基于建模历史一致性的协同+CAD+并发控制方法

出了一种以特征为粒度的锁机制， 实现了并发控制 和结果模型的一致性维护． ＲＣＣＳ 系统采用本地锁 机制实现并发控制， 在某一时刻只允许一个用户对 共享模型进行编辑， 无法做到多用户的自由并发控 制
［ ７］
． ＦＣＣＭ 方法将协同 ＣＡＤ 建模操作间的关系
分为互换和非互换， 实现了并发控制和结果模型一 致性维护， 但各协同站点保存的建模历史却不一 致
１］ 争手 段 ［ ． ＣＡＤ 系 统 集 成 方 法 主 要 分 为 ３ 类：
① 基于几何数据交换的离线集成； ② 基于特征操
收稿日期： ２０１５ ０２ １２ ． 作者简介：张德军（ １９８２ —） ， 男， 博士生； 何发智（ 联系人） ， 男， 博士， 教授， 博士生导师， ｆｚｈｅ＠ｗｈｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ ６１４７２２８９ ）、 湖北省自然科学基金资助项目（ ２０１５ ＣＦＢ２５４ ） ． 引用本文：张德军， 何发智． 基于建模历史一致性的协同 ＣＡＤ 并发控制方法［ Ｊ］ ． 东南大学学报： 自然科学版， ２０１５ ， ４５ （ ５） ： ８２８ １０ ． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ － ０５０５ ． ２０１５ ． ０５ ． ００３ ］ ８３３ ．［ ｄｏｉ：
［ຫໍສະໝຸດ Baidu３］
一个四元组〈 Ｓ， Ｖ， Ｆ（ Ｏ） ， Ｔ（ Ｏ） 〉 ． 其中， Ｓ 为产生 Ｖ 为建模操作 Ｏ 在站点 Ｓ 执 建模操作 Ｏ 的站点； 行时的状态向量； Ｆ（ Ｏ） 为建模操作 Ｏ 在站点 Ｓ 上 所作用的特征； Ｔ（ Ｏ） 为建模操作的类型， 包括创 建、 修改和删除． 定义 ４ （ 结果模型） 将执行一个或多个建模 Ｏ） ． 操作后所形成的特征模型的几何结果记为 Ｒ（ 定义 ５ （ 因果关系） 给定任意一对建模操作 Ｏａ 和 Ｏｂ ， 分别由站点 Ｓｉ 和 Ｓｊ 发出． 当且仅当 Ｏａ 和 Ｏｂ 满足下面 ３ 个条件之一： 并且 Ｏａ ① Ｓｉ ＝Ｓｊ， 在 Ｏｂ 之前产生； 并且 Ｏａ 在 Ｓｊ 的执行先 ② Ｓ ｉ ≠ Ｓ ｊ， 并且 Ｏａ → Ｏｘ 和 Ｏｘ 于 Ｏｂ 的产生； ③ 存在操作 Ｏｘ ， 则称 Ｏａ 和 Ｏｂ 存在因果关系， 记为 Ｏａ → Ｏｂ ． → Ｏｂ ． 图 １ 为因果关系示例图． 由图可知， 建模操作 Ｏ２ 和 Ｏ３ 均由站点 Ｓ０ 发出； Ｏ２ 对 Ｏ １ 所创建的凸 Ｏ２ ） ； Ｏ３ 在 Ｆ（ Ｏ２ ） 上创建了 台进行抽壳， 记为 Ｆ（ 圆柱体， 记为 Ｆ（ Ｏ３ ） ． 根据定义 ５ 得到 Ｏ２ → Ｏ３ ， 且 Ｆ（ Ｏ３ ） 依赖于 Ｆ（ Ｏ２ ） ． 若 Ｏ３ 先于 Ｏ２ 到达 Ｓ１ ， 不满 足因果 关 系 的 Ｏ３ 被 插 入 到 等 待 操 作 队 列 （ Ｃｏ ＷＯＬ） ， 待因果关系满足 （ Ｏ２ 到达 Ｓ１ 并执行）时， 从 ＣｏＷＯＬ 中取出 Ｏ３ 并执行．
令 Ｖｊ［ ｉ］ （ ｉ∈ ｛ １， ２， …， ｎ －１ ｝ ） 为站 同站点的个数． 点 ｊ 的状态向量， 记录了站点 ｊ 已执行的来自站点 ｉ 的操作的个数． 令 ＶＯ ［ ｋ］ （ ｋ∈ ｛ １， ２， …， ｎ －１ ｝ ） 为 站点 ｊ 所发出的操作 Ｏ 的状态向量， 记录了当站点 ｊ 执行操作 Ｏ 时已经执行的来自站点 ｋ 的操作的 个数． 定义 ３ （ 建模操作） 建模操作 Ｏ 可以定义为
［ ８］
．
针对基于特征操作交换的 ＣＡＤ 在线集成中 的建模历史不一致问题， 本文提出了一种基于建模 历史一致性的协同 ＣＡＤ 并发控制方法． 构造了考 虑建模历史的并发控制模型， 并设计了支持建模历 史一致性的协同 ＣＡＤ 并发控制方法， 最后给出了 该方法在 ＣＡＤ 协同设计平台中的应用实例．
１ 协同 ＣＡＤ 建模操作间的关系
Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ＣＡＤ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ
Ｚｈａｎｇ Ｄｅｊｕｎ Ｈｅ Ｆａｚｈｉ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７２ ，Ｃｈｉｎａ）
基于建模历史一致性的协同 ＣＡＤ 并发控制方法
张德军 何发智
（ 武汉大学计算机学院， 武汉 ４３００７２ ）
摘要：为了解决 ＣＡＤ 系统在线集成中的建模历史不一致问题， 提出了一种基于建模历史一致性 的协同 ＣＡＤ 并发控制方法． 首先， 对协同 ＣＡＤ 建模操作间的关系进行了详细分析． 然后， 构造 了一种考虑建模历史的并发控制模型， 该模型通过状态向量实现建模操作间的因果关系维护， 通 并将存在并发关系的建模操作分为互换、 屏蔽 过重构操作历史来解决建模操作间的偏并发关系， 和互斥 ３ 类分别进行处理． 最后， 设计了一种支持建模历史一致性的协同 ＣＡＤ 并发控制方法， 本 地站点产生的操作立即执行， 远程站点调用并发控制模型中的处理机制以完成远程操作的并发 控制． 实验结果表明， 在协同 ＣＡＤ 环境中， 所提方法为用户提供了自由并发交互协同工作的同 能够维护各协同站点建模历史的一致性． 时， 关键词：协同 ＣＡＤ 系统； 建模历史； 状态向量； 偏并发； 并发控制 中图分类号：ＴＰ３９ １ ． ７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１ － ０５０５ （ ２０１５ ） ０５ ０８２８ ０６
１０ ］ 着一个状态向量 Ｖ［ ， Ｖ 是一个 ｎ 维向量， ｎ 为协
图 １ 因果关系示例图
定义 ６ （ 并发关系） 给定任意一对建模操作 Ｏａ 和 Ｏｂ ， 分别由站点 Ｓｉ 和 Ｓｊ （ Ｓ ｉ ≠ Ｓｊ） 发出． 若 Ｏａ 和 Ｏｂ 既不满足 Ｏａ → Ｏｂ ， 又不满足 Ｏｂ → Ｏａ ， 则称 Ｏａ 和 Ｏｂ 存在并发关系， 记为 Ｏａ ‖ Ｏｂ ． 当 Ｏａ ‖ Ｏｂ 时， 在 Ｓｉ 上执行 Ｏｂ 或者在 Ｓｊ 上执 行 Ｏａ ， Ｏａ 和 Ｏｂ 之间会出现以下 ３ 种情况： １ ）互换． Ｓｉ 执行 Ｏａ Ｏｂ 与 Ｓｊ 执行 Ｏｂ Ｏａ 所得结 果模型一致， 即 Ｒ（ Ｏａ Ｏｂ ）＝Ｒ （ Ｏｂ Ｏａ ） ， 说明 Ｏａ 和 Ｏｂ 无论以何种顺序执行均可得到一致的结果模 型， 此类关系被称为互换， 记为 Ｃｏｍｍｕｔｅ （ Ｏａ ， Ｏｂ ） ． ２ ）屏蔽． Ｓｉ 或 Ｓｊ 执行 Ｏａ 与执行 Ｏａ Ｏｂ 所得结 果模型一致， 即 Ｒ（ Ｏａ ）＝Ｒ （ Ｏａ Ｏｂ ） ， 说明 Ｏａ 的执 行效 果 屏 蔽 了 Ｏｂ ， 此 类 关 系 被 称 为 屏 蔽， 记为 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｊｏｕｒｎａｌ． ｓｅｕ． ｅｄｕ． ｃｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ ｉｎ ｔｈｅ ｏｎｌｉｎｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ＣＡＤ）ｓｙｓｔｅｍｓ，ａ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ＣＡＤ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ （ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＡＤ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅｎ ，ａ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ， ｔｈｅ ｃａｕ ｓａｌｉｔｙ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｓｔａｔｅ ｖｅｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｓｏｌｖｅｄ ｂｙ ｒｅｆａｃｔｏｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｈｉｓｔｏｒｙ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｐ ｅｒａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｒｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｃｏｍｍｕｔｅ ，ｍａｓｋ ａｎｄ ｍｕｔｅｘ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ＣＡＤ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｉｔｅ ｉｓ ｅｘｅｃｕｔｅｄ ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｉｔｅ ｃａｌｌｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｆｒｅｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ＣＡＤ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｓｉｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ （ ＣＡＤ）ｓｙｓｔｅｍ； ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ； ｓｔａｔｅ ｖｅｃｔｏｒ； ｐａｒ ｔｉａｌ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ； ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ 在经济全球化快速发展的趋势下， 协同设计方 法、 协同产品开发模式已经成为不可回避的战略竞
第５ 期
张德军， 等： 基于建模历史一致性的协同 ＣＡＤ 并发控制方法
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作交换的离线集成； ③ 基于特征操作交换的在线 ［ ２］ 基于几何数据交换之后的模型不支持基 集成 ． 于参数化的编辑和修改， 基于特征操作交换的离线 集成无法满足协同设计对同步细粒度互操作的需 求， 基于特征操作交换的在线集成则是通过在 ＣＡＤ 系统之间实时在线交换特征建模操作来实现 信息集成的
第 ４５ 卷第 ５ 期 ２０１５ 年 ９ 月
东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ． ４５ Ｎｏ． ５ Ｓｅｐｔ． ２０１５
ｄｏｉ： １０ ． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ － ０５０５ ． ２０１５ ． ０５ ． ００３
． 因此， 为实现同步协同设计， 必须
首先实现 ＣＡＤ 系统在线集成． 现有的 ＣＡＤ 系统 在线集成方法中， ＴＯＢＡＣＯ 系统采用较为严格的 锁机制进行并发控制， 只有令牌的拥有者才能进行 建模操作， 其他用户只能对结果模型进行视角变换
４］ 等不影响数据结构的操作 ［ ． ＡＲＣＡＤＥ 系统采用 ５］ ６］ 乐观锁机制和公共规则实现并发控制 ［ ． Ｇａｏ ［ 提
９］ 根据 Ｌａｍｐｏｒｔ［ 定义的事件先后关系理论基
础， 给 出 了 一 组 ＣＡＤ 协 同 设 计 系 统 中 的 相 关 定 义． 定义 １ （ 特征） 参数化特征造型系统中， 特征 是产品信息的集合． 它不仅具有按一定拓扑关系组 成的特定形状， 而且反映了特定的工程语义， 例如 凸台、 抽壳、 倒圆角等． 定义 ２ （ 状态向量） 每个协同站点上都保存