网络分层（精选10篇）
网络分层 篇1
0 引言
信息化的迅速发展使得网络的规模和复杂度都在迅速的增大,网络管理的智能化成为迫切的需要。SNMP网络管理模型由于简单,易于实现等优点得到了广泛的使用。研究基于SNMP网络管理模型的网络管理具有实际而重要的意义。在网络故障管理方面,基本方法是接受SNMP-Trap的告警信息来确定网络的故障问题。但是由于网络的复杂性,一个故障可能会引起很多的告警,如何对这些告警信息进行处理,提供给网络管理员简单有效的提醒是一个值得研究的问题。
传统的告警产生方式是为MIB变量设置一个阈值,当超过阈值时,即产生报警,但是网络的动态特性使得阈值设置方法无法准确的反应网络的故障情况。国内外有很多工作利用统计方法对网络流量数据采用统计分析方法来判断是否异常,是否要产生告警。CS·Hood[1]通过分段把时间序列近似为段内平稳信号,然后又采用二元自回归模型拟合,对模型参数进行自适应性的GLR测试来判断流量是否异常。孙朝晖[2]等提出了用AAR模型来监测网络流量异常的方法,不需要对时间序列分片和单独拟合,可以直接处理获取的新数据,实现在线故障监测。本文参考该方法判断网络流量是否异常。文献[1]通过贝叶斯网络将监测到的MIB变量告警信息进行融合,最终通过路由器的异常情况给出对网络整体情况的预测。这种预测没有考虑到故障的传播特性等问题,也无法给网管员提供较为具体的故障信息。本文尝试先分别考虑各层协议的故障情况,然后再考虑低层协议对高层协议的影响。在此基础上,分层考虑故障在网络中的传播情况,依照网络的拓扑结构建构相应的贝叶斯网络。最后,对该模型进行了仿真,验证了方法的有效性。
1 网络管理协议SNMP
SNMP网络管理模型是为了管理TCP/IP网络提出来的,它的体系结构一般是非对称的,由管理站、代理、管理信息库(MIB)和通信协议SNMP构成。配置Manager实体的系统为管理站,配置Agent实体的系统被称为代理。管理站可以向代理下达操作命令访问代理所在系统的管理信息。
管理站和代理之间的共享管理信息由代理系统中的管理信息库MIB给出,各个代理系统中的被管对象的集合构成该系统的MIB。系统中所有的被管对象逻辑上被组织为一棵树,即MIB树。最基本和最重要的MIB的实例是MIB-Ⅱ,它分为11个组,除了cmot和dot3是预留外,其余9个组都有了定义,每个组描述系统的一个方面的信息。比如IP组,它包含IP协议中的各种参数信息,例如,有关IP层流量的一些计数器。如果IP协议的在运行中出现了故障,则会体现在相应的MIB变量中。可以根据MIB变量和协议之间的这种关系构建贝叶斯网络监测网络中某层的运行情况。
2 贝叶斯网络
贝叶斯网是一种系统地描述随机变量之间关系的语言。构造贝叶斯网的主要目的是进行概率推理,即计算一些事件发生的概率。要在一些随机变量之间进行推理,理论上只需要一个联合概率分布即可,但是联合概率分布的复杂度相对于变量个数成指数增长,所以当变量众多时不可行。贝叶斯网把概率分布分解成一系列相对简单的模块,大大降低了知识获取的难度和概率推理的复杂度,使得人们可以把概率论应用于大型问题[3]。
在贝叶斯网中,节点代表变量,节点之间的有向边代表两变量之间的条件概率关系。每个节点都附有一个概率分布,对于根节点X所附的是它的边缘分布,而非根节点所附的是条件概率分布P(X|π(X))。其中π(X),表示X的父节点。
贝叶斯网是联合概率分布的分解的一种表示。具体地,假设贝叶斯网络N中的变量为X1……Xn,那么把各变量所附的概率分布相乘就得到联合分布,即
如果把每个概率分布作为一个函数,用F表示N中所有概率分布函数的集合。在此类问题中,已知变量通常称为证据变量;需要计算其后验概率分布的变量称为查询变量。假设观测到了证据E=e,在F的各函数中,将各证据变量设为它们的观测值,得到另一组函数,记之为F′,则将这些函数相乘,即得P(Y,E=e),其中Y=XE,表示除去E之后X集合中剩余的变量。
设Q是所关心的查询变量的集合。从F′中逐个消去所有在Y中但不在Q中的变量,得到另一个函数集合,记之为F″,将F″的各函数相乘,可得P(Q,E=e),按照条件概率的定义,可进一步得到
其中P(E=e)=ΣQP(Q,E=e),这样就通过推理计算出所关心变量的后验概率。
如果构建了一个故障诊断的贝叶斯网络,那么这个问题就是,根据可以观察到的故障现象的取值,去计算关心但是无法直接观测到的部分故障的后验概率。
3 分层故障定位模型
本文以SNMP系统的MIB变量为基础构建了一个4层的故障诊断模型。数据处理部分对MIB数据采用自适应自回归模型处理,根据自回归模型参数的变化来判断是否产生了异常,进行MIB级别的告警。然后将MIB状态输入到协议故障判断部分,通过协议和MIB之间的贝叶斯网判断协议功能是否正常。将协议状态输入到协议间故障定位模块,通过不同协议之间构建的贝叶斯网推理故障的根源协议。在此基础上,确定了节点在某协议上的状态后,根据网络的拓扑结构,推理问题的根源在哪个节点上。模型结构图图1所示。
4 MIB变量特征提取
MIB变量大致可以分为两类,第一类就是在一定时间内不会改变的量,比如ipForwarding,表示是否作为IP网关。另一类是随时间动态改变的,比如IPInAddrErrors,它是一个计数器类型的变量,表示由于IP地址错被丢弃的输入数据报总数。
对于第一类而言,判断其异常与否只需要根据变量的值直接判断即可。比如ifOperStatus表示当前的接口状态(up(1),down(2),testing(3)),直接根据其值即可知道当前其状态是否异常。
对于第二类而言,则需要通过统计分析的方式去提取特征,才能做出判断。本文采用自适应自回归模型(AAR)来分析网络流量数据[2],进行MIB变量级异常检测。
对MIB变量M进行时间间隔为Δt的采样,获得的时间序列SM(N,Δt)是元素xi(i∈[1,N])的时间偏序集,N为序列长度。为任意序列定义p阶AAR模型,即
式中,ei是数学期望为0、方差为σe2的网络流量白噪声;i是当前样本序号。假定当前处在时刻t,那么因此参数aj是时间的函数。根据流量序列可以计算出相应的参数序列,减弱网络噪声的影响,用这个相对稳定的序列可描述流量序列的特性。定义t时刻的样本对应的AAR参数向量为
与式(3)对应,定义MIB变量M的样本构成向量为
采用时间序列SM(N,Δt)的观测样本拟合AAR模型,并通过其参数向量来描述系统特性的变化。时间序列SM(N,Δt)的样本i的噪声估计为
根据kalman过滤,相应的前馈向量为
此处T(i-1)表示样本(i-1)的相关矩阵,是一个p阶方阵,UC是更新系数,样本对应的AAR参数向量的估算值为
样本i的相关矩阵为
用上述几式构成的迭代算法即可拟合AAR模型,迭代过程可以在线完成。
向量A(i)表达了流量数据的状态变化,通过对其求二阶差分来反映其变化趋势,然后为了消除流量白噪声引起的尖峰,再使用时间平均法对差分结果进行平滑,最后可以根据序列值的变化来判断网络是否发生了变化。
5 节点贝叶斯网络建模
SNMP管理系统的管理站通过代理获得网络中各个节点的MIB信息(这里的节点是网络中配备有代理的主机,交换机,路由器等的统称)。在对MIB变量进行特征提取之后,已经可以进行MIB级的异常告警了,但是MIB所描述的信息仍具有很大的局限性,不能说明它所表示的协议层的功能正常情况,更难以说明整个网络的运行情况。贝叶斯网络能够通过概率关系描述各个MIB变量和其上层的协议之间的关系,并能根据已有的网络的先验概率和证据信息推理所关心节点的后验概率,适合于将多个MIB变量因素融合,获得一个协议层级的功能情况描述。
选网络接口层(MIB-II中的IF组)为例,其功能实现会影响相应组的MIB变量,因此可以以MIB树的结构作为贝叶斯网络的结构[1],如图2所示,而各个MIB变量之间的关系可以认为是近似相对独立的,这就符合了朴素贝叶斯网络的结构特点,由于其结构简单,可以使用多项式复杂度的Pearl信念传播算法,使得计算复杂度大大降低。
在通过MIB变量获得各协议的功能情况之后,考虑计算机网络按协议分层的特点,各层之间并不是完全独立的,每一层故障情况不仅依赖于本层功能的实现,还依赖于下一层所提供的服务,图3为计算机网络协议关系图。结合各协议之间的依赖关系,可以构造出节点层级的贝叶斯故障诊断模型[4]。层之间的的故障传播一般是低层影响高层,比如,网络接口层如果某个接口down,则IP层的数据报就无法到达,运输层的功能也就无从实现。考虑IF,IP,UDP三种协议之间的故障传播关系,可以构建出图4所示的贝叶斯网。通过协议之间的贝叶斯网络,可以对故障根源的协议层进行推理。
6 基于网络拓扑的贝叶斯网络
在考虑单个节点的故障定位问题的时候,考虑了故障在不同协议之间的传播关系,并没有考虑到故障在网络各节点间的传播问题。考虑图5所示通过路由器R连接到互连网的常见拓扑结构的网络。网络中的故障传播方向多数是从路由器到交换机,从交换机到主机,主机H1出现故障是由两种原因决定的,第一是其本身出现了故障,其二即上一层故障传播到主机H1。这样,对其构造故障传播图即先将网络拓扑转化为贝叶斯网络,然后再在除路由器R之外的每个节点上加一个表示本身故障的节点并指向该节点,如图6所示。由于路由器是网络层的中继,并没有运输层和应用层,这种依据网络拓扑构建的贝叶斯网络只适合于网络接口层和网际层。
上述建立的贝叶斯网络中,根节点的先验概率和有向边的条件概率可以根据历史数据统计获得,或者根据专家经验估计。在此基础上,还可以根据EM算法学习、更新网络参数。
7 实验仿真
采用MATLAB贝叶斯网络工具箱对本文中构建的几种贝叶斯网络进行了仿真实验。根据MIB树的结构,首先构建了如图2所示的两层的树状贝叶斯网络。根节点设为F,子节点为Mi,网络根节点的先验概率根据经验设为P(F)=[0.9 0.1],当F故障时的条件概率P(Mi=1|F=1)(i=1,2,…,n)在[0.75,1]之间服从均匀分布。先设定F=1,即F出故障,获得M1到Mn的故障概率。对Mi,生成一个[0,1]间服从均匀分布的随机数,如果小于其故障概率,则将Mi的状态设为1,即出现故障。在获得M1到Mn各节点的状态之后,将之作为观测结果,计算F节点的出现故障的概率。如果P(F=1|all M)>0.5,则认为F诊断结果为F出现故障。通过随机产生条件概率产生10种不同的贝叶斯网,对每个贝叶斯网选取不同MIB变量个数,每种情况仿真200次。计算平均故障诊断率如下图7所示。
节点级的贝叶斯网络和网络级贝叶斯网络的拓扑会随着选取协议的变化而不断变化,此处针对图5所示贝叶斯网络进行仿真。根节点故障概率设为0.1,条件概率设置如下表1所示。首先设置故障集R0,由R0产生一组可观察节点的征兆集S0,根据S0通过贝叶斯网络来推理,以表2所示几种故障情况为例,每种情况仿真500次,故障诊断正确率如表2所示。
8 结论
本文以广泛应用的SNMP网络管理模型为基础,首先构建了针对单个网络节点的分层的故障监测模型,然后考虑各层之间的故障传播关系,实现针对节点的故障根源定位,再考虑到故障在网络节点之间的传播模型,提出了依据网络的拓扑结构再对网络故障根源定位的贝叶斯网络模型。由于SNMP网管系统适用于各种异构网络,所以这种贝叶斯网络能适用于各种网络。
本文提出的贝叶斯网络可以应用更多的MIB组,考虑更多的协议进行推理。还可以拓展到更大型的网络,为骨干网络管理提供参考。而且,模型的尺度可以也可以更加精细。比如在构建基于网络拓扑的故障定位模型时,还有很多影响因素可以考虑。另外,文中考虑的网络拓扑比较简单,对于更加复杂的网络拓扑,故障传播情况更为复杂,还需要进一步研究。
摘要：本文以SNMP网络管理模型的管理信息库(MIB)为基础,在不同层次上构建了用于故障判别与定位的贝叶斯网络。对MIB变量采用自适应自回归(AAR)模型建模分析,构建与其相关协议之间的贝叶斯网络,推断协议功能是否发生异常。分析各个协议之间的功能依赖关系,构建协议间的贝叶斯网络,定位协议间的故障根源。考虑网络中故障传播构建了基于网络拓扑的贝叶斯网,定位故障根源节点。最后,对构建的模型进行了实验仿真,并分析了模型的优点和缺点。
关键词：网络故障,故障定位,贝叶斯网络
参考文献
[1]H ood C J.Proactive network fault detection[A].Sixteenth annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies,Kobe,Japan,1997
[2]孙朝晖,张德运,孙钦东.异构网络环境中的自适应在线故障检测[J].西安交通大学学报,2004,38(4):409.
