网格体系结构范文（精选12篇）
网格体系结构 第1篇
关键词：OGSA,网格体系结构,Web服务,网格服务
0 引言
“网格”是一个新出现的概念,代表了一种先进的技术和基础设施,是继Internet之后又一次重大的科技进步。它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体,为人们提供更多的资源、功能和交互性。对于网格的定义目前还没有一个普遍接受的定义。运用比较广泛的一个网格的定义是2002 年7 月,Ian Foster 在《Grid Today》— Global Grid周报上发表的《什么是网格?判断是否为网格的三个标准》一文中从3个方面更清晰地定义了网格,他认为网格是一个满足如下3个条件的系统:
(1) 在非集中控制的环境中协同使用资源。
(2) 使用标准的、开放的、通用的协议和接口。
(3) 提供非凡的服务质量。
1 网格的体系结构
网格体系结构是网格的骨架和灵魂,是网格最核心的技术, 它包括对网格基本组成部分及各部分功能的定义和描述,还包括网格各部分相互关系与集成方法的规定等等。只有建立合理的网格体系结构,才能够设计和建造好网格,才能够使网格有效地发挥作用。到目前为止,比较重要的网格体系结构有二个。一个是Forster等在早些时候提出的“五层沙漏结构”;另一个是在以IBM为代表的工业界的影响下,在考虑到web技术的发展与影响后,Foster等结合web services提出的开放网格体系结构OGSA (Open Grid Services Architecture)。
“五层沙漏结构”是以“协议”为中心的,而OGSA最突出的思想则是以“服务”为中心。在OGSA框架中,一切都抽象为服务,包括计算机、程序、数据、仪器设备等,这样便有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格中的资源。
2 OGSA架构
如图1所示,OGSA架构由四个主要的层构成,从下到上依次为:
(1) 资源层——物理资源和逻辑资源。
(2) Web服务层——Web服务,以及定义网格服务的OGSI扩展。
(3) 基于OGSA架构的服务层。
(4) 网格应用程序层。
2.1 资源层
资源层是OGSA以及网格计算的中心部分,也是整个网格体系结构的最底层。在这层中又可细分为两个部分:下层——物理资源,包括了构成网格能力的服务器、存储器和网络这几大部分。上层——逻辑资源,它是在物理资源之上构建起来的,通过虚拟化来聚合物理层的资源从而提供额外的功能。通过通用的中间件,比如安全管理、数据库管理、目录和工作流管理、文件系统等,在物理网格之上提供这些抽象服务。
2.2 Web服务层
在OGSA中,所有网格资源都被建模为服务。在这一层中,OGSA在原来Web Service服务技术的基础上,利用诸如XML与Web服务描述语言这样的Web服务机制,进一步扩展了Web服务并规范定义建立了网格服务。
在OGSA中为了将Web服务和网格服务层有机的结合起来,在Web服务层中对核心Web Service进行了扩展,形成了OGSI开放网格服务基础设施。OGSI中引入了网格服务的交互模型,提供了发现、生命周期、状态管理、服务组、事件通知等接口和约定,从而在网格中实现了瞬间服务与状态管理。网格服务引入的主要接口如表1所示,其中只有GridService接口是必需的,而其它的接口都是可选的。
2.3 基于OGSA架构的网格服务层
网格服务层建立在Web服务层及OGSI扩展的基础设施之上,主要包括网格核心服务、网格程序执行服务、网格数据服务。
2.3.1 网格核心服务及其功能
网格核心服务由四种主要的服务类型组成:
(1) 服务管理。提供相关功能来管理分布式网格中部署的服务,包括服务的注册、发现、绑定分离等。
(2) 服务通信。包括了支持不同网格服务间通信基本方法的功能,它们支持多种通信模型,这些模型能够允许进行有效的服务间通信。
(3) 策略服务。提供一个用于创建、执行和管理系统操作策略和协议的一般框架。
(4) 安全服务。运用一种使得不同操作系统能够安全地互操作的方式来支持、集成和统一流行的安全模型、机制、协议和技术。
2.3.2 其它的网格服务
(1) 网格程序执行服务。虽然OGSI和网格核心服务一般适用于任何分布式计算系统,但是网格程序执行类别是支持高性能计算、并行计算和分布式协作的分布式任务执行网格模型所特有的。被实现为这类服务的一部分的作业调度和工作负载管理原则,是网格计算和虚拟化处理资源的能力的中心。
(2) 网格数据服务。它是对程序执行服务所规定的计算虚拟化约定的补充。支持数据虚拟化的概念,并提供与多种类型的信息的分布式访问相关的机制。用于联合多个相异的分布式数据源的方法可能还提供存储在不同模式下的数据的集成。
2.4 网格应用程序层
网格应用程序层是开放网格体系结构的最高层,它在下层为其提供的基本网格服务的基础上,引入新的应用服务扩充到网格系统中,形成一个或多个基于网格架构的服务的新网格应用程序,使得网格应用范围不断的扩大。
3 OGSA与Web服务之间的关系
OGSA是一个面向服务的网格体系结构,是一种特殊的Web服务,它把网格计算和Web服务相结合。所以OGSA和Web服务即有相同之处又有不同之处。
相同点:它们都是面向服务的体系结构,所以都符合SOA的构架模型。另外,OGSA和Web服务同样使用简单对象访问协议SOAP在服务提供者与服务使用者之间进行协议及消息的传递;通过WSDL协议定义服务的接口;使用UDDI协议进行注册和查找。
不同点:OGSA是一种特殊的Web服务,虽然其大部分标准还是建立在现有的Web服务标准之上,但是它提供了更完善的接口定义,既具备了原有的Web服务的所有有利因素,又对其进行了扩充,使得Web服务更安全、更可靠、可扩展而且性能更高。
(1) OGSA与Web服务最大的不同之处就在于网格服务支持临时服务,即OGSA具有动态特性。在Web服务中主要是固定的服务,服务建立起来后就一直存在,直到服务中止。但在网格环境中,由于存在诸多的不确定性,所以要求对临时服务提供较好的支持。为了解决这一问题,OGSA引入了软状态这一概念,网格服务通过维护一个内部状态来进行服务生命周期的管理,同时网格内部可能出现一个服务拥有多个实例,从而可以通过这个状态来标识同一服务的不同实例。
(2) OGSA的适用范围比Web服务更为广泛。网格把物理上分散,通过网络连接在一起的服务器、存储设备等软硬件组成虚拟的组织,解决资源共享和协同问题,把更多的资源有机的结合在了一起形成了一个与硬件环境无关的虚拟计算机,而Web服务只是构架在虚拟计算机平台上的,与平台/语言无关的应用交互集成平台。
4 小结
网格计算是信息技术的第三次革命,OGSA是在5层沙漏结构的基础上结合Web Services提出的以服务为中心的新一代网格体系结构。网格服务建立在Web Service基础之上,同时它还对Web Service进行了扩展。OGSA是一种比Web Service更为完善的面向服务的体系结构,它具有动态特性,可以动态的创建和删除服务实例。OGSA平台能够更好的和现有的各种技术结合,充分利用现有的各种技术和软、硬件资源,更好地实现网格的思想。随着对OGSA研究和应用的进一步深入,它将越来越完善,并将最终成为分布式资源共享和服务的最主要的体系结构之一。
参考文献
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网格体系结构 第2篇
网格体系结构是网格计算的`关键技术之一.针对军事应用需求,提出了一种面向军事应用的网格体系结构,讨论了各层次组成及功能,并研究了网格体系结构的Petri Net描述方法.与经典网格体系结构相比,提出的体系结构有助于提高网格系统的好用性、透明性、自治性、模块性、一致性等.
作 者：曹耀钦 李光明 宋建社 GAO Yao-qin LI Guang-ming SONG Jian-she 作者单位：曹耀钦,宋建社,GAO Yao-qin,SONG Jian-she(第二炮兵工程学院计算机系,西安,710025)
李光明,LI Guang-ming(陕西科技大学计算机学院,陕西,咸阳,712081)
刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)： 14(2) 分类号：V271.4 TP393.102 关键词：军用网格 网格体系结构 Petri网模型
网格GIS的结构特征与应用 第3篇
关键词：地理信息系统网格网格GIS
0引言
近年来，随着计算机技术和网络技术的快速发展以及GIS研究和应用的不断深入，对GIS提出了许多新的要求，特别是随着遥感(RS)和全球卫星定位系统(GPS)的发展，GIS所需的数据量和所需的计算量与日俱增，所要解决的问题也越来越复杂，其中_还涉及大量的网络数据传输问题，这就给传统的GIS带来了一定程度的挑战，如何协调GIS的功能应用与庞大的数据量，如何管理巨大的网络吞吐量和传输量是当前GIS面临的主要问题之一。
1网格GIS的概念及特征
网格GIS是网格及网格计算技术与GIS相结合而形成的新的发展方向，它是一种汇集和共享空间信息资源、进行一体化组织与处理。具有按需服务能力的空间信息基础设施。网格GIS的建立能够为空间信息用户对空间数据进行信息获取、共享、访问、分析和处理提供技术支持，为空间信息应用提供一个强大的空间数据管理和信息处理基础设施，确保来自任何空间信息源的信息经过处理能在任何时候发送，并服务于在任何地点、任何有需求而且有相应权限的空间信息用户。作为GIS的进一步发展。网榕GIS与传统的GIS相比有其明显的优势和特点，主要表现在以下几个方面：
1.1高性能的计算网格计算是在Internet基础上强调对计算、数据、设备等网络基本资源进行整合，力图将Internet作为一个社会化的计算基础设施。在网格GIS中，利用网格计算优势处理GIS方面的业务，可以高效快速地进行GIS的计算与分析等各项业务。
1.2空间数据与GIS服务的高度共享在网格GIS中，每个网格节点通过中间件都可以发布自己的信息资源，同时可以利用其他网格节点上的资源，用户不必关心数据的格式以及数据的存放位置等问题，而只考虑自己的业务需求并向网格发送自己的请求信息，由网格上的中间件以及智能体来处理用户的请求，并将处理结果返回给用户。
1.3数据资源的安全性在网格GIS中，用户对空间数据的操作是通过数据库管理中间件来实现的，中间件将用户与数据库隔离起来，用户无权直接访问数据库，有利于安全管理，可有效防止恶意攻击。还可以利用数据库管理中间件的安全管理特性进一步加强权限控制管理。
1.4逻辑结构上的对等性网格GIS中，没有服务器和客户机的概念，每个用户都是对等的单元和节点，可以充分利用网格上的资源，同时别的客户也可以利用该客户提供的资源，每个客户都是以网格节点的方式存在于网格之中，因此每个节点既是“服务器”又是“客户机”。在这种结构方式下每个节点将不受其他节点的限制，变得更加灵活。
