INR:昆虫智能建筑应用程序开发的编程模型

摘要

昆虫智能建筑(一²b）是智能建筑的新颖平台。我的杰出特征²B是由智能节点连接的分散网络结构。我²B可以使用各种从业人员或编程爱好者开发的app (application)来管理和控制建筑。但是，由于I的唯一并行运算²随着B平台和应用开发者的普及，目前还没有有效的方法来支持I²B应用程序开发。应对挑战，为描述和开发我提供有意义的指导²本文提出了一种面向应用程序的编程模型INR²B应用程序开发。定义并实现了INR中的三个子模型，即个体、邻域和区域，分别用于描述不同的任务需求。此外，还建立了新的基于标记的编程和集群操作机制，以支持I中应用程序的即插即用和并行能力²B.最后，我们将编程模型应用于应用程序案例以说明I的开发模式²B APP，验证我们方法的有效性。

1.导言

智能昆虫大厦（一）²（B）[1- - - - - -4]是一种新型的智能建筑。与传统的智能楼宇控制系统不同，I²B根据建筑的空间分布特点，采用分散式网络结构。分散式网络的节点是具有计算能力的智能节点，称为计算过程节点(CPN)。每个CPN对应一个建筑空间单元或一个机电设备。CPN包含一个标准的信息模型，可以集成和管理标准化的建筑控制信息。I中的所有智能节点²B不通过统一的中央处理节点，而是通过6个数据端口连接最多6个空间邻居，使整个建筑构成一个强大的分散网络，以并行和分布式的方式完成复杂的控制任务。图形1展示了I的平台结构²B.除CPN网络硬件系统外，I²B平台有一个开放的网络社区，即应用商店。它包括开发商提供的各种应用程序，涵盖建筑控制策略，并可为建筑管理员提供下载服务。我²B具有即插即用、信息共享高效、自组织、易操作、易扩展等优点，已发展成为智能建筑的新风向标。实现自我的核心²B控件是应用程序，但对我来说有一些挑战²B应用发展。

一方面，应用程序面向I的分散、并行和分布式特性²B是确保I的高效稳定运行的关键²B.然而，I的新结构和特点²B平台也给I带来了新的困难和挑战²B应用程序开发，因为它们发生了深刻的变化。此外，随着我的开放性和普及性的扩大²B,我²B应用开发者不再局限于楼宇系统工程师，而是逐渐扩展到公共层面，包括运维经理、楼宇用户等。因此，如何定位到I²提供友好、简单、直观的应用程序开发描述和方法，已成为I²B。

另一方面，编程语言是开发应用程序的直接而有效的解决方案。但通用编程语言（GPL），如C语言、Java和Python，对于开发人员来说，在面对特定的应用程序领域时，往往比较困难，而且容易出错²由于I的分散结构和并行运行进度，无法提供友好有效的支持²B (5，6]领域专用语言（DSL）是一种专门为特定领域设计的程序设计语言，具有由该领域的特点形成的简单有效的语言组件[7，8]．我是一个dsl²B是发展I的理想方法²B应用程序。然而，DSL的设计和开发是一个大项目和复杂的过程。因此，如何指导设计并引出一种有效的编程语言来实现I²B控制是目前的挑战。

领域建模是解决复杂领域特定问题的第一步[9]。它专注于领域组件，探索关键领域概念并在概念之间建立关系，而不是将其切割成数据和行为，导致需求偏差。它细化和更新项目，以反映对“问题空间”的实际理解[10，11]．

在我们以前的工作中，基于这些考虑因素[12[我们建立了一个名为Mspro的编程模型²b通过总结我的主从分布式任务的特征²b并呈现它们的抽象。编程模型通过使用新的组件构建应用程序，例如领域，主CPN.和药膏尼共. 尽管MSpro编程模型解决了软件开发与建筑配置分离的问题，但它只关注一种类型的控制任务，不能描述整个I²B.因此，对于I的APP开发和编程语言设计没有足够的描述和指导意义²B。

要有效地应对国际金融危机带来的挑战²B APP描述和开发，本文大大扩展了前一项研究[12]并提出了²B名为INR的应用程序编程模型（即。，个人，邻里和区域)并对其进行形式化描述，以描述I²编程模型是对I的系统描述²B应用程序开发，可作为I²B编程语言。主要贡献如下。（1）我们是第一个，据我们所知，建立我²B应用程序编程模型及其正式描述。（2）我们提出并定义三个关键的编程概念，即:个人，邻里和区域，这也是三个编程子模型，具体描述和定义了I中的本地任务、网络任务和整个控制任务²B。（3）我们提出了基于标记的编程和集群操作的新机制，以支持I²B应用程序。（4）将该规划模型应用于变风量空调系统优化运行的应用实例，说明了该系统的发展模式²B APP，验证我们方法的有效性。

论文的其余部分组织如下2，我们介绍了相关的工作。分段3.提出了开发I²B应用程序。计算机程序设计的三个子模型个人，邻里和区域具体讨论见第节4．然后,在节5在一个应用案例中应用INR模型进行了实验，介绍了INR模型的发展模式²B应用程序并验证我们方法的有效性。最后，我们在第节中总结了本文6．