[3]张连文,郭海鹏.贝叶斯网引论[M].北京:科学出版社2006:85.
[4]谭林,胡谷雨,胥光辉,等.基于贝叶斯网络的计算机端到端服务故障诊断[J].海军工程大学学报,2005,17(5):5.
[5]郭军.网络管理[M].北京:北京邮电大学出版社,2007:105
[6]谢希仁.计算机网络[M].第四版.大连:大连理工出版,2004:29
网络分层 篇2
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基于网络的化学分层实验教学探索 篇3
一、基于网络的化学分层实验教学模式
由于Blog是一种介于门户网站和个人网站之间的新的网络表达方式，学生基于Blog进行化学学习，可以培养学生创造性思维、情感态度、研究性学习能力。因此，我选择了Blog平台进行师生、生生之间的沟通。
该教学模式将Blog与化学实验软件结合，用于学生对化学实验的复习与预习，用在高三总复习中效果尤其突出。在备战高考时，学生一般不会到实验室做实验，对于实验的理解仅仅是“背实验”。在这种情况下，利用基于网络的中学化学分层实验教学模式进行实验的预习和复习，会起到事半功倍的效果。
笔者所在的课题组根据分层实验理论，开发了与高中化学人教版教材配套的化学实验软件系列。它包含高中化学中100多个演示实验和学生实验。在开展分层教学前，教师要求学生先建立个人Blog，加入到班级Blog中。进行实验教学时，学生先在班级Blog上明确学习任务和实验要求，根据自身能力自主确定实验目标，按照不同的目标在实验软件中选择实验，在软件上完成实验。实验结束后，学生在Blog上发布实验数据和观察到的实验现象，同时发布实验成败的原因和实验报告心得，并对实验过程进行反思。教师可针对实验的各个环节，在学生的Blog上指导、评价，在自己的Blog上总结学生学习情况。学生之间也可以通过Blog进行互相评价，讨论相关问题。
二、化学实验教学案例的设计
笔者选取“酸碱中和滴定”实验，设计了基于网络化学分层实验的教学案例。虽然该实验在现行的三种主流教材（人教版、苏教版和鲁教版）中都是选修内容，但它依然是现行高中化学课程中非常重要的内容。各种考试往往依据该实验设计出很多不同难度的题目，且这一知识点与其他章节的联系也很紧密。因此，笔者以课题组开发的“中和滴定”化学实验软件为技术依托，利用构建的基于网络的化学分层实验教学模式，设计了“酸碱中和滴定”实验教学案例。
（一）分层实验目标和实验内容
“酸碱中和滴定”实验的基本目标是通过酸碱中和滴定实验，掌握酸碱中和滴定的原理，学习相关滴定仪器的操作，正确选用指示剂进行有关实验数据的收集和处理、计算实验结果、分析实验误差等。笔者将该目标分为初级、中级和高级。
初级实验目标：基本掌握酸碱中和滴定的原理，基本学会中和滴定的操作，熟悉常用指示剂的选择原则，学会滴定管读数，可以按照步骤完成实验内容。
中级实验目标：通过实验学习，对酸碱滴定原理比较熟悉。熟悉滴定操作及滴定管的使用方法，能初步解决实验中遇到的实际问题，并写出实验报告。
高级实验目标：对酸碱中和滴定的基本知识及滴定操作非常熟悉，熟练并正确使用滴定管，能准确观察实验现象，正确测量实验数据，细致分析实验结果，写出规范的实验报告。能利用所学的理论知识分析实际问题，初步形成设计滴定实验的能力。
根据分层实验目标，我进一步确定了“酸碱中和滴定”实验的分层实验内容。
初级实验内容：进行滴定管的洗涤，选择指示剂和标准液浓度，取任意体积的待测液进行滴定实验，完成实验报告。
中级实验内容：选择指示剂和标准液的浓度，进行滴定操作，判断不同情况下（例如读数的高低、滴定管是否润洗等）引起的误差，根据所得的实验数据绘制酸碱滴定曲线。
高级实验内容：进行溶质、溶剂的称取，用容量瓶配置溶液，选择标准液对所配制的溶液进行滴定，判断分析误差，绘制酸碱滴定曲线。
（二）实验软件的特点
1．交互性。实验的每个步骤都需要让学生利用鼠标实现对仪器的选择、洗涤、组装、使用，溶液的倾倒、转移，试剂的滴加等，这对学生组装实验仪器、训练实验操作技能尤为重要。
2．智能性。化学反应的产生通常需要一定条件，因此在开发中应设计合理的程序，智能地判断反应条件是否达到，真实再现实验现象。例如指示剂选择错误，锥形瓶中溶液颜色不发生变化或变化不明显。软件还应对操作路径进行跟踪，及时提供反馈，智能判断实验步骤是否正确，操作是否规范。例如组装滴定仪器时，必须按照正确的顺序，否则无法组装成功。软件的智能性设计，不仅能够使不同层次的学生明确实验步骤和注意事项，也能使学生思考产生这些误操作现象的原因，提高他们分析、解决问题的能力以及实验规范操作的能力。
3．探究性。在设计软件时，应允许学生出现错误，使学生看到错误的实验操作会出现怎样的现象，引发他们对问题的思考。学生利用实验软件完成实验后，还可逆向思维进行探究。如教师引导其思考滴定管为什么要润洗？如果不润洗会出现什么样的情况？锥形瓶需要洗涤，却不能润洗，如果润洗会出现什么情况？用标准的碱溶液滴定未知酸时，若酚酞为指示剂，最后一滴碱滴入后，会产生什么样的误差？
4．可错性与可重复性。学生实验过程中，若某一步操作错误，软件会按照误操作呈现结果，加深学生的印象，但不会像真实实验一样存在任何安全隐患，这使得学生在操作这类软件时消除了对实验的恐惧感。同时，学生又可以通过重做实验，得到正确的结果。学生在反复的正误操作对比中，会对正确实验步骤产生深刻的印象。
（三）分层实验教学的过程
学生选定学习目标：教师先在班级Blog上发布学习任务、实验要求、分层实验目标和分层实验内容。学生登录班级Blog，明确学习任务和实验要求，根据自己的实际能力，在教师的引导下确定适合自己的实验目标，并在自己的Blog上发布，以便教师确认信息。
进行实验操作：学生按照确定的实验目标在实验软件中选择相应的实验内容，利用软件做实验，进行复习和预习。学生根据对实验的理解进行操作，操作的过程是随机的，软件在设计时对实际实验中可能出现的各种错误操作及其对应的错误结果进行合理设定，在学生操作软件时软件自动跟踪学生的操作，并作出相应反馈。在学生需要的情况下，由软件为学生提供错误信息和出错原因，为学生在Blog上和教师、同学交流提供了帮助。
实验完成后：学生将记录的实验数据、实验现象、实验心得、实验后的反思在Blog上发布。教师和其他同学对其进行评价。教师通过学生在实验过程中发布的内容，和其他学生的评价，了解该学生实验情况，完成对学生的过程性评价。
分层教学的理论和实施策略体现了尊重差异、适应差异、利用差异的教学思想。该思想与网络教学工具、实验软件相结合，创造出生动的数字化学习环境。但这种分层教学还处于初级研究阶段，特别是对这类化学实验软件，笔者认识还比较肤浅，仍需在操作中不断探索更新的教学模式。
参考文獻
[1]刘树仁.试论分层递进教学模式[J].课程·教材·教法.2002（7）：32-35.
[2]魏延松.浅谈分层教学的实施[J].山东教育学院学报.2003，（5）：19-21.
[3]李建年,陈晓筑.关于“分层教学”的理论及策略[J].贵州教育学院学报（社会科学版）.2001（6）：40-43.
[4]陈向东,王兴辉,高丹丹等.博客文化与现代教育技术[J].电化教育研究. 2003，3.
[5]娄珀瑜,刘源,冉鸣.基于Blog思想的伙伴式学习资源库[J].中国远程教育.2006,3.
大型复杂产品分层网络计划模型 篇4
大型复杂机械产品是指由客户定制、结构复杂、体积(容积或质量)大、技术含量高、生命周期长、以单件或小批量方式生产的高成本、高风险、管理过程复杂的大型机械产品[1]。大型复杂产品的设计和生产过程复杂,生产准备和制造过程周期长,产品各部件之间的时序约束关系和成套性要求严,零部件的制造或采购提前期符合产品最终装配计划的时间要求是保证产品按时交付客户的关键。在此,本文提出分层网络计划模式,并利用装配主件构成最终装配过程的装配单元,建立最终装配计划;通过装配序列对装配单元进行扩展,实现面向进装点的二级网络计划。该计划模式在产品物料清单不完整的情况下,通过装配单元构成最终装配过程的网络图,实现产品设计和生产准备的计划安排与产品最终装配计划的协同,提高了大型复杂产品生产企业,尤其是重型装备制造业最终装配计划的作用。
1 大型复杂产品生产的特点和要求
大型复杂产品制造一般采用面向订单设计制造的单件小批生产模式,其生产组织、计划管理的特点主要如下[2,3,4]:①产品生产的可重复性较低、生产周期长、制造过程中不确定因素多;②产品造价高、结构复杂、体积大,一般采用固定场地装配;③生产计划主要由手工编制与维护,生产计划过粗且不平衡,计划优化难度大;④设计与生产并行,面向零部件的装配计划指导性较差,难以做到全局考虑;⑤产品最终装配提前期较长,各进装点开始时间的差异较大,要求能根据进装点各自的计划时间进行零部件配送。
大型复杂产品的制造从部装到总装有几百个装配节点,零部件之间的装配约束关系要求比较严格。现有的生产计划模式ERP、JIT等均不能较好地解决大型复杂产品的生产计划与管理问题,文献[3-6]将项目管理方法与MRP系统相结合,提出了面向零部件制造的项目管理计划模式和信息模型。文献[7-8]提出项目制造环境下的项目计划方法。目前,复杂产品生产计划的对象主要还是零部件的制造过程,对整个产品装配过程计划方法的研究较少。
2 基于装配单元和装配序列的装配分层网络图
大型复杂产品涉及的零部件种类可能数以万计,但产品从结构或功能上可以划分为较少的组件和部件,装配过程是零部件逐步组合的过程,这个过程应该是分层次、分单元进行的。
2.1 基于装配单元的大型复杂产品装配网络图
大型复杂产品装配是按照确定的精度标准和技术要求,以合理、经济的手段和必要的连接方式将零部件装配成合格产品的过程。
大型复杂产品的装配单元是指在产品功能和结构基础上,以一个或多个装配主件为核心,在产品装配结构和装配顺序基础上,实现产品局部功能的装配构件及其装配序列的集合。在产品装配物料清单(assembly bill of material,ABOM)上增加装配单元这个层次,利用装配单元之间的关联及约束关系构建面向装配单元的两级装配网络,如图1所示。当产品结构不完整时,以装配单元为对象描述产品装配过程;当产品设计完成后,根据产品结构在装配单元内部扩展出第二级装配序列集合和每个装配工序所对应的零部件。对产品装配过程形成两级描述,从而将工序与零部件的对应关系转换为装配单元-(工序)-零部件的对应关系,对零部件的计划、配送等按照装配单元来进行组织管理,强调面向装配单元的零部件的成套性,有效地提高了装配过程计划和控制的整体统筹性。
以大功率850kW风力发电装备为例,其装配过程基本上就遵循机架、偏航系统、传动链系统、发电机、控制柜和变频器、轮毂系统这样的一个装配顺序,于是以机架、偏航系统、传动链系统等组件为核心的装配过程就构成了产品的装配单元;每个装配单元代表针对一定装配主件的一个装配序列,例如偏航系统装配单元中的偏航轴承和偏航驱动器等装配主件。可以考虑在不完全确定装配单元内部信息的情况下,估算装配的工期和所需的相关资源,建立面向装配单元的产品装配网络图。随着装配工艺规划的完成,在装配单元内部根据装配序列进行扩展,形成二级网络图。通过装配序列上的进装点管理各装配工序所需的零部件,控制零部件成套性;并以所在装配单元的计划时间为参照点,确定各进装点的计划时间。
2.2 基于装配单元和装配序列的分层网络计划模型
最终装配计划(final assembly schedule,FAS)面向产品最终装配过程,一般情况下是从所有用于最终装配的部件都已齐备这一点开始,一直到产品交付的生产/装配计划[9]。大型复杂产品最终装配过程周期较长,因此可以按照装配单元来安排计划,组织所需零部件的供应。大型复杂产品的整个制造过程离不开最终装配计划的指导,目前最终装配计划往往是由生产部门根据工艺再结合经验编制的粗略甘特图计划,难以实现对整个装配过程的整体协调,同时对各进装点所需零部件成套性以及零部件之间的时序约束关系不能进行有效控制。
网络计划技术是项目管理的一种技术,该技术建立在工作关系网络模型的基础上,把计划的编制、协调、优化和控制有机地结合起来[10]。其中,关键路径法(critical path methods,CPM)是一种网络图方法,适用于有很多作业而且必须按时完成的项目,对于一次性或重复少的工程项目具有明显的优越性。目前,关键路线法在大型复杂系统和工程项目的计划管理和时间控制上应用较为广泛,大型复杂产品的制造过程具有项目的一般性特点,其最终装配过程可以通过装配序列构成网络图来反映产品整个装配过程,为网络计划技术的应用提供了可能。
通过装配单元之间的紧前、紧后约束关系制订面向装配单元的分层装配网络计划,并计算装配单元及其装配序列的相关时间参数,指导零部件的设计和生产制造,其业务模型如图2所示。
客户订单确定后,参考同类产品的设计和制造数据,考虑产品总体信息、结构信息、精度信息和技术要求等方面的因素确定面向装配主件的装配单元。利用装配单元之间的紧前、紧后关系形成粗略反映产品装配过程的装配网络图,制订面向装配单元的网络计划,并以装配单元的计划时间为参照点,形成面向装配序列的二级网络计划,按照各进装点的计划时间为物料需求计划提供零部件的生产、采购的完成时间,保证装配序列的成套性要求。
3 基于装配单元的网络计划算法
大型复杂产品装配的网络计划的编制不同于工程项目中的网络计划的编制。大型复杂产品的装配网络计划以保证交货期为主要目标,计划的关键是面向装配单元综合考虑产品各部件的成套性要求。因此,编制基于装配单元的网络计划时采用倒排计划方式,根据交货期确定装配开始时间,装配单元采用确定的计划时间,并将装配单元的工期通过其装配序列进行分摊,形成二级网络计划。
3.1 参数描述
假设产品A的最终装配过程可划分为n个相关联的装配单元,表示为Ai(i=0,1,…,n),其中:①A0表示装配网络图的开始节点,An表示装配网络图的结束节点;②装配单元Ai的持续时间为Di(单位为d),D0=Dn=0;③装配单元Ai的开始时间为TS,i,完成时间为TF,i;④装配网络计划初始化的开始时间为TS和完成时间为TF,有TS=TS,0,TF=TF,n;⑤装配单元Ai中装配序列的进装点为Aij(j=0,1,…,m),Ai0表示该装配序列的开始节点,Aim表示该装配序列的结束节点;⑥进装点Aij的工时为tij(单位为h),所对应的关键资源的有效工作时间为Fij,其中ti0=0,tim=0;⑦进装点Aij的开始时间为TS,ij,完成时间为TF,ij;⑧l(i)表示Ai的紧前装配单元的节点集合,h(i)表示Ai的紧后装配单元的节点集合,l(ij)为进装点Aij所有紧前进装点的集合,h(ij)表示Aij的紧后进装点的节点集合。
3.2 装配单元网络计划算法
大型复杂产品结构复杂,通常为非重复生产,生产过程的不确定性较大,保证交货期是制订这类产品生产计划的关键。在传统网络计划技术的基础上,面向装配单元的网络计划根据给定的计划完成时间(交付期)倒排计划,并判断首节点的开始时间是否可行(首节点要满足生产准备提前期和装配场地等要求)。在倒排计划可行的情况下,对具有松弛时间的非关键装配单元的开始时间进行调整。根据交付日期倒排网络计划,有效地保证最终产品按时交付客户。
大型复杂产品基于装配单元的网络计划算法主要由以下4个步骤构成:
(1)根据交货期,对产品装配单元网络图进行计划倒排,依次初步确定各装配单元的完成时间和开始时间。
①计算装配网络图中结束节点An的完成时间和开始时间。令TF,n=TS,n=TF,TF,l(n)=TS,n,TS, l(n) = TF, l(n)-Dl(n) +1。
②根据紧后约束关系,计算节点Ai(1≤i<n)的完成时间和开始时间。当1≤i<n时
TS,i = TF,i-Di +1
其中,h(i)为装配单元Ai的所有紧后装配单元节点集合(不包含An)。
③计算装配网络图中开始节点A0的开始时间和完成时间。当i=0时,h(0)为装配单元A0的所有紧后装配单元节点集合,有
(2)根据装配场地或资源能力等因素判断TS,0是否可行。大型复杂产品一般采用固定装配,必须保证装配计划开始执行时有可用的装配场地;同时还可以根据装配计划的开始时间评价零部件的生产/采购提前期是否满足要求。
①若TS,0不可行则重新设置TF,执行步骤(1)～(2),直到TS,0可行,转入步骤(3)。
②若TS,0可行,则转入步骤(3)。
(3)修正非关键装配单元Ai的开始时间TS,i和完成时间TF,i。若装配单元Ai的开始时间TS,i≠TF,l(i)+1,则表明该装配单元Ai具有一定的松弛时间,为非关键装配单元,将其松弛时间设置到装配单元工期的最后,即令TS,i=max(TF,l(i)+1)。
(4)确定网络计划的开始时间,令TS=TS,0。
3.3 二级装配序列网络计划算法
装配序列网络计划以所在装配单元的计划开始时间TS,i为参照点,即令TS,i0=TS,i,将顺排方式计算节点的最早时间作为各进装点的计划时间。装配单元内部的二级装配网络计划的完成时间与装配单元计划结束时间不一定完全吻合,可能存在一定的松弛时间,考虑到大型复杂产品装配过程的不确定因素,这段松弛时间就作为该装配单元的时间缓冲。
另外,由于装配单元的工期单位往往使用天(d),而装配序列的工时单位常使用小时(h),因此在将装配单元的工期分摊到相应的装配序列上时,需要对装配序列的工时通过其关键资源的有效工作时间作相应转换。
(1)当j=0时,TF,i0=TS,i0=TS,i,TS,ih(i0)=TF,i0=TS,i0,TF,ih(i0)=TS,ih(i0)+th(i0) /Fh(i0),其中h(i0)为Ai0的紧后进装点的节点集合,th(i0)为h(i0)中各进装点的工时集合,Fh(i0)为对应关键资源的有效工作时间。
(2)当1≤j≤m时,
该装配网络计划模式以保证项目交货期为目标,体现了大型复杂产品装配生产计划的统筹性,为产品从设计到最终装配的多个阶段的计划衔接奠定了基础;二级装配序列的网络计划又为物料需求计划提供时间指导。
4 实用案例
结合某公司项目制造管理系统的应用实例,采用上述两级装配网络计划模式对其产品总装阶段的装配计划进行优化。
针对850kW风力发电装备、交货期为2009-09-30的一个订单,按照分层网络计划的模式制订其装配网络计划。该产品划分为10个装配单元,装配单元之间具有一定的装配约束关系。现设置2009-09-26为产品装配的完成时间,装配单元网络计划的计算结果如图3所示,装配单元网络计划的开始日期为2009-09-10,该时段装配场地可用,其生产能力满足生产负荷的要求。
在装配单元网络计划的基础上,制订装配单元内部的装配序列二级网络计划,图3中“偏航系统安装”这个装配单元由四道工序构成,其二级网络计划的结果如表1所示,通过有约束关系的甘特图(图4)表示。将每道工序的工时与有效工作时间进行对比,将工时(h)转换为装配单元的工期(d),其中最后工序的完成时刻与装配单元的完工时间存在松弛时间,将其作为装配单元内部的机动时间。
在二级网络计划的基础上,根据装配BOM将装配序列中各进装点所需的零部件与之关联,直接根据进装点的时间将同一物料在不同时段的需求进行汇总计算净需求,制订物料需求计划,不需要对装配BOM进行遍历处理。
5 结束语
本文针对大型复杂产品生产特点,提出了面向装配单元装配序列的双重网络计划业务模型和算法。先将复杂产品的整个总装装配过程分解为一系列有装配约束关系的装配单元,再通过装配序列细化装配单元。通过装配网络计划分层,上层计划的结果成为底层计划的依据,实现了最终装配计划对产品设计、生产准备、总装等过程的指导,以及对进装点零部件成套性的控制,从总体上保证交货期。
参考文献
[1]刘红伟,齐二石.大型复杂机械产品企业信息化工程问题分析[J].工程机械,2004(11):38-43.
[2]薛冬娟,刘晓冰,邢英杰,等.复杂装配集成生产管理方案设计及关键技术研究[J].中国机械工程,2006,17(17):1798-1802.
[3]姜思杰,徐晓飞,战德臣,等.大型单件小批生产的计划与控制模式[J].计算机集成制造系统-CI MS,2001,7(2):1-5.
[4]刘群亭,江志斌,张志英,等.项目制造计划控制流程模型及关键问题[J].工业工程与管理,2008(4):83-87.
[5]任南,葛世伦.面向大型单件小批生产系统的信息模型研究[J].计算机工程与设计,2006,27(3):396-399.
[6]顾小慧,刘颖,周川,等.项目制造过程关键节点控制模型研究[J].制造技术与机床,2008(7):134-137.
[7]Wu Shaohong,Kotak D.Agent-based Collaborative Project Management Systemfor Distributed Manu-facturing[C]//Proceedings of the IEEEInternation-al Conference on System,Man and Cybernetics.Vancouver,BC,Canada,2003:1223-1228.
[8]Lube H,Vogel H.Project Manufacturing Method and System:US,US20050149218A1[P].2005-07-07.
[9]温咏棠.MRPII制造资源计划系统[M].北京:机械工业出版社,1994.
网络分层 篇5
关键词 计算机基础教育；分层教学；信息化教学；课程体系
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671-489X（2009）12-0106-02
Tiered Teaching Innovation of Computer Basic Class based on Network in University//Wen Hao, Zhang Ying
Abstract This paper aims at all the problems existed in university computer course teaching, analyzing the tiered teaching of computer course in the university, and will be a good reference to the reformation of computer basic course in universities.
