移動(dòng)網(wǎng)格中基于能量?jī)?yōu)化的資源管理理論及方法的研究

本項(xiàng)目擬解決移動(dòng)網(wǎng)格基于能量?jī)?yōu)化的資源管理理論及方法，擬為促進(jìn)我國(guó)的移動(dòng)網(wǎng)格基礎(chǔ)研究及應(yīng)用打下一定的基礎(chǔ)。 （1）本項(xiàng)目針對(duì)移動(dòng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)能量有限的問(wèn)題，研究基于能量?jī)?yōu)化的資源調(diào)度算法。為了解決移動(dòng)網(wǎng)格資源調(diào)度中的能量?jī)?yōu)化問(wèn)題，先需分析移動(dòng)網(wǎng)格的特點(diǎn)及其資源調(diào)度中的能量消耗特點(diǎn)，在移動(dòng)網(wǎng)格資源調(diào)度中考慮能量約束，然后建立移動(dòng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的能量消耗模型，提出基于能量?jī)?yōu)化的移動(dòng)網(wǎng)格資源調(diào)度策略。 （2）結(jié)合節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型和資源可靠性提出一種基于資源可靠性的任務(wù)調(diào)度算法。此算法首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型確定任務(wù)提交者停留的網(wǎng)格區(qū)域，然后根據(jù)資源的可靠性從該網(wǎng)格中選取最可靠的資源執(zhí)行任務(wù)，算法的目標(biāo)是最大限度的保證任務(wù)能夠被成功的執(zhí)行。 （3）提出一種基于時(shí)間優(yōu)化的移動(dòng)網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度算法，即MG-Min-Min算法，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度完成時(shí)間的最小化。算法中考慮到移動(dòng)資源能量有限，在任務(wù)完成時(shí)，由分配任務(wù)時(shí)的域代理主動(dòng)發(fā)送移動(dòng)代理去尋找目標(biāo)資源并取回任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，這樣節(jié)省了移動(dòng)資源發(fā)送任務(wù)執(zhí)行結(jié)果的能量和時(shí)間消耗。 （4）研究基于灰色理論的移動(dòng)設(shè)備遷移策略，提出一種適合移動(dòng)網(wǎng)格任務(wù)提交及移動(dòng)設(shè)備在網(wǎng)格區(qū)域間移動(dòng)的信息分組結(jié)構(gòu)。將現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的切換算法與網(wǎng)格計(jì)算相結(jié)合，并將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中一種優(yōu)化的移動(dòng)目標(biāo)選擇算法應(yīng)用于移動(dòng)網(wǎng)格中。通過(guò)此目標(biāo)選擇算法將網(wǎng)格性能參數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算，提高移動(dòng)設(shè)備對(duì)網(wǎng)格資源的利用率，提出移動(dòng)設(shè)備在不同網(wǎng)格區(qū)域之間移動(dòng)的遷移策略。 （5）研究提出移動(dòng)網(wǎng)格中基于QoS的資源發(fā)現(xiàn)算法，引入了P2P技術(shù)和虛擬組織，并使用該方法組織移動(dòng)設(shè)備資源，方便資源的發(fā)現(xiàn)和查找。該資源發(fā)現(xiàn)方法研究基于節(jié)點(diǎn)的服務(wù)請(qǐng)求機(jī)制，主要考慮了帶寬的約束和網(wǎng)絡(luò)消息的冗余消除。 （6）對(duì)Local Indices機(jī)制進(jìn)一步改進(jìn)，提出一種適用于移動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)的資源定位算法Improved Local Indices。該機(jī)制不僅考慮了組成移動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)的移動(dòng)終端設(shè)備存儲(chǔ)空間有限和網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的問(wèn)題，而且針對(duì)移動(dòng)網(wǎng)格環(huán)境的高度動(dòng)態(tài)性。提出了采用宏移動(dòng)性管理和微移動(dòng)性管理結(jié)合的方式，來(lái)管理移動(dòng)網(wǎng)格環(huán)境的移動(dòng)性。 2100433B