1.5面向应用的策略不同在网格GIS的应用过程中，主要是应用网格GIS所提供的功能服务。利用网格上的功能服务中间件，用户可以很方便地构建自己的GIS应用。而无需进行这个GIS系统的安装、学习等。同时这种应用是可以跨平台、跨系统的应用，给予用户极大的方便性。
2网格GIS的功能及结构体系
2.1功能网格GIS的思想在于所有资源的普遍共享，包括计算资源、存储资源、信息资源、知识资源等。基于该种思想，网格GIS的功能主要体现在以下几个方面：①空间资源共享功能。能实现应用层面的互连互通和各种异构资源共享，从而提高空间资源利用率，包括计算资源共享、数据和信息共享、应用和服务共享、设备共享、软件系统共享等。②海量空间数据存储与处理功能。由于各种计算资源与存储资源的高度共享，网格GIS能够存储、访问和管理从TB到PB量级的海量空间数据；对空间数据进行大规模、高精度、高质量的计算、处理和分析，产生用户需要的模型和信息，进而提供可视化、多媒体的空间信息服务。③异地协同工作与异构系统支持功能。由于网格GIS实现了各种硬件及软件资源的异地分布及分布式计算，因此可以实现大规模、大跨度的空间信息应用与服务，提供数据远程访问与服务、一站式服务和无障碍服务：同时网格GIS通过使用开放的技术标准，提供各种异构系统的互操作性，并保证空间信息的一致性，进而实现异构系统的相互支持。
2.2结构体系①基础层：是架构网格GIS结构体系的基础，包括基础的网络结构、网络底层协议及适合网格GIS体系的特定协议。②资源层：是由网格GIS的各种资源组成的，包括各种数据资源、计算资源、存储资源及设备等，它们通过Internet或者各种无线通信设备实现物理连接。③服务层：是整个系统的核心，指导系统正确地运行，提供空间信息一体化管理与处理平台，实现GIS的各种功能，主要包括空闻信息获取与分析处理软件、大型地理信息系统、空间信息搜索引擎、空间数据的组织与管理和各种服务规范、协议等。④应用层：是网格GIS用户的具体应用界面，它提供一个面向应用领域的空间信息集成应用环境，即在服务层的基础上，面向各个具体应用领域，就空间信息的使用模式和使用特点，提供空间信息使用政策和协议、应用软件工具、应用开发平台等，建立空间数据处理与信息服务集成环境。
3网格GIS的应用
3.1在城市管理中的应用由于城市管理涉及到的部门比较多，所需的各种数据位于不同地区或部门的数据库中，而且每个单位都建有各自的数据库和信息系统，不仅造成了巨大的资源浪费，而且由于各部门之间的扯皮和推诿造成城市的管理效率十分低下。城市网格化管理是网格化管理理念在城市管理中的具体运用。目前在北京、上海等地已经建成城区网格化管理信息系统，并取得了良好的效果，正在全国其他地方推广使用。
3.2在房地产管理中的应用房地产信息化建设的最终目标是实现各管理系统之间数据信息和各种资源的高度共享。但由于涉及面广、数据分散，以往的信息化建设举步维艰，而网格GIS具有分布性、异构性和协同性等特点，因此，可以借助网格的这些特点，构建区域的房地产网格GIS，实现区域各种房地产相关管理资源的共享，从而提高房地产管理的水平和效率。
3.3在资源勘测与调查中的应用资源的勘测与调查对国民经济和社会发展具有重大意义，是一项艰巨而复杂的任务。我国过去几十年花费了大量的人力、物力和财力收集各种地下、地面、大气的资源数据，采用的手段包括地下勘探、地面人工测绘和监测、航空遥感、卫星遥感等。由于目前这些数据零碎地分散在不同的地方和部门，共享困难，利用率很低。应用网格技术建立包括各种资源的网格GIS，能在较短时间内把需要的数据从不同的数据库中抽取出来并综合在一起，利用网格系统中所需要的各种软件和硬件资源进行计算与分析，以提高各种资源勘测与调查的效率和水平。
3.4在其他方面的应用网格GIS的应用领域十分广泛，除了以上所介绍的几个领域外，在其他许多领域，如环境保护与监测、列车调度、疾病的预测与防控、灾害的防治与救护等方面均可发挥重要作用。
网格体系结构 第4篇
目前网格计算(Grid Computing)已逐步成为高性能并行计算及基于Internet应用的重要研究领域,自1995年北美I-WAY实验室首次提出网格计算概念以来,相继出现了一系列的网格研究项目,1997年,Argonne国家实验室、芝加哥大学、南加利福尼亚大学等科研机构联合开发的Globus工程,提出了基于公钥协议实现通用安全服务(GSS)的网格安全基础设施(GSI)的概念,Globus Toolkit工具包为GSI的研究提供了实验床。目前,Globus已逐渐成为网格界公认标准。
1 网格安全研究现状
网格安全体系既要提供传统意义上的网络安全功能,同时还要满足由网格的异构动态性引起的一系列特有的安全需求,主要包括安全的组通信、协同认证、资源认证、灵活的安全策略等。目前国内外学术界和工业界提出的安全标准和机制都无法满足所有这些网格特有的安全需求。PKI提供了基于证书和公钥技术的安全基础设施,但缺乏与其他安全解决方案的互操作性,不能适应网格的异构和动态性。Kerberos5提供了认证、保密、代理等功能,但无法满足协同各管理域间的安全解决方案和基于用户的信任关系。SSH基于公钥技术解决了管理域间安全通信并支持多种证书形式,但未能提供授权和委托,且其大量的编码增加了广域网格上的网络流量。参考文献[2]描述的过程化的网格安全结构,引入了用户代理和资源代理的概念,但未考虑安全组通信需求。参考文献[3]基于目前流行的开放网格服务体系(OGSA)提出了网格安全服务的概念,将安全作为一种Grid Service来处理,提高了融合性,但仍处于起步阶段,可靠性完整性方面仍有一些安全问题有待解决。
国内从99年我国开始建设中国国家高性能计算环境以来,对信息网格安全问题也进行了一定层次的研究。参考文献[4]提出了基于协议分层的网格安全结构体系,但其安全组通信的解决方案未能适应网格的异构动态性。参考文献[5]讨论了安全代理系统Myproxy,未能解决代理机制对于网格的普适性。
基于以上研究分析,我们提出基于代理的网格安全架构机制,通过建立可靠安全高效的代理机制,才能解决系统的安全和保密问题。
2 基于代理的网格安全体系结构模型
考虑到一次网格计算的执行过程,并在以上安全策略的范围之内,我们提出了一个基于代理的网格安全体系结构模型,并研究和分析模型中的每一个部分。这个模型在一次的网格计算中在单一的信任领域请求了资源,不过其分布的节点并不相同。假设在一个信任域中有一个CA中心,一个资源管理代理,多个节点,每个节点有一个资源代理。
在这个模型内,节点1和2是相同的信任领域,那么资源代理A和资源代理B的证书是来自于相同的认证中心,而且他们获得的代理证书和用户证书的途径非常的相似。因此在模型的安全性分析中,我们可以省略对这一部分的分析。
下面将把一次网格计算分为获取证书、资源管理代理的创建、用户代理的生成、资源管理代理的中介服务、资源的分配五个部分进行分析。
2.1 用户证书的获取
证书是在网格计算中,用来证明自身身份的一种信息和文件,证书是由可以信任的认证机构统一来签发的,并采用统一的格式,主要是为了相互之间可以相互认证和辨认,证书是具有时效性的,避免伪造证书。用户创建用于鉴别各自身份的密钥对和待签发的证书,并把待签发的证书通过可靠方式发送给可信CA。可信CA鉴别用户的正确性,用自己的证书签署用户的待签发证书,并用可靠方式返还给用户。这样为以后的实体间认证提供了统一的格式。
2.2 资源管理代理的创建和证书的获取
本模型的特色是在用户代理和资源代理之间引入了资源管理代理(MA),MA的定义如前所述,其部署于网格注册中心所在的节点上,它的任务是对目录服务器中的资源信息进行维护,响应用户的资源请求,在用户发起资源请求时快速合理地向用户分配资源。
MA向资源代理发送MA服务通知,资源代理返回资源信息给MA;当一些资源加入或离开网格系统、或者无效时,资源代理发送更新消息给MA。随后,MA更新资源信息。所有的资源代理发送信息给MA,所以MA能“看到”网格计算系统的所有资源,而资源代理只能“看到”部分资源。当用户需要大量资源时,MA能提供所有资源信息,而资源代理只能提供局部资源信息。
MA获取证书的过程和用户获取证书的过程类似,此处就不再叙述。
2.3 用户代理的生成
由用户生成,并利用用户签署的临时代理证书提供安全的身份证明。用户代理是在这个体系的结构中,是一种能够代表用户权限的实体。不过,出于对网络安全的考虑,用户代理的权限是有一定限制的。最直观的看,用户把自己的安全证书交给用户代理使用,但是这个方法很容易泄露用户的安全证书,并且这个方法不能够限制用户代理的存在时间,所以,我们选择采用临时信任状(CUP)发给用户代理的方法,来保障用户证书的安全。
2.4 资源管理代理(MA)的中介服务
用户代理通过MA向资源代理申请消息,MA通过建立资源分配方案协助资源代理分配资源。MA中介服务过程如下:
(1)用户代理和MA使用各自的证书进行相互认证,同时需要检查用户代理的有效期;(2)用户代理签署资源申请消息,并把它发送给MA;(3)MA分析目前可获得的资源,建立相应的分配方案;(4)按照分配方案,MA把申请分成小部分,以便资源代理处理申请;(5)如果资源可获得,MA签署用户代理ID和申请消息,并发送给资源代理,在此我们假设MA把该申请交给了资源代理B。
2.5 资源的分配
在介绍资源分配步骤之前,为了执行本地访问安全控制,资源代理B要把一个主体映射为一个本地资源能识别的主体,也就是把主体的全局名称换成本地的局部名称。为了实现这种名称映射,资源代理B必须能够对证书、主体、资源证书和资源主体进行访问。
该映射算法主要通过进程管理者(即资源代理)完成对安全证书和本地安全证书或本地安全帐号的访问,并建立相互映射关系。
2.5.1 由用户向资源代理申请资源
(1)资源代理B收到MA送来的申请后,因为刚才在映射的过程中用户代理UP和资源代理B相互认证过,所以资源代理B只需要校验用户代理是否被授权访问申请的资源;(2)如果用户被授权,资源代理B分配资源给用户代理;(3)资源代理创建一个RESOURCE-ASSIGNMENT-OK消息,并发送给MA;(4)当此消息到达时,MA更新资源信息。
2.5.2 5.2(a)5.2(b)5.2(c)5.2(d)进程对资源的申请假设
在计算的过程中,进程1需要使用节点1上的资源,若节点1上有资源代理A,则需要通过进程1提出对资源的申请,为了实现该申请,用户代理通过5.2(a)给进程1创建一个临时的信任状CP,该信任状能代表创建该进程的用户的身份活动。这样进程申请资源分配的步骤如下:
(1)进程通过CP和资源代理A进行相互认证。(2)进程向资源代理A发出需要申请资源的请求,格式采用CP{operation,operation args}的形式。(3)用户代理和资源代理A相互认证,同时通过访问由资源代理A维护的映射表完成从全局名到局部名的转换。(4)资源代理A校验用户代理是否被授权访问申请的资源;(5)如果用户被授权,资源代理A分配资源给用户代理;(6)资源代理A创建一个RESOURCE-ASSIGNMENT-OK消息,并发送给MA;(7)当此消息到达时,MA更新资源信息。
3 结论