2.相关工作

我²B应用程序包含不同的控制任务，为了在I中实现这些控制任务²B，提出了许多基于其分散结构的智能控制算法。Wang等[13[提出了一种新颖的分散式传感器故障检测和用于加热，通风和空调系统的自修复方法。yu等人。[14]提出了一种基于对数线性模型的全分散优化算法，以最小的总耗电量完成由多个同类型泵组成的泵组运行。王及赵[15]针对建筑空间拓扑匹配问题，提出了一种分布式算法[16]提出了一种用于建立配电网的分散状态估计算法。这些成就涵盖了I²B并遵循分散的操作机制，但他们不能为i提供一般方法²B从高层次发展到概括性描述I的操作方法²B。

我的运作机制²B由其分散的结构决定，类似于并行、分布式系统和多agent系统(MAS)。一些研究探讨了这些系统的发展模式。Hossain等人[17]提出μSETL是一种基于集合理论的传感器网络编程抽象，具有强大的形式化和高表达性。Wang等[18]引入了一个变压器编程框架，包括特定于模型的系统，以便于建立不同的数据并行编程模型。张等人。[19]阐述了ThreadXML编程模型，它是一种新的快速发展的多线程编程模型，可以嵌入到大多数普通编程语言中。泰肯多根和阿金[20]提出了ParDSL，一种特定于领域的语言框架，用于提供显式模型，以支持将并行算法映射到并行计算平台的活动。费伯和古特克内特[21]提出了一个多智能体系统的通用元模型AALAADIN，该模型基于组织概念定义了一个非常简单的多智能体系统协调和协商方案的描述。Hu等人[22]提出了一种新的AOP方法，即Oragent，用于构造和实现动态的、灵活的系统。这些研究成果中的模型虽然可以支持并行网络的发展，但没有考虑到网络的发展²B域特征，不能直接描述I²B控制任务。此外，他们主要关注底层的实现机制，因此对用户的友好性不够。

特异性I的研究现状²B控制任务和模型的并行、分布式系统已经取得了显著的成果。然而，这些成果只关注于具有自身特色的特定领域，不支持对我的直观、简单的刻画²B特征；因此，它们不能直接应用于I²B应用程序开发。因此，目前没有可用的I²B应用程序开发，并且缺乏系统地描述I的编程模型²B APP的开发和总体指导I的前瞻性设计²B编程语言是必需的。

3.INR规划模型概述

编程模型是应用程序开发的关键结构，也是程序设计语言的基础和核心。不同范例的编程语言采用不同的编程模型，将实际问题模型（位于“问题空间”）映射到机器模型（位于“解决方案空间”）[23]因此，编程模型直接决定了编程语言解决问题的难度²B以简单有效的方式控制任务，我们提出了应用程序开发的编程模型²为I的进一步语言定义和语法设计提供了有效的理论支持²B编程语言。

３．１．INR的总体架构

在本小节中，我们首先给出INR的正式定义，然后建立其一般架构。

定义1。编程模型．编程模型可以正式定义为二元组: 哪里P_一个表示编程抽象的集合。编程抽象p_一个 ∈ P_一个用于描述事物的基本特征，是构成软件实体的基本元素。P_Mec表示编程机制的集合。编程机制p_Mec ∈ P_Mec用于描述编程抽象之间的交互P_一个这意味着p_Mec＝P_一个 × P_一个．
在面向过程的编程语言(如C、Fortran)中，使用一维变量对事物进行抽象建模只能反映事物的数据特征，抽象层次较低[24]; 其编程机制仅用于描述变量之间的交互（例如赋值、比较和函数操作）。面向对象语言（如Java和C++）封装状态和行为进入对象编程抽象，从两个维度描述事物的特征，进一步提高抽象水平；其编程机制不仅包含低维变量，还包含对象之间的交互，如对象的组合和消息传递，更接近问题空间[25，26].面向agent的编程语言中的面向agent的编程抽象引入了个人思维属性（信念、愿望和意图）和社会属性（组织、角色等），并成为一个自治的、常驻的、社会的，以及具有更高抽象级别和更复杂编程机制的反应式高维统一[27，28]．
为了我的发展²B APP及其编程语言，第一项任务是为控制任务的描述和解决建立一个编程模型，这意味着使用更有效的编程抽象和编程机制来抽象I²分解应用程序中的软件实体²B是复杂多样的，本文采用的是关注点分离作为基本的分析原则，我们分解了I²B根据本地任务和网络计算活动开发应用程序[29]，并提出INR规划模型。为了使其直观和规范，提出的模型使用不同的抽象对象和UML关系符号进行描述。INR的总体架构如图所示2，包括三个子模型:个人，邻里和区域．

定义2。INR编程模型．它是开发I的编程模型²B应用程序包括三个子模型，可定义为三元组： 哪里个人，邻里和区域是三个子模型，分别面向不同的控制任务。（1）的个人编程子模型是面向本地任务的，并提供编程抽象，例如基本单位（以下各页将分别给出子模型编程抽象的具体定义和介绍）和从设备以及它们的编程机制，可以有效地描述智能节点的内部状态和个体行为，以满足本地任务的编程要求。（2）的邻里编程子模型面向网络计算活动，提供编程抽象，如自己和邻居以及它们的编程机制。它可以有效地描述智能节点与其相邻节点之间的交互行为，以满足分散网络计算活动的编程要求。（3）的区域编程子模型面向整个控制任务和并行操作，具有最高的抽象级别。它提供编程抽象，例如区域和基本单位以及他们的编程机制。通过的动态绑定机制区域和基本单位实现了局部任务与网络计算活动的有效集成，满足了整个控制任务的编程要求。图形2结果表明，三个编程子模型处于不同的层次，但并非完全并行和独立。这个个人这是《公约》的具体实施基本单位中的编程抽象区域；网络计算活动在区域是对邻里编程。INR编程模型采用思想分离并提供我²B开发人员从编程模型层面对模块化分解提供重要支持，可以实现对应用任务的有效、方便的描述，从而提高应用开发的构造性和打包能力。