隨著移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展及融合，移動(dòng)網(wǎng)格已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）如何獲取資源，以及自身的信息資源如何進(jìn)行共享是移動(dòng)網(wǎng)格中亟待解決的一個(gè)重要研究課題。本項(xiàng)目旨在為移動(dòng)網(wǎng)格中基于能量?jī)?yōu)化的移動(dòng)資源管理及調(diào)度提供新的技術(shù)途徑。分析移動(dòng)網(wǎng)格及能耗的特點(diǎn)，建立移動(dòng)網(wǎng)格能量消耗模型，研究基于能量?jī)?yōu)化的移動(dòng)網(wǎng)格資源調(diào)度策略。提出能量受限的移動(dòng)網(wǎng)格資源請(qǐng)求的路由和轉(zhuǎn)發(fā)方法。研究分析基于效用最大化的移動(dòng)網(wǎng)格資源定位優(yōu)化模型，將移動(dòng)網(wǎng)格資源定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格總效用最大化模型，同時(shí)求解能耗優(yōu)化問(wèn)題。提出基于補(bǔ)償價(jià)格具有能量感知的移動(dòng)網(wǎng)格資源請(qǐng)求協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)算法，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)和用戶效用的聯(lián)合優(yōu)化。研究基于能量與網(wǎng)格性能參數(shù)平衡的移動(dòng)網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)選擇策略，研究面向能耗和性能優(yōu)化的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)資源調(diào)度策略。研制適合移動(dòng)網(wǎng)格資源管理的模擬器。建議移動(dòng)網(wǎng)格資源發(fā)現(xiàn)中基于能量估價(jià)的移動(dòng)Agent路徑優(yōu)化策略。

自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)根據(jù)流場(chǎng)誤差自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格局部尺度，能夠準(zhǔn)確高效地反映局部流場(chǎng)特性，是提高水泵CFD計(jì)算精度和效率的有效途徑。本項(xiàng)目擬基于OPEE-OR算法，針對(duì)水泵自適應(yīng)網(wǎng)格生成算法中后驗(yàn)誤差評(píng)估、自適應(yīng)加密和網(wǎng)格優(yōu)化等方面存在的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究。 通過(guò)研究表征水泵內(nèi)部流動(dòng)特征的各伴隨變量對(duì)于誤差評(píng)估效果的影響，建立多伴隨變量后驗(yàn)誤差評(píng)估模型，采用雙向變化閾值方式解決單元標(biāo)記時(shí)出現(xiàn)的病態(tài)問(wèn)題；研究自適應(yīng)加密過(guò)程中避免生成懸點(diǎn)的方法，構(gòu)建復(fù)雜幾何特征間網(wǎng)格均勻過(guò)渡的算法；建立考慮單元形狀和流場(chǎng)誤差的目標(biāo)函數(shù)，發(fā)展動(dòng)態(tài)全局最優(yōu)的求解算法；綜合采用數(shù)值計(jì)算、PIV測(cè)量和外特性實(shí)驗(yàn)等方式，探討所提算法在離心泵不穩(wěn)定流動(dòng)數(shù)值計(jì)算中的應(yīng)用。 本項(xiàng)目旨在建立基于OPEE-OR的水泵高質(zhì)量自適應(yīng)網(wǎng)格生成算法，拓展自適應(yīng)網(wǎng)格的適用性，促進(jìn)泵CFD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

能量天氣分析、預(yù)報(bào)方法，在我國(guó)是由中央氣象局氣象科學(xué)研究所首先研究并逐步推廣的。全國(guó)絕大部分省、市、自治區(qū)都有一些單位將這種觀點(diǎn)和方法應(yīng)用在暴雨、冰雹的發(fā)生和臺(tái)風(fēng)路徑等的分析、預(yù)報(bào)上。三年來(lái)的工作已初見(jiàn)成效，揭示了一些有意義的強(qiáng)烈天氣前兆現(xiàn)象，找到了若干行之有效的預(yù)報(bào)指標(biāo)。當(dāng)前應(yīng)當(dāng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，肯定成績(jī)，找出不足之處，確定今后發(fā)展方向，繼續(xù)前進(jìn)。

能量天氣分析和預(yù)報(bào)方法能量天氣分析、預(yù)報(bào)方法的理論很據(jù)

早在一百年前，恩格斯就指出，能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，是“從星云到人的一切物體的普編的自然規(guī)律”，它表明了“自然界中的一切運(yùn)動(dòng)都可以歸結(jié)為一種形式向另一種形式不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程”。氣象學(xué)是以研究我們地球上的大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程和規(guī)律為任務(wù)的，因此，人們很早就開(kāi)始從大氣能量學(xué)的觀點(diǎn)研究天氣變化了。大氣能量學(xué)包括兩個(gè)方面，第一是各種形式大氣能量的分配情況，第二是不同形式的能量間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