Key words computer education basis；group-based teaching；E-teaching；course system
Author’s address
1 Sichuan College of Architectural Technology, Chengdu 610081
2 Southwest University, Chongqing 400715
近年来随着高校扩招，高校在校人数成倍增加，而高校计算机公共课教师数量有限，教学负担过重，导致教学质量难以保证，传统的教学模式已显得力不从心。随着全国中小学信息化教育的开展，高校计算机基础教育已不再是“零起点”，大学期间的计算机基础教育必须从一个较高层次起步。这些都要求教师更新教学观念、改革教学模式和教学方法等方面。
1 传统教学中所存在的问题[1]
1.1 教学内容偏重理论，对应用要求认识不足长期以来由于各种原因造成许多人对计算机公共课程认识存在一定偏差（其中不乏一些从事计算机基础教学和研究的人士），认为计算机基础教育和专业教育是完全等同的。这一观点体现其不熟悉计算机基础教育特点，对非专业计算机面向应用的指导思想不明确。他们认为计算机基础教育应该向理论方向发展，而不是强调向应用方向提高。这影响了计算机基础教育改革的深入发展，造成在许多学校中，学生应用计算机的能力普遍偏低，难以满足社会要求。
1.2 缺乏对课程体系的研究在以往的计算机基础教育中，许多教师只关心所从事的一门课或几门课的教学，没有建立起课程体系的概念。但是实际上对非计算机教育应该包括2个部分：一是共同要求部分（即全体大学生或某一类大学生都应掌握的内容）；二是与本专业或自身需求相结合的内容。计算机基础教育不应当只包括一二年级的一两门课，而要全面考虑大学生在大学期间整体的计算机教育。
1.3 学生特点分析不够深入不同专业和不同起点的学生对计算机的应用要求和特点是不同的，计算机基础教育应该针对不同专业特点和要求构建不同的课程体系，根据学生的不同起点和要求开展分类教学。但是，目前的一些学校中，缺乏针对不同专业、不同层次需求的深入研究，简单地采用相同的要求、教材甚至考试，缺乏针对性。这就难以实现和专业密切结合，难以体现不同专业对应用能力的不同要求。
1.4 教学手段和方法简单落后目前许多学校的计算机基础教育教学方法和手段简单，缺少多元化、生动性和交互性，没有真正利用好现代化网络教学手段，通常只在非网络环境下，利用多媒体教室，将教案投影到大屏幕上进行教学。教学还是以教师为中心，缺乏交互性，难以调动学生积极性，没有真正地从传统教学转到素质教育。
1.5 考核方式不利于培养应用型人才计算机基础教育是计算机应用的教育，因此考核方式就应该有利于培养学生的计算机应用能力。但是目前许多高校计算机公共课程的考核方式往往只注重理论知识，而不注重考核学生的实践能力。尤其是许多高校组织学生参加各种类型的计算机统一考试，并将考试成绩作为评价课程学习的主要依据，很难实现对于计算机实际应用能力和实践能力的有效考查。这种做法也不利于各校根据学生水平和专业设置情况自主地决定教学要求和内容，是不符合计算机基础教育加强实践、面向应用的发展方向的。
2 高校计算机公共课程教学改革的指导原则
总结国内外相关经验，依据计算机公共课教学特点，高校计算机公共课教学改革应遵循以下原则。
2.1 坚持以学生为中心在计算机公共课教学中，应坚持以学生为中心，即要坚持学生作为教学的主体，教师是教学的组织者和指导者。教学过程中，教师需要在各教学环节确立为学而教的指导思想，指导学生“学什么”和“怎么学”。积极引导学生能动地发挥潜能，获取知识，培养技能。教师需要为学生创设一个良好的教学氛围以及参与教学、展现自我的平台。
2.2 面向应用需求[2]对非计算机专业进行计算机教育，不仅是要学生掌握一定的信息技能，还应当引导学生善于利用计算机技术有效地进行本学科研究与实践。计算机教育面向应用，不仅是要学生简单地学习理论知识，还要学生学会将计算机技术与本专业结合。要帮助学生了解本学科发展趋势以及计算机技术可以如何帮助他们立足于学科前沿。因此面向应用需求是计算机基础教育中一个重要且需要长期坚持的根本方向。
2.3 多种模式相结合当前国内东西部发展不平衡，各校、各专业之间差别相当大，采用统一的模式，同一个大纲，同一本教材，同一种评价策略是不可取也不符合实际的。计算机基础教育应当在同一个指导原则下，根据不同专业、层次和课程，设定不同要求和内容，选取不同的教学方法和手段，采用不同的评价策略。提倡根据实际情况，结合相应特点，进行教学，只要有利于教学质量的提高，目标就是寻求教学的最优化。
2.4 注重能力培养随着素质教育的推行，当前教育领域越来越注重学生能力的培养。同样，计算机基础教育要求的是经过学习，学生的各方面能力得到提升尤其是解决问题的能力。因此，就要求在进行计算机公共课教学时，教师要有意识地培养学生的相关能力，而不再是单纯的“填鸭”，需要教师对学生进行引导，帮助学生寻找解决问题的办法。只有学生真正地从能力上得到提高，才能实现计算机基础教育从传统教学走向素质教育。
3 基于网络的计算机基础课教学改革策略
3.1 开展分层次教学，实施因材施教当前，高校学生入学前的计算机知识水平参差不齐。总体看来，近几年来新生的计算机水平呈逐年上升趋势。目前虽然不少高校在教学内容上进行了更新，但不分专业、不管原有知识水平如何，采取统一教材、课时、甚至教法的现象十分普遍。出现基础好的学生嫌教学进度慢或学不到新知识，而基础差的学生又觉得进度太快，难以消化的情况。为了使每位学生都能根据自身的实际，既完成大纲的教学要求，又能学到新的知识技能，因材施教，应采用分班的形式。针对不同专业的学生，根据他们所具备的计算机知识基础进行进校分班，教师根据学生的相应特点进行教学。
3.2 构建学习网站和资源库，进行网络辅助教学通过建立专门的学习网站和相关课程的资源库，使得不论哪一种班级，都能给学生提供相关的资源和空间进行学习。借助网络扩展学生学习的时间和空间，与其他学习者、专家进行沟通、协作。计算机技术有较强的时效性，教学目标不仅仅是使学生掌握计算机的基本知识和技能，更重要是如何利用它，学会利用网络资源学习，实现“授之以渔”。
3.3 培养学生的兴趣，激发学习积极性传统教学过程中，过分强调教师在教学过程中的主导作用，常常以“教”为中心，课堂沉闷，很难激起学生学习的积极性。究其原因，就是无法引起学生的兴趣。教师的任务是教给学生学习的方法，把重点放在学生分析问题、解决问题的能力和创新精神的培养上。在教学过程中不搞“题海战术”，而是把理论教学与实践教学紧密结合，强化学生多操作、多方法的教学，把课堂教学与实际生活的例子紧密结合，使学生通过使用计算机进行工作和学习，学生逐渐从“要我学”变为“我要学”，大大提高教学效果和教育质量。
3.4 加强实践教学环节，重视学生的操作技能目前大部分高校都配备了多媒体教室。但这只是改变了教学媒体。教学模式还是以传授基本知识为主，它只是在教学表现形式上变“人灌”为“电灌”而已，难以发挥学生的主体意识和主动精神。在分班制的情况下的上机实践，由于实现因材施教，各种班的计算机教学更有针对性。
3.5 采用多元化教学手段和方法，针对性地进行培养开发多种形式的教学资源，提供师生交流沟通的平台，使教学呈现多元化的特点。例如：学生利用校园网课件自主式学习，利用网络辅助平台进行协作式学习，等等，这些措施为学习者提供通过校园网，随时随地获取学习网站中的大量学习资源，并获得帮助，这些有利于培养学生掌握在信息化社会中学习的能力。
3.6 改革考核方式，实行上机考试[3]传统的考试方法无法检验学生的操作技能，不能全面反映学生的实际操作水平。对考试方式进行改革，学生学完计算机基础课程之后，进行上机考试。上机考试能更好地考查学生的实际操作能力，促使学生自觉加强操作实践的训练。
4 教学改革的实施流程（图1）
5 小结
信息技术在给传统教学模式带来冲击的同时，也带来新机遇。随着它的快速发展和在教学领域的深入应用，只要采取正确的方法适当运用，就能收到事半功倍的效果。当然，分层教学改革也需要学生的配合。在深化计算机基础课分层教学改革的环境下，对传统教学方法存在的问题加以改造，结合先进的技术，相信这种新的教学模式必将会推动教育事业伴随着人类社会一起快速步入信息时代。
参考文献
[1]姜云杰,黄刚.西部新建师范院校计算机基 础教育的问题及对策[J].曲靖师范学院学报,2008(03)
[2]中国高等院校计算机基础教育改革课题研究组.中国高等院校计算机基础教育课程体系2006[M].北京:清华大学出版社,2006(7)
网络分层 篇6
随着我国上网用户的增加以及各种网络新业务的不断涌现,网络带宽需求呈爆炸性增长,目前国内骨干网速率已达到OC-192,接入端也已达到OC-48[1]。随之而来的高速网络环境下的安全问题也日益严峻,因病毒感染、黑客入侵等所导致的经济损失也在逐年增加。
入侵检测系统(IDS,Intrusion Detection System)作为网络安全防范体系中重要的一环,能够有效地检测出外界对内部网络系统的非法攻击,受到业界的重视。目前,IDS在高速网络环境下的数据分析处理速率无法跟上网络带宽增长需求,造成了IDS对入侵行为的漏报、错报现象严重。因此,如何实现对高速网络流量进行实时分析检测成为IDS研究领域的重点与难点[2]。
本文在研究分析现有IDS的基础上,提出了一种新颖的基于网络处理器的分层式高速网络入侵检测模型。该模型不仅充分发挥了高性能网络处理器(IXP2400)的硬件平台优势,还有效改进了IDS软件体系结构,提高了IDS在高速网络环境中数据包检测的速率和性能。
2、网络处理器技术
网络处理器(NP,Network Processor)是一种专用的、可编程的硬件设备,她结合了精简指令集计算机(RISC)的低成本、灵活性以及定制硅片(ASIC)的速度和可扩展性[3]。是一种基于可编程ASIC结构的新一代So C芯片,专门用于网络通信设备的开发。
IXP2400是Intel公司在具有千兆位处理能力的IXP1200之后推出的第二代网络处理器芯片,该芯片主要面向2.5Gbps速率下的网络应用,包括多服务交换机、路由器、宽带接入设备以及无线基础构架系统。其硬件体系结构如图1所示。
IXP2400作为一个可编程的网络处理器,内部具有八个600MHz的微引擎和一个600MHz的处理核心Xscale,可外接一块DDR DRAM和二块QDR SRAM,支持标准的线卡/交换接口标准SPI23或CSIX-L1。它具有IXA(Internet Exchange Architecture)架构最重要的特征--微引擎结构,这保证了其高性能和可扩展[4]。
3、基于多层分流的IDS模型
本文将网络处理器IXP2400引入到高速IDS系统中,改进了传统IDS系统的不足,提出了由捕获代理、分流代理、集群处理、反馈处理等不同层次所构成的新型IDS系统模型,该结构如图2所示。
该模型基本处理过程如下:
(1)捕获代理负责从所监控的高速网络完整地采集数据包,转发给后续的分流代理。捕获代理采用基于端口的信号复制技术,以并接的模式接入网络,不影响所监控网络的正常运行。
(2)分流代理接收捕获代理所发来的数据包,先采用基于IP地址的数据分流技术实现对高速数据包的预分流[5];然后采用基于连接的负载平衡分流算法再对网络数据包进行具体分流,分配到后端对应的集群处理各节点中;同时接收反馈代理发送的实时负载信息,实现优化分流规则,提高分流性能。
(3)后端集群中的计算机采用基于优化粒子群算法的数据包处理技术,实现数据包的高速并行分析检测,并将给出检测结果。
(4)反馈处理单元则采用主机探测技术,将各主机的当前负载情况,反馈给分流代理中相应模块,实现实时负载平衡,提高IDS整体性能。
