基于随机Petri网的大规模网络服务系统行为适配模型及方法

It is a critical challenge of technologies and theories on usability of the large-scale network service systems that system behavior is adapted softly to keep the good system service state with the fixed resources capacity and disturbance. There are two key problems: one is atomic perception of group behavior variation and another is adaptive behavior reconstruction under load balance. There are four reserch tasks to solve above problems. Firstly, the theories and methods on stochastic Petri Nets of behavior potential equilibrium are presented to discuss the induced mechanism on group behavior variation. Secondly, it is to be built that models and algorithms of agile perception of group behavior variation based on stochastic Petri Nets of atomic behavior potential. Thirdly, considering adaptive equalization distribution of group behavior potential and dynamic service load, adaptive reconstruction of system behavior and user group behavior is to be researched ,and some stochastic Petri Net models and its methods of soft behavior adaption are to be built. Lastly, all new theories and methods are to be verified and applied in the Traffic Information Service System. All research results are valuable to technologies and theories on usability,and Petri Nets.The results can support agile variant behavior detecting and workflow performance adapting for the large-scale network service systems.

在资源受限和异常扰动时，如何柔性适配系统行为，提升系统应变力，保持系统稳定的良好服务状态是大规模网络系统可用性技术和理论面临的严峻挑战。本项目围绕群体行为变异原子感知和负载动态均衡的行为自适应重构两个关键科学问题：提出基于随机Petri网行为势能平衡理论与方法，探讨系统受事件扰动下群体行为变异诱发机理；以行为原子性的观点研究群体行为变异的感知方法，构建基于原子行为势能的敏捷感知随机Petri网模型与算法；以群体行为势能与系统动态负载自适应均衡分配为核心，研究系统行为与用户群体行为自适应重构方法，构建系统行为适配的随机Petri网模型及算法；最后在交通信息服务系统中进行验证与应用。项目的研究，将为大规模网络服务系统行为适配提供理论和技术支持，丰富大规模网络服务系统高可用性以及Petri网的理论与方法，为面向民生的大规模网络服务系统提供变异行为敏捷检测、工作流性能适配等应用支撑。

本项目针对在资源受限和异常扰动时，如何保持大规模网络系统稳定的良好服务状态的挑战，围绕如何敏捷感知群体行为变异、如何负载动态均衡自适应重构系统行为两大科学问题，按计划完成了申请书既定的四大研究内容，主要取得了五个方面的进展：. 第一，在大规模网络群体行为变异的诱发机理方面的研究方面，建立了大规模网络群体行为变异的行为势能基础模型和系统演化评估的最小生成工作流网理论，解决了系统行为变异难以评估的问题。. 第二，在群体行为变异敏捷感知的研究方面，建立了大规模网络系统行为变异敏捷感知模型和异常预警方法，解决了开放网络服务系统环境中用户行为扰动的不可预见性问题。. 第三，在系统行为与系统性能柔性适配的研究方面，建立了大规模网络服务系统行为适配重构模型及负载可均衡性理论，解决了在突发异常干扰时系统高可用性的问题。. 第四，在网络信息服务系统的验证和应用研究方面，一是，面向交通的大规模网络服务系统，建立了交通拥堵行为重构与协调控制模型及算法，解决了交通网络服务系统突发流量均衡控制问题；二是，面向电子交易的大规模网络服务系统，建立了大数据访问行为适配模型和交易异常行为的智能检测模型与算法，有效地解决了网络交易高并发高流量的异常行为快速精准识别问题。. 本项目形成了一套分析群体行为变异诱发机理的基础理论和方法、群体行为变异敏捷感知模型和算法、系统行为的柔性适配模型与算法，相关的模型和方法在交通信息服务系统和网络交易风控系统中进行了验证和应用，较好地解决了群体行为变异敏捷感知和负载动态均衡的行为自适应重构两个关键科学问题。在国内外重要学术期刊和会议上发表学术论文（含已录用）20篇，其中，SCI/EI 10篇，推荐到SCI/EI期刊发表4篇；研制了交通信息服务系统和网络交易风控的行为适配支持系统；获发明专利22项，其中授权8项、申请14项；制定行业标准13项；培养博士后1名，博士1名，硕士10名；获国家科技进步二等奖1项，获上海市科技进步一等奖1项。