数字分布范文（精选8篇）
数字分布 第1篇
基于IEC61850数字化变电站主要由智能化的一次设备、网络化的二次设备和电子式互感器构成。目前, 数字化变电站自动化系统的研究正在自下而上逐步发展, 研究的主要内容集中在过程层方面, 诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测、数字化保护等技术与设备的研究开发。此外, 先进的网络通信技术和设备的大规模应用, 也为变电站数字化的实现提供了可靠保证。以下结合某110kV变电站数字化改造实际, 对数字化分布式母线保护的具体实现方案和技术进行探讨。
2 数字化变电站的物理结构
数字化变电站的物理结构由低到高分别为过程层、间隔层、站控层三层。其中过程层是一次设备与二次设备的结合面, 或者说过程层即智能化电气设备的智能化部分, 实现实时电气量检测、运行设备状态量检测、操作控制执行与驱动。间隔层设备的主要功能是汇集本间隔设备过程层的实时数据, 对本间隔设备进行闭锁、操作和控制, 起承上启下的作用。站控层负责汇总、处理全站实时数据信息, 上传下达命令, 提供人机交互界面, 是整个系统的核心。
3 数字化分布式母线保护方案
3.1 间隔保护实现方案
在具体实现过程中, 过程层包括面向模拟量的合并单元和面向开入、开出量的控制单元两个部分, 它们通过过程层以太网交换机与间隔层保护智能电子设备进行通信, 为间隔层保护IED 提供所需的模拟量和开入量等信息。间隔层保护IED 将判断结果下传到过程层IED , 通过过程层控制单元执行跳闸和闭锁命令。
3.2 分布式母线保护实现方案
母线保护与间隔保护的区别在于它的信息不是来源于单个间隔单元, 而是一组间隔单元。其要求是:各间隔单元上传的模拟量完全基于同一采样时刻的采样值, 对采样同步的要求较高;要求采样数据能实时传送;通过过程层交换机交换的数据量大, 要求中央处理单元中的数据接口模块具有较大的数据缓存空间和很强的数据处理能力。
分布式母线保护基本实现方案见图2。分布式母线保护包括中央处理单元、间隔处理单元和中央处理单元与各间隔单元的数据交换网络三部分。为保证分布式母线保护数据交换的实时性, 要求以太网交换机具有实时传送采样值和跳闸命令的能力, 可设置优先级, 支持虚拟局域网, 满足IEC61850-9-2 采样值实时上传的要求和GOOSE的要求, 并将跳闸信息从中央处理单元下传到多个间隔单元, 传输延时小于4ms, 所以分布式母线要同时满足传输速率和同步采样的要求。
一般采用的典型采样速率是很高的, 如果采用常规的物理结构, 将导致数据以高速率的方式直接接入母线保护, 过程总线带宽需求高, 100Mbit/s的以太网不能胜任, 同时也增加了母线保护数据处理压力, 所以, 在数字化变电站中应采用分布式母线保护, 通过母线保护间隔单元从间隔保护过程层总线上获取的采样数据经过滤波、抽样形成满足母线保护要求的低采样速率的同步数据, 然后通过间隔单元与母线保护主单元之间的通信网络送给母线保护主单元, 满足数据对速率的要求。
对集中式母线保护来说, 母线保护所需的电流量和电压量都是通过电缆连接的, 以电磁波的传输速度传送到保护装置, 此时认为各通道的采样是完全同步的。但对分布式母线保护来说, 各间隔处理单元初始工作状态不同步, 其所需数据就地采样, 然后通过光纤介质以有限的速率上传, 因此, 必须通过某种方式来控制所有关联的间隔同时采样, 这是保证分布式母线保护可靠性的首要条件。在具体实现时采用外部时钟同步和内部时钟同步两种。
外部时钟同步是通过外设的同步时钟发生装置实现的。在同步时钟发生装置中用硬件方式实现多路同步对时高速串口, 通过点对点的方式与间隔层合并单元的对时口之一相连, 满足分布式母线保护对时精度的要求。内部时钟同步是通过中央处理单元的CPU实现的, 其对时网络采用高速通信串口, 以星形网络方式与各间隔层合并单元的另一对时口相连, 它采取了与外部时钟同步相同的脉冲编码方式, 便于实现内外时钟的切换。
3.3 分布式母线保护配置
3.3.1 分布式母线保护配置
全部单元可按间隔双重化配置, 并一一对应于双重化的两套保护。间隔层设备与站控层连接采用基于IEC61850的双以太网连接, 间隔层与过程层 (智能操作箱) 间连接采用GOOSE网连接。
本方案就是由母线段上的所有出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置 (包括变压器低压侧的接口单元) 组成, 协调完成母线保护功能。当电力网络发生故障时通过分散的各个保护单元 (测控装置) 判断出故障电流方向以区分是否为母线故障从而正确动作。
3.3.2 分布式母线动作行为分析
1) 母线内部故障:
当发生母线内部短路时, 有故障电流产生, 对于分段断路器保护装置中母线保护单元, 电流方向为流向故障母线, 反方向元件不动作, 不发闭锁GOOSE信号, 电流启动元件启动, 且收不到相关元件的闭锁信号, 保护跳闸, 断开分段断路器。
对于进线断路器保护装置中不发闭锁GOOSE信号, 电流启动元件启动, 且收不到相关元件的闭锁的母线保护单元, 电流方向为线路指向母线, 反方向元件不动作, 保护跳闸, 断开进线断路器。
对于同一母线出线断路器保护装置中的母线保护单元, 反方向元件不动作, 不发闭锁GOOSE信号。
2) 出线故障:
当出线发生单相接地故障时, 对于分段断路器保护装置中母线保护单元, 电流方向为流向故障母线, 反方向元件不动作, 不发闭锁GOOSE信号, 电流启动元件启动, 但收到故障出线保护装置发出的闭锁信号, 保护不动作。
对于进线断路器保护装置中的母线保护单元, 电流方向为线路指向母线, 反方向元件不动作, 不发闭锁GOOSE信号, 电流启动元件启动, 但收到故障出线保护装置发出的闭锁信号, 保护不动作。
对于同一母线的其它出线保护装置中的母线保护单元, 反方向元件不动作, 不发出闭锁GOOSE信号。
对于故障出线保护装置中的母线保护单元, 反方向元件动作, 发出闭锁GOOSE信号。
3) 进线故障:
当进线发生单相接地故障时, 对于分段断路器保护装置中母线保护单元, 电流方向为流向故障母线, 反方向元件不动作, 不发闭锁GOOSE信号, 电流启动元件启动, 但收到故障进线保护装置发出的闭锁信号, 保护不动作。
对于故障进线保护装置中的母线保护单元, 电流方向为母线指向线路, 反方向元件动作, 发闭锁GOOSE信号, 电流启动元件启动, 但收到本单元发出的闭锁信号, 保护不动作。
对于同一母线上的出线保护装置中的母线保护单元, 反方向元件不动作, 不发出闭锁GOOSE信号。
4 方案存在的问题
4.1 本方案的特点
方案基于IEC61850标准构建, 具有开放性, 可移植性强。
采用了分布式母线保护方案, 解决了现场应用中容易出现的传输速率慢和数据采集不同步的问题, 并且很好的解决了母线保护接入间隔多的问题, 具有良好的扩展性。
采用通用的TCP/IP和Ethernet技术、成本低, 可靠性高。方案中网络布置上采用了基于IEC61850的双以太网连接, 间隔层与过程层 (智能操作箱) 间连接采用GOOSE网连接, 提高了系统的可靠性。
间隔层与过程层间连接采用GOOSE网连接, 使一二次设备接口的连接灵活、可靠、高效。
设备间直接交换数据, 可以实现先进的保护性能, 同时降低布线成本, 工程调试及维护工作量大幅减少, 安装维护成本低。
4.2 本方案存在的不足
方案中数据同步采样是一个难点, 同步采样装置故障易导致保护可靠性降低, 或造成母线保护非正常退出。所以可以采用“冗余”的方法来提高同步采样装置的可靠性, 即一个完善的分布式母线保护不能只配置单一同步源, 以免因唯一的同步源丢失而导致母线保护退出运行, 因此, 应该考虑两种以上的同步源, 当一种同步源丢失时能自动切换到另外的同步源。
另外, 本方案涉及的接入点多, 光传输设备及交换设备多, 任何一个节点或设备的故障都可能导致较大范围的保护拒动或误动。所以提高光传输设备及数据通路的可靠性也是保证母线保护正确动作的一个关键。
5 结束语
以上论述了数字化变电站系统的结构特征、结合变电站实际对数字化分布式母线保护实现方案进行了分析和探讨。数字化变电站是一个系统工程, 要实现全部数字化的功能, 还有许多技术问题需要解决, 随着智能化电气的发展和网络通信技术的发展, 将迎来一个发展期。
参考文献
[1]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 1994.
[2]江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社, 2006.
[3]IEC61850-7-2:2003.IDT变电站通信网络和系统第7-2部分:变电站和馈线设备的基本通信结构抽象通信服务接口 (ACSI) [S].
