[发明专利]用于生物学分析的机电系统的作业调度程序

说明书

技术领域

本发明涉及用于调度受限于互斥约束和互相延迟约束的设定时间的作业的多个并行序列的方法和系统。具体地说，本发明涉及用于执行多个并行生物学分析的系统的调度程序，所述并行生物学分析对不同的样本应用不同的分析协议，同时共享一组机电设备。

背景技术

尽管调度具有互相延迟约束和互斥约束的具有允许的有限空余时间的多个并行且设定时间的作业序列的问题可以适用于各种各样的背景，但是在本发明中，我们参考用于生物学分析的机电系统的运行时的调度程序的具体实例来讨论该问题，而不失一般性，例如，所述机电系统诸如由bioMérieux设计的VIDAS系统。

本实例的系统能够运行多个并行分析的组、每个并行分析都交替样本的生物学反应的步骤和由共享的机电设备执行的传送操作的步骤；每个反应步骤的持续时间是由该分析的生物学协议(protocol)确定的，但是在每个反应步骤完成之后，可以增加有限等待时间。

这引起了在每个步骤之后确定等待时间，以便符合最大允许延迟并且避免在共享资源的使用中的冲突，同时最大化并行分析的数量并且最小化它们的总完成时间的调度问题。

更详细地说，每种类型的生物学分析是由预处理阶段和分析协议组成的。在分析开始时，样本被包含在通过条形码唯一标识的试管中，而其他的管子含有稀释液和培养液并且其余的管子是空的。在预处理阶段，自动取样器在各个管子之间反复地倾倒样本；每个取样器操作持续确定的时间量。在连续的操作之间允许等待时间，但是它们被约束为在由培养期/反应期以及样本变质特性确定的最小值和最大值之间变化。在预处理阶段完成之后，分析协议遵循固定的步骤序列，在这期间，样本与试剂结合了并且通过其操作花费确定持续时间的读取头进行了多个测量(见图1)。

为了机电组件的有效利用，多个可能为不同类型的分析被并行执行。为此，该系统构成了多个单元，每个单元都用于每个分析。进而，每个单元被分成多个插槽，所述插槽携带可以经过不同的预处理并且可以在不同对象的样本上操作的不同的样本。然而，由于读取头被设计为同时对整个单元进行测量，因此在同一个单元中的所有插槽被约束为运行相同的分析协议(见图2)。

取样器和读取头在不同的插槽和单元之间共享并且不能被两种不同的分析同时使用。这引起了必须确定每个预处理的初始延迟以及在相同分析的事件之间的等待时间的可行值的调度问题。这种值必须避免取样器和读取头同时期操作的需求，避免等待时间超过允许的界并且保持尽可能短的分析组的总时间间隔。

问题阐述

该问题可以采用如同独立且非抢占的n个作业J₁….J_n的组的作业车间的调度的一般概念来正式建模，这n个作业J₁….J_n的组具有释放时间r₁….r_n以及确定的执行时间e₁….e_n，每个作业被静态分配到m个独立的机器M₁….M_m中的一个机器上，这受限于优先约束和互斥约束：

-对于任意两个作业J_i和J_k，优先约束可能要求在J_k完成和J_i开始之间的延迟在最小量d^-_ik和最大量d⁺_ik内变化：

d^-_ik≤r_i–(r_k+e_k)≤d⁺_ik

-对于任意两个作业J_i和J_k，互斥约束可能要求J_k和J_i的执行期不重叠；这可以使用以下两个判定中的任意一个来实现，所述两个判定保证J_i在J_k完成之后开始，或者保证J_k在J_i完成之后开始：

r_i≥r_k+e_k或者r_i+e_i≤r_k