其中,图中的捕获代理和分流代理两部分的功能由IXP2400平台实现。为了提高网络处理器的并行性能,本文将IXP2400中的8个微引擎做了合理分配。其中,采用1个微引擎负责数据捕获处理,1个微引擎负责基于IP地址分流的数据包预分流处理,2个微引擎负责数据包负载平衡分流处理,1个微引擎负责系统负载信息反馈处理,1个微引擎完成IDS规则库维护,2个微引擎保留未用。
4、捕获代理
捕获代理模块具有高速数据包捕获并转发给后续的分流代理模块的功能。它位于模型的最前端,以并接的方式接入高速网络系统。捕获代理采用基于端口的信号复制技术,先从MAC(Media Access Control,媒体控制层)层芯片(MACs)得到大小为64B的原始mpacket,再按照mpacket的类型完成以太网帧的重组,生成完整的Packet。
本文将采用IXP2400网络处理器作为捕获代理的实现平台,由IXP2400中的1个微引擎完成对数据包的捕获。经仿真实验测试表明,IXP2400平台的数据包转发速率达到1Gbps以上,即能够达到千兆级数据包捕获能力,且不出现丢包现象,这为实现千兆级IDS提供了有力支持和保证。
5、分流代理
IDS将捕获到的高速数据包,分配到后续集群处理里的不同节点并行地进行分析检测,以满足及时处理的要求。若数据包分配不合理,可能会出现这样的情况:有些节点已经超负荷运行,其他节点却基本是闲置的,导致IDS整体处理性能下降。因此,本文模型中分流代理的主要任务是合理均衡地将收到的数据包分流到集群处理的各节点中处理,实现各节点负载的平衡。
为了保证分流处理的速度达到要求,分流代理采用了两层的架构来实现分流。第一层采用基于IP地址的数据分流技术,将高速数据包流简单预分流成两个低速的数据包流,该过程由IXP2400中的1个微引擎负责完成;第二层对这两个数据包流分别采用负载均衡分流算法来处理,最终将数据包分配到后续集群处理的具体节点。该过程由IXP2400中的2个微引擎分别实现。
目前,常见的负载均衡分流算法主要包括最少连接法、轮询法、哈希法、最快响应法、最低缺失法、加权法等。其中的哈希法(HASH)是通过单射不可逆的HASH函数,按照某种规则将网络数据发往集群节点。
为保证集群处理节点计算机分析检测的准确性,分流代理的负载均衡算法需要实现将同一连接的数据包分配到同一节点进行处理,同时还要考虑负载的平衡性。分流代理可以根据数据包的基本特征(源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口)来确定同一连接。因此,本文采用基于连接的哈希映射将具有相同网络连接的数据包发给集群中的同一节点。哈希映射由IXP2400内部集成的专门的硬件Hash单元完成,可以通过微引擎直接访问,操作方便且速度极快[6]。在此基础上,建立集群各处理节点当前负载与系统总负载比值的节点负载表,并求出处理集群各节点的任务分配阀值,微引擎先查询该负载表后再分配当前的数据包。节点负载表的维护由任务分配线程和反馈代理共同来完成。分流代理的一次处理过程如图3所示。
6、集群并行处理
在集群并行处理过程中,每个集群配置若干台计算机,这些计算机可以采用同一类型,也可以采用不同类型。在集群的多台计算机上,并行执行IDS检测分析模块。
IDS检测分析模块的基本工作流程是:先采用基于网络误用的检测技术,从目前已知的各种入侵行为中抽取出其模式和特征来匹配捕获到的数据包,若数据包与规则库中某一入侵规则相符合,则判定为发生了入侵行为,立即发出警报。而对于无法确定的攻击则由后续的异常检测模块做二次检验,提高入侵检测系统的数据处理能力,降低系统的误报率。
7、仿真实验和结论
本文在P4 2.8GHZ,内存为1G的PC机上采用Intel IXA软件开发工具包(IXA SDK 4.1)[7],对模型中的捕获和分流进行仿真实验。
实验首先创建了测试用的数据流,对捕获代理和分流代理进行验证。设置了200个长度为49B的POS IP数据包,数据包的源IP地址范围设置在192.168.0.1~192.168.0.255之间,目的IP地址设置为随机数,负载为全f。通过仿真测试,在SPHY端口接收的数据包的速率达2490Mbps的情况下,CSIX输出数据的速率为2489Mbps,基本上实现了数据包的线速发送,满足了OC-48网速下的数据捕获和分流的要求,验证了模型中的捕获代理和分流代理的实用性。
为了验证模型中集群处理的性能,本文还搭建了3台P4 28GHZ计算机仿真并行处理,采用KDD99[8]提供的测试数据库(共311029条记录)仿真大流量测试数据,与由KDD99提供的数据中归纳出的入侵检测规则进行在线检测。集群处理后统计出的检测率达到了93.18%,误报率为3.21%,基本满足了入侵检测系统模型的性能要求,由于采用了集群的系统架构,在实际的应用中,处理集群中处理机的个数还可根据具体情况动态增减。
摘要：本文构建了一种以网络处理器作为前端数据捕获与分流,处理集群进行后端检测处理的高速入侵检测系统模型。仿真实验结果表明,该模型能够充分发挥网络处理器并行处理能力强的优势,在高速网络环境下具有良好的处理性能。
关键词：网络处理器,IXP2400,入侵检测,高速网络
参考文献
[1].CNNIC.第十九次中国互联网络发展状况统计报告.2007.1.
[2].李信满,赵宏,马士军等.高速网络环境下的网络入侵检测系统[J].东北大学学报,2002,23(7):62-63
[3].(美)科默.著.张建忠陶智华等译.网络处理器与网络系统设计.机械工业出版社2004.7
[4].Intel.IXP2400 Hardware Reference Manual:Intel Press.2003.
[5].刘延华,陈国龙,夏添等.基于网络处理器的高速动态分流器设计.集美大学学报(自然科学版),2008,13(2):113-116
[6].戴争辉.基于NP的高速网络入侵检测分流器的设计与实现:2006.
[7].R.Kunze,E.J.J.A.IXP2400/2800 Programming(The Complete Micro-engine Coding Guide).First printing,Printed in the United States of Amer-ica:Intel Press.April 2003.
无线传感器网络的分层路由协议 篇7
1. 几种常见的分层路由的协议
1.1 LEACH协议
LEACH协议是最早的无线传感器的网络协议, 主要是以分层技术以及分簇的结构为基础的, 具有非常重要的作用, 尤其在无线传感器网络路由协议当中, 像APTEEN、PEGASIS以及TEEN等基于分簇的一些协议一般是由LEACH所发展的。结果表明, LEACH能将生命的周期延长15%, 相对于一般平面的路由协议与静态的分层路由算法相比。
LEACH主要是按所分的轮来进行操作的, 各轮都有两个运行的阶段组成, 分别是簇稳定阶段与簇的建立阶段。一般稳定运行的阶段所持续的时间要比簇的建立的阶段要长许多, 为了达到减少开销的目的。
在簇建立阶段, 将所有节点划分为若干簇, 每个簇随机选举一个簇头。随机性确保簇头与Sink点之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器节点。具体产生机制是:每个传感节点生成0, 1之间的随机数, 如果选定的值小于某一个阈值T, 则选该节点为簇头。T计算方法如下:
其中, p为节点中成为簇头的百分数 (如0.05) , r是当前的轮数。
在簇首节点被选取后, 主要通过广播来通知全网络。其它的网络节点是由信号强度来判断所属的簇, 并进一步通知相关的簇首节点, 最终建立簇。而后会采用TDM算法来分歧数据传送的时间片尾每个簇中的节点。
稳定阶段是通过传感器的节点把所采集到得数据传送到相关的簇首节点。而后对所有簇中的节点所采集到得数据通过汇总后再进行传送最终传给汇聚点。随着稳定阶段时间的推迟, 会进入新的簇的建立, 并进入下一回的簇重构, 如此反复循环。通过不同的CDMA代码对每个簇进行通信防止另外的簇内节点的干扰。
1.2 PEGASIS与分层PEGASIS
1.2.1 PEGASIS
PEGASIS协议改进的基础是LEACH, 主要思想是把节点构造成一条链, 每一个节点都通过其邻居节点进行数据的收发, 并且在该链中只有一个节点与汇聚点或基站进行通信, 从一个节点到另一个节点连续性的聚集、融合数据并传输到基站, 该链式路径使用贪心算法构造。
1.2.2 分层PEGASIS
分层PEGASIS协议主要是为了减少数据包到汇聚点传送的延时, 它是对PEGASIS的扩展。该协议使具有CDMA传输能力的节点构造成一个分层传输的节点树, 在每一层选出上一层进行通信的节点, 以实现数据的并行传输, 并且减少延时。
1.3 TEEN和APTEEN
1.3.1 TEEN
TEEN协议的实现机制是响应型, LEACH的实现机制是主动型的传感器网络, 它们非常的相似在实现机制上。TEEN在簇的建立过程中, 随着簇首节点的选定, 簇首除了通过TDMA方法实现数据的调度, 还向簇内成员广播有关数据的硬阈值和软阈值两个参数。硬阈值是开始进行数据传输的最低限度, 软阈值则规定被检测数据的变动范围。在簇的稳定阶段, 节点通过传感器不断地感知其周围环境。当节点首次检测到数据到达硬阈值, 便打开收发器进行数据传送, 同时将该检测值存入节点内部变量SV中。节点再次进行数据传送时要满足两个条件:当前的检测值大于硬阈值;当前的检测值与SV的差异等于或大于软阈值。只要节点发送数据, 变量SV便置为当前的的检测值。一旦新一回合的簇首已经确定, 该簇首将重新设定和发布以上两个参数。
1.3.2 APTEEN
APETTN对TEEN协议扩展的体现有:
(1) 随着簇首节点的确定, 簇首向簇内所有成员广播以下参数:
(1) 属性 (A) :用来表示用户期望获取信息的一组物理参数。
(2) 阈值:该参数由硬阈值 (HT) 和软阈值 (ST) 构成。
(3) 调度:采用TDMA调度方式, 为簇内每个节点分配相应的时间片。
(4) 计数时间 (CT) :表示有一个节点成功发送报告的最大时间周期。
(2) 运行APTEEN协议的节点在发送数据时会采用与TEEN相同的数据发送机制。协议规定如果节点在计数时间CT内没有发送任何数据, 便强迫节点检测和向汇聚点传送数据, 以改变TEEN不能在周期数据传送系统中应用的不足。
(3) 为了更好地实现协议在混合网络系统中的应用, APTEEN采用了修改后的TDMA调度方法。
(4) APTEEN可以支持三种不同的查询类型, 包括分析过去数据的历史性查询、快速浏览网络的一次性查询和在一段时间内持续监控某一事件的连续查询。
2. 路由协议的比较
无线传感器网络路由协议首先要解决的问题是搞好节能的策略。以数据为中心和支持数据融合是绝大多数WSN应用的基本要求, 可扩展性和鲁棒性则是路由协议应满足的基本要求。在解决主要问题和满足基本要求的基础上, 能很好地利用节点的位置信息提供安全性和QoS支持的路由协议将有很好的发展前景。
LEACH、PEGASIS、分层PEGASIS、TEEN、APTEEN均具有分层路由协议的特点, 并且后四种都是在LEACH基础上改进而来的。仿真结果表明:LEACH协议的方法比直接传输的方法节省70%的能量, 比最小传输能量路由协议节省能量40%~80%。PEGASIS比LEACH协议优秀100%~300%, 分层的PEGASIS比传统的PEGASIS协议高60%。TEEN和APTEEN在能量分布和网络生存时间指标上均优于LEACH协议。APTEEN的性能位于TEEN和LEACH的之间。
3. 结语
无线传感器网络的路由协议主要运用的技术有数据融合与数据命令以及节点的聚类, 主要对能量的效率进行多方位以及多角度的开展。尽管在路由算法的研究方面取得了很多进展, 但还有一些根本性的问题有待进一步研究, 使网络具备更好的可伸缩性和更强的适应网络拓扑变化的能力。
参考文献
[1]于海斌, 曾鹏.智能无线传感器网络系统[M].北京:科学出版社, 2008.