（1）各種形式大氣能量的分配情況

在考慮短期天氣變化中，大氣同外界的能量交換或質(zhì)量(主要是水分)交換是可以忽略的，即忽略能和水的源和匯，也就是只包括了大氣中已具有的能和水的形式變化。水滴的凝結(jié)和蒸發(fā)是大氣中水汽含量變化的單一過(guò)程。水汽凝結(jié)后的水滴全部降落稱為假絕熱過(guò)程。水汽凝結(jié)后的水滴全部不降落，并將在以后蒸發(fā)時(shí)，稱為可逆的濕絕熱過(guò)程。兩者統(tǒng)稱為濕絕熱過(guò)程。實(shí)際情況是凝結(jié)的水滴部分降落，部分存留在大氣中后被蒸發(fā)，即介于假絕熱過(guò)程和可逆濕絕熱過(guò)程之間的。

總能、總溫度或假相當(dāng)位溫的引用，揭示了濕絕熱過(guò)程中的守恒物理量，因而提供了一種追蹤運(yùn)動(dòng)著的空氣質(zhì)點(diǎn)的手段。這是很重要的?？偰芑蚩倻囟仁歉鞣N形式的能量的線性和，因而明顯地表達(dá)了各種形式的能量在濕絕熱過(guò)程中各時(shí)刻的分配情況，有一定的優(yōu)越性。在業(yè)務(wù)中應(yīng)用時(shí)好處甚多，為高原分析、為充分利用現(xiàn)有資料進(jìn)行次天氣尺度和中小尺度分析提供了一種較優(yōu)越的方法。

（2）不同形式能量間的轉(zhuǎn)換

能量方程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)“算賬”的方程，它雖然揭示了濕絕熱過(guò)程中總能守恒，和不同時(shí)刻各種形式能量的分配情況，但并不闡述各種形式能量的轉(zhuǎn)換機(jī)制。單純的能量方程或總能或總溫度都不是預(yù)報(bào)工具，必須和某種其他考慮相結(jié)合才能用于預(yù)報(bào)。

對(duì)流性天氣發(fā)生發(fā)展只需要考慮單位空氣柱總能的鉛直分布，即由鉛直分布而產(chǎn)生的不穩(wěn)定能量的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。大面積降水則涉及了能量的水平分布而產(chǎn)生的不穩(wěn)定能量的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，也就是有效位能和其轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的問(wèn)題。有效位能的觀點(diǎn)很早就被應(yīng)用于氣旋的發(fā)生發(fā)展，這是不嚴(yán)格的，因?yàn)闅庑遣环忾]的。五十年代有效位能觀點(diǎn)被用于整個(gè)大氣，雖然用了一些假定，但卻闡明了一些問(wèn)題。至于有效位能的釋放，氣象學(xué)中是從斜壓不穩(wěn)定觀點(diǎn)來(lái)研究的?，F(xiàn)有的有效位能觀點(diǎn)是考慮干燥大氣的。斜壓不穩(wěn)定性理論也是如此，并且所得出的不穩(wěn)定波長(zhǎng)太長(zhǎng)，不適用于暴雨天氣的較小天氣系統(tǒng)(次天氣尺度系統(tǒng))。為了解決大面積暴雨天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展問(wèn)題，極需要把有效位能和斜壓不穩(wěn)定理論推廣到濕有效位能和濕斜壓不穩(wěn)定理論。

能量天氣分析和預(yù)報(bào)方法能量天氣分析、預(yù)報(bào)方法的實(shí)踐現(xiàn)狀

三年來(lái)我國(guó)氣象臺(tái)站從事能量分析、預(yù)報(bào)方法的實(shí)踐時(shí)，針對(duì)所面臨的問(wèn)題，充分利用可能取得的資料，設(shè)計(jì)了各種表示總能或總溫度時(shí)空分布的圖表，在冰雹、暴雨和臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中，取得相當(dāng)好的成績(jī)。

（1）在冰雹、暴雨預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

冰雹、暴雨預(yù)報(bào)包括了有無(wú)、落時(shí)和落區(qū)三個(gè)問(wèn)題。冰雹和暴雨都屬于對(duì)流性天氣或至少包括了對(duì)流性天氣，都有其孕育一發(fā)生、發(fā)展一消亡過(guò)程。從能量觀點(diǎn)看，就是鉛直不穩(wěn)定能量的產(chǎn)生一積累一釋放過(guò)程。冰雹和暴雨的不同在子溫度，尤其是0℃層出現(xiàn)的高度(或氣壓)。