数字分布 第2篇
关键词：美国；期刊业；数字化转型；渠道分布
当下传统媒体悉数面临数字化的冲击，随着受众越来越青睐于数字化阅读环境，期刊作为垂直化程度较强的纸媒，受到的冲击较之于报纸更小，但同样面临数字介质对纸质介质的替代性挑战。我国期刊业近年来在积极尝试数字化转型，然而随着期刊数字化转型步伐的逐步迈开，一系列问题也涌现出来，如数字化转型的渠道布局、内容诉求、商业模式创新等。这种情况下，对更为成熟的美国期刊业发展态势的深度解析和研判，或有重要的借鉴与参考意义。
一、期刊360方案重新解读期刊影响力
为了全面评价期刊业在数字时代的传播影响力，2015年2月，美国期刊协会正式提出“期刊媒介360方案”，试图通过增加衡量期刊受众数量的计算指标，来全面呈现期刊多渠道发行的综合传播影响力。所谓期刊媒介360方案，就是改变传统上用发行量和阅读率来统计期刊受众数量的做法，将期刊的受众数量拓展为多种媒介形式的发行渠道下受众数量的总和，“它包含印刷+数字版、网络版、移动版、视频版和社会化媒体版等5种发行方式”。
依照只统计期刊零售量和订阅量的传统期刊受众数量统计方法，美国的期刊业在过去的10年内，出现了持续下滑趋势。但是，按照期刊媒介360方案这种新的统计方法，2015年美国期刊月均受众达5.77亿人次，受众量比2014年增长10.2%，是传统媒体中增长最显著的媒体之一。这个统计结果一改期刊媒体作为传统纸媒的下滑颓势，使得期刊业跻身于受众数量显著增长的朝阳媒体产业。
在受众数量显著增长之外，基于期刊媒介360方案的计量方法，期刊媒体即便与传统强势媒体——电视相比，也能具有一定的优势。第一，在受众到达率上，根据美国期刊协会的调查，2013-2014年美国期刊的成人受众到达率前25强高于同期排名前25的黄金强档电视节目的到达率。由此看来，借助多渠道发行，美国期刊业实现了受众覆盖的飞升，已经不亚于传统电视节目的受众覆盖程度，数字化技术带来了期刊传播力、覆盖力的有效提升，数字时代的期刊已经告别传统时代期刊的边缘化弱势媒体的属性和地位，开始具备进军强势媒体的实力。第二，在受众结构上，根据美国期刊协会的调查数据，18-25岁的年轻成人受众仍在增加，这跟当下传统电视台大量流失年轻观众的趋势正好形成鲜明反差。数字时代的期刊已经初步彰显出自身的发展潜力，从传统媒体中脱颖而出，成为最快顺应时代潮流、最先顺应受众媒介接触习惯变迁的先锋部队，在未来的发展潜力上反超现有的强势传统媒体。第三，在受众的质量上，根据美国期刊协会的调查，期刊受众的消费力强，属于最活跃的消费者。由此看来，数字时代的期刊在商业模式创新上也具有相当强的潜能，只要找到合适的商业模式，就能快速实现优质受众的消费变现，在业务规模和产业体量上也具备相当大的成长能力。第四，在传播效果上，根据美国期刊协会的调查，数字时代的期刊受众对期刊内容充满信任感。受众信任正是海量数字内容平台上最为稀缺的宝贵资源，只要开发利用得当，期刊业在数字平台上就可大有作为。
二、美国期刊业数字化转型渠道分布态势
不断的细分化一直是期刊媒介的经营战略。在数字化转型的过程中，不同定位的期刊，也表现出了渠道分布上的差异。我们试图从美国期刊业的渠道分布数据中，解读出不同类别的期刊在数字化转型态势上的差异，从而更好地为我国期刊的数字化转型提供更有针对性的借鉴和参考。
1.典型期刊的渠道分布态势分析
表1是运用期刊媒介360方案提出的受众量统计方法计算出来的美国期刊受众量十强。
通过这十本期刊的受众统计，我们可以发现如下现象：
第一，传统渠道份额过半的期刊和数字渠道份额过半的期刊各占5席。由此我们可以感受到美国期刊业数字化转型的迅猛之势。
第二，《家园美装》《AARP老年协会会刊》和《国家地理》这三本期刊，在传统渠道还占据着绝对的主导地位，渠道份额分别是78.4%、79.5%和80.8%。具体来看，《AARP老年协会会刊》定位于老年群体，这个群体的阅读习惯还是传统阅读，因此不需要马上大幅度拓展数字化渠道。《家园美装》和《国家地理》的共性在于，他们所针对的群体都是对生活情趣和阅读体验有高要求的高收入人群，这个人群注重生活质量，对阅读体验有着一种坚持，高质量的画面美感和纸张触感，是他们阅读体验当中不可或缺的要素。而且，这两种期刊的时效性都不那么强，都属于重复阅读率高的期刊类型。因而，这两本期刊尽管也启动了多渠道发行，但是传统渠道的主导地位并没有因此被撼动。
第三，数字渠道居于绝对主导的有《ESPN杂志》《福布斯》和《菜谱大全》，数字渠道份额分别是82%、82.8%和82.6%。体育期刊和财经期刊虽然不如报纸时效性强，但对时效性也有一定要求。《菜谱大全》虽然时效性上要求不高，但是具有很强的实用性。这三本期刊的共性在于，它们都强调一种随时到达的渠道便捷性。除此之外，这三本期刊都不是以画面美感和印刷质量取胜，在阅读体验上更注重内容本身的时效性和实用性，而不是画质和手感。
2.细分类别期刊的多渠道分布态势
表2是按照美国期刊细分市场的主要类别来分别呈现其多渠道分布态势的。
第一，按照传统渠道份额的高低排序，传统渠道占据主流（渠道份额超过50%）的期刊类别依次是旅行类、家居与装饰类、女性时尚类、健康与健身类和男性时尚与美饰类，占据主体类别7个席位中的5席。因而，在美国的细分期刊市场，传统渠道仍然占有很明显的主导地位。具体来看，旅行类、家居与装饰类、女性时尚类这三类期刊的传统渠道份额都超过或者接近七成。这三类期刊的共性与上文的个案对比结果基本一致，首先在于它们都对时效性要求不高，其次是对画面质量要求高，再次是重复阅读率高。
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第二，数字化渠道占据主流（移动版+网络版的渠道份额超过50%）的期刊类别是新闻周刊类和美食享乐类，数字化渠道份额都是54%，超过了传统渠道份额。这两类期刊的第一个共性在于对期刊内容随时随地到达的渠道便利性要求较高。由于新闻资讯类期刊追求时效性，因而在渠道到达便捷性上有高要求，而美食娱乐资讯则因为内容的实用性，也强调渠道到达的便捷程度。另一个共性就是这两类期刊对画面美感和纸张触感的强调都较低，内容优势主要建立在文字和图片的信息量上，而不是建立在内容的美感和印刷的质感上。
三、对我国期刊数字化转型的启示
1.依据期刊类型定位合理布局渠道分布
根据前文对美国期刊细分市场的渠道分布态势的分析，我国期刊也可以把时效性/实用性和阅读体验/重复阅读作为两个分析维度，来合理布局期刊的渠道分布。
第一，时效性强或者实用性强，但不注重阅读体验或者重复阅读率低的期刊可以大力实行渠道主体的数字化迁移。这类期刊的竞争优势主要体现在内容本身的数量和质量上，对于印刷质量和阅读体验则没有那么考究。在数字浪潮中，这类期刊是最容易被数字版本取代的，因而需要把握先机，将主战场由传统渠道迅速迁往数字化渠道。如此一来，主体渠道的转型与内容生产模式的迁移相伴而行，渠道转型可以真正完成和实现。这类期刊要放弃传统的内容生产模式，将自身累积的信息处理能力转化为数字化移动阅读平台的内容供应能力，将线下的读者转变成线上的用户，占领用户数字阅读的入口。
第二，时效性或者实用性强，同时也注重阅读体验或者重复阅读率高的期刊，可以坚守传统渠道与拓展数字渠道并举。这主要是指一些定位高端的深度时政类期刊和引领潮流的时尚类期刊，这类期刊既讲求内容信息的时效性和质量，又注重阅读体验，印刷精美，深度和时效并重，具有较高的重复阅读价值。对于这类期刊来说，需要坚守与迁移并举，一方面守住传统渠道，强化期刊的阅读体验和重复阅读价值，另—方面拓展数字渠道，迎合部分读者阅读习惯的数字化迁移趋势，同时也在数字平台上争取获得新的用户，在坚守自身深度性、权威性、专业性的基础上，将其在数字平台上进行延伸。
第三，时效性或者实用性弱，不注重阅读体验或者重复阅读率低的期刊，可以用数字渠道补充和延伸传统渠道。这主要是指一些文学休闲性的低端大众化期刊，主要通过内容本身的吸引力和低成本、低价格的发行模式来赢取巨大的发行量，期刊收入主要集中在低成本高销量的发行收入。这类期刊需要紧跟目标读者对内容载体偏好的脚步，来决定期刊渠道转型的步调。
第四，时效性或者实用性弱，注重阅读体验或者重复阅读率高的期刊，可以坚守传统渠道，夯实渠道竞争力。这主要是一些行业性强的专业期刊，例如旅游类、家居类等，这些期刊的内容不要求很强的时效性，但是对内容的质量和印刷的质量要求高，这种垂直分众的期刊往往是通过专业化的权威内容获得读者认可，针对的读者群体通常都是收入较高的、对阅读体验有较高要求的群体。因而，这类期刊主要是通过持续的优质内容、精致的印刷、有质感的纸张来维护和拓展现有渠道份额，纸质渠道的竞争仍然可作为期刊经营的重心。
2.内容生产模式与渠道转型紧密匹配
随着期刊由传统纸质发行渠道转向数字化传播渠道，原有的内容生产模式也必须作出相应的调整，改变传统的内容理念，适应数字化新渠道，尤其是移动互联网对传播内容价值评判的新标准。传统期刊内容的价值根源在于广大期刊读者跟期刊内容作者和期刊社比起来，具有明显的信息分布不对称性，这就使得期刊读者具有了诉诸纸质期刊来获取相关的专业信息的强烈诉求。因此传统的期刊内容生产的重心就落在了专业信息的获取上，对内容本身的强调超出了对形式的注重。而数字化传播平台的到来，大大丰富了普通读者获取信息的渠道，读者和作者、期刊社之间的这种信息占有量的不对称状况发生了根本性的改变，因而大大降低了读者诉诸期刊来获取专业信息的强度和密度。转战数字渠道的期刊，就必须按照新渠道上的内容衡量标准来组织内容生产，将自身的信息优势从传统渠道转移到数字渠道上。