[2]唐勇, 周明天, 张欣.无线传感器网络路由协议研究发展[J].软件学报, 2007.
[3]江贺, 刘文杰, 张宪超.无线传感器网络路由协议研究进展[J].小型微型计算机系统, 2008.
[4]李岩, 张曦煌, 李彦中.LEACH-EE——基于LEACH协议的高效聚类路由算法[J].计算机应用, 2008.
网络分层 篇8
教学论专家认为, 教学要求与学生可能性之间的矛盾是推动教学过程展开的动力, 两者如果处于比较协调的情况下, 教学过程便能顺利展开, 学生的学习质量就能有效提高;反之, 当两者之间的矛盾统一性被破坏时, 教学过程就不能有效展开, 学生的发展就会受阻, 各种类型的学业不良就会发生。由于学生的智力因素、非智力因素、原有知识与能力水平存在差异, 导致学生的学习可能性水平存在差异。根据教学原则中“可接受原则”, 由于学生学习可能性水平的差异, 不同层次学生乐意接受或只能接受不同层次的教学过程[1]。
因此教师必须从实际出发, 因材施教, 循序渐进, 充分激发学生的学习积极性, 发挥学生个人的创造能力, 激发创新思维, 才能使不同层次的学生都能在原有程度上学有所得, 逐步提高, 最终取得预期的教学效果。
二、网络环境下数学分层教学的途径分析
1.分层定目标
围绕学习内容和学生的实际设立不同的学习目标, 这样能使不同层次的学生都有适合自己能力的学习目标, 都有所收获。A层学习目标是基础性的, 要求学生掌握基础知识;B层的学习目标是在A层的基础提出更高的要求, 进一步拓展课外知识, 激发他们的学习兴趣;C层提出更进一步的要求, 既让他们拓展知识又要求他们学会总结解题方法, 让他们能力进一步发展。
【案例】九年级下册第二章二次函数《最大面积是多少》
学习目标:
A层学习目标:能够运用二次函数的知识解决实际问题中的最大 (小) 值.
B层学习目标:
①能够运用二次函数的知识解决实际问题中的最大 (小) 值。
②通过运用二次函数的知识解决实际问题, 培养数学应用能力。
C层学习目标:
①能够运用二次函数的知识解决实际问题中的最大 (小) 值。
②通过运用二次函数的知识解决实际问题, 培养数学应用能力。
③进一步获得利用数学方法解决实际问题的经验, 并进一步感受数学模型思想和数学的应用价值。
学生有明确的学习目标才能更好地进行学习。所以教师利用QQ把学生的学习目标与预习提纲提前在Q群共享, 让学生可以根据自己的实际情况选择不同的学习目标, 完成自己的预习。学生属于那个层次没有固定, 会根据学生的学习情况进行调整。四周为一个周期, 教师通过四周对学生的观察, 设立学生短期的学习目标, 也鼓励学生向高层次目标奋斗。这样, 在学生周围就形成了无形的你追我赶。
2.分层进行新课讲授
教学分层是课堂教学中最难操作的部分, 也是教师最富创造性的部分。利用网络教学使分层教学变得更轻松。
【案例】九年级下册第二章“二次函数”《最大面积是多少》书中例题:如下图1, 在一个直角三角形的内部作一个长方形ABCD.其中AB和AD分别在两直角边上.
(1) 设长方形的一边AB = xm, 那么AD边的长度如何表示?
(2) 设长方形的面积为ym2.当x取何值时, y的值最大?最大值是多少?
这是一道几何问题, 几何对于大多数的学生来说都是难点, 很多学生肯定不能独立解决, 尽管老师讲一次, 相信还有很多学生搞不懂。如果全班学生都借用这例题来掌握《最大面积是多少》这知识点, 那么这节课的收获很微少。教师的教学目标就不能达到。既然不能达到目标, 教师就必须改变教学设计。设计层次不同的例题让不同层次的学生掌握。教师可以降低难度设计另一道的例题, 例如:用一条长是20m的绳子围一个矩形, 矩形的长为xm, 当矩形的长为多少时, 围成矩形的面积最大?最大面积是多少?这道例题比上述的例题简单多了, 适合基础比较差的学生。
例题选好了, 在45分钟的课堂里怎样操作呢?如果教师把两道例题都讲解分析一次, 要用很多的时间, 可能导致不能完成预设的内容。但利用网络由学生自主学习, 教师点拨, 就可以进行分层教学, 完成教学任务。教师备课的时候, 进入佛山数码学习港这个网页, 在个性化学习自适应智能管理系统里把两道例题以及例题的分析、解答过程编辑好, 学生按照教师所给的账号, 进入系统可以根据自身的能力选择学习的内容。A层的学生选择简单的例题学习, 不会觉得困难大, 无法完成, 丧失兴趣。C层学生可以选择更深的内容, 不至于在课堂觉得无所事事, 影响他们学习积极性和思维发展。教师在整个过程里起到引导、点拨的作用。教师在个性化学习自适应智能管理系统编辑分层例题如图2。
3.分层练习、分层作业、分层测评
练习、作业、测评卷只是不同名称的巩固知识的练习题, 都是为了熟练知识点, 提高解题能力。布置作业切忌一刀切, 必须选做, 对“差”生要求掌握最基本的方法和技能。对“优”生要求做好提高题, 实际上, 教师可把基础题适当修改, 使知识延伸[2]。那么分层练习, 就是教师根据学生的层次设置相应的题目, 学生可以自主选择题目, 既可以让较低水平的学生掌握基础知识, 又可以让中等学生掌握大部分的知识, 还可以让较高水平的学生去进行探究、拓展、运用, 所谓既要保底, 又不设上限。为了满足不同知识需要的学生, 教师要设计好几份不同难度的练习卷或作业卷、测评卷。一个负责任的教师平时的工作量已经够大了, 一节课要求他出几份的练习, 天天如此, 没有一个好办法或者好帮手, 教师肯定应付不来。其实因材施教要求分层教学, 分层练习已经有很多教师提出来了, 但要真正做到分层教学, 分层练习需要的工作量非常大, 所以很多教师不能坚持下去。但现在的网络信息发达了, 先进了, 它就是我们教师的好帮手, 我们可以利用网络做到每一节课都分层练习、分层作业、分层测评。
【案例】九年级下册第二章“二次函数”《最大面积是多少》
作业设计要求如图3:
教师只要把需要的要求填写好, 按下按钮, 系统就会按照教师的要求出好一份练习卷, 如果教师觉得这份练习卷还不满意, 还可以选择换题或自己编题。
有了这个系统, 教师想出几份练习, 想要怎样的难度都易如反掌。只要教师有要求, 网络都可以满足你。教师把自己出好的卷在系统里发布, 学生进入系统就可以按照自身的知识基础选择合适的练习来完成, 使A层吃得消, C层吃得饱, 实现真正的因材施教。
4.分层评价
既然有了学习目标的不同, 必然要求评价标准的差异, 评价是为了更好地激励学生, 改进教师的教学。个性化学习自适应智能管理系统能精确分析每个学生的学习情况, 班级学生的整体情况。只要学生完成作业, 教师可以在系统里进行作业的批改, 也可以学生之间互相批改。批改完毕后, 系统可以按层次分析优分率、合格率、最高分、最低分、平均分、分数分布、错题分布。教师掌握这些数据就可以按照不同层次表扬学生, 鼓励学生, 使各层次的学生都能看到阳光。系统分层评价如图4:
5.分层辅导
著名的心理学家、教育家布鲁姆认为:“只要在提供恰当的材料和进行教学的同时给每个学生提供适度的帮助和充分的时间, 几乎所有的学生都能完成学习任务或达到规定的学习目标。”[3]在分层教学中, 分层辅导就起到了这个关键作用。学生在网络系统里很容易建立自己的错题集, 教师根据网络系统提供的数据, 如分数分布、错题分布进行分类辅导。教师把学生错题改编, 或者知识点的补充训练作为辅导的资源, 而创造这些资源利用网络会更快、更有效, 单凭教师的思维与双手创造这些资源太费劲了。所以有效利用网络才能真正做到因材施教, 关注到每个学生个体的数学学习, 使各个层次的学生都能在不同的起点线上取得明显的进步, 从而实现班级数学成绩的全面提高。
三、网络环境下数学分层教学的效果
1.提高课堂教学效率
网络提供丰富的教学内容, 使教师轻松地按照不同层次学生选择不同例题讲解, 学生按照自己的基础情况选择合适的练习, 打破了“一刀切”的课堂, 使学生获得更多知识, 使学生的个性得到发展, 使课堂的效率得到进一步的提升。
2.提高课堂教学的质量
在网络环境下, 课堂教学真正做到因材施教, 提高课堂教学的质量, 使各层次的学生能力都得到提高, 实现班级数学成绩的全面提升。
3.激发学生的学习兴趣, 体现学生的主体作用
数学网络教学为学生创造出图文并茂、人机互交、及时反馈的学习环境, 突出教学的重点和难点, 使学生准确理解所学的知识, 激发学生的学习兴趣, 体现学生的主体作用。
4.教师与学生相长, 交流增强
教师在网上系统上传学习资料、发布作业、评阅作业、在线答疑和对作业进行管理, 克服了以往学生有问题找不到老师, 而教师也很难真正地掌握学生的学习情况。有了网络, 学生尽管遇到困难, 可以利用网络找到答案, 也可以在平台上与同学、老师讨论。
四、反思与建议
1. 学生的分层应当是动态的。要注意学生层次的变化, 鼓励低层次的学生向高层次发展。同时对学生明确, 我们的分层只是暂时的, 每一次测验我们都会对进步大的学生进行重新调整, 并且在学习中途学生可以按照自己的情况进入高一层次的学习。
2. 在教学中, 要以学生为中心。即体现“以学生为主体, 教师为主导, 训练为主线, 思维为主攻, 能力为目的”的教学思想, 尊重学生的人格及创造精神, 把教学的重心和立足点转移到引导学生积极主动地“学”上, 引导学生参与实现教学目标的全过程。
3. 在实施教学策略的过程中, 要加强反馈, 及时补救。对中下层学生采取鼓励为主, 鼓励他们“跳起来摘果子”, 对下层学生的一个小进步也给予充分的肯定, 激励他们努力向上, 享受成功的喜悦。
摘要：本研究尝试利用网络实施分层教学, 依照学生学习的个体差异性, 进行目标分层、授课分层、练习分层、辅导分层及评价分层。以此体现学生的主体作用, 增强师生的互动与交流, 达到高效教学目的。
关键词：分层教学,因材施教
参考文献
[1]陈阳.浅谈新课改下的高中数学分层教学.人民教育出版社, 2012.
[2]陈少芬.数学教学应怎样实施因材施教[J].学习方法报?语数教研周刊, 2012, (40) .