3.2。INR的关键机制

INR编程模型提供了重要的领域特性，结合了I²B控制任务和关键机制，以实现这样的域功能作为I的即插即用²提出的关键机制包括基于标签的编程和集群操作。

3.2.1之上。基于编程

基于标签的编程基于标签来实现对对象和呼叫的访问。基于标签的编程的核心思想是实现应用程序中的建筑抽象的逻辑地址与实际构建设备实体的物理地址之间的解耦，从而实现应用程序的即插即用。换句话说，如图所示3.，应用开发者在编程时设置标签，开发过程中只需关注标签，标签的逻辑地址由标签管理器相应管理；当通过小规模手动或自动本地配置将应用下载到本地时，在标签管理器中建立建筑设备实体的物理地址与标签之间的对应连接，从而通过标签实现对设备实体的控制。在整个应用程序的开发和运行过程中，逻辑地址和物理地址不再是一致的一对一对应关系。通过这种方法，开发人员不必每次都考虑所有受控对象的数量和物理地址。相反，他们只需要关注受控对象的抽象类别，这些类别可以根据环境的需要随时添加或更改其包含的对象。因此，编程过程可以摆脱对节点号和通信地址的依赖。

3.2.2. 聚类操作

聚类操作基于基于标签的编程，是指面向标签的函数操作，它自动应用于拥有相应标记的所有对象。如图所示3.，通过逻辑地址与物理地址的解耦，可以实现单个标签与多个设备的关联。与基于标记的编程协调，它提供了I²B应用程序开发人员拥有简单快速的开发流程，只需一些简单的代码即可实现对组的操作和控制。通过封装一系列复杂的控制方法，集群操作可以用简单的语句实现大规模操作。

这些关键机制贯穿整个编程模型，它们在不同的子模型中具有相对不同的功能和用法，下面将在不同的子模型中具体介绍。

4. inr的实施

在本节中，我们将介绍INR的实现。也就是说，INR中三个子模型的实现，即个人，邻里和区域探索。

4.1.在INR中定义个人

本节首先分析了本地任务的编程要求，然后提出个人编程子模型，并详细介绍了相关概念、抽象和编程机制。

4.1.1.问题分析

局部任务(也称为单点任务)是由智能节点独立完成的内部运行管理任务，如对建筑环境区域的感知、对内部运行条件的监控、参数的调节、从设备的控制、信息的管理等。下面结合具体应用案例介绍本地任务的编程需求。

案例1。实施人数控制灯的控制策略:当房间有人时，打开所有的灯;否则，关闭所有照明(假设房间里有三盏灯;从机数量为1号、2号、3号)。
图形4其中“Light_1·SwicthSet”表示智能节点信息模型中1号照明设备的开关设置参数。在此程序中，照明设备的控制依赖于照明设备的数量，导致程序可移植性较差。也就是说，如果将程序下载到其他房间，只有程序和房间的照明设备编号相同才能保证程序的功能。但是，由于不同房间的差异很大，很难保证从设备的数量相同。因此，为了满足I的泛化要求²b控制任务，必须在编程期间摆脱从设备编号的依赖。此外，对于控制从设备，应用需要具有很大的灵活性;也就是说，在不同的应用场景中，可以应用于特定从设备以及相同类型设备的集合来应用相同的程序以执行组管理。例如，对于上述应用案例，更灵活的功能是应用程序可以根据不同房间的个性化需求选择一个或多个照明设备来控制。
因为I中有不同类型的智能节点²b，本地任务的应用程序必须在匹配的智能节点中执行（例如，人数编程控制灯只能在构建空间单元中运行）。因此，涉及本地任务的应用程序必须指示智能节点的类型。
此外，由于环境变化、人为因素和自身的控制策略，局部任务往往需要由时间或事件触发。例如，如果上述case程序的执行是由人数的变化触发的，那么CPN计算资源就可以得到充分高效的利用，程序的反应性也可以得到提高。此外，当应用程序中存在多个相对独立的任务时，需要并行处理这些任务。
此外，本地任务由单个智能节点独立自主执行，不需要与其他智能节点交互，这也需要在编程模型中体现出来。
当地任务的方案拟订需要总结如下:(我)从设备控制的灵活性和设备编号的独立性(ii)与智能节点类型关联(3)并行和触发执行(四)独立和自治

4.1.2. 个体规划子模型

在我²B物理世界，智能节点是具有独立自主操作能力的个体（如建筑空间单元和智能设备单元，包括水泵、空气处理单元等），本地任务可视为智能节点控制和管理自己的资源。智能节点内部包含各种信息参数和从设备。从设备是一种特殊类型的内部构件（如建筑空间单元中的照明设备和智能窗帘），具有相对独立的数据属性和功能属性，但不能自主运行，仍需由智能节点管理。

根据本地任务的编程要求，基于I²B在物理世界中，本节提出了个人编程子模型，如图所示5. 该模型使用编程抽象、状态属性、功能属性和标识属性来表示不同的抽象对象和UML关系来描述它们之间的关系。编程抽象是描述应用程序任务中控制对象的基本元素，状态属性、功能属性和身份属性用于描述编程抽象的特征，这些特征表示所需数据的结构、功能效果和识别特征。该编程子模型介绍了基本单位和从设备A.s洗设备是属于的内部成员基本单位,基本单位负责管理从设备，这与现实的物理意义是一致的。I中的本地任务²B可以由基本单位编程抽象和内部成员之间的交互机制。涉及的主要编程抽象和编程机制个人子模型的详细描述如下。