关于移动互联时代的内容生产，喻国明指出，过去我们讲到内容制作，总是离不开内容和形式两大要素，但在互联网时代，尤其是社交网络成为人们社会性传播的基本平台之后，内容制作中又加入了两大基本要素：关系和场景。作为移动阅读渠道的内容供应者，期刊必须在传统的两要素中加入关系和场景这两个新要素，强调内容本身价值的同时更要注重内容的形式、内容传播的场景以及由此营造的传受关系和受众之问的关系。经营内容的目的，不应再局限于受众的注意力，而应更多去关注一个垂直化兴趣社区的建构和维系，让用户喜欢这个社区的交流氛围，愿意在这里参与互动，找到强烈的身份认同和情感归属。
3.盈利模式创新跟上渠道转型的步调
渠道转型如果缺乏有效的盈利模式创新，这种转型就只能是表层化的，无法做到向下扎根、向上结果。综观我国期刊业与美国期刊业在数字渠道付费环境上的差异，我国期刊业在数字化转型中需要开发创新盈利模式来作为数字化转型的基础支撑，进而实现渠道转型与盈利变现的良性循环。
期刊盈利模式构建的第一步是完成垂直领域用户的规模积累，第二步就是用户规模和黏度的变现，在这一步上不同类型的期刊面临不同的选择。内容与商业产品紧密结合的期刊，如女性时尚类期刊，期刊本身的内容与产品和品牌的推广应合为一体，这样的期刊可以直接将用户规模和用户黏度导入到电商平台，通过流量分发赚取入口佣金。条件成熟的期刊可以自己打造电商平台，将用户流量直接变为自有电商平台的交易量。那些内容与商业产品不直接相关的期刊类型，则可以考虑网络经济的社区商务模式。社区模式的发展主要依赖用户忠诚度，期刊可以将自身内容品牌优势转化成兴趣社区的用户忠诚和黏度，通过开发副产品和服务的销售，甚至是用户的无偿捐助来实现收益，也可以通过绑定文字广告或者订阅费的方式提供付费服务实现收益。
（张燕，中国传媒大学经济与管理学院副教授；梁昊光，北京第二外国语学院中国“一带一路”战略研究院教授）
数字分布 第3篇
由于ASP只是一种非编译型的、在服务器端运行的脚本语言, 采用明文 (plain text) 方式来编写, 即使采用ASP加密程序对ASP源码进行加密, 也不一定能保证发布到运行环境中去的ASP应用程序不被非法获取, 当获取ASP源程序并破译后, 后台数据库的安全就受到威胁, 许多存储于数据库中的商业机密将被泄露。显而易见, ASP源程序保护和后台数据库数据的安全成为安全性中最薄弱环节, 因此, 如何保护源码的数据库安全是创建健壮分布式应用程序关键因素之一。
1 实现技术
1.1 使用DCOM技术
(1) 什么是D C O M
所谓COM (Component Object Model, 组件对象模型) , 是一种说明如何建立可动态互变组件的规范, 此规范提供了为保证能够互操作, 客户和组件应遵循的一些二进制和网络标准。COM组件是以WIN32动态链接库 (DLL) 或可执行文件 (EXE) 形式发布的可执行代码组成。随着INTERNET技术的不断发展, 部件技术也在不断更新和加强。其中DCOM模型是在COM模型的基础上发展起来的。它主要增加了网络功能。DCOM在由于支持多语言开发, 具有分布式处理功能, 不仅可以使用本地机控件, 而且还可以使用远程端的数据进行通信而得到广泛应用。
(2) 创建D C O M构件
创建DCOM构件, 首先确定DCOM构件要提供的功能, 然后根据功能设计控件的接口:即控件显示出来的属性、方法和事件, 最后定义实现此功能的接口, 例如, 将ASP中数据库的连接部分通过DCOM构件来实现, 可以表述为:
其中, 定义了数据库的连接路径和打开数据库的密码, 并提供了一个接口DBpath。上述数据库我们是以ACCESS为例说明的, 也可以用SQL Server数据库
(3) 在ASP中使用DCOM构件
在ASP中使用DCOM构件是通过Server对象来实现的, Server对象提供对服务器上的方法和属性进行的访问。最常用的方法是创建ActiveX组件的实例 (Server.CreateObject) 。其使用格式是:
Set引用实例名=Server.CreateObject (对象类型)
例如在工程liuyou中通过接口tran来引用DCOM的方法是:
然后用DBConn.tren (DBPath) 这可以直接连接Web数据库, 这样连接Web数据库代码就被封装在DLL文件中, 因此这样连接数据库相对安全多了。其他涉及安全方面的内容, 如认证验证的代码也可以按照相同的方法进行处理。
1.2 使用磁盘序列号
磁盘序列号, 简称磁盘ID, 是对磁盘进行格式化时随机产生的磁盘标识信息, 是一个卷序列号。由于磁盘序列号生的随机性, 同一机器两次格式化随机产生固定格式的序列号相同几率几乎为零, 因而磁盘序列号常被运用用于商业化软件进行加密使用。由于移动磁盘的磁盘序列号只有在DOS命令下才能看到, 而且具有携带方便, 应用广泛等特点, 因此用于分布式数字认证具有较好的安全性。在ASP中, 支持FSO (File System Object) 对象模型, FSO对象模型提供了一套基于对象的工具来处理文件 (夹) 和磁盘, 从而可以使用一整套属性、方法和事件来处理文件 (夹) 和磁盘。FSO模型中的Driver对象的SeriNumber属性用于标识磁盘卷标的十进制序列号;DriveLetter用于获得驱动器。例如下面的变量FSER将获取磁盘序列号:
2 应用实例
2.1 分布式应用程序模型
由于分布式应用程序具有分散不固定、可移动性等特点, 如图1所示, 一个分布式应用程序具有多个处理模块, 每个处理模块有一个权限拥有者和使用者。同一个分布式模块可能在不同地域的工作站中实现, 如分布式处理模块1的权限拥有者可能在北京, 他也可能出差在广州, 但不管地处何处, 他仍然拥有此模块使用权限。这就要求拥有此程序处理模块也必须具备可移动的特点, 这种开放性和移动性的特点, 要求分布式数字认证同样也具备开放性和移动性的特点。因此如何解决这种移动认证的方法就显得比较重要了。
2.2 移动认证的处理模块
移动认证主要包括以下四个处理模块:
(1) 认证申请模块:此模块的功能是接受权限拥有者提出申请。
(2) 认证审核模块:此模块的功能对权限拥有者提出申请进行审核, 如果合法, 则将对应的分布式处理模块提供给该用户。
(3) 磁盘检测模块:当拥有权限的用户提出申请并进行合法检查后获通过, 则此模块开始工作, 对该用户的移动磁盘序列号进行识别, 并将信息自动保存在WEB数据库中。
(4) 数据处理模块:根据已经有权限, 对相应用户进行数字认证。
2.3 移动认证的实现
当用户通过WEB登录进行分布式程序后, 自动进入WEB自动检测程序, 程序对应模块对要求用户确定移动磁盘对应的盘符, 并要求用户将移动磁盘插入, 程序开始对用户的合法性进行检验。由于所有合法用户的磁盘序列号信息都已经加入到数据库, 程序首先连接到数据库, 遍历数据库中检查磁盘序列号, 如果磁盘序列号在数据库中, 则是合法授权用户服务, 合法用户将自动跳转到相应处理分布式处理模块, 非法安装用户则提示“非法用户”, 并提供重新磁盘认证或权限拥有申请。
(1) 建立测试数据库
为了将磁盘标识等数据保存, 我们采用Access数据库ID.mdb (密码为"kxj") 作为后台数据库, 并建立一个Drive Info表, 表的数据结构如下:
其中“安装”字段的值为0代表合法用户未安装系统, 值为1代表该系统已安装。当值为1且序列号与当前盘不符时, 则判定为非法拷贝用户。当用户申请使用ASP程序得到认可后, 通过ASP程序运行自动将检测的结果加入数据库。
将Default.asp放在你的WEB站点的主目录下, 并设置为默认启动文档。
(2) 移动认证在教师业务档案中的应用
在教师业务档案中用户的权限是不固定的, 用户使用的工作站也是不固定的, 针对此特点, 可以利用磁盘来实现分布式论证。其认证处理的主要步骤是:
(1) 制作连接对象
(2) 打开连接对象
Conn.Open"driver={SQL server};server=SQL数据库服务器名;uid=用户登录账号;pwd=用户登录密码;database=要操作的数据库"
(3) 确定执行操作的SQL查询语句, 如:
(4) 制作记录集对象
(5) 连接并打开数据库
(6) 遍历数据库中“序列号”字段DS, 并与检测出的移动磁盘的磁盘序列号US进行比较, 如果相同, 则进入分布式处理模块, 否则结束程序或进行认证申请。
3 结束语
基于DCOM构件和移动磁盘的分布式数字认证技术, 通过DCOM技术, 实现关键ASP源代码的加密, 通过移动磁盘 (U盘) 来实现分布式数字认证, 解决了分布式数字认证中的不固定性和可移动性, 防止了源码非法复制和使用, 合理保护了知识产权。此方法对对源码保护和数据安全具有较大的实用价值。
参考文献
[1]刘友生.实现分布式数据库的空间远程调度.西安科技大学学报.2006.
[2]俞银燕, 汤帜.数字版权保护技术研究综述.计算机学报.2005.
[3阳文泽, 李翠华.数字签名技术在办公自动化系统中的实现.计算机工程.2005.
[4]刘友生.Hash和存储过程在分布式数字认证中的应用[J].微计算机信息.2006.
[5]邓珂.在企业局域网中实现数据加密和数字签名.电子政务.2005.
数字分布 第4篇
关键词：分布式,NIT,EPG,多媒体视讯,交巡警信息发布
【本文献信息】刘贵强, 刘诚.面向郊区县服务的分布式数字电视系统建设[J].广播与电视技术, 2014, Vol.41 (8) .