网络分层 篇9
随着智能电网的发展,时钟同步技术、通信技术、计算机技术在电力通信网和基于IEC 61850标准的数字化变电站得到了大力的促进、推广和建设。为了解决现有传统后备保护的保护整定复杂,动作延时长,当电网结构或运行工况发生非预设性变化时保护性能也难以得到保证,可能导致保护拒动、误动等突出问题,近年来提出了一种基于网络通信、广域测量技术的广域继电保护[1,2,3,4]。
根据广域继电保护(WAP)的保护算法和所采用的WAPS结构[5],构建高速、双向、实时、自愈、安全和可靠的通信网络是实现广域继电保护的基础。相对于传统的监测与控制系统,如SCADA/EMS系统、电能计量系统、DTS系统等,WAPS对网络通信提出了更高的要求。
广域继电保护作为电力系统新增业务,如何接入数字化变电站网络和电力通信网,使既能满足广域继电保护功能要求同时又不影响变电站和电力通信网现有其他业务的功能实现。以目前的通信网络技术可逐步实现过程层和变电站层的网络化,因此,适当的设计广域继电保护IED接入方式,可方便得获取站内各IED信息;目前电力通信网主要以SDH光纤环网为主,变电站业务接入SDH主要有IP over SDH和IP over ATM over SDH两种模式。文献[3,6]使用传统SDH技术的设备,分别采用以上两种模式接入SDH环网,实现了广域继电保护的站间通信。随着电网的发展,需广域通信的业务种类越来越多,现有的电力通信网正向新一代SDH技术MSTP(Multi-Service Transport Platform)发展,MSTP支持多种的传输模式。因此需要研究最适合于广域继电保护的接入传输模式及其实现过程。
还需考虑网络通信的可靠性问题,设计高可靠性的变电站和广域网络拓扑结构。当通信网络(如:网络设备、传输线路等)出现故障时,避免信息出现丢失和因故障产生的时延变化对广域继电保护功能的影响。文献[7]分析了全站统一网络的典型冗余结构,提出了集中备用和交叉备用两种改进方案,并对各种冗余结构的可靠性进行分析,指出单重保护系统中采用冗余结构后,可明显提高系统(尤其是母线保护)的可靠性,保护经双重化配置之后,已具有很高的可靠性,从经济性角度考虑无需再对每一单套保护的网络结构进行冗余配置。SDH环网具有自愈功能,文献[8]采用串联系统可靠性计算模型分析了SDH的可靠性,给出了整个光纤环网的失效概率和可用概率。
目前国内外对广域继电保护的接入传输模式、网络拓扑结构鲜有文献研究,因此,本文将对此方面展开研究。本文的主要内容为:首先根据广域继电保护的功能实现提出了广域继电保护的分层系统结构,随后分析了广域继电保护IED接入变电站网络和电力通信网的实现方式,并设计了变电站网络拓扑结构和基于多业务综合传输平台MSTP的广域通信网络组网的拓扑结构,最后介绍了WAPS广域网络的信息传输方式和冗余设计方案。
1 WAPS系统结构
本文采用变电站信息集中与区域集中决策相协调的WAPS总体系统结构如图1所示。图1(a)为变电站及调度中心内部网络结构,其中IED1~IEDn表示智能电子设备,子站中广域继电保护IED定义为TCU(Terminal Centralized Unit),主站中广域继电保护IED定义为DCU(Decision Centralized Unit)。调度中心中广域继电保护IED定义为MU(Monitoring Unit)。目前提出的广域继电保护主要是实现同一电压等级下的线路保护。图1(b)为广域继电保护分层系统结构,从广域通信网络结构的角度看,将同一电压等级的整个电网广域继电保护分为三层,即接入层、汇聚层、核心层。将广域电网视为由若干个有限区域共同组成,每个区域选取其中一个变电站为主站,所有区域主站构成汇聚层,汇聚子站TCU上传的信息,并以主站为中心划分区域,区域内除主站外的其他变电站称为该区域的子站,整个电网所有子站构成接入层。调度中心MU为核心层。
TCU主要分为信息采集单元和跳闸执行单元,信息采集单元的主要功能有:(1)启动元件的判断;(2)测量被保护线路的模拟量(电压、电流量)和开关量(保护动作情况、断路器位置),模拟量在进行预处理(如:数据同步、信息融合等)后,计算其相量值,然后将相量值(周期性传送)和开关量(事件触发传送)经GPS打上同步的时间标记上送到主站;跳闸执行单元主要功能:接受主站的控制命令,并与本地传统主后备保护综合决策后对相应的断路器进行跳合闸操作,并将指令上传主站和调度中心。
DCU主要分为信息采集单元和综合决策单元,信息采集单元主要功能有:(1)承担主站的TCU任务,收集本区域内TCU上传的信息;(2)接收调度中心下发的指令;综合决策单元主要功能:定时根据各子站上送的信息运行广域继电保护算法,当区域内出现故障,形成故障处理策略并下发给子站以执行相关故障切除控制。
MU的主要功能:实时协调和监控各区域广域继电保护系统运行情况、全网的实时拓扑结构、故障记录查询以及主站、子站广域继电保护IED的参数配置等。
2 广域继电保护IED接入变电站网络
文献[9]提出了独立过程网络和全站统一网络两种数字化变电站通信网络的组建方案,指出独立过程网络目前较易实现,而全站统一网络凭借信息高度共享等优势成为数字化变电站通信网络的最终形态。以220 k V两电压等级数字化变电站为例,一般220 k V变电站高压侧部分及变压器部分均采用双套设备,低压侧部分采用单套设备。因此,TCU/DCU在高压侧采用双套设备,在低压侧采用单套设备。采用文献[7]提出的集中备用方案对低压侧的单套设备进行双重网络冗余设计,高压侧则采用每套设备独立一套网络。图2给出TCU/DCU接入220 k V数字化变电站全站统一网络的拓扑结构。限于篇幅,TCU/DCU、变压器和高压侧其他设备的双套配置和双重网络只画出一套。
文献[10]利用马尔可夫状态模型,对环网、双环网和双星型网等冗余结构进行了比较,并建议采用双星型网以获得零故障恢复时间。最新颁布的IEC62439标准定义了两种具有零故障恢复时间的冗余协议[11]:并行冗余协议和高可用无缝环网。因此,图2中低压侧采用集中备用的双星形冗余网络拓扑结构。高压侧每套单一间隔设备(如线路保护)通过间隔交换机与本间隔内的合并单元、断路器智能终端等过程层设备相连,形成一个通信子网,低压侧单一间隔设备通过间隔交换机和集中备用交换机与本间隔内的过程层设备相连;而跨间隔设备(如母线保护,TCU/DCU),高压侧每套保护则通过公共交换机I或II连接各个间隔交换机,低压侧保护通过公共交换机III和IV连接各个集中备用交换机和间隔交换机,从而获取各电压等级相关间隔的信息。由于交换机接口有限,低压侧若干个间隔配置一个集中备用交换机。下面以高压侧的广域继电保护,研究TCU/DCU接入电力通信网的方式。
3 广域继电保护IED接入电力通信网
3.1 MSTP传输平台
传统的SDH技术的设备主要承载面向TDM的E1业务,自身能够提供的标准接口种类有限,难以高效地承载各种速率丰富的宽带业务,在承载10M/100 M/1 G以太网数据业务时,存在各种不足,主要表现在需要外加接口转换路由交换设备,应对突发数据信号时需要配置缺乏动态灵活性,带宽利用率低,无法实现带宽的动态调配功能。
而新一代SDH技术MSTP是基于SDH,同时实现TDM、ATM和IP等业务的接入、处理和传送等功能的多业务平台,并提供统一的网管。采用这种平台,可简化系统的构成,直接提供多种业务的接入,从而减少维护费用。一方面,MSTP保留了固有的TDM交叉能力和传统的SDH/PDH业务接口,继续满足话音业务的需求;另一方面,MSTP提供ATM处理、Ethernet透传以及Ethernet L2交换功能来满足数据业务的汇聚、梳理和整合的需要。MSTP采用VC虚级联能够很好地解决传统SDH网络承载宽带业务时带宽利用率低的问题。第三代MSTP可支持Qo S、多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能,能够实现业务等级协定(SLA)增强、阻塞控制以及公平接入等,可以说,第三代MSTP为以太网业务发展提供了全面的支持[12]。
3.2 广域继电保护业务接入电力通信网方式
目前电力通信网按照网络用途大致可以分为:传输网络、数据网络、业务网络及支撑网络等四大类,在传输网络方面,我国已形成以SDH光传输网为通信的核心网络,电力线载波和无线通信作为传输网的应急和备用通道,波分复用DWDM作为SDH的技术的补充。数据网络包含调度数据网和综合数据网,调度数据网接入业务分为安全区I和安全区II业务,综合数据网接入业务分为安全区III和安全区IV。业务网包含调度交换网、行政交换网和会议视频等。支撑网络包含同步网和网管系统。
如图3给出广域继电保护业务和变电站其他业务通过MSTP设备接入电力通信网的传输模型。广域继电保护作为后备保护,其业务时延要求为300ms内,在图3中实现毫秒级业务传输的方式有三种:方式1,接入PDH标准接口直接承载在SDH传输网上,传输方式为IP over SDH;方式2,接入ATM接口,传输方式为IP over ATM over SDH;方式3,接入数据调度网传输实时性业务的安全区I交换机上,传输方式为Ethernet over SDH。
下面对以上三种接入方式进行分析,由于方式1业务接入标准的SDH/PDH接口,在我国为2.048Mbit/s、34.368 Mbit/s、139.264 Mbit/s等三种。根据变电站规模的大小,广域继电保护子站到主站间的业务主要有:模拟量相量值、断路器状态信息、告警信息、监控管理类信息(MMS)等信息流,业务通信量一般介于三者之间,采用方式1并考虑到广域继电保护业务的扩展需选择较大的带宽接口(如:34.368 Mbit/s、139.264 Mbit/s),然后通过MSTP设备的级联技术按广域继电保护的业务设置适当的带宽,SDH/PDH接口能自适应MSTP设备所设置的带宽。但方式1需要以太网和SDH/PDH的接口转换,并且方式1是采用先进先出的发送方式,由于各种业务的优先等级不同,采用方式1不能保证高优先级业务的优先传输,从而影响高优先级业务的时延。
方式2,ATM是面向连接的,有较好的服务质量,能可靠地传送广域继电保护等敏感性数据业务,但由于ATM网络存在开销大、效率低的缺点,目前在电力通信网中已经较少应用,因此广域继电保护业务不适合采用方式2传输。
方式3,由于广域继电保护属于继电保护的范畴,电力行业将继电保护业务的网络传输和其他业务分离,并且由于继电保护自身的特点(速动性,时延要求在毫秒级),广域继电保护业务如果和其他多个业务共享链路带宽,会在一定程序上影响广域继电保护业务的传输时延,同时也会影响原有调度数据网实时性业务(如PMU业务,时延要求20~50 ms内),并且对数据调度网业务的扩展带来困难。
通过以上分析,本文建议将广域继电保护IED单独接入MSTP一个以太网接口,通过MSTP设备级联技术,根据广域继电保护传输业务量大小分配合适的独立带宽,使其独享网络带宽,不受其他业务的影响。同时采用网络服务质量Qos、调度策略和拥塞管理,如:MPLS+Diffserv服务,PQ调度,加权随机先期检测(WRED)等,保证广域继电保护业务端到端传输时延满足广域继电保护功能的要求;采用这种方式同时也满足电力行业将继电保护业务网络传输和其他业务分离的要求。
4 基于MSTP平台的WAPS通信组网
4.1 WAPS分层结构HVPLS网络拓扑结构
图3中接入MSTP设备以太网接口的业务有广域继电保护数据网和调度数据网、综合数据网,三种业务接入不同的以太网接口,各自具有独立的虚拟网桥(VB),各VB之间的数据是隔离的,并为各自分配独立的传输通道VCTRUNK。VCTRUNK为MSTP设备利用相邻级联或虚级联技术将多个VC捆绑在一起构成的逻辑通道。因此,可以为三种业务按各自的功能需求独立进行以太网业务组网。根据ITU-T G.etnsrv,MSTP承载以太网业务的类型有四种:专线特性组网方式的EPL以太专线业务和EVPL以太虚拟专线业务,二层交换特性组网方式的EPLAN以太专用局域网业务和EVPLAN以太虚拟专用局域网业务。
分层系统结构的广域继电保护为集中式业务,区域内各子站的TCU信息流都向主站的DCU汇聚,电网所有主站的DCU信息流汇聚到调度中心MU,实现的组网方式为点到多点(子站到主站,主站到调度中心)和多点到点(调度中心到主站,主站到子站)的形式。四种MSTP以太网业务类型都支持点到多点和多点到点的业务,其中EVPLAN最适合广域继电保护业务实时性和安全性的需求。
EVPLAN也称虚拟网桥服务,实现VPLS业务,VPLS是一种基于MPLS和以太网技术的二层VPN技术,使用EVPLAN组网通过VLAN ID和MPLS标签的双重隔离,达到不同用户的业务隔离,在子站与主站以及主站与调度中心间建立标签交换路径LSP(Label Switch Path),保证信息传输的实时性,还可以有效地避免广播风暴,同时采用二层VPN技术实现子站与主站以及主站与调度中心间的信息传输的安全性,从广域继电保护IED角度看EVPLAN是个大的虚拟局域网。
但在VPLS组网中,无论是以BGP方式,还是LDP方式为信令的VPLS,为了避免环路,其基本解决办法都是在信令上建立所有站点的全连接。如果一个VPLS有N台PE设备,该VPLS就有N(N-1)/2个连接。当VPLS的PE增多时,VPLS的连接数就成N平方级数增加。同时还存在一个缺点是提供VC的PE路由器需要复制数据包,对于第一个报文和广播、组播报文,每个PE设备需要向所有的对端设备广播报文,这样就会浪费带宽。为解决VPLS的全连接问题,增加网络的可扩展性,以及节约网络带宽,产生了HVPLS组网方案,通过分级连接,可以减少信令协议和数据包复制的负担,使得VPLS可以大规模应用,因此适合于电力通信网的应用。本文提出的WAPS分层结构的HVPLS典型组网如图4所示。