通过对该模型的各个部分的描述,我们注意到用户代理、资源代理和资源管理代理在该体系结构中有举足轻重的作用。代理技术主要强调系统的分布性、自治性和智能性,通过代理机制一次认证,单点登录访问资源,由代理执行任务,代理在服务请求者和服务提供者之间去匹配对应的服务,服务请求者将作业提交,服务提供者应确保把适当可用的网格资源分配给请求者。
摘要：本文首先介绍了网格的相关概念,然后对网格中的安全问题进行了详细讨论。在分析网格安全技术的基础上,给出了一些定义和形式化的描述,然后讨论了一种基于代理的网格安全体系结构参考模型,该模型实现了网格安全体系结构与网格体系结构的融合。
关键词：网格,网格安全,安全模型,代理
参考文献
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网格化管理体系一览表 第5篇
务部
刘 计划财
人力资源部王伟
安全技术部 王健
CNG车用燃气事业部 翁 士 学
总经理办公室陈晓红
内审部 吕 红 冰（兼）
物资供应部 董 书 伟
运行管理部 单 来 河
工程部
唐军
勇 客户服务部刘
勇 市场开发部刘
燃气具经营处 高 兆 顺
村镇有限公司杨帆
总经理：史德强
财务总监：郑孝明 副总经理：李启会 副总经理：吕红冰 总经理助理：田军 总经理助理：李艳峰 总经理助理：王颖
琳
国运加气站 杨 列 东
城东加气站 张 永 林
公交加气站 张涛
刁庄门站 王蕾
网格体系结构 第6篇
关键词：空间网格结构；深圳大运会体育场；施工全过程；时变效应
中图分类号：TU393.3 文献标志码：A 文章编号：16744764（2012）05008507
近年来随着中国社会不断进步与经济快速增长，公共建筑的规模亦日益扩大。大跨空间网格结构体系以其优美的建筑造型、强大的跨越能力和良好的受力性能等优点，在各地兴建的诸多大型体育场馆、会展中心、候车室（厅）等大型公共建筑中得到了广泛应用，其工程数量与建设规模在近10年来得到了急剧发展[1]。
深圳大运会体育场（如图1（a）所示）采用了1种新型的大跨空间网格结构体系：“单层折面空间网格”结构，其平面尺寸达285 m×270 m，周长接近1 000 m[23]。对于如此大规模的空间结构体系，其施工过程必然是分阶段进行，一般包括：分阶段安装的过程与安装完成后的卸载过程。这样不同的结构部分将依据其施工顺序先后参与工作，导致其几何形态、刚度分布、荷载大小和支座约束等方面都处于不断的变化过程中，结构受力呈现出较强的时变特征。但在结构设计过程中，则往往假定结构一次成型、所有杆件同步受力，这样的计算假定与实际的施工过程存在差异[410]。
为此，笔者基于大跨空间网格结构的矩阵力学模型，采用考虑时变效应的施工全过程分析方法，并利用模拟支撑特性的组合千斤顶单元，对深圳大运会体育场单层折面空间网格结构的合拢拼装与支撑卸载全过程进行仿真分析，从而能准确确定该复杂空间结构在实际施工过程中的受力状态，并为工程施工方案的制定与施工过程的控制提供依据。〖=D（〗 周 臻，等：大跨单层折面空间网格结构施工全过程分析〖=〗1 单层折面空间网格结构的受力特点
大运会体育场的钢屋盖结构是基于建筑师水晶石造型的设计构思发展起来的，结构体系为一系列的空间折面结构（图1）[11]。每个结构单元的轴线是基于体育场看台的轴线而布置的。屋盖结构的外侧为整个体育场的幕墙。体育场的平面为椭圆型，屋盖结构由20 个形状相近的结构单元构成（单元分区如图1（b）所示），屋盖的悬挑长度在不同的区域分别为51.90～68.40 m。屋盖结构包括马鞍形的外圈和内圈。外圈的高差为13.00 m，内圈的高差为8.56 m。
整体结构体系具有悬臂折板的受力特征。杆件体系分为2级，第1级为骨架杆件（主受力杆件）；第2级则为次级杆件（次受力杆件）。结构受力时，荷载主要通过悬臂折板的骨架杆件进行传递，而次级杆件则连接各骨架杆件，一方面为骨架杆件提供稳定支撑，另一方面使各骨架杆件之间形成更为紧密的空间整体受力体系，增强结构的受力性能。
图2为结构承受竖向均布荷载作用下主杆杆件的受力特征示意，折面空间网格结构主要通过屋面结构的脊杆、谷杆及斜腹杆将外力传递给背部墙面结构，再传递给支座和基础。结构承受竖向荷载时，“脊杆”受拉，“谷杆”受压，“脊杆”与“谷杆”之间形成一对力矩，从而抵抗外荷载产生的弯矩。而外荷载在屋面结构中产生的剪力以及在背部墙面结构中产生的轴力则由斜腹杆以及背部墙面结构的谷杆承担；悬挑折板结构的倾覆弯矩则通过圆形平面的环向力来承担，表现为由于各标准单元之间的相互作用而产生的空间效应。
为分析在对称竖向荷载作用下的结构各单元之间相互作用，截取1/4的结构模型，在截断边缘上依据结构对称和荷载对称的性质，在截断节点处施加竖向滑动约束，如图3所示。计算得到的截断边缘的侧向反力与侧向弯矩分布如图4所示，图中侧向反力为正代表截断边缘受压。由图可知，在骨架杆件交界处的截断边缘节点，支座呈現较大的反力，而在次级杆件交汇的截断边缘节点则反力相比而言较小，表明各标准结构单元之间的相互作用以骨架杆件之间的相互挤压为主，这也符合折板结构的特性。此外，在截断边缘处，除背部墙面结构的节点的侧向弯矩较大外，其余节点的侧向弯矩都相对较小，表明各标准结构单元之间的相互转动约束主要表现在背部墙面结构，而在屋面结构则相对不明显。综合来看，结构各标准单元间的相互作用很强，表明结构具有很强的空间整体效应。但在结构的分段拼装施工过程中，由于结构整体尚未成型，结构的环向约束刚度相对于使用阶段较小，由此导致结构施工期间整体刚度的削弱。因此，有必要对该结构进行精确的施工全过程分析，以准确评估结构在施工期间的安全性能，为施工过程控制方案的制定提供依据。
其中：K=TTKeT为结构整体刚度矩阵。
2.2 考虑时变效应的施工全过程分析方法
结构在拼装合拢与支撑卸载的施工过程中，其几何形态、刚度大小、支座约束与外部荷载均处于不断变化的过程，需经历若干个中间过渡状态才能达到最终施工完成的结构状态。因此，结构在施工过程中的受力状态随着施工阶段的进行亦在不断变化，体现出与时间（施工阶段）在一定程度上的相关性，即通常所说的状态非线性。而为了模拟施工过程中这种结构力学状态的变化，则必须采用考虑时变效应的施工全过程状态非线性分析方法[1314]。笔者以上述大跨空间网格结构的矩阵力学模型为基础，将施工全过程非线性分析方法的求解过程描述如下：
1） 依据拟定的施工方案，可将施工过程划分为n个阶段（步骤），从而得到施工全过程计算的n个时间点构成的时间序列，即：s0=0 2） 在结构的拼装合拢与支撑卸载过程中，结构构件被不断地安装或临时支撑被不断地拆除，这可以通过不断地修改单元和结构的刚度矩阵来实现。假设在si时刻结构的受力状态已知，则可确定此时刻已有结构的整体刚度矩阵Ki。若在此时刻基础上下一阶段施工时将会安装和拆除的构件（支撑）单元的刚度矩阵分别为Ki+1ea和Ki+1es，则si+1时刻分析时结构的刚度矩阵为：
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3） 随着施工过程的进行，结构所承受的外部荷载有可能也在不断改变，因此可对ΔPi进行修改来模拟。同时边界条件的变化则可通过修改Δdi及控制方程或施加约束方程来引入。由于此时si时刻结构的受力和变形状态已通过式（4）求解得到，即：d、Si、Di已知，由此可推出si到si+1时刻结构分析的刚度法方程为式（6）。
4） 按照预定的施工顺序依次扩大施工阶段的结构求解区域，修正结构的边界条件、荷载条件和材料特性等参数，直至施工过程全部完成，即可对施工全过程受力的时变效应进行准确模拟。在上述求解过程中，可考虑几何、材料和边界非线性等因素的影响，其方法同一般的非线性增量有限元法，在此不再赘述。
2.3 支撑单元的模拟
笔者基于前述的施工全过程分析方法，以有限元分析软件ANSYS的APDL语言为平台[15]，利用“生死单元”功能，编制了深圳大运会体育场考虑施工时变效应的全过程分析程序。在施工过程的仿真分析中，临时支撑单元的模拟是较为关键的问题。在结构卸载过程中，由于临时支撑主要在受压时对结构提供竖向支撑，而当其受拉时则不对结构提供支撑作用，因此支撑单元的模拟应当具备只压不拉的特性。
ANSYS软件中的LINK10单元在每个节点上有3个平动自由度，没有弯曲刚度。该单元刚度矩阵具有双线性特性，是一个轴向仅受拉或仅受压的杆单元。使用受拉选项时，如果单元受压，则表示其处于松弛状态，刚度矩阵置零，以此来模拟索或链条的松弛；如果单元受拉则以初始刚度参与整体结构刚度矩阵的集成。使用受压选项时，在单元中设置GAP，如果单元受拉，则表示单元中的GAP处于裂开状态，此时GAP打开，单元刚度矩阵置零；如果单元受压则GAP闭合，单元以初始刚度参与整体刚度矩阵的集成，即可模拟构件的只压不拉。但由于临时支撑不仅在受压时具有轴向刚度，同时具有一定的抗弯刚度，而LINK单元为不具备任何抗弯刚度的铰接杆单元，因此如单纯采用LINK10单元模拟临时支撑，可能导致结构在施工过程中的不稳定状态，使结构施工位移的计算较实际情况存在较大差异。为此，可在LINK10单元的基础上，并联1个BEAM4梁单元，由梁单元提供相应的抗弯刚度，从而形成组合支撑单元。
BEAM4单元是一种可用于承受拉、压、弯和扭的经典梁单元。单元在每个节点上有3个平动和3个转动共6个自由度，位移函数采用三次插值函数。截面特性以面积、惯性矩和轮廓尺寸等实常数的形式输入，使得组合支撑单元参数的输入非常简便。通过对组合支撑单元的参数进行合理设置于调节，能够精确模拟临时支撑的真实特征。例如：组合支撑单元的轴向刚度全部由LINK10单元提供，因此可对LINK10单元的刚度矩阵乘以刚化系数α，可模拟支撑轴向刚度无穷大；由于BEAM4单元仅提供抗弯刚度，因此给其刚度矩阵中的轴向刚度乘以软化系数β。由此可得组合支撑单元的刚度矩阵如式（8）所示。一般α取103，β取10-3可满足工程精度要求。Kes=EA1Lα00-α00
3 深圳大运会体育场的施工全过程分析
3.1 施工方案的制定
结构的施工方案包括拼装合拢方案与支撑卸载方案。图5给出了结构的拼装合拢方案示意，由于结构由20个标准单元组成，因此以每一个标准单元为1个施工阶段，结构的拼装合拢过程共由20个施工阶段组成。
图6为结构的临时支撑编号示意，结构共有120个临时支撑，按照其径向位置共分为6圈，ZJ1（编号1～20）、ZJ2（编号21～40）、ZJ3（编号41～60）、ZJ4（编号61～80）、ZJ5（编号81～100）、ZJ6（编号101～120）。支撑卸载方案采用拆除支撑与分级卸载相结合的方式，具体实施过程为：
直接拆除ZJ1→直接拆除ZJ2→直接拆除ZJ3→直接拆除ZJ5→直接拆除ZJ6→分4级卸载ZJ4。
在拆除或卸载各圈支架时，遵循十字交叉的原则，每一步拆除或卸载4根；分级卸载时7以位移为控制标准，各级的位移控制量分别为目标位移的20%、20%、25%和35%。这样结构的支撑卸载过程共由45个施工阶段组成。
3.2 施工过程中的最大位移与应力