0引言
随着数字电视整体转换的全面推进与广电网双向改造的深入, 围绕广电网络的增值业务运营与赢利模式的探索与实践不断前进。目前上线推广的单项网增值业务中, 基本都是整体覆盖的统一的集中式运营模式。目前还没有任何单项网增值业务系统实现了集中式+分布式兼容的增值业务运营功能。
面向郊区县服务的分布式数字电视系统建设包括郊区县分布式EPG系统、多媒体视讯系统、交巡警信息发布系统。
分布式EPG系统作为增值业务发展的基础与核心, 在满足现有EPG系统的基础上主要新增了对多个NIT表的编辑, 即每一个郊区县都有自己单独的网络, 每一个郊区县用户可以在自己的网络里实现个性化的需求, 同时每个郊县都拥有自己的EPG编辑客户端, 可以对本网络内自办节目所在传输流信息和节目信息自由编辑, 并通过使用SDT表中关于分段排序的私有描述将各个区县的自办节目固定在统一的节目序号范围内。该系统的建设在不影响市网用户的前提下, 能够积极促进郊区县自办数字电视业务和增值业务的发展, 提高区县用户的收看便捷度。
郊区县多媒体视讯系统, 是目前唯一实现集中式+分布式兼容功能的增值业务系统。不仅满足原有部分业务需要统一覆盖运营的需要, 而且创造性的解决了所辖区域 (尤其是郊区县) 个性化增值业务运营的需求, 从而在一个系统平台上实现了市中心统一监管、各郊区县自主、积极的开展增值业务的集中式+分布式兼容的增值业务运营模式。
交巡警信息发布系统的技术领域为数字电视的应用技术领域。技术处于国内领先水平, 创新点在于:
1.通过研究DVB数字电视标准, 建立一套符合跨终端平台, 元数据交换的XML Schema模式, 在数据转换服务器的支持下, 实现用户通过数字电视机顶盒可直接访问、查询的交通违章信息。
2.基于现有数字电视单向网络, 通过构建数字智能卡数据的轮播和索引定位模式, 实现对数字终端机顶盒用户的违章信息进行点对点的精准推送。
目前, 国内交巡警业务查询主要通过互联网, 用户主动输入车辆信息进行查询, 还无法通过数字电视机顶盒终端直接进行查询。由于现有的数字电视网络多为单向广播电视网络, 且在网机顶盒终端大部分为单向机顶盒, 无法实现终端用户直接通过机顶盒登陆网络查询。
本项目提出基于单向数字电视网的点对点定投技术, 实现用户违章信息的后台服务器自动查询和主动精准推送到用户终端电视屏, 从而在无需改造升级现有数字电视网络和机顶盒的情况下, 就可面向全网用户开展交巡警违章查询业务。此外, 通过与手机绑定, 用户可以通过手机即时接收和查询交通违章和道路安全等相关资讯信息, 实现多屏互动。
基于交巡警业务系统不仅可以推送用户的道路违章信息, 而且还可以拓展到定向广告营销 (如汽车用品广告, 汽车保险) , 违章罚单代缴费, 道路交通安全重大信息发布 (交管部门指定发布) , 以及旅游、汽车等专业频道和报刊杂志的订购等业务。这样不仅能够更好的满足不同用户的业务需求, 而且符合广电三网融合业务发展的要求。
1技术详解
1.1 郊区县分布式EPG系统
1.系统整体架构
整个面向郊区县服务的分布式数字电视系统在地级分公司前端新建一套DCM系统, 接收地级市大网的IP加扰流、区县专用EPG信号。
区县使用的EPG在DCM设备中去掉偏移量后通过不同的UDP地址区分, 经过DCM复用后的IP信号传输到市县DWDM (图1) 。
区县通过IPQAM接收经市县DWDM传输的加扰流IP信号, 最终混合输出。
区县自办节目经编码器、复用器输出TS流到TS over IP网关, 最终输入到IPQAM进行调制输出, 为确保链路安全, 可以采用两级射频切换开关进行备份。第一级为主备IPQAM调制混合系统切换, 第二级为DWDM传输信号与原BKTel-1550光传输系统传输信号之间切换 (图2) 。
郊区县分布式EPG系统除了生成电子节目指南 (EPG) 信息外, 还可以配置生成丰富的标准SI信息。SI-EPG系统的核心部分由SI服务器与SI注入器组成, 外围设备包括一个或多个可扩展的EPG录入工作站。SI服务器中安装有Oracle数据库, 它与EPG录入工作站之间形成C/S结构。
主要功能是对数字视频广播业务信息 (包括网络信息、业务群信息、传输流信息、服务信息、时间信息等) 的配置与修改;EPG的录入与编辑, 也就是数字视频广播播出节目单的录入与编辑;将各种业务信息实时发送给SI注入器, SI注入器再通过ASI接口发送给复用器或者视频服务器, 或通过IP方式直接发送给IPQAM, 最终显示在用户接收端的图形层 (OSD) 。
2.系统软件组成
整个系统主要包括以下软件模块:
1) SI-Manager用于对用户信息和用户权限的配置与管理;
2) SI-Editor用于对电视台数字视频广播业务信息 (包括网络信息、业务群信息、传输流信息、服务信息、时间信息等) 的配置与修改;
3) EPG-Editor用于电子节目指南 (EPG) 的录入与编辑, 也就是数字视频广播播出节目单的录入与编辑;
4) SI-Send用于对SI-EPG信息的发送控制与监测。
分布式EPG系统是应用于广电行业的创新性的增值业务系统, 系统实现了如下的核心功能。
1) 系统管理
(1) 操作员权限管理
操作员权限管理包括操作员登录管理和操作员权限管理, 操作员可以分为一级用户和二级用户, 每级操作员的操作界面都有所不同。
一级操作员:由省中心管理员分配可管控的运营商, 也可负责省级的业务投播, 负责添加二级操作员。
二级操作员:与单个运营商关联, 负责特定运营商内的系统配置与业务投播、添加三级操作员。
省级用户可以发布省统一运营的业务到各地市, 地市级用户只能发布属于本地市的业务。
(2) 系统日志管理
系统日志管理对系统运行、业务操作等发生系统状态改变的情况进行日志记录保存, 对系统维护、监控管理提供数据来源, 提供日常查询功能操作, 支持日志查询、手动导出并清理、配置自动导出规则并清理。
2) 配置管理
配置管理主要是对基本数据的管理, 包括运营商、频道信息、调度规则、索引管理、广告类型。不同运营商的有属于自己的配置参数。
(1) 运营商管理
多个运营商可通过一套系统各自独立运营, 每个运营都需要有自己的配置参数, 使用本系统前必须定义运营商, 所有的操作、发布署业务都以运营商定单位。本模块包括运营商日常维护操作功能, 如:增加、删除、修改、查询等。
(2) 频道信息管理
频道信息管理定义管理系统业务中需要用到的频道信息内容, 即对数字电视业务中能提供频道信息进行记录管理, 提供日常维护管理功能, 如:增加、删除、修改、查询、导入 (excel、txt) 。每个运营商必须定义一套频道信息。
(3) 调度规则
调度规则定义管理系统业务中需要用到的调度规则, 用于设置调度时间, 使广告、咨询、字幕等能按合理的规律进行播发, 提供日常维护管理功能, 如:增加、删除、修改、查询。
(4) 索引管理
索引管理需要建立起MIS与复用器网络传输层等PID对应关系, 能够通过使终端机顶盒中通过ID快速查询定位到传输流中对应的PID数据包, 并能按PID收集数据包进行解码播放操作。操作对该索引配置管理的日常维护管理操作, 如:增加、删除、修改、查询、导入等。
(5) 广告类型
广告类型定义运营商各自的广告类型或全局性广告类型, 需要与机顶盒厂商一起讨论定义并共同遵守机顶盒接口协议, 将按机顶盒操作界面进行不同类型划分 (如:音量条type=1, 换频道type=2) , 按将该划分参数映射到管理系统中, 名曰:广告类型。定义好广告类型后, 系统将可以按这种广告类型进行进行对应的广告投放业务。系统提供对该广告类型配置管理的日常维护管理工作, 如:增加、删除、修改、查询。
3) 广告业务
(1) 开机广告
开机应用, 开机画面素材的查看, 添加, 修改, 删除, 批量删除, 预览。
缺省进入开机广告播控界面, 可查看开机应用、开机画面的播出情况, 高亮显示正在播出的内容。
开机应用、开机画面的调度添加, 修改, 删除, 批量删除, 提交, 审核, 停播。
(2) 旗帜广告
旗帜广告图片素材的查看, 添加, 修改, 删除 (不包括开机图片) 。
广告超链接素材的查看, 添加, 修改, 删除。
缺省进入旗帜广告调度的播控页面, 可查看旗帜广告, 广告超链接的调度情况。
旗帜广告调度的添加, 修改, 删除。
广告超链接调度 (在旗帜广告调度里操作, 没有单独的调度) 。
旗帜广告调度的审核。
(3) 挂角广告
挂角广告素材的查看, 添加, 修改, 删除。
缺省进入挂角广告的监控页面, 可查看挂角广告的播出情况。
挂角广告调度的添加, 修改, 删除。
挂角广告调度审核。
1.2 多媒体视讯系统
定投业务主要指通过定向投放来达到有区别、个性化的运营效果。定投可以分为:全用户, 部分用户, 点对点三种模式。如:通过手机短信投票等互动业务;催费信息定投发布, 如水、电费等。另外还可以针对全体数字电视用户发布紧急通知, 如灾难性天气预警等等。本功能定义提供了字幕文字模板方面的日常维护管理功能, 如:增加、删除、查询、修改。
视频节目流通过DCM设备的IP组播方式, 经过省光纤骨干网广播到各郊区县。每个郊区县采用IP QAM设备, 将IP包的节目视频流接收并分别调制输出。以下以A和B两个郊区县数据传输举例说明。
首先, 郊区县多媒体视讯系统将生成A郊区县和B郊区县的所有增值业务相关的PID数据流, A, B两个郊区县的所有PID数据都不相同。郊区县多媒体视讯系统通过IP组播或ASI接口输出传输到思科DCM D9900复用器, DCM复用器将郊区县多媒体视讯系统播出的A和B的所有增值业务PID数据流和MPTS视频节目流复用后, 通过省光纤骨干网将复用后的传输流数据广播到A和B的IPQAM设备。A和B的IPQAM设备通过PID数据流透传功能, 只选择透传本郊区县关联的增值业务PID数据流和MPTS视频节目流, 实现增值业务数据流在物理链路上的独立性, 从而能够完全满足市中心和各郊区县独立运营的需求。
1.3 交巡警信息发布系统
本系统可以应用在数字电视单双向网络的为基础的系统中, 集移动 (电信) 平台、数字电视平台、Internet网络平台为一体的综合性新型业务系统。本系统网络拓扑图如图3所示。
图4中, 用户可通过移动网络 (电信网络) 以短信方式进行用户注册 (订购) , 短信分发系统通过短信网关接口获取到短信, 通过短信特征码分类出各运营商的短信, 并把各运营商的短信分别推送给交巡警信息发布系统。交巡警信息发布系统定期自动到全国交通违章查询系统中查询到用户的违章记录, 通过与本地存储的用户违章记录对比, 筛选出需要推送的用户违章记录信息, 经过智能压缩算法处理后, 通过MIS系统的播发服务器把用户违章记录推送到机顶盒上。
如果是双向机顶盒, 可通过WEB访问的方式直接访问交巡警信息发布系统, 在线查询违章记录。
2技术创新点
1.郊区县分布式EPG系统
郊区县分布式EPG系统的多级NIT功能支持配置与播发多个网络、传输流、业务, 在保证现有网络不受影响的同时, 能够为郊区县提供更多灵活性的选择。
郊区县分布式EPG系统以数据库为核心, 软件模块之间均是通过数据库相互连接, 各个功能模块之间相互独立, 这使得系统具有良好的扩展性与操作性。
郊区县客户端功能强大。前端EPG系统通过权限控制对客户端赋予部分或所有节目的查看权限, 对区县本地电视节目可分配查看、编辑、修改等权限;可对本地节目的名称、排序等进行设置和调整, 编辑完成后需市前端进行审核通过后方可实施变更;本地节目的节目单信息可自行导入及生成。
2. 郊区县多媒体视讯系统
1) 集中与分布式兼容, 体现在实现中心统一监管、各郊区县分布式运营的模式。
统一监管:中心角色不仅能监控到各郊区县增值业务的开展情况, 紧急情况下, 也有权限实施应急预案措施。
分级权限管理:不同级别角色权限的灵活管理与配置。
分级传输控制:数据传输分级控制, 即不同增值业务的数据的传输通道是可以灵活管理和控制的。
2) ASI与IP兼容。
无论是ASI接口还是IP接口, 系统提供统一的增值业务数据通道, 不会因为接口的不同而出现数据的不一致性。
3) 安全应急。
采用统一的登录入口校验所有访问系统的用户, 非授权用户无法进入系统, 授权用户根据执行权限进行控制其操作界面与功能。
3. 交巡警信息发布系统
可以发布统一的接口给各运营商的查询系统, 与各地市交巡警系统对接统一完成。
系统利用智能卡号连续性、违章信息内容部分相同的特点, 对智能卡号进行压缩。对于违章记录相同的内容, 采用独立抽取, 独立发送, 减少总数据量。
3结束语
目前, 我国处于全面关注文化建设及文化价值回归的时代, 追求物质文明与精神文明发展并重, 广电行业在文化事业、文化产业发展中的重要地位和作用不言而喻。
面向郊区县服务的分布式数字电视系统建设能够积极促进郊区县自办数字电视业务和增值业务的发展, 提高区县用户的收看便捷度, 提高用户体验, 有助于提高用户粘度, 提升公司形象, 提高公司经济效益。广播电视网络是党和政府喉舌, 该系统的建设将更好的服务于党的事业, 更好的满足人民日益增长的精神文化生活的需求。
参考文献
[1]刘洋, 三网融合下电信运营商TV屏业务发展策略建议[J].电信科学, 2011 (10) .