（1） 个人计算机中的编程抽象．

定义3。基本单位。基本单元是智能节点的抽象，对应于建筑空间单元或机电设备。基本单元可定义为六元组： 哪里名称节点的名称基本单位．它是用于将其区分开的标识符基本单位. 它在同一个应用程序中是唯一的，需要由人类指定。类型表示的类型基本单位，用于表示基本单位。它是为与相关的本地任务要求而设计的基本单位类型。D代表一系列基本单位用于描述数据库状态属性的数据成员基本单位．F_静止的代表一系列基本单位静态函数用来表征静态函数的性质基本单位．Dev_sla表示奴隶设备的集合基本单位.从设备d_sla ∈ Dev_sla是该组织中相对独立的成员基本单位（下文将详细介绍）。f_汽车表示系统的自治功能基本单位. 它是唯一的，用于描述系统的动态行为基本单位．它可以自主调用静态函数或管理从设备，体现了系统的独立性和自主性基本单位．自主函数包含一类特殊的动态行为 - 任务T． ，哪里T_非表示非触发任务和的集合T_三角表示已触发任务的集合。任务需要在自治功能中创建，并且任务之间的关系是并行的。

定义4。奴隶设备.从设备是建筑物基本单元中从设备物理实体的抽象。它也是基本单元编程抽象的内部成员，可定义为四元组： 哪里类型指示从属设备的类型，并且对于从属设备是唯一的。标签表示从设备标记的集合。标签 ∈ 标签，标签用于替换从设备的数量，由开发人员在APP开发阶段定义。D_str从设备的数据结构，用于描述从设备的状态属性。内部数据d_str ∈ D_str是从基本单位信息模型，但与特定设备编号无关。例如，照明设备的开关设置值可以用作从属设备的数据结构中的数据成员，但不具体指任何数量的照明设备的开关设置。d_str可以以从设备标记的形式访问。F_sla表示从设备性能函数的集合，表征从设备的功能属性，可由静态函数、自治函数和以从设备标签形式的任务调用。
（2） 基于任务的并行编程及其触发机制．作为自主功能的重要组成部分f_汽车任务T是实现局部任务程序并行和触发执行的重要方法个人编程子模型。在自治函数的执行过程中，任务T具有独立的执行流，可用于实现本地任务的并行处理。另外，根据任务的触发器属性T，则触发任务和非触发任务可进一步划分[30]．图形6显示两种任务之间的主要区别。
非触发任务后T_非在自主函数的主要执行路径中创建f_汽车，它立即开始执行，并在执行完成后自动销毁。下一次执行仍然需要一个自治函数f_汽车进行显式创建。
在触发任务之后T_三角在自主函数的主要执行路径中创建f_汽车，执行不会立即开始，而是等待触发条件的到来；即，当满足触发条件时，执行开始；否则，它将处于阻塞状态。之后T_三角执行完成后，它不会自动销毁，而是等待下一个触发器，销毁需要在程序中澄清。被触发任务的编程机制可用于实现应用程序的被触发执行。
(3)基于标签的编程和集群操作机制. 在个人编程子模型，提出了基于标签的编程和基于从设备的集群操作的编程机制，以实现设备控制的灵活性和设备编号的独立性。
基于标记的编程是指调用对从设备数据结构的访问D_str和性能功能F_sla基于从设备标签。
集群操作是指基于从设备标签的功能操作，自动应用于所有拥有该标签的从设备。
具体来说，当一个自治函数f_汽车调用从设备性能函数F_sla（b）访问数据d_str)基于标签（例如。，标签_x)，所有标记的从设备将执行性能功能(或访问数据d_str)。用户可以粘贴在APP安装或运维阶段，根据需要对需要进行该操作的从设备进行相应的标记，从而摆脱对从设备数量的依赖，提高从设备控制的灵活性。
表格1显示了建立个人编程子模型满足了局部任务编程的要求。(a)满足依赖关系的编程要求基本单位通过将本地任务的类型属性封装在基本单位编程抽象。（b）基于从设备的基于标签的编程和集群操作，实现从设备的控制灵活性和数量独立性。（c）封装用于基本单位具有行为的“独立和自主”。(d)添加任务实现自主功能，以满足本地任务并行和触发执行的编程要求。

4.2.定义INR中的邻域

本部分以分散网络求和计算为例，分析了I²B网络计算活动，然后提出邻里编程子模型，并详细介绍了相关的编程抽象和编程机制。

4.2.1. 问题分析

案例2。在我²B、分散式网络求和计算是一种典型的基于需要基于分散式网络的控制任务I²B.求和计算需要树形计算网络，如图所示6．在整个计算过程中，每个节点只与相邻节点进行交互。假设问是一个需要求和的变量，具体执行逻辑如下：(我)如果是叶节点，则该节点传递自己的变量问到其父节点。(ii)如果是内节点，则节点局部求和问_我与自己的孩子节点一起通过问然后传递求和结果问到其父节点。(3)如果它是根节点，则该节点本地总和问_我与自己的孩子节点一起通过问，以及最后的结果问_总和是获得。当使用传统的并行编程模型(例如，消息传输并行编程模型[31])要编写分散网络求和计算程序，需要在程序中明确指定交互节点的节点数或通信地址。基于传统并行编程模型实现网络求和的伪代码如图所示7．显然，所编写的程序与节点号紧密耦合，导致程序不能满足I的概化要求²B应用程序，这意味着一旦网络变化中的节点的数量和数量，通过相同的过程无法实现网络求和的函数。因此，当节点在编程模型级别交互时，网络计算活动编程的核心是消除节点号（或通信地址）的依赖性。