施工全过程的最大位移与应力分析结果如图7所示。由图7可知，结构在施工顺序中的45步之前，最大位移变化很小，基本在50 mm左右。从第45步开始一直到最后，结构位移开始均匀增加，直到最终达到结构的设计位移状态，这主要是拆除ZJ5、ZJ6和卸载ZJ4对结构的位移影响较大。最大拉应力与压应力在结构拼装阶段存在一定的台阶现象，这主要是由于结构单元的不断增加，使得结构杆件中的应力分布不断变化。而在支撑卸载阶段，结构最大拉应力的变化幅度较小，结构的最大压应力则出现较大波动，最终达到95 MPa。依据应力分析结果，可确定应力突变较为剧烈的工况为施工过程的关键工况，包括：结构拼装阶段的第4、9、12、14步和拆除支架阶段的第42、47、55、57、59、62步，在实际施工过程控制时应对这些关键工况进行重点控制，以确保结构在施工期间的安全性能。
3.3 支撑卸载过程中的支撑轴力变化
在临时支撑的卸载过程中，某一部分的支撑拆除或分级卸载必然引起主体结构和其他支撑结构的内力重分布，尤其可能导致其他支撑的受力显著增大。因此，为了对临时支撑进行合理设计以确保结构在施工期间的安全性能，必须掌握支撑受力在施工过程中的变化规律，确定出各临时支撑的最不利内力分布，从而为支撑设计提供依据。图8给出了支撑卸载过程中的支撑轴力变化结果。由图中数据可知，ZJ3、ZJ4、ZJ5的支撑内力较大，而ZJ1、ZJ2和ZJ6则相对较小。在支撑卸载过程中，各支撑的内力均有较大波动，尤其ZJ3、ZJ4、ZJ5的内力最大值与其初始值的比值较大，最大接近于2倍。图9给出了施工过程中支撑反力的最大值分布，可作为支撑結构设计的依据。
图11 自重作用下的结构设计状态 （卸载完成）
知，施工全过程仿真计算最终状态时的结构最大挠度为272 mm，最大压应力为77.7 MPa，最大拉应力为72.3 MPa。结构设计状态自重作用下的最大挠度为279 mm，最大压应力为93.6 MPa，最大拉应力为83.2 MPa。可见，挠度数值相差很小，而应力最大则相差15.9 MPa。从图中可以看出，施工全过程仿真计算最终状态的结构位移并不完全对称，东面的B区和C区的位移比西面的A区和D区大。实际上，应力差异与位移不对称的原因都是由于施工过程的状态非线性影响所引起。由于西面结构先施工，东面结构后施工。因此，在施工过程中，东面结构和西面结构参与受力的顺序并不相同，这使得在卸载完成后，结构中的应力与实际状态存在差异，位移分布也出现了不对称的现象。但应力相差的数值较小，而位移分布的不对称性也不大。因此，施工全过程仿真计算得到的结果与设计状态基本吻合，这也为施工方案的顺利实施提供了理论保证，而获得的施工全过程计算数据则可为施工过程控制提供指导依据。4 结 语
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1） 大跨复杂空间钢网格结构的施工全过程一般均包括拼装合拢和支撑卸载两大阶段。其中，结构的拼装合拢阶段一般要依据结构的几何和受力特征划分为若干个步骤，而支撑卸载也要依据施工条件与结构受力等方面的考虑分若干个步骤进行。因此，整个施工过程是由多个相互联系的施工步骤所组成，必须采取适合的分析方法对其进行精确的全过程跟踪分析，以确保结构在施工期间的安全性能及在施工完成时能够实现结构设计的预期状态。
2） 结构在拼装合拢与支撑卸载的施工过程中，其几何形态、刚度大小、支座约束与外部荷载均处于不断变化的过程，因此结构在施工过程中的受力状态亦随之不断变化，体现出与时间（施工阶段）在一定程度上的相关性。为了模拟施工过程中结构的这种力学时变特征，应采用考虑时变效应的施工全过程状态非线性分析方法，针对结构的施工全过程进行仿真分析，为科学确定结构的合拢施工方案提供理论依据。
3） 基于大跨空间网格结构的矩阵力学模型，采用考虑时变效应的施工全过程分析方法，并利用模拟支撑特性的组合千斤顶单元，对深圳大运会体育场单层折面空间网格结构的施工合拢拼装与支撑卸载全过程进行仿真分析，得到了结构在施工期间的全过程应力、位移、支撑内力等变化规律，以及结构施工完成时的最终状态与设计状态的对比结果，从而为临时支撑的设计与施工过程的控制提供指导和依据。
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（编辑 王秀玲）doi：10.3969/j.issn.16744764.2012.05.014
网格体系结构 第7篇
我国高速公路的现代化管理水平近年来逐步提高, 但还有待于进一步完善。目前, 高速公路管理与控制的主要任务就是要科学建立管理流程, 细化管理对象, 建立主动发现问题的网络机制, 并依托现代数字化、信息化技术手段, 结合最先进的计算机技术、软件工程、互联网通讯技术、中间技术等的发展, 逐渐发展为高度网络化、自主化、自动化与集成化的分布型复合软硬件程序。从集中到分散、加速管控中心信息与通讯技术的发展, 提升程序运行的成效。中国对ICT技术的开发和运用, 对ICT技术的实行与培训已经和全球接轨。可是从本质层面而言, 目前以中间件技术为核心的主流分布型管控中心机制无法完全满足规范、自由的广域信息平台技术的需求。
要真正实现高速公路的管理和实时调度控制, 一定要迅速找到高速公路的管控方式、即时调整管控措施。可是此过程具有下述困难, 导致现实情况下高速公路无法真正意义上实现智能管理和实时调度, 而只能在小范围、小规模化地进行静态或“准”动态控制。困难重点表现在: (1) 自动化高速公路系统包含诸多子系统, 每个子系统构成体现出分布式特点, 运行体现出动态性特点; (2) 智能高速公路控制问题属于核算密度问题, 难以即时求解; (3) 智能高速公路的运行信息和管控信息都体现出数量多的特点; (4) 智能高速公路的管控手段和举措的运用方面和服务对象体现出差异性。因此, 建立一个可以全方位互享资源、具有优良的核算水平的工作平台, 且以此为基础达成通道管控举措与战略的迅速求解是十分有必要的。
网格 (Grid) 能够达成在诸多虚拟组织间实施众多动态信息的分布型储存与优化、信息资源的迅速传输与互操作和高水平的核算等性能。因此, 基于网格技术构建高速公路控制中心, 可为分布性程序异构资源的互享、高水平核算提供一个很好的平台, 进而实现快速求解协同控制问题, 真正实现高速公路的有效管理与控制。基于网格技术建立的平台具有的优势表现在4个层面: (1) 分层结构的分布型运用服务, 实现异构资源共享; (2) 软件工程提供多种方便并可扩展的应用软件; (3) 网格计算与标准化Web服务体系实现信息和通信技术; (4) 网格所提供的分布式数据采集和处理方法, 使信息计算和处理速度大幅提高。
1 网格技术在高速公路控制中心应用的适应性
1.1 面向服务的构架 (SOA)
面向服务的构架其实质是一个组件模型, 其把应用软件的各个功能板块利用此些服务之间定义优良的接口与协议关联在一起。接口运用单独于达成服务的硬件平台、程序编写语言、操作系统的中立方式进行定义, 实现了构建于不同系统中的服务可以使用统一和通用的方式进行交互。服务提供方是一个能够利用互联网找到其地址的不同实体, 利用把接口提供给注册中心实现服务。注册中心根据查询要求将相应的服务提供者信息通知使用者。此种带有中立的接口定义的特点叫做服务间的松耦合, 其优势体现在两个方面:其一是较强的灵活性;其二是当构成应用软件的特殊服务的内部架构出现变化的时候, 接口可以继续存在。
面向服务构架的概念并非什么新东西, 很多标准分布式系统已大量采用了SOA技术。不同于现有的分布式技术之处在于SOA能够在最新的和现有的应用之上创建应用。SOA有更多的标准, 为使用者的现有资产或投资带来了更好的重用性, 能够使客户或服务消费者免于服务实现的改变所带来的影响。企业通过SOA经互联网服务器直接发布信息, 突破了公司内部网络的制约, 让其和合作单位直接构建全新的通道, 节省了构建新伙伴的费用;SOA提供了更好的灵活性来构建应用程序和业务流程, 它与平台无关, 减少了实现业务应用的限制, 将企业的业务整合到大数据系统中几乎没有什么技术限制。
1.2 网格计算与网格服务
网格技术一直是计算领域的“乌托邦”, 在科技应用上虽有巨大前景, 但海量计算问题这一最大的缺陷限制了其商业推广。将来高速公路的管控中心, 网络动态剖析与管控所需要的核算数量远远高出目前的真正配置, 需要更自动化的分布型运用的核算。因而可知, 未来高速公路的控制中心首先要解决的就是海量计算问题。
基于分布式高水平计算叫做超级计算, 由诸多按照一定规律分布的处理器组成。可是其成本较多, 仅有有特别应用的极少数组织才可以配置。分布型应用中海油一种是集群计算, 以大类型、性能优良电脑为基础的并行应用, 成本较低, 在多种场合应用于复杂计算。
网格计算也是一种分布式计算方法, 但与上文提及的集群计算有所差异。其表示一种灵活并且能够延展的机制结构, 利用此架构目的是把诸多结构不同的、分散的互联网中的各类资源构成一个大规模分布型虚拟电脑, 运用这台虚拟计算机完成一些需要非常巨大的计算能力才能解决的问题, 由于该台虚拟微机信息、内部资源与应用利用规范的接口无缝连接, 对客户是公开的。此种结构经过在个体、单位与资源间达成安全、协同的资源互享, 来建立虚拟化的组织。
网格运算是分布型计算的一种表现方式, 包含组织及软硬件, 以提供没有限度的性能, 让接入互联网的所有顾客均能够进行协作与浏览信息, 云计算便是互联网计算技术的一次飞跃。这种网格计算技术融入了SOA中服务的内容, 可是其进一步把软件服务一般化为资源, 所以互联网环境中的全部资源均以服务的方式体现。网格运算利用多种资源、应用动态构成形式提供服务。本文所说的服务便是网格服务, 该种服务中最主要的任务就是完成网格计算。
1.3 网格服务与Web服务的有效结合
Web服务首先使我们拥有了一种通用的在不同机器之间交换信息的工具。Web服务构建在XML标准上, 所以不存在多台电脑间实施信息交换时存在的诸多问题:譬如较易研发且能够延展到多种不一样的环境中;无需担忧处理器字节中的顺序, 也无需把传输的数据更改为中性格式, 这是由于Web服务的标准已做好了这一切。
网格服务与Web服务的主要区别是, Web是对HTML文件的一种访问方法, 而网格是对计算机重要资源的一种柔性的、高性能的访问。但二者都需要发送处置请求、分发工作和搜集结果。所以将网格服务和Web服务相融合是最佳状态, 能够发挥他们各自具有的优点。Web服务程序的显著优势是其依托于HTTP协议, 较易把Web服务集成到已经有的防火墙、HTTP平台和别的程序中。由于大部分电脑已运行了HTTP服务, 所以能够用现有的技术与安全软件来支持网格程序, 而无需对网格加以改变, 不会给网格程序中的设施带来阻碍。可融合并非简单的叠加, 需要在网格和Web的基本原理之上, 采用新的技术来支持网格使用与开发环境。
网格服务与Web服务的有效结合, 给企业提供了进行网格计算的强大工具。Sun发布了针对网格服务与Web服务的有效结合的软件平台, 即技术计算门户。Planet Portal、Grid Engine和Sun ONE构成了技术计算门户的解决方案。这一解决方案为用户提供了在网格环境下的密集计算方法, 在Sun ONE环境下进行数据存储, 以及通过Web的图形用户界面来访问这些数据的能力。