数字分布 第5篇
空间过程越来越多的受到生态学研究的重视, 人们已经意识到个体、种群和群落的空间结构对于生态过程的重要性。优势种群的生态生物学特征以及发生发展的动态对群落的外貌、结构和演替方向有重要影响[2]。种群分布格局是种群生态生物学特征的重要方面, 是种群与环境长期相互作用和选择适应的结果。空间格局也是群落结构组建的基本过程之一, 通过分布格局可以了解种群在群落中的地位和作用, 并进一步认识群落中物种的镶嵌情况, 掌握种间相互作用规律和群落的结构与动态。完工镇沙地是我国北方半干旱农牧交错带的典型区域, 由于土地开垦和超载放牧导致植被大量破坏, 土地荒漠化严重[9]。草地植被是该区域的典型地带性稳定植被类型, 在植被恢复和土地荒漠化治理以及畜牧业生产中具有重要的地位和作用[3]。通过对处于轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地等不同恢复演替阶段的群落优势种群分布格局的研究, 进一步揭示完工镇沙地草地植被恢复演替过程中群落结构的特征和变化规律, 为该地区的植被恢复和荒漠化治理提供理论依据。
1 研究区自然概况
完工镇位于东经118°54′、北纬49°12′, 距旗政府所在地巴彦库仁镇西南55km处。南临鄂温克旗, 东与海拉尔区连接, 西与新巴尔虎左旗接壤, 北靠海拉尔河与东乌珠尔苏木隔河相望。镇所在地在滨洲铁路沿线, 境内有大小10个车站。
完工镇是一个以畜牧业为主的纯牧业镇, 土地面积4579km2, 其中可利用草场3760km2。下辖8个牧业嘎查、2个居委会、13个直属机关, 总户数1540户, 人口5279人, 其中, 纯牧业户669户, 牧业人口2322人。土壤与植被呈地带性分布, 主要土壤类型有黑土、黑钙土、暗栗钙土等, 易开发建立人工饲料基地。
2 材料和方法
2.1 试验材料
草样方格, 测绳, GPS, 剪刀, 草样袋, 标本夹, 卷尺, 钢针。
2.2 试验方法
以试验区不同等级的沙化草地走向为主线, 在野外选取轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地典型样地各1组。样地设置2条试验样线, 其中一条为对照样线。选择4组样地 (每1个样地的周围有1个对照样地) , 采取样线法, 位于样线上, 每隔35m取5个样方, 并按沙化梯度进行植被调查, 每个样地一共取20个样方。草本样方1m×1m, 灌木样方4m×4m, 每条样线上20个样方, 每条样线长为100m。样方中调查各植物种类的密度、高度、频度和盖度以及植物群落的高度、盖度、生物量;物种丰富度和株丛密度采用计数法测定。
2.3 数据分析方法
以种群密度作为数量性状进行种群分布格局的测定[4]。
①扩散系数
DI=s2/x
式中, s2是种群数量性状的方差;x是种群数量性状的均值。DI用值可对种群的分布格局作出初步判断。为了检验种群分布格局偏离Poisson分布的显著性, 可进行t检验, 表达式为:
undefined
n为样方数, n=20。
②聚集指数[5]CI=s2/x-1
③平均拥挤度
m=x+s2/x-1
④聚块性指数
PAI=m/x
⑤Green 指数
undefined
⑥聚集强度PI=k
式中, k为负二项分布的参数;k是一个负性指数, k值越小, 聚集程度越高;k值越大, 则聚集程度越低。
3 结果与分析
据调查, 重度沙化草地群落中出现的优势种群有虫实、猪毛菜、麻花头、狗尾草, 中度沙化草地的优势种有针茅、沙生冰草、糙隐子草, 轻度沙化草地的主要优势种群为羊草、针茅。
3.1 评价结果影响不同沙化等级草地群落种群分布格局的因素
格局分析指标表明, 只有轻度沙化草地的黄芪呈随机分布, 呼伦贝尔完工地区不同等级沙化草地植被在演替各阶段群落优势种群绝大多数都呈较强的聚集分布。大量研究表明, 聚集分布是绝大多数自然种群的稳定分布格局。种群分布格局的形成是物种与环境长期相互适应和相互作用的结果, 一方面决定于物种的生态生物学特性和种间竞争等生态学过程, 另一方面与群落环境密切相关, 如养分和水分资源在空间分布的斑块性等。对于植物来说, 由于其固着生长的特性, 繁殖和扩散的空间范围受到限制, 种子往往散落在母体周围, 种群的扩展总是以最初侵入并定居的母体为中心而展开, 必然形成以母体为中心的聚集分布[6]。对于个体矮小的草本植物来说, 其种子散布的距离和范围更小, 且种子小而数量大, 更容易形成格局规模较小的聚集分布。在完工地区不同等级草地植被恢复进程中, 从重度沙化草地开始的群落演替的各个阶段, 植被恢复和群落建立的过程就是植物种群陆续侵入、定居和繁殖增长的过程, 而这一过程的空间局限性是引起种群聚集分布的重要原因。在一些重度沙化草地的的地区, 群落的优势种群都是以有性繁殖的方式来实现种群的扩散和繁殖。
种群的发生、侵入和定居强烈地受到种源的影响, 由于种源分布的偶然性、空间距离等因素, 使得某一种群在某一空间范围内的侵入定居过程是非均匀、非同步和点状或斑块状的, 并造成了种群分布的空间异质性, 这是种群聚集分布形成的原因之一。
种群的聚集分布造成了群落结构的斑块性、镶嵌性和空间异质性。种群聚集分布一方面是某些生态因子空间异质性的结果, 另一方面它又成为群落生态过程的空间异质性的组成部分。种群聚集分布可以促进种间共存, 从而允许群落容纳更多的物种, 增加物种丰富度和多样性。在完工地区中度沙化草地中, 随着优势种的增加, 物种的数量和种类急剧增多, 远超过轻度沙化草地和重度沙化草地。但是其优势种的聚集指数却不是很明显, 例如, 优势种针茅的聚集指数只有1.27, 远小于轻度沙化草地的针茅聚集指数;而负二项指数却远大于轻度沙化草地的针茅指数, 说明中度沙化草地的物种虽然总数有所增加, 但是都处于过渡阶段, 种间的竞争更加激烈;而轻度沙化草地由于水分养分的稳定, 草种更加单一, 多出现种内竞争。
聚集分布加剧了种内竞争强度而减弱了种间竞争强度, 造成种内竞争大于种间竞争。种内竞争的加强有利于维持种群的健康和对物理环境的良好适应, 使种群在种间竞争中更易成功。聚集分布使种群在某一斑块上形成优势, 抵抗外来种的侵入和定居, 从而维持种群的稳定和续存。种群在幼年阶段较高的集群强度有利于群体效应的发挥, 促进种群的存活和发展。因此, 在完工地区不同沙化等级沙地开始的植被恢复进程中, 种群较高程度的聚集分布构成群落空间变异的重要来源和组成部分, 有利于提高群落种的饱和度, 促进群落盖度的增加, 加速植被恢复的进程, 对群落生态过程具有稳定化作用。
3.2 群落演替进程中种群格局强度的变化
在群落演替进程中, 各种群聚集分布的格局类型基本未发生变化, 但格局强度出现了一定规律的变化, 表明在群落演替进程中, 随着群落环境和竞争、繁殖等一系列生态学过程的变化, 也影响到种群的动态与空间分布, 从而也影响到群落结构的变化[7]。从流动沙地到半固定沙地, 群落总体的聚集程度下降, 如群落内各种群聚集强度的总k值从重度沙化草地的20.274上升到中度沙化草地的117.212, 说明重度沙化草地作为群落建立的起点, 种群空间分布的斑块性高于中度沙化草地;从重度沙化草地过渡到中度沙化草地, 优势种群进一步扩展, 完成对空间的侵占, 各种群在空间上的分布更为均匀, 斑块化和聚集程度下降。而到了轻度沙化草地, 随着种群中物种逐渐的单一化, 稳定化, 而且其优势种数量占据主要地位, 此时聚集强度继续增加到165.212, 但是其主要的优势种的k值却急剧下降, 趋于稳定。而且, 可以看到, 作为最主要的优势种羊草、针茅, 出现了与前期相反的变化趋势。作为轻度沙化草地中的主要物种羊草的负二项指数只有0.014, 说明羊草的种群的建群还没完成, 还要进一步过渡到更稳定的草甸草地中去, 此时的羊草种群的建群还在进一步的繁殖和发展中。
这种现象说明, 从重度沙化草地过渡到中度沙化草地的初期, 种群动态的变化与前期不同。主要原因在于, 从重度沙化草地过渡到中度沙化草地初期, 伴随着群落环境的进一步稳定。如细土物质的沉积和有机质的提高, 土壤肥力增强, 更多的物种开始侵入群落, 而原来的优势物种由于群落环境的变化而处于衰退, 进而消失, 诸如虫实。这些都进一步加剧了各物种在空间分布上的斑块性和空间异质性, 群落结构处于急剧而深刻的变化之中, 物种组成发生较大变化, 群落的物种多样性进一步提高, 接近群落演替过程的最大值。新侵入的物种还没有完成种群的充分增长和对空间的占领, 空间分布上的变异较大, 聚集程度较高, 这些都造成了群落结构的复杂程度和空间异质性较强。此时中度沙化草地的物种数量最多, 但是单个物种的绝对数量却没有稳定后的轻度沙化草地的物种数量高。
参考文献
[1]卢欣石, 吕世海, 曹帮华.呼伦贝尔草地风蚀沙化地土壤种子库多样性研究[J].中国草地, 2005, 27 (3) .