4.2.2。社区规划子模型

本节介绍了邻里使用网络标签和交互变量编程子模型。如图所示8展示，这个子模型包括两个编程抽象自己和邻居以及它们的状态属性、功能属性和身份属性。有一种特殊的抽象对象，即内涵抽象，这意味着它不是在描述过程中使用的，而是实际受影响的对象。该模型只关注两个抽象的概念自己和邻居在描述节点的操作时，所有节点都是自中心的，不考虑邻居的数量和谁，因为对于每个节点，它们的所有邻居都是一个整体概念邻居．

（1） 邻域中的程序抽象．

定义5。自己.自指参与网络计算活动的基本单元本身的抽象，可定义为四元组： 哪里号码表示的节点数自己，作为区分自我和他人的标识，具有独特性。节点编号是建立邻域关系的基础。虽然编程模型强调在编程阶段隐藏节点号信息，但在网络建立阶段仍然需要节点号支持。V_我表示交互变量的集合。交互变量的本质是一个向量或数组，即: = {x₁，x₂, …,x_n} ∈ V_我,在那里x_n数据是否由服务器发送n第四个相邻节点。T_自己表示自标记的集合，表征节点在网络中扮演的角色。与节点编号不同，自标记不是唯一的。这意味着同一节点可以同时具有多个自标记，不同的自标记可以用于表示不同应用场景中的一个节点。O_N表示处理交互变量的邻域操作集合。邻域相互作用算子O_N−我＝ {邮寄，得到}O_N是一种特殊的邻域运算，用于描述自己节点及其邻居．具体来说,运营商邮寄表示发送的数据自己到邻居，以及接线员得到表示从邻居。

定义6。邻居. 邻居是与自身相邻关系中基本单元集合的抽象，可以定义为三元组： 哪里号码表示邻居的节点数的集合基本单位，不让APP开发者看到。T_嘶叫表示一系列邻居标签S，用于表征邻里之间的关系自我的基本单位和邻近的节点。R_n指示邻居标签s和相邻节点的节点数基本单位， IE。，R_n 号码 × T_嘶叫，它对应用程序开发人员隐藏，并由操作系统维护。
自己指的是基本单位参与网络计算活动的自身，以及邻居是集合的抽象基本单位与相邻关系自己．自己和邻居都是相对的，也就是说基本单位是自己的自我，也是属于其他邻里的邻居基本单位．
（2） 自我和邻居的网络标签. 在个人编程子模型从设备基于标签的编程编程抽象删除了从设备号的依赖项，并解决了本地任务应用程序的普遍性问题。类似地，实现网络计算活动应用普遍性的关键是找到合适的抽象来替换节点号。
在分散式网络计算活动中，节点数主要起到表征邻域关系和网络角色的作用，具体来说，所谓邻域关系是指一个节点与其相邻节点之间的关系，同一节点与其相邻节点之间可能存在不同的邻域关系不同的相邻节点。例如，如图所示6，对于节点3，节点5是其父节点，而节点2是其子节点。所谓网络角色是指节点在整个网络中的角色。例如，如图所示6，节点1在网络中的角色是根节点，在网络求和计算中只需要接收来自子节点的消息，而节点2是内部节点，需要接收来自子节点的数据，并将自己的数据发送到其父节点。
因此，为了在网络计算活动中替换节点号，本文提出了两种网络标签：self和neighbor。

定义7。自我标记。self标记指的是节点在I中扮演的网络角色的集合²B网络任务。

定义8。邻居标签. 邻居标记是指参与I节点的节点之间的邻居关系的集合²B网络任务及其相邻节点。
打个比方2作为一个例子。的自我标记包含三个标记：根，叶和知情人，用于表示三种网络角色：根节点、叶节点和内部节点。这个邻居标签包含的标签孩子和父亲表示邻域中的信息传递关系。基于自我标记和邻居标签，邻域节点之间的相互作用可以清晰描述。例如，语句如果（n5）然后发送（q，n3）在图中7可以替换为如果（self标记为“leaf”），则发送（Q，“father”）。后者在语义表达上更通用，可以显著减少代码量。
（3）邻域交互机制和交互变量．通过节点之间的信息交互完成网络计算活动。因此，有必要提供适应I的交互模式和技术手段²B编程模型级的网络系统。如图所示9分布式并行计算网络中常用的信息交换方法有消息传递法和邮箱法[32]．
消息传递方法需要在节点之间建立一对一的对应关系，以实现双向对等通信，如图所示9(一个)．交互的双方必须执行显式的接收/发送操作来获取对方的信息。这意味着当一个节点发送消息时，交互将不会完成，直到另一个节点执行接收操作。在我²B、 可能有数百个节点参与网络任务；因此，这种相互等待机制将严重降低计算效率。
邮箱方法如图所示9（b），顾名思义，它的交互方式类似于人类社会使用的电子邮件。在邮箱方法中，每个节点都需要有一个邮箱邮箱，并将信息打包到电子邮件并送到了邮箱此外，节点通过访问自己的节点来处理信息邮箱．与消息传递相比，邮箱方法不需要通信双方同步等待，只需要在必要时从邮箱中获取相应的信息。该方法具有良好的异步性和并行性，因此更适合于I²B。
在我²B、 节点只需要与其相邻节点通信；因此邮箱只需要保存电子邮件由邻近节点发送。为此，本文呈现邻域交互变量作为邮箱存储相邻节点的数据信息。