2 未来高速公路控制中心概念模型设计
2.1 概念模型
高速公司包含的业务类别多、站点不集中、对即时性有很高要求、能够快速扩展, 为真正实现交通管控和即时协同管控, 一定要快速处理交通数据与迅速求解管控模型, 并建立易于扩展的系统运行模块和进行商务应用。本文基于开放式网格服务体系架构 (OGSA) 建立高速公路管理与控制网格, 实现交通信息的分布式处置与管控模型的分布型求解。在此网格中, 各种运算资源、终端设施、互联网资源、软件资源等均以服务的方式利用信息交互达成互享与协同, 最后实现一个分等级、面对服务对象的高速公路管理与控制网格体系。图1表达了这种体系结构。
图1中所示面向服务对象的高速公路管理与控制网格体系可以分成5个部分:
(1) 应用服务层。直接面向用户服务的各类交通服务;
(2) 领域服务层。提供面向交通部门的共性服务, 如交通流量检测与控制、事故解决、繁杂问题求解等;
(3) 基础服务层。提供建立网格的相关软件、硬件服务;
(4) 资源服务层。提供网格系统所需的各种数据源, 控制对象接口等;
(5) 交通服务信息综合服务。实现网格系统中各个级别的服务与资源配备所需要的浏览协议和管理。
2.2 网格结构与应用
未来高速公路控制中心的网格机制架构应当是内部分布着电脑与各种嵌入型智能系统 (譬如不停车费用收取系统、收费系统、监控系统、测速系统、称重系统等) , 它们通过采用标准接口的通信网络联接为一体。各类有关交通信息、交通管理和运用与交通信息处置过程分散在程序的多个部分, 运用部分的亦或整体的程序协同工作。此是代表性的分布型程序, 程序中的设施或者信息的真正位置对客户是公开的。
将来高速公路管控中心的网格体系结构的网格服务有2种典型架构:一种是请求结构, 一种是分发结构。在分发与代理的一端重点运用Web服务, 客户机从网格代理那里请求工作, 也就是说, 点单元被分布到网格中的客户机上, 这是请求架构的典型应用实例。请求架构是Web服务的最简系统, 这种系统也便是传统的分布式网络服务:客户机从网络服务器请求工作, 并将完成的工作结果回送到网络服务器。客户机只要求具有Web服务与Web服务器性能, 能够单机装设实现, 也能够装设在代理服务器上达成此性能。请求结构的典型请求过程如图2所示。
分发结构和网格服务模型完全不同, 顾客机的工作从服务器向顾客机配置。此种结构虽然与传统的架构不同, 但在某些状况下, 由于特殊的工作需要配置到特殊的实施单元, 且需要对实施过程和实施结果加以验证与监测, 那么此种分发结构便是非常实用的方式。分发结构下, 由服务器负责管控与配置网格中的一些具有特殊功能的特定单元, 以便以完成特殊的任务。此外, 分发结构对于部署一些有较高即时性要求的工作也是一种不错的方式, 这是由于服务器能够依据掌控的资源信息将这些工作安排给网络内机器的负载较轻且实时性较强的机器上。分发结构的达成问题具有很大困难, 此种模型中由服务器当做Web服务的用户机, 而客户机则需要运行Web服务系统, 正好与请求架构的运行方向相反。这时, “用户机”作为网格提供者必需支持Web服务的服务器接口, 而“服务器”变为网格提供者的Web服务用户机。图3便是此种模型的运行状况。
将来高速公路控制中心的网格体系结构应具有可扩展的信息搜集与运用、Web服务与网格运算等特点。在该服务环境中, 每一个服务板块均表现为服务。第一, 将来高速公路管控中心具有达成整个程序全部需要的信息搜集服务性能, 信息搜集服务实现带时间标志的信息搜集、验证与规范化, 并向全系统共享这些数据信息。第二, 控制中心需要对采集到的数据进行预处理和分类, 按标准数据库格式保存数据或直接提供给高等级的即时应用。此性能体现为应用服务, 体现在实际的运用实例为收费管理或监控控制系统被细分为多个基本模块, 包括基本收费管理、事故报警、电话、车流量检测与控制、情报发布等。依据控制方略和控制目标的差异性, 应用服务还能够依照差异的“粒度”加以分解。网格运用Intranet/Internet结构, 各个级别的管控单位组成其子网, 各个级别的管控单位运用相对弱连接, 网格中电脑与通讯资源利用规范的资源服务加以配置与管控。
当将来的高速公路控制中心的网格体系结构建立完成后, 每一个使用者和对管理业务实施设计的技术者只需要将精力放到应用服务与信息管控方面, 而不用关注业务达成的详细过程和细节, 因为这些对使用者及技术人员来说均是透明的。网格环境下, 网格平台建设和网格应用服务是软件提供商要完成的工作, 包括软件编写、维护及安全运行一系列工作;网络通信交由ICT专家来完成;服务消费者仅仅是服务集成者, 只需要高效的提供信息、基础数据和控制方法。明确的职责划分有利于新技术的提升和运用。
总而言之, 以网格服务为依托的将来高速公路控制中心体现出下述特点:以面向服务为核心的结构 (SOA) ;便捷的、容易扩展的应用服务;迅速、有效的分布型信息搜集与处置服务;计算结果实现动态共享;标准的网格服务架构;ICT资源应用和管理。
3 系统实施
大规模网络技术的建立与实施除了需考虑系统建设的成本外, 如何充分利用现有的资源, 并在建设与实施的过程中不影响现有的网络运行, 也是一个值得探讨和研究的课题。根据现有网络的发展经验, 基于网格技术的网络建设与实施应符合以下几个方面的要求:
(1) 根据未来高速公路控制中心的网格体系结构的具体要求, 确定系统需求信息, 例如网格规模等;
(2) 根据需求信息确定硬件设施的建设。通过成本比较选择新建网格硬件或在已有的网络 (如SPDnet) 基础上进行硬件扩展;软件应选择相对成熟的商业用网格平台;
(3) 打造一批有高速公路运行管理与控制和网格专业背景的开发团队作为技术支撑;
(4) 首先建造基础的测试系统, 然后逐步进行完善;
(5) 由于网格系统的分布性, 相应的多站点的信任管理及安全管理机制应同步建设;
(6) 建立完善的用户培训体系;
(7) 网格系统的运行维护及扩展更新技术应充足。
4 结论
网格是未来分布式网络交互、协作和计算平台的美好前景。很多行业都已经引入网格技术来解决实际问题, 并取得了良好的效果。未来高速公路关系着我国经济发展和人民生活的大局, 其控制中心的建设也应紧跟时代的发展, 勇于开拓创新, 为实现一个分散、集成、灵活和开放的分布式控制中心积累经验。
未来高速公路控制中心以实时数据为基础, 旨在保证与高速公路有关的各种分散系统运行的经济安全运行和市场运营效率。致力于高速公路发展的技术人员们正在不断的引入新的ICT技术用于建设新的高速公路控制中心。而本文所提出的基于网格技术的未来高速公路控制中心的概念设计, 就是说明网格服务体系将是未来高速公路控制中心的发展方向, 也应该是高速公路发展的技术人员研究的方向。
当然, 任何技术的发展都一定会有相应的挑战。一方面, 网格可以快速确定并应用加入到网格中任何一台计算机资源。但另外一方面, 网格应该不会因为一个低速或者落伍的系统而降低整体速度, 也就是说在对资源进行应用时应避开“最短板”问题。然而, 资源的分散及信息的分布式处理, 我们有理由担心这些数据该如何分享、分割、过滤、移动, 从而提高数据的安全性能和管理效率。而那些有意将自己系统并入网格的人是最想知道是谁在调用资源, 何时调用资源的。
从技术的发展来看, 本文所提出的未来高速公路控制中心的架构有利于适应我国大规模、互联全国的高速公路系统。应用网格技术以及其他ICT来提高高速公路控制与管理的安全经济运行水平具有重要的现实价值。
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网格体系结构 第8篇
数字图书馆一词最早由美国学者W.Wulf于1991年提出, 数字图书馆的定义也有很多种, 但其基本内容一致, 可以这样理解:数字图书馆是将海量数字化资源实行分布式计算机管理的、实现网络化存取和智能化服务的信息和知识资源共享系统。
虚拟数字图书馆是指在逻辑上存在而在实质上并不存在的一个虚拟资源。它在逻辑上具有数字图书馆的各种功能和特性, 可以像一个数字图书馆一样来满足用户的需求, 而事实上虚拟数字图书馆是由各种资源 (软件资源和硬件资源) 通过有机组合而成的, 其中软件资源主要包括各种基础设施和各种数字图书馆服务。
数字图书馆服务包含了基本服务和第三方服务, 它们都是由一些低级服务和高级服务组成。所谓低级服务是指不需要调用其他服务的底层服务, 用来完成特定的功能。而高级服务是指包含其他服务并且协同来解决某个问题的高层服务。
基本服务完成了大部分数字图书馆的传统功能, 如信息检索等。第三方服务则是为了满足用户特定的需求而设计的服务。
无论是基本服务、第三方服务、低级服务以及高级服务都属于网格服务, 是网格中的软件资源。
二、VDL的体系结构
1. VDL的物理结构。
事实上虚拟数字图书馆的自动生成以及赖以生存的整个体系结构从物理结构上来看并不是很复杂, 只是一些计算机构成的网格结点和一些硬件资源 (包括存储资源和数据库资源等等) , 它们是整套系统的基础。
由图1可知, 各个网格结点和硬件资源用高速可靠的网络互联, 提供良好的通讯以及数据传输的基础, 保障系统的正常运行。由于网格的整体与局部具有相似性这一特点使得基于网格系统的数字图书馆具有良好的扩展性, 能够在一定条件下任意的扩展系统规模, 用来提高系统的性能和服务质量, 这对那些需要较高计算能力的服务来说是至关重要的。
普通的计算机结点一般是用来提供各种服务和计算资源, 数据存储节点主要是一些高性能的数据库服务器和磁盘阵列, 它们用来提供有效的分布式数据存储, 提高系统数据的吞吐量, 解决数据分析中的数据存储问题。另外的一些资源结点主要是根据用户的特殊需求而加入网格环境中的。
从图1中我们不难发现, 连接网格结点的网络的可靠性和性能基本上决定了系统的整体服务质量, 它是系统的一个重要基础。另外各个网格结点基本上不相互影响, 保证当个别网格结点出现错误而瘫痪时整个系统依然能够正常运行, 当然这只是一个基础, 还需要从软件技术方面进行支持, 相关内容见第三部分。
2.VDL的模型结构。网格本身决定了该系统是面向服务的, 也就是说系统实际上是由一个个网格服务按照一定的规则, 在特定的上下文环境中再加上一些硬件资源包括数据库服务器、文件服务器等形成的。
图2展示了从服务角度来看时的系统模型结构, 网格系统就像是一个巨大的服务容器池, 里面包含着各种各样的服务, 包括低级服务, 高级服务以及用户定制的特殊服务, 数字图书馆的各种服务就是由他们所组成, 还有就是系统的基础设施服务, 用来保证系统正常安全的运行。
虚拟数字图书馆是系统根据用户设计的数字图书馆配置文件以及相关的资源配置文件、结构文件对现有可用的服务进行动态组合而形成的逻辑上的服务资源组。由于这种资源组合具有着不同的服务属性、服务质量或者服务方式以及使用的资源对象的不同, 从而也就形成了各种各样的虚拟数字图书馆。