[2]吕世海.呼伦贝尔沙化草地系统退化特征及围封效应研究[D].北京:北京林业大学, 2005.
[3]李胜功, 赵爱芬, 常学礼.科尔沁沙地植被演替的几个问题[J].中国沙漠, 1997 (17) :25-32.
[4]张大勇.理论生态学研究[M].北京:高等教育出版社, 施普林格出版社, 2000:170-172.
[5]张金屯.植被数量生态学方法[M].北京:中国科学技术出版社, 1995:259-266.
[6]李永宏.放牧影响下羊草草原和大针茅草原植物多样性的变化[J].植物学报, 1993, 35 (1) ;877-884.
[7]张峰, 上官铁梁.2000.山西翅果油树群落优势种群分布格局研究[J].植物生态学报, 24 (5) :590-594.
[8]郑元润.沙地云杉种群分析中各种方法的有效性[J].植物生态学报, 1997 (21) :480-484.
[9]潘学清, 魏绍成, 冯国钧.中国呼伦贝尔草地[M].长春:吉林科学技术出版社1992:185-1451.
数字分布 第6篇
随着信息技术的高速发展和数字图书馆的建设,图书馆数字资源呈几何级数增长,传统的存储技术，如DAS(Direct Attached Storage)，已无法满足数字图书馆资源的存储需求。
目前，以NAS(Network Attached Storage)、SAN(Storage Area Network)和P2P等为代表的网络存储系统得到了较快发展。SAN和NAS由于跨越距离的局限及需要有专用硬件的支持,成本较高不适宜普及，只有P2P是目前最活跃、最适宜普及的网络存储技术[1]。
P2P即Peer to Peer，称为对等连接或对等网络，DHT(Distributed Hash Table)Overlay网络是它的一种主要应用形式。对基于DHT Overlay网络的P2P系统来说，系统规模只受结点标识符长度的限制，具有良好的可扩展性。Tapestry[2,3]是一个应用极广泛的可扩展、高容错及自管理的DHT Overlay网络，但它的路由和对象定位依赖静态的邻居列表，在动态网络环境下，Tapestry无法很好地工作[4]。另外，它的文件副本管理策略对系统资源消耗过大。
本文提出了一种基于P2P的数字图书馆资源分布式存储方案，该方案针对Tapestry存在的不足，实施了一种新的P2P动态路由机制和自适应文件副本管理策略，将图书馆内不同计算机的存储空间统一组织与管理起来，形成一个可扩展、高可靠及高性能的分布式存储系统。
1 系统设计
1.1 系统结构
系统结构如图一所示，系统采用分层的结构，从自底向上由虚拟层、路由层、会话层和应用层等四层构成。
(1)虚拟层：虚拟层为整个系统提供存储资源底层基本存储服务，实现异构资源的同构化映射，负责持续的邻居链接管理和更新。同时，根据用户对文件的访问情况，动态的调整文件副本的数量和存放位置，以实现数据同步开销和文件访问性能之间的动态平衡。
(2)路由层：路由层用来在真实网络之上再构造一个逻辑网络，管理结点路由表和对象指针数据库，检查所收到消息的目的地，决定路由的下一跳。在新结点加入、旧结点离开时更新对象索引信息。
(3)会话层：该层负责用户会话的建立、目录操作以及数据传输等功能。文件传输时采用多对一的并行传输机制，选取多个副本同时传输文件数据，将多条网络连接和结点I/O能力聚集起来，提供高效的数据传输服务。
(4)应用层：该层屏蔽下层技术细节，封装各种服务功能，为用户提供外部访问接口，使用户像使用本地存储系统一样访问分布式存储空间。该外部接口包括：函数接口API以及用户命令(用户管理自己文件的界面)。
从系统结构中可以看出,本系统关键在于新构建的逻辑网络中的路由层和虚拟层，而这两者的效率又直接依赖于系统采用的路由机制和文件副本管理策略。下面详细介绍本系统中所采用的路由机制和文件副本管理策略。
1.2 P2P动态路由机制
一个P2P存储系统必须具有良好的可扩展性,而路由算法是影响系统扩展性能的关键技术之一。由于P2P系统通常建立在不可靠的网络环境之上，任何提供资源的结点可以随时脱离系统的管理。因此，路由算法必须适应这种动态的网络环境，提高路由效率和对象定位的准确性。
P2P动态路由机制是一种新的基于DHT Overlay网络的分布式结构化路由算法。它是在Tapestry路由算法的基础上，通过改进Tapestry的路由表或邻居列表维护算法，使其能适应动态的网络环境，避免因结点离开而引起的路由失败，从而减少路由延迟。邻居列表维护主要包括构建邻居列表和优化邻居列表表项内容两个方面。邻居列表应能准确地反映当前的网络拓朴，而优化邻居列表表项内容则是为系统寻找一种最短路径的路由。
邻居列表构建方法：假设结点N与它附近的结点M有相同的后缀α，则结点N向系统中所有结点广播，收到广播消息的结点查看自己的结点标示号NID(Node Identifier)，若有相同的后缀α，则发送反馈消息给结点N。结点N根据收到信息，测试与这些结点的距离，用距离较近的结点填写相应的邻居列表表项。然后，同时增加或减少后缀α的位数，重复做上面的步骤，直到没有相匹配的结点。
由于P2P系统通常建立在不可靠的网络环境之上,结点随时都有可能脱离系统的管理，因此，距离较近的结点个数也应是一个相对数，需要对它们进行规范。假设│BA(r)│表示以结点A为球心，r为半径的球内结点的个数。│BA(2r)│表示以结点A为球心，2r为半径的球中结点的个数。邻居列表每层个数的规范方程式如下[5]：
其中，c为以结点A为球心球的膨胀系数。对于系数c，若满足：
则构建的邻居列表是合适的，否则需要重新构建邻居列表。其中b为DHT Overlay网络的ID(Identifier)编码进制。
在DHT Overlay网络中逻辑上相邻的结点在底层拓扑网络中可能并不相邻甚至相隔很远，这样导致DHT Overlay网络中两个结点间的路由延迟与其在底层网络中的路由延迟有很大的差别。在文献[2]中，作者通过周期性的运行维护任务来不断优化邻居列表的Proximity性质，以达到减少路由延迟的目的。但是，从邻居列表中随机选取一项进行优化的方式缺乏针对性，比较盲目。虽然，本文通过重新构建邻居列表减少了邻居列表表项的数目，避免了随机选取的盲目性，但对一些很少使用的文件进行路由路径优化会增加不必要的系统资源消耗。因此，本文只在文件有访问需求的情况下才对它的路由路径进行优化。
1.3 自适应文件副本管理策略
通过增加文件的副本数可提高P2P存储系统的可靠性，可以有效地避免系统结点由于网络断开或机器故障等动态不可测因素引起的数据丢失和不可得。然而，为所有文件都保持较多的副本数量，也将消耗大量的系统存储资源，并增加文件管理的复杂度[6]。因此，文件副本管理策略应该能根据系统的需求自动地调整副本数，在尽可能少消耗系统存储资源的情况下，保证数据不丢失。
针对Tapestry文件副本管理策略的不足，文献[6]提出了一种更有效的文件副本管理策略：Carbonite。当某一文件刚加入系统时，Carbonite为它建立三个副本。若系统检测到有错误发生时，Carbonite为该文件创建更多副本，但副本数不能超过七个。Carbonite通过限制系统为每个文件创建过多副本减少系统存储资源的消耗，从而提高了系统存储资源的利用率，但它没有考虑用户对文件的集中访问问题，即Hot Spots问题。Hot Spots不仅导致本结点的服务性能下降，而且将引起下层网络的通信拥塞。自适应文件副本管理策略是在Carbonite的基础上，通过增加Hot Spots区域文件副本数，从而改善该结点的服务性能。
自适应文件副本管理策略：当有新文件加入系统时，系统为该文件产生三个副本。当某一文件由于系统结点网络断开或机器故障，引起总副本数少于三个，系统启动副本复制程序，增加相应的副本。若某一文件频繁被访问，并达到规定的访问次数时，系统检查该文件的副本数，若副本没有超过七个，则系统增加一个副本;否则，系统将最近被访问次数最少的文件副本迁移到Hot Spots区域。若某一文件的副本长时间没有被访问，系统检查该文件的副本数，若副本超过三个，则系统删除一个副本;否则维持原有副本数。
系统中的数据被复制后存放在多个服务结点上。由于数据的写权限可以被赋予多个用户，因此必须处理数据的同时更新问题。当有数据更新请求时，系统将已更新的数据广播给所有结点(包括所有一级结点和二级结点)，采用gossip的方式广播，以保证广播的可靠性。
自适应文件副本管理策略如图二所示。
2 性能测试
由于路由机制和文件副本管理策略对系统的性能有较大影响，本文仅对它们做相应的测试分析和比较。在图书馆网络环境下，选取了分布在不同位置的30台机器，构建了一个基于P2P的数字图书馆资源分布式存储测试系统。
2.1 路由机制效率测试
在100M网络带宽情况下,模拟对同一个文件发起10次查找请求，分别测试Tapestry和P2P动态路由机制(PDR)查找文件所需时间，其测试结果如图三所示。
从图三可知，刚开始查找文件时，PDR的查找时间比Tapestry多，但随着查找次数增加，PDR却表现出更少的查找时间。
2.2 文件副本管理策略测试
在100M网络带宽情况下,运行测试系统一段时间后，分别统计Carbonite和自适应文件副本管理策略(AFM)文件传递操作总次数，即结点到异地读取文件和文件同步更新的操作数之和。测试结果如表一所示：
从表一可知，与Carbonite相比，AFM的文件传递操作总次数明显减少。AFM根据文件被访问频率自适应调整文件副本的存放位置，减少异地读取文件次数，从而表现出更好的读写性能。
3 结束语
基于P2P的数字图书馆资源分布式存储系统利用P2P动态路由机制和自适应文件副本管理策略，减少文件查找时间和文件传递操作总次数，提高了系统的运行效率，改善了系统的服务质量。但分布式存储服务是在开放性网络环境中提供的，而开放性的特点也造成了网络安全状况很差。为了防止网络攻击与黑客行为，基于P2P的数字图书馆资源分布式存储系统需要增加身份识别认证、授权及数据完整性等安全措施，而这些安全措施必然会降低系统运行效率。因此，如何设计既要保证网络安全且运行高效的存储系统是今后研究工作的重点。
参考文献
[1]韩国庆,卢显良.基于P2P的关键字路由分布式存储系统设计[J].计算机应用,2005,25(12):63-65.