定义9。社区交互变量．邻域交互变量是指用于异步存储相邻节点信息的特殊变量，称为交互变量。
图形10显示基于网络标记的基于邮箱的邻居交互机制。当一个节点需要向相邻节点发送其数据时，其邻居标签首先需要通过网络标记管理器进行解析，根据映射关系邻居标签以及相邻节点的编号。然后，收发机将消息发送到相应的相邻节点。当相邻节点发送数据时，数据通过收发机和网络标签管理器自动保存到交互变量中；然后，它等待应用程序基于邻居标签．
总的来说邻里编程子模型采用并行编程思想本体；也就是说，在规划网络计算活动时，主要关注两个关键问题：(我)Q1:是谁我？(ii)Q2：什么应该我做由于分散的网络计算活动只能执行邻域交互，问题2可以进一步细化如下：(我)问题2.1：哪些邻居应该我与…互动？(ii)问题2.2：我们应该怎样做我处理与之交互的数据？的邻里编程子模型使用自我标记”来形容我和邻居标签表征与互动的邻居我交互数据(即交互变量)的处理取决于网络计算活动的实际需要。换句话说，在整个编程过程中，问题总是从本体论。邻居只是一个名义互动对象本体，没有特定的行为特征和状态特征，这也是编程抽象的原因邻居仅封装邻居标签. 从整体网络的角度来看，各个业务的叠加我能完成对网络计算活动的解决。例如，网络求和计算是当所执行的操作的叠加我分别是内部节点、根节点和叶节点。
在邻里编程子模型，基于网络标记的基于标记的编程，使分散网络计算活动的程序设计有效地摆脱了对节点数的依赖，满足了其编程要求。具体地说，参与网络计算活动的节点执行与之相同的程序本体并根据它们的对应选择程序中要执行的代码块自我标签.与相邻节点的交互由邻居标签，这意味着将消息发送到与相邻的节点匹配邻居标签或者从与之匹配的相邻节点接收消息邻居标签．在APP运行阶段，根据节点之间的映射关系确定哪些节点是具体交互的邻居标签和相邻的节点编号，不被开发人员在开发阶段指定。因此,邻里子模型使网络计算活动摆脱了对节点数或通信地址的依赖。

4.3.在印度卢比中定义区域

本节首先分析了网络计算活动的控制任务，然后提出了网络计算活动的控制任务区域编程子模型，并详细介绍了相关概念、抽象和编程机制。

4.3.1.问题分析

的邻里编程子模型仅从网络的角度描述相邻节点的交互行为本体. 其有限的编程视野不能有效地封装网络计算活动，只能描述控制任务，包括一个网络计算活动。对于更复杂的控制任务，我们需要考虑以下问题：（1）谁负责发起网络计算活动？在我²B控制任务，并非所有节点都有权发起网络计算活动。例如，在供水系统中，对于水压控制任务，只有泵基本单位有资格启动网络计算，因为它直接控制系统的传输动力。因此，必须在编程阶段有效识别启动器。（2）谁有资格参加网络计算活动？对于我的整个网络²B、 控制任务通常只涉及部分节点的参与；也就是说，网络计算活动的执行域有一个边界，该边界是动态的，当它存在于不同的建筑物中时，该边界可以动态变化。因此，编程模型必须能够澄清网络计算活动的执行域边界ork计算活动，即确定哪些节点有资格参与网络计算活动。（3）如何在一个应用程序中集成多个网络计算活动和本地任务？一个复杂的我²B控制任务可以包括多个网络计算活动和不同类型的本地任务基本单位，并且不同任务的执行域边界和对发起节点的要求也可能有很大差异。因此，编程模型需要提供一种高效的编程机制，允许将多个网络计算活动和本地任务集成到一个应用程序中。

4.3.2。区域规划子模型

根据I²B控制任务，本节提出区域基于个人程序设计子模型及其应用邻里编程子模型，如图所示11．

在区域编程子模型，两个编程抽象区域和基本单位介绍了。的基本单位是对基本单位物理世界中的建筑，以及区域是集合的抽象基本单位参与网络计算活动。从软件体系结构分析基本单位在里面区域子模型是在基本单位中的编程抽象个人子模型和不仅负责处理局部任务，而且还负责执行网络计算活动。发起人基本单位是一种特殊的基本单位用于启动网络计算活动。的区域程序抽象封装了网络计算活动的实现邻里将子模型转换为其组行为。区域通过约束和域变量以及的网络标记构建组范围和组交互基本单位是基于约束设置的，可以约束和管理基本单位参与并发起网络计算活动。