值得注意的是虚拟数字图书馆系统调用的服务具体存在于哪个网格结点上是不确定的, 在用户定制数字图书馆的时候也不能指定哪个结点上的哪个服务用于该数字图书馆实例, 只是告诉系统要生成的数字图书馆包含哪些服务, 具有哪些要求, 只有当该服务真正执行的时候才会由基础服务确定哪个结点上的服务被执行, 也就是说一个用户在不同时间调用同一个服务, 服务的宿主结点可能是不一样的。
具体过程如下:当整个网格系统启动的时候, 所有已经经过设计的数字图书馆被初始化, 也就是生成数字图书馆的实例, 网格系统根据用户的数字图书馆设计文件向数字图书馆实例提供该实例被指定拥有的各种服务的引用, 同一类服务可能存在多个实体, 也就是说会有数个网格结点都提供该类服务, 但是服务质量不尽相同, 当需要某类服务执行时, 虚拟数字图书馆实例才会根据当时提供该类服务的网格结点的负载情况以及服务要求 (如时间要求) 来动态决定调用哪个网格结点上的服务实例。这样做的目的就是能够给用户提供最可靠的、满足用户要求的最合适的服务。
3. VDL的服务组成。
了解了虚拟数字图书馆的基本结构之后, 看一下该系统服务的逻辑结构 (如图3所示) :该系统总共分成了以下几个逻辑组成部分:
用户接口层:也可以叫做服务包装层, 对最终用户来说虚拟数字图书馆是由数字图书馆的设计和数字图书馆的应用两大部分组成。数字图书馆的设计是为用户定制满足自身要求的数字图书馆提供可视化界面, 此处是由高级服务根据用户的具体要求设计出令用户满意的可视化界面, 向用户提供各种所需要的功能, 包括基本服务 (如检索、浏览等) 以及特殊服务 (主要是第三方定制的完成特殊功能的服务) 。其二是数字图书馆界面, 它是根据个性化信息生成合适的界面。
应用服务层:该部分主要包含了数字图书馆的高级服务、低级服务和用户定制的特殊服务以及一些基础的服务设施。
其中高级服务主要包括以下几种服务: (1) 虚拟数字图书馆设计工厂。它直接对用户接口层的虚拟数字图书馆的定制设计提供功能支持, 也可以说用户接口层的该部分功能是虚拟数字图书馆设计工厂的可视化表现。用户使用它就可以实现虚拟数字图书馆的设计, 由它生成了一个虚拟数字图书馆的设计文档, 包括功能设计、资源使用、虚拟组织、共享策略以及数据库结构映射等等。 (2) 虚拟数字图书馆组装工厂。它主要负责初始化并启动已经设计好的虚拟数字图书馆。首先它根据设计工厂生成的设计文档来实例化一个虚拟数字图书馆实例, 按照一定的规则 (比如:用户的需求、网格结点的负载情况以及网格结点的硬件配置等) 选择合适的网格结点作为宿主结点, 启动服务, 等待用户的请求。 (3) 数字图书馆管理服务。这个服务主要是负责数字图书馆实例的管理功能, 包括用户的管理、资源的管理和数字图书馆结构功能的管理。另外该部分还能处理一些系统错误, 保证系统的正常运行。 (4) 其他高级服务。主要是辅助完成上面几种服务。
基础服务设施主要包括: (1) 访问控制服务。该服务主要是进行用户的授权和安全性检查。包括了对用户身份的认证和对资源使用的权限检查。 (2) 资源索引服务。该服务主要是负责管理和索引网格中的各种资源, 包括计算资源、存储资源、数据库资源以及其他的特殊资源。 (3) 资源动态自组织服务。该服务主要是为了将网格服务进行合理的组织, 形成特定结构的拓扑结构, 提高系统的服务发现效率和系统的稳定性能。 (4) 存储资源映射服务。该服务负责解决系统数据的存储问题, 即数据放到何处和如何放置以及如何重新获取数据。 (5) 数据库结构映射服务。该服务主要是解决异构数据库的资源共享问题, 通过数据库结构和标准结构进行映射, 完成资源的共享。 (6) 其他基础服务设施。包括数据传输控制等完成网格系统运作的必须服务功能。
用户定制服务主要是针对有特殊要求的用户而设计的接口服务, 便于系统的扩展。
低层服务层:低层服务层一般来讲主要是面向高层服务层提供基本的、单一功能服务, 并且直接与物理资源层进行交互, 是整个系统的基础部分, 可以说是系统服务核心的基础, 它在一定程度上限制了系统高层服务的功能。
三、VDL中的关键技术
1. 数据库的映射
整个虚拟数字图书馆的生成过程实际上分为两大部分即设计与初始化启动。设计也就是综合考虑数字图书馆中所需要的功能结合系统中现有服务生成一个数字图书馆的结构文档, 根据这个文档去初始化数字图书馆实例。那么在这两部分中间如何进行无缝结合、各个低级服务之间如何进行协调、服务如何理解操作者的意图, 所有这些问题都依赖于XML技术。
用户设计的数字图书馆结构用XML来存储, 程序通过分析XML文件来获得用户的意图, 并且用一个标准的XML定义文档与用户设计的数据库结构和数字图书馆结构进行关联映射, 应用服务通过这种方法来实现一般服务向特殊服务的转化, 满足用户多种多样的需求, 比如, 当一个具有几个数据库使用权限的用户来使用数字图书馆, 用户只需要提交一次查询就可以对多个属于不同数字图书馆的数据库进行查询, 从而实现了数字图书馆的底层共享。
2. VDL中数据的存储。
虚拟数字图书馆的生成过程中会产生大量的配置文档以及辅助文档, 这些文档是虚拟数字图书馆的逻辑组织形式, 另外, 由于数字图书馆处理的是海量数据, 如何安全有效的管理使用这些数据就成为了虚拟数字图书馆中要解决的一个关键问题。为此借助于GT4中的GridFTP设计了一种管理模式 (如图5所示) :
海量数据的存储利用一个索引服务来统一规划, 服务查询索引定位资源, 然后利用GridFTP进行传输, 提供给请求者。其中配置文件十分重要, 一旦损坏则整个虚拟数字图书馆就有可能瘫痪, 因此要对其进行备份, 首先对配置文件进行压缩, 然后利用GridFTP将压缩的配置文件传送到备份存储资源上。之所以要对其进行压缩是为了便于传输和存储, 提高服务质量。
3. VDL中的资源发现。
在虚拟数字图书馆设计以及初始化的时候需要动态的发现资源 (包括结点资源和结点上的服务资源) 。因此采用一种自组织的方式进行组织和检索。首先各个服务根据自身的特点 (包括服务性能、宿主负载情况等) 自动加入相应的虚拟组, 并且每组之中动态选出一个主索引结点, 然后再由主索引节点选出全局索引结点。
由图6可知, 所有网格结点都能够直接连到全局索引结点, 组内结点是双向连接的, 保持信息的双向交互。系统中分组的个数由只能控制模块控制, 利用反馈机制试图达到系统性能的最佳点。
在资源发现的模式选择上也是由智能控制部分进行检测管理。集中式的资源发现在特定的条件下有着极高的性能, 但是当系统负载过高的时候性能就会急剧下降, 所以智能模块监视系统的负载, 一旦负载超过阈值就改变发现模式, 由集中式转为分层的分布式, 在最早高的情况下采用纯分布式的资源发现模式, 最大限度地提高资源发现的效率。
利用这种模型进行资源的发现可以提高系统的稳定性, 即使部分网格结点出现问题整个系统仍然能构正常运行, 另外能够提高系统的性能。
结束语
本文主要介绍了在网格环境下的数字图书馆的体系结构模型和虚拟数字图书馆的自动生成过程, 然后介绍了其中的一些关键技术, 包括数据映射、资源发现和管理以及数据存储等。
由于基于网格技术的数字图书馆的自动生成的研究目前还很少, 在国内更是一片空白, 因此其中的很多问题都有待于进一步研究, 虽然数字图书馆的自动生成还面临很多的问题, 但是他的前景十分广阔, 它不但可以提高现有数字图书馆的服务质量以及资源的共享, 最主要的是它提供生成瞬时数字图书馆的能力, 满足一些临时研究项目的要求。
参考文献
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空间网格结构的施工技术管理 第9篇
目前,实践证明空间网格结构杆件可以用钢材、铝材、木材、钢筋混凝土和塑料、玻璃钢等制成,极易做到规格化、标准化,实现建筑构件的工业化大批量生产,从而把力学的合理性与生产的经济性结合起来。然而,在这种所谓最为安全的结构大量应用时,也发生了不同性质、不同破坏程度、不同数量的事故,使国家财产和人民生命受到了不少损失。从国内的一些事故调查资料来看,由于施工技术选用不当,违反施工操作规程,施工管理措施松懈所造成的事故比例最大。因此,为保证空间网格结构的工程质量,降低施工危险系数,加强空间网格结构施工技术管理具有至关重要的现实意义。
1 空间网格结构施工中技术管理的作用
施工技术管理工作是项目完成施工生产任务,提供优质产品,实现质量管理目标管理体系的重要组成部分,也就是确保具体工程项目的施工方法、工艺标准、机具设备、材料及相应的人力资源等的正确应用,有效结合的过程。
由于网格结构一般跨度较大,而且多为公用建筑、重要建筑,下面人员较多,设备贵重,网架挂在头顶上,人命关天。对空间网格结构施工技术的把握不仅关系到业主的利益,也涉及到网架安装企业的信誉。
通过具体施工发现,计划和有序地对空间网格结构施工进行技术管理,可以保证施工过程遵循技术规律,尊重科学,有利于结合空间网格工程特点和实际施工条件,选用先进合理适用的技术工种和施工方法,从根本上保证空间网格工程施工质量;有利于用新技术、新工艺方法对技术管理和作业人员进行教育培养,不断提高技术管理素质和技术能力;有利于空间网格结构的施工方案优化和施工资源的合理配置,提高施工效率,最终提高项目的经济效益。
总之,施工技术管理是施工企业技术管理活动在现场的延伸和具体化,对于施工特点突出的空间网格结构而言,恰当的技术管理对建立正常的技术工作秩序,严格技术工作程序和责任制,对于保证空间网格工程的施工质量和安全,提高施工效率,降低工程成本,增加经济效益都具有举足轻重的作用。
2 空间网格结构的施工技术管理措施
首先,了解空间网格结构的施工特点和技术特点是合理确定技术管理方案的前提条件。就施工特点而言,网格结构和混凝土结构有很大不同,在总结各种资料和实践经验的基础上,其主要区别如下:
1)空间网格结构对测量定位放线要求更严格,这已经成为空间网格结构施工安装中一个重要问题。
2)空间网格结构的施工安装过程中对天气、温度等条件更敏感。
3)空间网架(壳)安装对机械设备要求较高,因此,在运输、堆放、起吊、就位及安装过程中,要按事先模拟设计的条件进行。
4)空间网格结构的防腐防火要求更高。所以空间网格结构要加强防腐、防火,并定期维护,因而提高了维护费用。
此外,空间网格结构构配件数量大、规格多,现场必须设置临时堆放场地及相应的中转场地,杆件堆放要防止出现变形,堆放时要适当分类,以便施工安装。
因此,应根据网架(壳)受力和构造特点(如结构造型、网架刚度、外形特征、支承形式、支座构造等),在满足质量、安全、进度和经济效果要求下,结合当地的施工技术条件和机械设备资源等因素,因地制宜综合确定。常用的施工安装方法如表1所示。
在空间网格结构项目施工中,一方面要建立健全施工技术管理组织体系,选择合适的技术管理人员;另一方面要通过各种方式充分调动技术管理人员的积极性,使他们在工作中积极降低成本,运用空间网格的优势,为提高项目的经济效益开拓新途径。
具体而言,针对空间网格结构的施工特殊性,在进行合理的空间网格结构技术标准和技术规程的制定和选择的基础上,应建立健全空间网格工程的施工技术原始记录和技术档案管理,在实际操作中,应力求没有计量失误。同时,应重视空间网格结构技术发展的最新动态,推广使用科学技术的先进成果。
