[发明专利]基于无线分布式的最优化仪器预约与控制系统

权利要求书

1.一种基于无线分布式的最优化仪器预约与控制系统，其特征在于：包括

支持用户在线预约的Web服务器，用户通过网络在线预约，在预约成功后通过GSM短信告知用户；

包括数据库服务器：记录仪器使用信息，供查询与分析仪器使用情况，为仪器管理决策服务；

包括控制管理站：用于是接收来自Web服务器的仪器预约信息并将之通过无线方式采用轮循式通信协议向智能控制节点传送；接收智能控制节点发送的仪器状态信息和用户验证信息；向门禁与预约发布站传送用户与预约信息；并向数据库服务器传送仪器状态信息和用户验证信息；

包括智能控制节点，通过无线方式接收来自控制管理站的仪器预约信息和用户身份信息；用户身份验证通过后自动开启仪器，然后用户就可以使用仪器进行工作；接收仪器维护人员输入的仪器状态信息并通过无线方式传送到控制管理站；显示仪器当前状态、使用者和工作时间。

2.根据权利要求1所述一种基于无线分布式的最优化仪器预约与控制系统，其特征在于：预约方式如下：

用户在预约时，提交预约请求，包括需要的仪器种类和数量及这些仪器使用的前后关系；将仪器视为资源，算法根据当前资源现状和预约请求自动安排使用的仪器和时间；仪器使用视为资源满足条件下作业运行，仪器预约则是作业申请，故仪器设备预约实质是作业调度问题；基于此，建立如下数学模型：

一个预约时段内，系统接收到n个作业请求J={J₁, J₂, …, J_n}，系统有m个仪器I={I₁, I₂, …, I_m}；每个作业表示为J_i =<J_ie, J_id, p_i>，其中J_ie作业名; J_id是一个按顺序请求仪器构成的一维向量, J_id={Q_i1, Q_i2, …,                                                }, 向量元素Q_iy=<I_iy, t_iy >是一个二元组，I_iy为所需仪器且I_iy∈I, t_iy为使用时长; p_i 是作业优先级；每种仪器表示为I_j ={N_j, T_j}，其中N_j仪器名，T_j= {T_j1, T_j2, …,}是仪器I_j可使用时段集合, 其中T_jg=<T_jgs, T_jgt >, T_jgs和T_jgt分别表仪器j可用时段g开始时间和时长；当一个作业需要仪器完全满足后，才给该作业分配仪器；x_ijk为作业J_i分配到仪器I_j时段T_jk，x_ijk=1表示分配，x_ijk=0表未分配；X={ x₁, x₂,…, x_n}，x_i为作业i的分配向量x_i={x_i1, x_i2,…, x_im}，x_ik为作业i在仪器h的时段分配向量x_ih={x_ih1, x_ih2,…, }；某作业J_i的仪器需求是否完全满足，可以通过下式进行判断：

 （1）   

当该式等于0时，不满足；等于1时满足；作业J_i在完全满足仪器分配需要后，仪器分配满意度通过所分配各仪器使用开始时间差是否最小进行度量，作业J_i分配仪器的满意度表达式：

得到实现最大使用效益和最大满意度数学模型：   

 

  

这里sign()为符号函数，(3)式表示仪器设备最大使用效益，(4)式表示最大用户满意度。

3.根据权利要求1所述一种基于无线分布式的最优化仪器预约与控制系统，其特征在于：

采用SDPSO优化得到用户满意度最大值和最小值分别定义为F_Tmax和为F_Tmin；然后将多目标转化为单目标优化问题如下：

w_P和w_T是用户的经验值；优化算法无须显式地处理判断仪器需求是否完全满足的条件(5)，因为该条件不满足时，式(7)不计入分配效益，因而自动包含于粒子群优化过程中；所提出的基于SDPSO求解该模型优化算法中的集合元素即为x_ijk，当该元素被选中时x_ijk=1，否则x_ijk=0，集合Ω元素共有个，算法说明如下：

Step1 初始化：在满足模型约束条件(5)-(7)基础上，随机选择集合Ω元素对各粒子的位置X_i和速度和进行初始化；

采用目标函数(12)计算各粒子适应值，得到各粒子局部最优值和全局最优值；

Step2 更新：用式(8)-式(11)更新位置和速度，更新后，用约束条件(5)-(7)对粒子位置进行检测，如果不满足，则再次用式(8)-式(11)更新位置和速度，直到满足条件为止；

Step3 评价：用目标函数(12)计算各粒子适应值来对各粒子进行评价；从而得到粒子当前局部最优值Pb_i和全局最优值Lb_i；

Step4 终止判断：判断是否达到最大迭代次数，如果是，则结束算法，输出粒子全局最优位置x，否则转向step2。