鉛直不穩(wěn)定能量的產(chǎn)生過(guò)程，實(shí)際上大多數(shù)是下層總能量增加，上層總能量減少，或上下層總能量都增加，但下層增加得多。高層從西北方流來(lái)的干冷空氣跟低層從偏南方流來(lái)的暖濕空氣迭置在同一個(gè)空氣柱中，是常見(jiàn)的一種產(chǎn)生鉛直不穩(wěn)定能量的天氣過(guò)程。山西陽(yáng)泉，遼寧林西，安徽宿縣等地區(qū)利用這種觀點(diǎn)作降雹預(yù)報(bào)，收到了一定效果。以宿縣為例，1977年6月共出現(xiàn)降雹指標(biāo)5次(上午預(yù)報(bào)下午有無(wú)冰雹)，實(shí)況降雹4次，空?qǐng)?bào)1次，無(wú)漏報(bào)。

不穩(wěn)定能量的積累除了抑制近地層暖濕空氣上逸的阻擋層或逆溫層外，抑制上層干冷空氣下沉的干燥層也起著重要的作用。關(guān)于不穩(wěn)定能量積累到一定程度后的釋放問(wèn)題，很多臺(tái)站是把能量分析方法和常規(guī)天氣圖方法結(jié)合起來(lái)加以解決的。例如，晉東南地區(qū)用環(huán)流型、影響系統(tǒng)和能量方法相結(jié)合，有可能延長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效，能夠在24小時(shí)前預(yù)報(bào)出本地區(qū)有無(wú)冰雹。還有很多單位根據(jù)區(qū)域地面圖上高、低能軸線，潛在性不穩(wěn)定區(qū)域，地面風(fēng)場(chǎng)的輻合線或輻合點(diǎn)以及高空氣流來(lái)判斷本地區(qū)那些縣降雹的可能性最大，并已在日常業(yè)務(wù)中試用。

湘潭、大連等地區(qū)發(fā)現(xiàn)總溫度達(dá)到或超過(guò)某一臨界值，是當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)暴雨條件之一。北京等很多地區(qū)發(fā)現(xiàn)暴雨來(lái)臨前，低層有高能丘，揭示對(duì)流運(yùn)動(dòng)在暴雨形成中起著重要作用。

形成暴雨的中、小尺度天氣系統(tǒng)的生命史一般只有兒個(gè)小時(shí)，但其孕育階段即不穩(wěn)定能量的產(chǎn)生和積累卻往往經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間。湘潭、九江等臺(tái)用能量方法或其他方法確定未來(lái)有暴雨的基礎(chǔ)上，再利用當(dāng)天14時(shí)區(qū)域圖上的總能數(shù)值，高能中心或高能舌的位置，變能場(chǎng)或風(fēng)場(chǎng)，勾畫(huà)出未來(lái)暴雨區(qū)的位置，為落區(qū)預(yù)報(bào)提供一種客觀依據(jù)。

華南和華北的一些單位發(fā)現(xiàn)，在暴雨來(lái)臨前，低層等壓面圖上的總溫度或θ_se分布常呈現(xiàn)次天氣尺度的形狀的所謂錮囚高能區(qū)。這揭示除對(duì)流不穩(wěn)定性外，濕斜壓不穩(wěn)定性所導(dǎo)致的次天氣尺度在區(qū)域性暴雨中也起重要作用。陜西省臺(tái)曾據(jù)此強(qiáng)調(diào)次天氣尺度的概念及其意義。

湖北省氣象科研所和北京臺(tái)、錦州臺(tái)發(fā)現(xiàn)暴雨深厚高能區(qū)在很多情況下，是由南向北移動(dòng)的，因而外推法也取得一定效果。

（2）在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

臺(tái)風(fēng)是一個(gè)深厚的高能系統(tǒng)，是不穩(wěn)定能量積累并釋放的渦旋。臺(tái)風(fēng)的發(fā)生、發(fā)展與基本氣流的切變和第二種條件不穩(wěn)定性有密切的關(guān)系。臺(tái)風(fēng)運(yùn)動(dòng)的研究，二十年前多側(cè)重引導(dǎo)氣流，后來(lái)則多與其發(fā)展作統(tǒng)一的考慮，即把臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)歸之于不穩(wěn)定能量的積累和釋放的傳播。