此外,对空间网格结构的技术要素和技术活动过程进行计划、组织、监督、控制等全过程、全方位的管理施工现场技术管理制度也十分必要。现在许多施工企业都采取以下几种管理制度,以保障空间网格结构的施工特殊性,并取得了很好的实际效果。
1)图纸学习审查和管理制度。
图纸审查必须提前完成,包括学习、初审、会审及综合会审四个阶段,做到施工前完成外审,留有施工准备工作时间。做到文件合法,符合规程和标准要求:构造合理方便施工;与土建专业无矛盾;材料、设备、工艺要求、质量标准明确;坐标无差错,由内审负责人完成会审记录,由技术负责人完成三方签证工作,并使每一位有关人员持有效文件并记录,各专业的记录互相会签备案。
2)工程洽商,设计变更管理制度。
在工程施工之前或施工中,由于设计的原因或业主的需要及现场条件的变化等,都将导致施工图的变更设计,这不仅关系到施工依据的变化,而且涉及到工程量增减的变化,因此必须按规定程序处理变更问题。对于空间网格结构的特殊性,应做到工程洽商,设计变更涉及到的内容,变更所在图纸编号,节点号清楚、内容详尽、图文结合;尺寸、计量单位、技术要求明确,符合规程、规范要求。
3)计量、测量工作管理制度。
测量工作是网格结构施工中一项关键的技术工作。管理制度要明确职责范围,仪表、器具使用、运输、保管有明确要求,建立台账定期检测,确保所有仪器精度、检测周期和使用状态符合要求。记录和成果符合规定,确保成果、记录、台账、设备安全、有效、完整。
4)工艺管理和技术交底制度。
技术交底制度必须健全,目的是让所有参加空间网格结构的施工人员在正式施工之前(或某一重要环节)对空间网格结构的设计情况、建筑特点、技术要求、操作注意事项有较详细的了解,以便科学施工。交底应有文字记录,交底人和接受交底人均应签字确认,做到技术要求符合图纸、设计要求;总体安排符合施工项目实施规划,工艺要求符合规范、规程、工艺标准,不发生指导性错误,过程有控制,工艺有改进,资料完整有可追溯性。
5)隐预检工作管理制度。
隐预检实行统一领导,分专业管理。各专业应明确责任人,管理制度要明确隐预检的项目和工作程序,参加的人员按施工项目实施规划所划分的施工段进行检查,对遗留问题的处理要有专人负责。
3 结语
要控制好空间网格结构的施工质量,降低施工事故的发生率,必须从施工技术管理抓起。因此,应从我国空间网格结构施工的实际情况出发,建立相应的施工技术管理制度,提高空间网格结构的施工质量,最终推进空间网格结构更好、更广的应用。
摘要：简单介绍了加强空间网格结构施工技术管理的必要性,阐述了空间网格结构施工中技术管理的作用,并提出了空间网格结构的施工技术管理措施,以提高空间网格结构的施工质量。
关键词：空间网格结构,施工技术管理,管理制度
参考文献
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[3]赵红花.网架质量事故实例及原因分析[J].建筑结构学报,2004(9):21-22.
网格体系结构 第10篇
1 网格处理
1.1 粗网格生成
多重网格法要在粗密网格间反复迭代,并进行数据传递。本文采用聚合方法[4]生成一系列粗网格。
(1)首先将格点所连接网格的体积和作为该格点体积,按格点体积从小到大进行排序,顺序搜索格点。如果该格点连接的网格都没有被聚合,聚合该格点连接的网格成为一粗网格。
(2)将上一步没有聚合的网格按体积从小到大排序,顺序搜索网格,如果该网格没有被聚合并且它的邻居又没有被聚合,则该网格与它所有没被聚合的邻居网格聚合成一粗网格。
(3)搜索上一步没有被聚合的网格,寻找该网格相邻的最小体积的粗网格,与之聚合。
(4)该层网格聚合完毕,跳到(1)步生成下一层粗网格。
1.2 粗网格的等价面处理
采用格心格式的有限体积法离散,质量、动量、能量都是在相邻两网格面的法线方向上传递,有效面积为该面的起点终点间连线。应用多重网格时在粗网格中经常出现相邻两个网格有多个锯齿形公共边的情况,把锯齿形多个边等价成一条边(见图1),这样不仅不会增加额外的数值粘性,而且网格面数的减少进一步提高了计算效率[3] 。该处理方法可以推广到三维非结构网格。
1.3 网格重排序
本文隐式时间推进采用LU-SGS算法,需要对每一层网格排序,排序的必要条件是相邻网格不在同一层。排序步骤如下:
(1)从物面网格开始构建第一层,如果该网格的邻居网格都不在第一层中,该网格排到第一层。
(2)搜索上一层网格的邻居网格,如果该网格没有被排序且其邻居均不在该层,该网格排到该层。
(3)执行⑵步,直到所有网格搜索完毕为止。
(4)跳到⑴步,将较粗网格排序。
2 时间推进方法及空间离散格式
2.1 显式时间推进
显式时间推进采用四步Runge-Kutta法
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其中αk=[1/4,1/3,1/2,1.0]。为加速收敛本文采用了当地时间步长,公式如下:
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2.2 隐式时间推进
隐式时间推进[5]采用存储量小,效率高的LU-SGS算法:
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向前推进:
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向后推进:
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2.3 空间离散格式
Roe格式[6]与中心格式相比具有低耗散、高分辨率的特点,在密网格上使用Green-Gauss公式计算格心梯度,利用Taylor公式将格心的流场变量值插值到网格面上,这样在密网格上计算就是高阶格式,由于迎风格式的特点,边界网格的网格面要降阶处理。为提高计算效率,使用多重网格时,在粗网格上使用一阶格式。
3 多重网格法
在密网格上求解离散方程,得到流场变量Q,残值Rf,将流场变量和残值传递到下一层粗网格上。由于粗网格是由密网格聚合得到的,密网格上的流场变量限制到粗网格上采用体积加权的方法。粗网格的残值为密网格上的残值和。
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在粗网格上第一步计算强迫项,在粗网格上第一步都是计算密网格传递过来的残值。在本层迭代中,强迫项保持不变。如果采用W循环,则在向下计算中,强迫项将采用前面的值。粗网格上进行迭代的实际残值为通过格式计算的残值加上强迫项。
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粗网格上的显式格式:
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粗网格上的隐式格式[7]:
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将粗网格上的修正量依次传递给较密网格,当修正到最密网格时完成了一个多重网格循环。
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4 算例及结果分析
算例1 采用NACA0012翼型,Ma= 0.8,α=1.25°。采用该聚合方法生成三层粗网格,见图2、图3。三层网格数依次为:4 178、1 032、359,网格聚合比依次为0.247、0.347。网格面数依次为:6 374、2 716、1 749,网格面聚合比依次为0.426、0.644。经过网格面等价处理后网格面数为:6 374、2 514、999,网格面聚合比依次为0.394 4、0.397 4。 可以看出经过网格面等价处理后面数显著减少。
显式时间推进时单层网格和多重网格CFL都取0.8,隐式时间推进时单层网格和多重网格CFL都取10。该算例采用3重V循环。
采用多重网格法得到的压力曲线(图4)与单层网格相比是完全一致的。
使用多重网格法对收敛步数效果明显,迭代步数约为单层网格的1/3左右,由于在粗网格上迭代及数值传递时间,在迭代时间上效果有所降低,显式多重网格迭代时间节省1/2,隐式多重网格迭代时间节省2/5。可以看出,隐式多重网格法收敛效果明显。
算例2 采用RAE2822翼型,Ma= 0.75,α=3.06°。采用该聚合方法生成三层粗网格,见图7、图8。三层网格数依次为:4 168、1 024、360,网格聚合比依次为0.245 7、0.351 6。网格面数依次为:6 359、2 696、1 733,网格面聚合比依次为0.424 0、0.642 8。经过网格面等价处理后网格面数为:6 359、2 503、1 027,网格面聚合比依次为0.393 6、0.410 3。可以看出经过网格面等价处理后面数显著减少。
显式时间推进时单层网格和多重网格CFL都取1.0,隐式时间推进时单层网格和多重网格CFL都取10。该算例采用3重V循环。
采用多重网格法得到的压力曲线(图9)与单层网格相比是完全一致的。
使用多重网格法对收敛步数效果明显,迭代步数约为单层网格的1/3左右,由于在粗网格上迭代及数值传递时间,在迭代时间上效果有所降低,显式多重网格迭代时间节省3/4,隐式多重网格迭代时间节省1/4。可以看出,隐式多重网格法收敛效果明显。
5 结 论
本文将多重网格法应用到非结构网格中,采用聚合方法生成一系列粗网格。时间推进上分别采用显式和隐式时间推进,空间离散上采用迎风格式离散。比较了显式多重网格法和隐式多重网格法的计算效率,证实隐式多重网格法在非结构网格中更稳定、更高效。
致谢
本文得到了朱军博士的帮助,在此深表谢意。
摘要：在非结构网格上应用多重网格技术加速Euler方程的收敛,在多重网格中通过聚合法进行粗网格生成,并对粗网格中的多边形网格做了等价面处理。在空间离散上采用Roe格式,在时间推进上分别采用了显式和隐式算法。通过对NA-CA0012翼型和RAE2822翼型的流场模拟,比较了显式多重网格法和隐式多重网格法的计算效率。
关键词：多重网格法,隐式时间推进,迎风格式,非结构网格
参考文献
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网格进入企业 第11篇
企业总是在想方设法降低IT开销，硬件花费占据了此类开销中很大的一部分。某市场研究公司首席运营官认为：“企业用户不愿意年复一年地通过更新硬件来提高系统性能，而网格计算在这方面具有应用潜力，也就是说，网格计算可以在不增加硬件开销的前提下提升系统性能。”
实施网格计算的前提条件是——企业现有系统没有达到效用计算的水平。传统的模式是：企业购买计算机用于专门的应用程序，例如客户关系管理系统(CRM)、企业资源计划系统(ERP)、电子商务或者Web服务器。在很多情况下，这些应用程序的运算量是不断波动的。因此，系统空闲状态下使用的运算能力可能仅仅只有5%。网格计算就是要利用这些空闲的运算能力，将运算从负担较重的系统转移到空闲的系统中。另外，网格计算还有更多的优势，例如能够使用价格比较便宜的Windows、Linux或者Unix计算平台来运行商业应用程序，而不必使用价格昂贵的高端服务器。
