器進(jìn)行同步復(fù)合可以得到系統(tǒng)的控制器以及活性受控系統(tǒng)。該策略分解網(wǎng)系統(tǒng)之后，將其他文獻(xiàn)上的死鎖控制方法應(yīng)用于分解后的網(wǎng)系統(tǒng)都可以在很大程度上降低控制系統(tǒng)設(shè)計的計算復(fù)雜性。
　　 3.提出了基于基本信標(biāo)對S4R網(wǎng)的死鎖控制分解策略。對于S4R網(wǎng)，并不總是存在資源回路，這樣

5、分治策略就無法發(fā)揮作用。而基于基本信標(biāo)理論，從死鎖控制角度將一個網(wǎng)模型分解成一個閑置子網(wǎng)、一個自活子網(wǎng)以及若干信標(biāo)塊子網(wǎng)，再對每個信標(biāo)塊子網(wǎng)設(shè)計活性監(jiān)督控制器，最后通過網(wǎng)的同步復(fù)合可以得到系統(tǒng)的控制器以及活性受控系統(tǒng)。該策略處理旨在降低此類網(wǎng)活性監(jiān)督控制器的設(shè)計復(fù)雜度，同時可以得到更多的行為許可性。
　　 4.基于前人研究成果提出一種針對S4R網(wǎng)的死鎖預(yù)防策略。Park的方法可以保證活性，然而過于保守。利用混合整數(shù)規(guī)劃方法(Mi

6、xed Integer Programming，MIP)和直接為信標(biāo)補集添加控制庫所策略可以使得一些網(wǎng)的控制不再過于保守，只有在無法保證活性的情況下才進(jìn)行Park的保守控制。添加控制庫所的過程中由于不把輸出弧前移，因此可以得到許可行為較多的活性Petri網(wǎng)控制器。
　　 5.提出了一種活性約束表達(dá)的方法，使得在這種活性約束下，系統(tǒng)具有無死鎖的特性。這種活性約束表現(xiàn)為進(jìn)程閑置庫所和資源庫所問的不等式關(guān)系。提出了基本約束和從屬約束的