[2]B.Zhao,J.Kubiatowicz and A.Joseph.Tapestry:An infras-tructure for fault-tolerant wide-area locationand routing[R].Com-puter Science Division,2001,(4).
[3]John Kubiatowicz,David Bindel and Yan Chen et al..OceanStore:An architecture for global-scale persistent storage[C].In Proceedings of ACM ASPLOS,2000,(12):190-201.
[4]K.Hildrum,J.D.Kubiatowicz,S.Rao and B.Y.Zhao.Distributed object location in a dynamic network[C].In Proceed-ings of SPAA,2002,(08):41-52.
[5]C.G.Plaxton,R.Rajaraman and A.W.Richa.Ac cessing nearby copies of replicated objects in a distributed environment[C].In Proceedings of the9th Annual Symposium on Parallel Al-gorithms and Architectures,1997,(06):311-320.
数字分布 第7篇
关键词：档案,分布式,存储
近年来,为了更好地适应信息化技术的迅猛发展,增加档案的利用率,各级档案管理部门和企事业单位都致力于数字档案馆的建设,作为有着丰富档案资源的高校,更是致力于数字档案馆的建设,目的是有效整合高校的档案资源,发挥高校档案资源的应有作用,使其更好地为学校的管理,教学和科研服务,随着“大数据”概念的提出,许多高校已经逐步将构建档案资源的大数据环境作为数字化档案工作的重点和建设目标,但是,面临日益增长的档案数据资源,如何进行有效存储,以适应大数据环境下的存储需要,成为许多高校的档案工作的难点,本文研究了一种分布式文件系统的存储方式,用来实现高校档案大数据环境下的数据存储。
一、高校档案数据的存储现状
目前高校档案数据的存储[1]146分为四个形式,分别是内置存储、DAS存储、NAS存储和SAN存储,大致情况如下。
1.内置存储:有些高校的档案部门由于档案数据量不大,经费不足等原因,将档案数据存放在服务器的内置存储内,通常,一台2U机架式服务器可以安装6到12块磁盘,容量可以超过20TB,这种存储方式的优点是容易实现,不需要额外设备,性价比高,对于档案数据存储要求不高的高校来说,这种方式比较合适,但是由于容量有限,无法扩展,当高校档案数据量增大时,这种存储方式就难以满足档案数据存储的需要,更无法实现不同服务器之间的存储共享。
2.DAS存储:有些高校随着档案数据存储量的扩大,尤其是对档案服务器热备有要求,开始采用DAS(Direct Attach Storage,直接连接存储)方式存储,即购置磁盘阵列,利用存储线缆(光纤、SAS线)和主机上的HBA卡(Host Bus Adapter,主机总线适配器)连接到服务器。单个阵列在内置存储之外提供了最大超过20TB的容量,并且可以实现多机共享数据,通过阵列之间的级联,容量更可以翻番。DAS方式价格低廉,配置简单,不存在网络延迟,容量也满足绝大多数应用,并且部分解决了共享存储的问题,但也同样存在明显缺点,即容量存在上限,并且不方便2台以上服务器设备的共享。
3.NAS存储:有些高校的档案数据服务器由于存放在学校校园网数据中心内,通过学校局域网和文件的共享协议如TCP/IP、CIFS和NFS来实现档案数据的归档和存储等,这就是NAS(网络连接存储)存储方式。这种方式的优点是扩展性比DAS强,数据更容易共享,但实现起来对于技术要求较高,成本较贵。
4.SAN存储:有些高校投入大量的财力和物力构建专门的存储区域网络即SAN网络存储,用来实现档案数据的存储和共享,这种存储的特点是连接档案服务器和档案存储设备的都基于光纤通道的网络。存储设备不是连接到服务器上,而是连接到网络本身,而且对网络上的所有服务器都可见,SAN存储相对于NAS存储速度更快,容量扩展性更好,更有利于数据共享,但是成本最高,且配置部署的难度很高。对于很多高校的档案部门,很难实现SAN存储。
二、档案大数据环境下的存储要求
档案大数据环境下的存储[2]28要满足如下两个条件。
1.能够提供超大的容量,具备良好的可扩展性。所谓档案大数据环境,首先应当满足超大的容量,对于目前许多高校档案数据的存储容量来说,一般都在几十T到数百T之间。而构建大数据环境的存储,起点都是PB级别(1PB=1024TB),对于通过SAN和NAS传统存储方式构建的档案数据中心来说,如果要实现PB级别的存储,那学校将投入巨大的设备、财力和人力,这对于许多高校来说将是一笔昂贵的预算资金,从绩效的方面考虑,这种投入是完全不现实的。
2.具备良好的容错能力和自我修复能力,保证数据的完整性和安全性。由于档案数据是极其宝贵的数据资源,具有极强的历史价值,因此保证档案数据的完整性和安全性就显得尤为重要,档案大数据环境下的档案数据都是PB级别的海量资源,因此对于数据的容错和自我修复能力的要求是极高的,传统档案数据存储的NAS和SAN都是基于RAID的模式存储,这种存储存在先天的不足性,即一个RAID组一般超过两个磁盘同时出现故障就无法恢复。对于传统存储来说,由于数据量小,所以重建过程很快,两块同时损害的概率较低,但随着单个磁盘的容量到达TB级别,总数据量达到数百TB甚至数PB之后,这种损害的概率将会大幅增长,从而严重威胁到数据的安全性。
三、分布式文件系统的定义与架构
分布式文件系统[3]23(Distributed File System)是指文件系统管理的物理存储资源不一定直接连接在本地节点上,而是通过计算机网络与节点相连。分布式文件系统通过将文件、文件块、磁盘乃至存储设备分散开来,利用集群的形式对外提供文件存储服务。
分布式文件系统由三个功能模块组成,即Master服务器,Data服务器以及Client客户端。Master服务器作为调度者,是整个系统的核心,负责调度存储网络中的各Data服务器以及处理和客户端之间的通信。Master保存三类数据:文件和块的命名空间,文件到块的映射关系以及块副本的位置。一个集群中一般只需要有一个Master即可,考虑到安全性,也可以增加一个热备的Master。Data服务器连接磁盘存储或使用自身磁盘,作为存储提供者。服务器运行通用的操作系统,例如Windows或者Linux,视采用的分布式文件系统类型来确定。一般具有多台,并且可以随时增加以增加集群的容量,只需向Master注册即可。Master和Data之间通过心跳协议保持联系。Client则是客户端。需要对分布式文件系统中数据进行读写操作的设备只需要安装特定的软件即可对分布式存储网络中的数据进行操作。
分布式文件系统的主要操作与普通存储类似,包括读操作,写操作,另外就是分布式特有的块的同步以及节点的添加 / 删除操作。分布式文件系统算法的核心是文件的分散。文件不再是连续的写入到某一个存储系统的扇区中,而是利用特定的算法,将文件切分成指定大小的文件块,散落写入在整个集群中。该算法是可逆的,即通过这些分散的块,管理员可以恢复它们所代表的文件。
四、分布式文件系统的特点与大数据存储的实现
相对于传统存储,分布式文件系统的特点更适合于满足高校档案大数据环境的存储需求,主要体现以下几点。
1.充分利用已有设备,节省投资。分布式文件系统由于是将数据分散存储在各个DATA服务器中的,所以可以用普通的PC服务器来代替磁盘阵列柜等专用设备。高校目前采用的传统存储中的SAN和NAS存储方式都属于高端存储,设备的代价昂贵,分布式文件系统通过普通的服务器内置或者外接低端存储设备来组建大的集群,在实现同样容量的前提下,成本要远低于传统存储,利用分布式文件系统,可以将许多学校之前购买的闲置不用的PC服务器给充分利用起来,从而节省了资金的投入。
2.稳定性好,更有利于档案大数据的存储安全。分布式系统是由多个存储组合起来,每个存储节点的空间可能都不大,这样对于单个存储来说,它的存储量相对较小,故障重建期内再次故障的可能性也就大大减小。即使是单个存储故障,由于分布式特性,也可以通过其他区域的文件块恢复。而且,在分布式系统中的每个节点仍然使用RAID5/6等可靠性高的RAID来保证单个节点的安全,这样,即使单个存储点发生故障,也可以通过RAID尽快恢复数据,相对于传统存储中那种海量的存储数据只用RAID方式来进行存储,分布式文件系统的稳定性和安全性显然更高,可以更好的保障档案大数据的安全。
高校档案部门如果要部署分布式文件系统实现大数据环境下的存储,需要完成两个步骤:(1)将利用率低的档案数据进行离线存储。即使分布式文件系统存储,也需要用到很多硬盘,对于高校构建档案大数据环境来说,也是一笔不小的开销,由于档案数据的利用次数各不相同,对于那些长期不用的档案数据,可以使用磁带机等设备去保存数据,也就是离线存储,而经常使用的档案数据则用硬盘存储,这样,在即保证大数据环境下的档案使用效率下,又充分节约了成本,有效地提高大数据的建设绩效。(2) 合理的结合使用SAN和分布式文件系统,实现分级存储。采用分布式文件系统存储,并不是完全取代传统的SAN存储,对于那些档案服务器的虚拟化应用以及目录数据库,用传统的SAN部署更合理,而对于大量碎片化的档案数据文件,则可用分布式文件系统方式进行存储,具体档案数据文件部署在各个分布式节点设备时,也应当根据档案数据的使用频率进行分级,确定不同性能的设备部署不同等级的档案数据,从而实现档案数据放在最合适的位置上最根本的目的。
数字分布 第8篇