1975年湖北省氣象局科研所在分析1975年第3號(hào)臺(tái)風(fēng)的能量分布與其路徑的關(guān)系時(shí)，曾指出臺(tái)風(fēng)中心向過(guò)去12小時(shí)50毫巴高能中心移動(dòng)，并指出這可能是臺(tái)風(fēng)能場(chǎng)變化超前于風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)的結(jié)果。后來(lái)，空軍氣象學(xué)校對(duì)1956一1976年的150個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑和50毫巴能量場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行了普查，發(fā)現(xiàn)一般臺(tái)風(fēng)沿著低能區(qū)和高能區(qū)的交界面移動(dòng)。只有遇到低能軸線阻擋時(shí)，才改變移動(dòng)方向，當(dāng)臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向被低能區(qū)包圍，臺(tái)風(fēng)中心的高能區(qū)呈近似園形時(shí)，臺(tái)風(fēng)則發(fā)生打轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

福建省氣象局對(duì)500毫巴能量場(chǎng)作了更細(xì)致的處理，并在1977年臺(tái)風(fēng)季節(jié)里，在日常業(yè)務(wù)中試驗(yàn)。結(jié)果是：①80%左右的時(shí)次，臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)路徑和實(shí)際路徑間的偏差角在20°以內(nèi)；②偏差角在30“以上者，隨度數(shù)而遞減。他們認(rèn)為500毫巴總能場(chǎng)(考慮位能項(xiàng))對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的短期預(yù)報(bào)具有指示意義，即使在拐點(diǎn)也是這樣。

看來(lái)，從不穩(wěn)定能量的傳播觀點(diǎn)分析臺(tái)風(fēng)路徑，可能在理論上有優(yōu)于引導(dǎo)氣流之處，并有一定的實(shí)踐價(jià)值。

能量天氣分析和預(yù)報(bào)方法發(fā)展趨勢(shì)

三年來(lái)，我國(guó)氣象工作者在能量天氣分析、預(yù)報(bào)實(shí)踐中已取得了不少成果，并接觸到冰雹、暴雨和臺(tái)風(fēng)的發(fā)生、發(fā)展和消亡過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)。今后應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展，使其逐步完善。下面提出幾個(gè)方面工作的初步意見(jiàn)，供有關(guān)單位及從事這項(xiàng)工作的考慮。

（1）對(duì)流性降水

純粹對(duì)流性降水的微觀和半宏觀特征方面，還有待于精確細(xì)致的觀測(cè)，其中有一系列的技術(shù)和理論間題要解決，這需要一定的時(shí)間。但最后當(dāng)能得到概括中小尺度生命史的模式和規(guī)律。當(dāng)前實(shí)踐中最易收效的辦法是加強(qiáng)地方性天氣監(jiān)視網(wǎng)(包括雷達(dá))和情報(bào)、指揮通訊系統(tǒng)。

至于對(duì)流性天氣的某些宏觀特征，即可以加以闡述。例如，強(qiáng)對(duì)流降水地區(qū)的等總溫度線或’等壓，線上凸下凹，上下層高能區(qū)打通的現(xiàn)象，就可以粗略地用水汽的向上鉛直輸送和水平側(cè)向擴(kuò)散來(lái)加以解釋。

（2）濕斜壓大氣不穩(wěn)定

濕斜壓大氣不穩(wěn)定性的研究可以擴(kuò)展到用診斷分析研究其位勢(shì)傾向和鉛直運(yùn)動(dòng)分布，也可以進(jìn)一步考慮假絕熱過(guò)程和以原始方程代替準(zhǔn)地轉(zhuǎn)方程，并從事數(shù)值模擬。

最重要的是還要從事次天氣尺度系統(tǒng)的天氣學(xué)分析，充分利用我國(guó)現(xiàn)有的探空網(wǎng)和能量分析中己獲得的結(jié)果，最后當(dāng)能得到次天氣尺度系統(tǒng)的生命史模式。

濕斜壓大氣的天氣學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究，最終將有助夏季大面積降水預(yù)報(bào)。臺(tái)風(fēng)和熱帶渦旋可以看作是次天氣尺度系統(tǒng)，其發(fā)生、發(fā)展和移動(dòng)也可用濕斜壓大氣的天氣學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法來(lái)加以研究。

總之，能量天氣分析、預(yù)報(bào)的實(shí)踐促進(jìn)了濕斜壓大氣天氣學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究。今后進(jìn)一步的深入探索，當(dāng)大有助于冰雹、暴雨和臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)。將來(lái)結(jié)合微觀運(yùn)動(dòng)的深入研究，最終將使我們得到人工影響災(zāi)害性天氣的可靠方案。 2100433B