网格计算的出处
网格的概念在企业环境中是全新的，但是它在超级计算机中的应用已经有几十年的历史了。研究机构、大学和政府机构都曾使用分时计算系统，在这种系统中，计算时间可以根据需要进行分配。
开发厂商借鉴了这种模式，试图让企业内部各个部门之间以类似的模式分享计算资源，来运行应用程序。IBM和Oracle在发展网格计算方面表现最为积极。IBM将网格看成是促进其高端系统销售的途径，而Oracle则认为网格将会增加其数据库管理系统的利润。硬件供应商HP和Sun加入了由一批新兴技术厂商组成的阵营，并开始发布网格系统，这些新兴厂商包括Datasynapse、GridXpert、 Platform Computing和United Devices等等。
网格技术在特定的市场中正在受到关注。“制药公司使用网格计算进行新药疗效试验，” Gartner Group研究副总裁Carl Claunch说。网格的应用范围还包括：石油和天然气公司的地震波处理、金融业的风险分析、制造业的产品设计以及航空制造业的模拟试验。
网格应用的主要瓶颈
虽然网格的概念正在引起人们的兴趣，但是还有一些困难存在，例如如何对其进行准确定义。“有一些供应商使用了‘网格’这个词，但是他们提供的产品实际上仅仅是‘集群’，” Claunch说。
从20世纪80年代中期开始，企业已经尝试将运算任务分配到数据中心的多台服务器上。网格技术进一步发挥了这一概念，实现了将运算任务分配到多个地方的计算机上。
很多软件不适合这种工作模式，因此实现网格运算必须在现有系统的基础进行很多改进。应用程序也必须重新编写。网格要求运算任务被分割成小块，因此软件必须具有分割计算任务，并且需要具备运算任务完成之后将结果重新组合起来的能力。另外一个问题是，现有的网格不能很好地把握执行任务的时机，也不能很好地适应一个动作的执行需要前一动作的结果那样的运算应用，在ERP和CRM系统这种情况比较常见。
网格带来的这些难题要求企业花费大量的时间进行系统集成和应用程序开发。由于网格是全新的，在这个领域中有经验的企业和个人用户还不多见。
信息分散在不同的计算机中，因此要求有新的系统管理工具。供应商正在开发工作负荷管理功能，它能在计算机之间交换信息，并实现故障反馈，以便保证重要的工作能够顺利完成。“目前网格提供的系统管理功能仍然很不成熟，”Claunch说。
系统管理软件还需要一些扩展工具，例如CA公司的Unicenter以及IBM的Tivoli，以适应网格计算环境。由于网格计算还比较年轻，许多工具都使用了专利技术。GGF(Global Grid Forum，全球网格论坛)正在开发OGSA(Open Grid Service Architecture，开放网格服务架构)，这是一组定义，其设计目的是让面向流程的企业应用程序能更加轻松地利用网格计算技术。
走进计算中心
除非所有这些问题都能解决，否则企业要想充分利用未使用的台式电脑或者笔记本电脑剩余计算机资源的设想将更多地处于空想阶段而非现实。在数据中心的服务器中，系统重新分配运算周期的技术应用已经比较多了。
技术难题可能还不是网格发展最主要的障碍。Platform Computing对50家企业进行了调查，89%的受访者表示，组织机构才是网格部署最大的障碍。确定可用运算周期的数量是一件困难的工作，因为它要求企业的IT部门收集所有系统的性能数据。企业的各个部门总是倾向于各自为阵，仅仅为自己的工作负责。而网格是一体化的环境，要想使用网格，企业架构要重新设置，但实际上一些部门经理可能不愿意和其他部门共享自己掌握的计算资源。
网格体系结构 第12篇
1 基本思路
以县公司为单元集约管理,将辖区划分为若干网格,构建以区域、线路、台区为单元的服务网格体系,充分整合现场服务资源,提升现场作业效率。整合用电检查、反窃电、采集现场运维和故障处理、周期核抄、电费催收、现场停复电和优质服务等现场作业,依据用户数、管辖面积和环境等基础数据,拓展客户经理职责,合理测算划分网格,设立集客户服务员、社区(村委)服务员、台区管理员于一体的现场网格化服务综合员,对接政府、社区(村委)、用户,通过整合社区(村委)资源,优化公司内部各相关专业之间的信息沟通渠道,建立“点面结合、一站处理、全程管控、实时响应”的末端融合供电服务“网格化”管理模式,形成“人在格中转,事在网中办”的服务模式,最终实现“服务诉求在网格内解决,服务隐患在网格内消除,服务质量在网格内管控,服务品质在网格内提升”目标。
2 具体措施
2.1 建立管理体系,整体推进
地市公司层级成立组织架构,负责体系建设的总体规划、组织实施、动态调整和协调推进,推行“定格、定人、定责”三定工作模式,明确各级工作职责,实行“逐级细分、逐级负责,逐级监控、逐级管理”的推进方式,实行周例会制度,通报研究辖区各方面信息、难点问题,制定工作计划,部署重点工作。做到横向到边、纵向到底,形成上下联动、全方位管理的工作机制。
建立以营销监控中心、班组(供电所)、网格员分层分级履行职责的统一管理模式,监管中心负责横向协调沟通和对班组(供电所)、网格员的监督、工作调度和检查,班组(供电所)负责与社区的联络管理;网格员由监控中心实行统一调度、统一考核。
2.2 完备基础工作,稳步推进
2.2.1 建立精益化管理档案
从台区这一最小单元着手,结合营配调贯通工作,完备服务管理档案。由客户经理牵头,实行客户经理、抄表员、用电检查员、采集运维员、资产管理员、生产抢修员、档案管理员等人员联合进台区,对台区网格内抄表质量、电价执行、计量装置、社区(村委)信息、用户信息、客户电话号码等各种基础性档案开展核查、摸底,设置格式统一、涵盖各专业的台区精益化管理档案模板,对缺失的资料限期补充完善,形成“一个台区一档案,一个网格一套档案”,提升现场作业效率,提高管理精准度。
2.2.2 合理划分网格管理范围
在综合考虑区域、线路和台区等因素的基础上,按照“台区定界、全面覆盖、无缝对接、科学测算”的原则进行网格划分,以县公司为单元,按照城区、供电所管理范围及台区地理分布划分网格,分别由高、低压网格员对接专变客户和公变客户,构筑以线路、台区为单元“服务有网、网中有格、分格管理”的矩阵式服务网格体系。
同时根据台区基本特征信息,以台区特征将网格划分为学区网格、城乡结合网格、纯农村网格、居民网格、老龄网格、年轻网格、商业网格等,并根据不同网格属性,测算工作量和职责,合理划分网格员管辖范围。
2.2.3 切实做好综合业务素质培训。
推行网格化管理,对网格员业务技能和综合素质要求较高,需增强网格员人员力量,将责任心较强、综合素质较高的人员充实到网格员队伍中来,对接各专变、公变客户的服务诉求。并整合资源,集中开展专业培训,合理安排差异化培训、个性化培训,建立一支技能强、素质高、责任心强的网格化服务队伍。
2.3 打造特色服务,高效推进
2.3.1 推行网格化服务“六个一”工程
为塑造优秀的台区经理网格化服务队伍,全面推行一张服务名片、一本服务手册、一个电力宣传栏、一份服务档案、每月一次社区(村委)联系走访、一个供电服务QQ群(微信群)等为主的社区服务“六个一”工程,依托“一栏两平台”(电力宣传栏、微信公众平台、短信平台),以“三个统一”(统一公开身份、统一工作流程、统一管理制度)为抓手,开展“互联网+”的业务模式、服务模式实践,通过辖区内的电力宣传栏、小区物业、掌上电力、微信、短信平台推送电量电费、停电信息及温馨提示,深入社区开展电价电费政策、安全用电和节约用电等宣传活动,上门发放网格员名片,公布网格员服务电话,充分了解客户的诉求,为客户解惑答疑,实现三级网格化管理工作内容全覆盖,运行机制规范化。
2.3.2 提倡“主动优质服务”意识
加强员工思想意识教育,督促网格员转变观念,树立“主人翁”精神、“主动优质服务”意识,为客户提供“电保姆”式服务。建立网格化服务工作流程,强化网格员调度权限,由网格管理员作为客户直接接触人负责发现、处理、传递客户诉求,追踪并反馈客户问题办理情况,无缝推进抢修、计量和业扩等专业衔接,力争只要客户一个电话,网格员一口对外协调解决。
紧紧围绕如何规范抄表质量、停复电管理、异常缺陷闭环、用电性质排查、箱表关系核对等指标和专项工作进行深入剖析,落实首问责任制,做到内转外不转。建立台区服务档案,实施日常化“包保走访”管理,为特殊用户开启“绿色服务通道”,帮助客户解决用电疑难,建立高效便民服务圈,为居民提供全天候、零距离、快捷化服务,促进网格服务规范化、标准化、人性化,营造良好的供用电环境。
2.4 强化监管和考核,整改推进
不断完善监督机制和考核制度。完善服务“网格化”管理职责、流程、制度标准和考核指标,以“分级分类、量化考核、统一规范、科学评价”为原则,建立健全考核制度,量化网格员考核指标,对网格内客户诉求办结情况、服务隐患处理情况、台区网格“量价费损”等方面进行综合考评,明确考核标准,与绩效工资挂钩,以促进网格员工作积极性。
实施区域化监督管理。从职能部室和二级单位中选聘管理人员担任网格协管员,承接网格员传递的实时信息,反馈办理情况;聘请社区工作人员、村组干部、客户代表以及公司职能部室负责人分别担任第三方网格监督员和内部网格员,监督评价网格管理员、协管员的履职情况。通过明查暗访、检查记录、致电或向客户发放调查问卷等方式,定期分析服务“网格化”推进过程中存在的问题。
3 预期成效
3.1 提升供电企业服务规范化水平
建立“点面结合、一站处理、全程管控、实时响应”的网格化服务模式,结合台区资料摸底,通过详细分析各类服务信息和问题,实施跟踪客户诉求,将涉及客户的诉求、资料和指标等逐一落实到网格中,实现生产、营销和调控信息资源规范和综合运用,将问题解决在一线,把矛盾化解在萌芽状态,推进客户信息收集完善、服务诉求受理处置、服务工作质量和企业责任形象的综合提升。
3.2 推进供电企业协同化联动水平
通过逐级落实管控责任,强化客户经理网格员的综合调度权限,实现资源整合、末端融合和部门联动,形成“一个管理网络、一个评价体系、一套运行机制、一个服务平台”的营销服务管理格局,做到责任清晰、有人管事、有人做事,为实现“为小事不出格,大事不出网”的目标提供保障,有效解决“信息不畅”和“专业壁垒”问题,推进部门、班组间信息共享、工作协同。
3.3 提升供电企业精益化管理能力
网格化管理是营销现代化模式的基础特征之一,随着网格化管理的全覆盖,一是实现了台区末端指标管理精益化。网格员为综合岗性质,承担网格内经营指标管理职责,逐步将客户经理管理水平向定量管理、精益化管理迈进了一大步,为实现推广“全采集、全费控、全监测”管理模式奠定了良好基础。二是实现资源整合后的效率效益提升。网格化管理在方便客户的同时,网格员集多种身份于一体,结合集抄覆盖、信息化等技术手段支撑,为供电企业节省了服务和人力资源。
4 结束语
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