(1)区域编程抽象．

定义10。区域是参与网络计算活动的基本单元集合的抽象，可以定义为六元组： 哪里注册_身份证件表示名称标识符区域，由APP开发者指定，只有一个APP。让奥表示发起者的集合。发起人让奥 ∈ 让奥表示基本单位有权组织网络计算活动。当存在多个网络计算活动时区域而且对发起者节点的要求是不同的，每个网络计算活动都需要定义相应的发起者。NCA_注册表示网络计算活动的集合。网络计算活动nca ∈ NCA_注册是一种群体行为区域．在一个区域，所有的执行域边界ncas是一样的。nca只能由相应的发起人发起让奥在区域，当nca开始,所有基本单位在区域将自动参与执行此操作nca．C_注册表示区域约束的集合。当基本单位遇见所有人C_注册的区域，它将自动添加到区域．表示区域变量的集合。区域变量 ∈ 是中定义的变量区域，它被所有的基本单位在地区。也就是说，当区域变量时定义在区域全部的基本单位在区域将自动定义一个名为 ．因此,区域变量本质上是一个向量，即。， ，哪里表示第n个节点的变量元素。区域变量与网络计算活动密切相关ncas、 及nca是对区域变量的操作。例如，可以将网络求和计算视为对区域变量的所有元素求和。Str_注册表示区域结构的集合。地区结构年代tr_注册 ∈ Str_注册用于描述网络计算活动所基于的计算网络。Str_注册＝ {树，明星，网}， 在哪里树表示树状的计算网络，并有严格的层次关系基本单位；明星表示星形网络（或主从计算网络），其中除启动器外，其他基本单位地位平等，仅与发起人互动；网代表图形结构，其中基本单位地位完全平等，可以自由与邻居互动基本单位．
（2）动态绑定和聚类操作机制．之间的关系基本单位和区域是动态绑定。任何基本单位满足约束规则的自动添加到区域．这种基于约束的动态绑定能够适应参与节点数量的变化，使网络计算活动的执行域边界具有良好的动态性。
的基本单位添加到区域属性的组属性(区域变量)区域并履行区域．当。。。的时候基本单位始终右侧启动网络计算活动，所有基本单位在区域将自动参与此网络计算活动的执行，称为网络计算活动的群集操作。
两者之间存在多对多关系基本单位和区域．一个区域可以包含多个基本单位不同类型的基本单位还能添加到多个地区同时。因此，通过定义多个任务，可以有效地将多个网络计算活动和局部任务进行集成地区和不同类型的基本单位在一个应用程序中。此外,区域编程子模型还支持之间的嵌套定义地区.例如，定义子区域注册_一个在一个地区注册_b意味着嵌套注册_一个在内部注册_b并表示为注册_一个 ⟶ _巢注册_b.从集合论的角度来看，注册_一个是注册_b，所以……”基本单位“一定要注册_一个将参与的团体行为注册_b，但反之亦然。
的区域编程子模型基于约束、启动器以及动态绑定和集群操作机制，满足复杂控制任务的编程需求，具有良好的构造和封装能力。

5.个案研究

在本节中，我们进行了一个实验，该实验将语言模型应用于应用案例中，以说明I的开发模式²B应用编程模型，验证了本文方法的有效性。应用实例实现了变风量空调系统的优化运行。

5．1.例描述

空调系统是现代智能建筑不可缺少的组成部分，也是能耗最大的部分[33]．智能系统通过优化和调节，实现空调系统的最优运行，实现能源的最大利用。图形12给出了变风量空调系统的简化结构，使耦合关系的介绍更容易理解;在该系统中，每个房间都安装有末端可调的变风量箱(VAV box)，通过调节变风量箱阀门的开度来控制房间的送风量，以满足每个房间的需要。

但是，由于每个房间共用一个通风管道，因此房间的送风量与管道中的其他房间具有强耦合关系。如果根据当地房间需求负荷调整变风量箱阀门开度，容易造成热不平衡[3.]; 也就是说，当AHU供应的空气总量恒定时，阀门开度θ_我任何房间的阻抗都会增加（然后是阀门阻抗年代_我减少和空气供应量问_我增加），空气供应量问_我管道距离越近，影响越大，即距离小，附近大(见图)12节点的颜色深度表示受影响的程度)。因此，在调整各房间送风量的同时，各房间还应通知其他房间进行适当的调整，以平衡耦合效果，实现稳定送风[3.]．

实际上，真实的操作场景应该包括更多的节点，甚至是整个楼层或建筑。本节旨在通过用模型描述案例来证明所提出模型的可描述性，即该模型可以在I²B，可以促进APP的进一步开发和实施。

5.2.编程需求分析

根据控制要求，可将变风量空调系统的优化运行分为以下步骤。第一步.每个端室获得本地需求风量问_我．步骤2．当需求空气量问_我任何房间的变化，调节变风量箱阀门开度θ_我房间及其相关房间的名称。步骤3. 现在是计算总需风量的时候了问_总和在所有端部房间中。步骤4. 调整空气处理机组风扇转速FS.根据总需风量问_总和．

显然，步骤1和步骤4分别属于末端房间和AHU的本地任务，而步骤2和步骤3是两个网络计算活动，它们有显著的区别：（1）两种网络计算活动的原始节点类型不同。步骤2是调整阀门开度的网络计算活动。发起节点类型为空间基本单元，发起方不固定；也就是说，需求风量变化的末端房间有权启动网络计算活动。步骤3是网络求和计算。如上所述，由于只有发起节点（根节点）可以获得最终网络求和结果，因此发起方只能是AHU。（2）这两种网络计算活动的参与节点范围不同。步骤3中参与网络求和计算活动的节点包括AHU和所有端室，其所基于的功能网络就是整个变风量空调系统的功能网络。对于第2步的网络计算活动，参与节点仅包括终端房间。另外，由于各房间间的送风量影响存在距离小、附近大的耦合关系，因此需要限制源节点的影响范围，即来自源节点的跳数。显然，在两个网络计算活动的执行域之间存在显著的嵌套关系;即步骤2中网络计算活动的执行域是步骤3中网络计算活动的执行域的子集。