本文中DEH控制系统采用了上述优化, 现在, 需要对优化后DEH控制系统运行的可靠性进行评价。目前, 火电厂中可靠性评价研究多涉及动力设备以及保安系统的可靠性评价, 且多建立静态故障树: 基于磨煤机出口温度失效, 建立的静态故障树模型进行故障定位［1］; 对于冗余可修系统, 建立动态故障树, 计算系统失效率［2］; 在描述并总结大型汽轮机故障的基础上, 建立汽轮机故障的静态故障树, 为故障诊断提供依据［3］; 基于火电厂汽包水位保护系统故障, 建立故障树, 进行故障筛选、定位［4］; 将故障树理论应用到汽轮机超速保护系统, 对底事件重要度进行了计算［5］。而针对汽轮机DEH控制系统的可靠性评价, 尤其是基于动态故障树的可靠性评价还很少。
本文针对汽轮机组并网阶段, 以DEH控制系统为研究对象, 建立了DEH控制系统失效的动态故障树。目前, 在计算系统失效概率时, 大多基于设备偶然失效期, 即在系统失效概率的定量计算中往往假定设备的失效率为常数［6］。基于DEH控制系统长时间运行后, 设备已处于耗损失效期, 因此, 设备失效率采用威布尔分布, 结合马尔可夫模型, 对DEH控制系统失效概率进行了定量计算, 依此评价优化后系统的可靠性。
1 建立DEH控制系统失效的动态故障树
故障树是一种特殊的树状逻辑因果关系图, 它用规定的事件、逻辑门和其他符号描述系统中各事件的因果关系。处于故障树最底层的事件叫底事件, 在顶端的称为顶事件, 描述事件之间关系的逻辑符号称为逻辑门。动态逻辑门是指底事件的发生具有动态逻辑顺序, 一般包括“顺序控制门”、“热备门”等。动态故障树是指引入动态逻辑门的故障树［7］。
汽轮机组DEH控制系统采用数字计算机作为控制器, 电液转换装置、高压抗燃油系统和油动机作为执行器。本文建立了以DEH控制系统失效为顶事件, 控制器、电液转换装置、执行器失效为底事件的故障树［8］如图1 所示。
将DEH控制系统动态故障树模块化成独立的动态子树和独立的静态子树［9］, 建立DEH控制系统检测设备失效的动态子树, 其余部分失效则建立静态子树。将动态子树转化成马尔可夫链进行求解, 静态子树则采用很多方法都可求解, 如BDD算法［10］。本文只介绍动态故障子树求解过程, 对于静态故障树的求解不再详述。
1. 1建立DEH控制系统检测设备失效的动态子树
热备用门 ( hot spare gate, HSP) 中, 热备件B和主件A同时处于工作状态, 原理相似于并联结构。备份B可以有多个, 其中一个失效后, 可以由其他的继续工作。只有当所有的单元都失效时, 顶事件C才会失效［7］。如图2 ( a) 所示。结合本文研究对象, 当DEH控制系统优化后, TF方式作为CCS方式的热备用, 因此, 导致DEH控制系统检测设备失效事件的发生具有动态逻辑顺序。为此, 本文引入动态逻辑门———热备用门, 建立了以DEH控制系统检测设备失效为顶事件, CCS和TF方式检测设备失效作为动态故障树底事件的动态故障树, 如图2 ( b) 所示。
1. 2 DEH控制系统检测设备失效的动态故障树转化为马尔可夫链
如果系统在下一时刻所处状态只和现在时刻的状态有关而与以前的状态无关, 即设X ( tn) = x ( j) , ( j = 0, 1, …, n) 表示系统在tn时刻处于x ( j) 状态, P{ X ( tn) = x ( j - 1) } 表示系统在时刻tn处于状态x ( j) 的概率。如果随机状态转移概率满足:
这就是马尔可夫过程［11］。
本文考虑在整个服役期内, CCS和TF方式检测设备的失效率随时间变化而变化, 失效分布曲线看做浴盆曲线［12］, 即设备的整个寿命周期分成早期失效期、偶然失效期和耗损失效期三个阶段, 其失效率分别呈递减、恒定不变和递增趋势。为了便于表述和书写, 先假定主、热备用设备失效率 λ、λ1为常数, 转换装置完好无损。将DEH控制系统CCS方式检测设备称为主工作设备, TF方式检测设备称为热备用设备。根据设备发生失效的情况, 系统有四种状态。DEH控制系统正常工作状态为x ( 0) 、x ( 1) 、x ( 2) , 系统失效状态是x ( 3) 。
1) 初始工作状态x ( 0 ) : 主、热备用设备都正常工作。
2) 正常工作状态x ( 1 ) : 热备用设备失效, 主工作设备正常工作。
3) 正常工作状态x ( 2 ) : 主工作设备失效, 热备用设备正常工作。
4) 系统失效状态x ( 3 ) : 两个设备均失效, 系统失效。
将图2 中基于热备用门的动态故障树转化为马尔可夫链, 如图3 所示。
系统状态之间转移概率如表1 所示。
由状态转移表1 可列出下面的矩阵方程［13］:
假设DEH控制系统初始工作在状态x ( 0) , 即初始条件为
计算微分方程组 ( 2) 可得到运行时间t后系统处于各个状态的概率Pj ( t)
那么, 运行时间t后, DEH控制系统检测设备的瞬时失效概率
P3 ( t) 指运行时间t后, DEH控制系统检测设备的失效概率。如果DEH控制系统处于偶然失效期, 可直接利用式 ( 4) , 代入设备失效率数值, 求解系统的失效概率; 如果处于耗损失效期, 则需要求出服从威布尔分布的失效率, 然后代入到式 ( 4) , 可得DEH控制系统运行时间t后的失效概率。
2 基于威布尔分布的马尔可夫链的求解
2. 1 设备失效率服从威布尔分布的描述
威布尔分布［14］用于反映设备失效率随时间变化不是常数的情况, 是近年来在可靠性分析领域应用最广泛的模型之一。威布尔分布对各种类型的数据拟合能力强, 可以描述出整个浴盆曲线［15］。由于设备运行时间过长, 部分元件老化、磨损和疲劳, 导致失效率增加, 这时设备就进入到了耗损失效期。
本文选用双参数威布尔分布对DEH控制系统CCS和TF方式检测设备的失效率做定量计算。
双参数威布尔分布的累积分布函数
相应的可靠度函数R ( t) 可以算得
失效率函数
式中含有两个参数, t为时间以天为单位, t0称为尺度参数, m称为形状参数。
尺度参数和形状参数反映了设备随时间变化失效率变化的情况。威布尔分布三种形状参数m < 1, m = 1, m > 1 与浴盆曲线的三个阶段相对应。 当m < 1 时, λ ( t) 呈递减分布, 对应于设备的早期失效期; 当m = 1 时, 失效率 λ ( t) 是常数, 对应于设备的偶然失效期; 当m > 1 时, 失效率 λ ( t) 呈递增分布, 设备运行在耗损失效期, 适于建模磨耗或老化失效。
2. 2 威布尔分布的参数估计
最小二乘法常用来对线性函数中的未知参数估计, 所以对非线性式 ( 5) 变形, 两边取对数, 然后令, 则有
如果给出两组或两个以上的不同时间的可靠度数据, 就可以利用最小二乘法确定参数m、t0［15］。
根据DEH控制系统的性能指标: MTBF >25 000 h ( 1 041 d) , 系统可用率为99. 9%［16］, 因此, 为了研究系统在耗损失效期的失效概率, 本文选取DEH控制系统工作时间段1 065 ~ 2 526 d, 计算当系统运行t =1 460 d时的失效概率。假定DEH控制系统设备运行时间段1 065 - 2 526 d时, 可靠度Ri ( t) 满足如表2所示指标。
那么利用上述威布尔参数估计方法可得运行时间t后, DEH控制系统检测设备服从威布尔分布的失效率分别为
当然, 样本量越大, 参数估计精度越高。CCS和TF方式检测设备运行t = 1 460 d时的可靠度为
与假定失效率的变化趋势是吻合的。这时可靠度已经低于99. 9% 且呈下降趋势, 表明DEH控制系统已经处于耗损失效期。将式 ( 9) 设备的失效率λ ( t) 、λ1 ( t) 代入到式 ( 4) 中即可求得基于威布尔分布的DEH控制系统检测设备失效概率。
3 DEH控制系统失效概率计算
以1 000 MW机组的DEH控制系统为例, 计算DEH控制系统在运行1 460 d时, 系统失效的概率。通过优化前后结果的对比, 说明对DEH控制系统所做优化对系统可靠性的提高, 以及验证评价方法的可行性。
优化前, 功率变送器检测信号失效直接导致机组停机, 建立了系统失效的静态故障树, 失效概率依照式 ( 1) 求解:
优化后, DEH控制系统检测设备失效概率则由已建立的动态故障树模型, 按式 ( 10) 求解。DEH控制系统失效概率计算如表3 所示。
注: λ ( t) = ( 2. 27 × 10－ 15) t3． 24; λ1 ( t) = ( 2. 89 × 10－ 15) t3． 21。
优化前后计算结果对比如表4 所示。
从表4 中可以得出, 由于优化后的DEH控制系统增加了TF方式做热备用, 系统的可靠性有了较大提高, 优化后DEH控制系统失效概率下降了17. 7% 。使得系统运行在耗损失效期时, 仍有较高的可靠性, 延长了DEH控制系统平均使用寿命。
4 结语
建立了基于威布尔分布的DEH控制系统动态故障树, 定量计算了当系统处于耗损失效期时, 优化前后DEH控制系统失效概率。结果分析表明: 所做优化提高了DEH控制系统的可靠性。对正确评估处于耗损失效期阶段设备的故障率做了有益地探索。所建立的模型及评价方法对于同类设备优化设计有参考价值和推广意义。
摘要：对于火电厂汽轮机组并网运行阶段的数字电液 (digital electro-hydraulic, DEH) 控制系统的不足, 进行了逻辑优化。进而需要对优化后DEH控制系统的可靠性进行评价。目前可靠性评价中, 大都假设设备运行于偶然失效期, 失效率假定为常数。然而, 实践证明当设备运行于耗损失效期时, 失效率服从威布尔分布。因此, 将威布尔分布和马尔可夫模型相结合, 建立了优化后DEH控制系统失效的动态故障树 (dynamic fault tree, DFT) 模型。对运行于耗损失效期的DEH控制系统的可靠性进行了研究, 验证了优化后DEH控制系统可靠性的提高, 为设备长时间运行后的可靠性评估提供依据。