5.3.开发模式设计

根据以上分析，图13给出了变风量空调系统控制任务优化运行的开发模式框架。

主要实施思路如下：

首先，根据两种网络计算活动的特点，进行了两种地区定义了嵌套关系：空气和航空潜艇．空气用于管理总需求风量的网络计算活动B，其约束是NetType：= <ACSN>，表示该功能网络为空调送风系统功能网络；i、 全部基本单位在此功能中，网络参与活动。网络计算活动B的发起人是AHU；因此，有必要在区域中定义发起人空气,也就是说,发起者ori：= <AHU>.航空潜艇是中国的一个次区域空气，用于管理网络计算活动A，用于调节气阀开度。它的约束进一步限制了基于区域的基本单元类型和跳数空气， IE。，单位类型：= <BSU>;跳: = 4，表示距空调送风系统功能网络中的发起人节点4个跃点内的一组建筑空间单元。

第二，两个基本单位，房间和AHU,定义。房间表示空调系统的末端房间，其中定义了用于实时监控室温测量的触发任务Tr和设定值Ts．当这两个参数中的任何一个都发生变化时，本地需求量空气量 获取一个重新计算，然后房间启动网络计算活动A，以调整每个房间VAV箱的空气阀开度。AHU表示空气处理单元设备，用于实现空气处理单元的定时调整AHU风扇速度。它在内部定义了一个时间触发任务b，该任务定期启动网络计算活动b以计算总需求风量，然后根据需要调整风扇速度 ．

地区属于空气和航空潜艇以及基本单位属于房间和AHU在I中是对受控对象的直观描述吗²B，这意味着模型基本单位和区域用于描述i的典型物体²B.相比之下邻里模型不面向领域对象，不需要设置为开发元素，实质上是对I的并行操作机制的描述²B.具体地说，两个邻里用于外壳的开发模式框架中的模型代表了两个聚类操作，其中节点以邻域的方式通信。

该应用程序需要将其下载到全部的CPNS基本单位在空调送风系统的功能网络中。CPN会根据其选择并执行APP中相应的代码模块基本单位类型。例如，CPN的CPN摘要基本单位定期启动网络计算活动B，通过程序输入功能(即自动化功能)计算总需求风量摘要基本单位，从而调整局部风扇转速。航站楼的cpn基本单位将通过的程序输入功能监控室温测量和设定值房间基本单元在软件中定义。一旦参数发生变化，将重新计算新的本地需求风量，然后启动用于调整空气阀开度的网络计算活动A。

图形14展示了开发模式框架的流程图，可以解释开发模式框架所描述的执行过程。单一基本单位在我²B是最终被控制的对象区域可以看作是一个容器来简化聚类操作，并通过社区。因此,基本单位可以认为是执行单元。对于房间基本单元，计算本地需求风量，并参与聚类操作，调节风阀开度值。为摘要基本单位，它定期触发聚类操作，以便总结总需求风量，然后调整风扇速度。

可以看出，基本单元和区域的行为可以直接用的子模型来描述个人和区域，虽然聚类操作的特征在于邻里子模型和隐含执行过程。实际上，在这种情况下，群集操作隐含的节点之间的交互可能是整个案例算法的关键。以聚类调整在图中14作为一个例子;在此基础上，设计了聚类操作的流程图邻里子模型，如图所示15.两个相邻节点之间的交互我和j就拿这个例子来说，关键是聚类调整使每个节点都知道其跳数(H)因此，当更改节点将其跃点计数设置为0时，传播该数字非常重要。在初始化状态下，每个节点设置H为null；当它从邻居处获得一个数字时，它将该值增加1，然后更新其值H；当H如果不为null，则节点将发送其H节点计算出空气阀的开度值，并参与后续任务。

虽然我和j用于区分两个节点，在实际执行中，对于每个节点本身，它只知道自己及其整个邻居。因此，在以自定心方式，所有节点都执行相同的过程，并且这种非自由化描述方法可以有效地描绘组行为。描述了描述的想法如部分所示4.2.2；也就是说，每个节点从本体的角度执行任务，其邻居构成一个摘要整体。通过所有节点的自定心互动，总体目标逐渐实现。

综上所述，本文提出的案例模型和开发模式框架可以为变风量控制案例提供高层次、抽象的指导。从本申请案例可以得出以下结论：²B编程模型能有效地抽象和描述I²B通过使用模型元素和关系，如区域、基本单元、属性等来控制任务。它可以将多个网络计算活动和本地任务封装到一个I中²B应用程序，它可以增强应用程序的构造性和描述性。

6.结论

在本文中，我们提出了一个开发I的规划模型²B应用程序和激励编程语言设计。首先，INR编程模型及其开发I的关键机制²B APP成立，其中包括三个子模型：个人，邻里和区域. 然后，结合本地任务、网络计算任务和I²分别介绍了控制任务、三种编程子模型和实现机理。表格2显示了所提出的INR编程模型满足I²B应用程序编程。

并将INR规划模型应用于某变风量空调系统优化运行的应用案例中进行了实验。通过案例分析，说明了自主创新的发展模式²B应用程序与提出的编程模型，并验证了我们的方法的有效性。INR规划模型和I²基于INR的B应用程序开发模式是I²B控制和开发，可进一步为I提供有意义的指导和支持²B语言设计与I²B应用程序开发。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

利益冲突

作者声明，本论文的发表不存在利益冲突。

致谢

本研究由国家重点研发计划项目(新一代智能建筑平台技术)资助(no . 2017YFC0704100)。

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