图4(a)为WAPS分层结构HVPLS组网物理连接拓扑,图中路由设备UPE、SPE都为MSTP设备,称为PE设备,支持HVPLS功能;广域继电保护IED直接接入PE设备。路由设备UPE表示用户的汇聚设备,即直接连接广域继电保护IED,称为下层PE。UPE支持路由和MPLS封装。SPE表示连接UPE并位于基本VPLS全连接网络内部的核心设备,称为上层PE,SPE也可直接接广域继电保护IED,并且UPE只需要与一台SPE建立连接。
图4(b)为图4(a)的逻辑连接网络拓扑,所有UPE和SPE设置在同一个自治系统AS内,低层次的VPLS因为和高层次的VPLS在同一个AS内,因此可以采用LDP PW方式接入BGP VPLS。因为整个电力通信网SPE数量仍然庞大,因此在调度中心的SPE上采用BGP路由放射器RR(Router Reflector)来减少全连接数量,通过RR反射来间接地达到逻辑上的全连接。广域继电保护IED通过链路AC(Attachment Circuit)接入PE,UPE和SPE通过虚链路PW(Pseudo-Wires)相连,AC为FE(Fiber Ethernet),PW为VCTRUNK。
区域1包括主站1和子站1~子站7,区域n包括主站2和子站6~子站12;其中子站6、7属于区域1和区域n,需与主站1、2交互信息。
4.2 广域网的信息传输方式和过程
MSTP以太网业务处理单板提供了汇聚功能,即以太网口对应多个VCTRUNK的数据都被从同一MAC地址接入或落地。可以为子站到主站或主站到调度中心提供多点到点和点到多点透传业务。
主站的一个以太网口与区域内的其他子站的以太网口进行通信,即主站的DCU接入SPE设备的一个以太网口对应多个VCTRUNK,每个VCTRUNK对应子站TCU接入UPE设备以太网口所配置的VCTRUNK;调度中心的一个以太网口与各区域主站的以太网口进行通信,即调度中心MU接入SPE设备的一个以太网口对应多个VCTRUNK,每个VCTRUNK对应各主站DCU接入SPE设备以太网口所配置的VCTRUNK。
采用这种方式实现了子站、主站、调度中心的互联,保证了业务对通道带宽需求;同时按照这种方式组网后,主站和调度中心的以太网板卡数量将大大减少,不但降低了成本,而且还减少了主站和调度中心SPE的以太网出线,降低了故障率。
以主站1、2和子站6、7为例,采用以上以太网传输方式,HVPLS业务网络传输的实现过程,如图5所示为HVPLS业务的应用示意图。采用虚拟局域网(VLAN)可以实现单播、组播功能并且能有效地降低广播风暴的危险。在各子站UPE设备上建立一个基于MAC地址的VLAN,如:子站6、7分别为VLAN6、VLAN7,将需要发送的主站DCU和调度中心MU的MAC地址加入此VLAN;在主站SPE建立基于MAC地址的VLAN,如:主站1、2分别为VLAN1、VLAN2,将区域内的子站TCU和调度中心MU的MAC地址加入此VLAN;以上所建的VLAN TAG标识可以相同也可以不同,通过MPLS标签来区分。下面介绍子站与主站的数据传输过程。
主站1下发广域继电保护动作指令到子站7的步骤如下:(1)主站1 DCU发送数据帧(源地址为MAC H,目的地址为MAC B)经SPE1设备VLAN封装后,根据报文的目的地址,查找虚拟交换实例VSI(Virtual Switch Instance),得到内层标签20(VC Label,VCTRUNK标识),然后将其转发到相应隧道,打上外层标签2(Tunnel Label,MPLS标识),这样就根据不同的地址得到了已建的LSP2。(2)SPE1与UPE7之间的UPE6对用户报文进行传递和标签交换,最终在倒数第二跳报文的外层标签被剥离。(3)UPE7收到该报文后,去掉内层标签,根据报文的目的MAC,查找VSI的表项,发现该报文应该被发往MAC B,剥离VLAN标识后发送到子站2的TCU。
子站6需同时向主站1、2发送模拟量和开关量信息,因此,子站6的TCU可以采用VLAN组播方式传输信息至两个主站,即TCU向VLAN6发送基于MAC地址广播信息,经UPE6设备VLAN封装,根据报文的目的地址,查找VSI后根据已建的LSP1和LSP4向主站1、2发送信息。
主站与调度中心间的信息传输方式和子站与主站间的信息传输方式相同。子站到调度中心间的信息传输需通过主站的SPE中转。
4.3 WAPS广域网络冗余设计
由于广域继电保护业务具有高可靠性要求,因此,要求基础传输网络具有很强的生存能力,一方面应采用完善的SDH环网和以太网业务保护机制,另一方面应采取设备冗余配置的策略。
由于广域继电保护业务为汇聚型,并且具有严格的时延要求,因此建议采用二纤双向子网连接保护SNCP,保护倒换后相对于二纤双向复用段保护MSP具有较小的时延;在两个相交环互通时,建议采用DNI双节点保护方式。在以太网业务保护方面,MSTP提供MPLS保护,建议采用1+1 LSP保护倒换方式;在MSTP设备中,优先启动SDH保护,然后才是LSP保护。在设备冗余配置的策略方面包括广域继电保护IED设备冗余、网络设备冗余、链路冗余。广域继电保护数据网业务接入冗余方案,如图6所示,图3~图5中只画出了单套设备。
广域继电保护IED和网络设备的冗余方面,图6中子站高压侧TCU为两套配置,网络设备UPE为单套配置,主站和调度中心由于其重要性,对DCU、MU和SPE均进行双套配置。在链路冗余方面,子站的两套TCU接入路由器UPE的一个以太网端口,UPE分别为2台TCU配置不同的VCTRUNK与两台汇聚路由器SPE相连;在主站两台DCU都接入两台汇聚路由器SPE的各1个以太网口,两台SPE间通过FE互连。两台汇聚路由器SPE分别与调度中心两台核心SPE相连,并分别配置不同的VCTRUNK。调度中心两台MU都接入两台核心路由器SPE的各1个以太网口。在以上设备连接中有环路时,网络设备UPE/SPE应启用快速生成树协议(RSTP),避免报文在环路网络中的增生和无限循环。
5 总结
高速、双向、实时、自愈、安全和可靠的网络是实现广域继电保护的基础。本文首先提出了广域继电保护的分层系统结构,分析了广域继电保护IED接入变电站网络和电力通信网的方式,建立了集中备用方式的全站统一网络结构和基于HVPLS广域继电保护分层系统的以太网组网方案,以及站间信息传输方式,最后设计了WAPS冗余方案。本文设计的广域继电保护通信网络不仅适用于IEC61850标准定义的基于TCP/IP的传输方式(MMS服务),而且适用于GOOSE和SV应用层直接映射到链路层的传输方式,为基于IEC61850的广域继电保护通信建模提供了基础。
摘要：广域继电保护为解决现有传统后备保护存在的突出问题提供了一种新的思路。实时、可靠的通信网络是实现广域继电保护的基础,为此,设计了广域继电保护的分层系统结构,将全网分为三层,即接入层、汇聚层、核心层。随后设计了变电站全站统一网络拓扑结构,将广域继电保护IED接入间隔层公共交换机,可收集站内相关间隔的信息。在接入电力通信网方面,将广域继电保护IED单独接入MSTP的一个以太网口的方式,建立了基于HVPLS的广域继电保护分层系统以太网网络拓扑结构、广域网络的信息传输方式和冗余设计方案。
关键词：广域继电保护,分层系统结构,全站统一网络,MSTP平台,HVPLS组网
参考文献
[1]徐岩,刘金生,张亚刚,等.聚类算法在电网故障元件定位应用中的研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(12):13-18.XU Yan,LIU Jin-sheng,ZHANG Ya-gang,et al.Study of application of hierarchical cluster analysis in power net fault location[J].Power System Protection and Control,2010,38(12):13-18.
[2]高振兴,郭创新,俞斌,等.基于多源信息融合的电网故障诊断方法研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(6):17-23.GAO Zhen-xing,GUO Chuang-xin,YU Bin,et al.Study of a fault diagnosis approach for power grid with information fusion based on multi-data resources[J].Power System Protection and Control,2011,39(6):17-23.
[3]Serizawa Y,Myoujin M.Wide area current differential backup protection employing broadband communications and time transfer systems[J].IEEE Trans on Power Delivery,1998,13(4):1046-1052.
[4]殷玮珺,袁丁,李俊刚,等.基于SDH网络的广域保护系统研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(5):120-127.YIN Wei-jun,YUAN Ding,LI Jun-gang,et al.Research on wide-area protection system based on SDH network[J].Power System Protection and Control,2011,39(5):120-127.
[5]徐天奇,尹项根,游大海,等.广域保护系统功能与可行结构分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(3):93-97.XU Tian-qi,YIN Xiang-gen,YOU Da-hai,et al.Analysis on functionality and feasible structure of wide area protection system[J].Power System Protection and Control,2009,37(3):93-97.
[6]童晓阳,王晓茹,Kenneth Hopkinson,等.广域后备保护多代理系统的仿真建模与实现[J].中国电机工程学报,2008,28(19):111-117.TONG Xiao-yang,WANG Xiao-ru,Kenneth Hopkinson,et al.Simulation modeling and implements of wide-area backup protection multi-agent system[J].Proceedings of the CSEE,2008,28(19):111-117.
[7]朱林,陈金富,段献忠.数字化变电站冗余体系结构的改进及其可靠性和经济性评估[J].电工技术学报,2009,24(10):147-151.ZHU Lin,CHEN Jin-fu,DUAN Xian-zhong.Improvement of redundant architecture in digital substation and its reliability&economic assessment[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2009,24(10):147-151.
[8]彭静,卢继平,汪洋,等.广域测量系统通信主干网的风险评估[J].中国电机工程学报,2010,30(4):84-90.PENG Jing,LU Ji-ping,WANG Yang,et al.Risk assessment of backbone communication network in WANS[J].Proceedings of the CSEE,2010,30(4):84-90.
[9]窦晓波,胡敏强,吴在军,等.数字化变电站通信网络的组建与冗余方案[J].电力自动化设备,2008,28(1):38-43.DOU Xiao-bo,HU Min-qiang,WU Zai-jun,et al.Configuration and redundancy of communication networks in digital substations[J].Electric Power Automation Equipment,2008,28(1):38-43.
[10]Andersson L,Brand K P,Brunner C,et al.Reliability investigations for SA communication architectures based on IEC61850[C]//2005IEEE Russia Power Tech,St.Petersburg,Rusia,2005.
[11]IEC62439high availability automation networks[S].2008.
企业分层网络中交换机的选择因素 篇10
选择交换机硬件时, 应确定核心层、分布层和接入层分别需要何种交换机来满足网络带宽需求, 应考虑未来的带宽需。应购买合适的交换机硬件来满足当前及未来的带宽需求。为了更准确地选择合适的交换机, 要定期执行和记录流量分析。
二、流量分析
流量分析是测量网络带宽使用率并分析相关数据来调整性能、规划容量并作出硬件升级决策的过程, 流量分析是通过流量分析软件来实现的。尽管对网络流量并没有确切的定义, 但为了便于理解流量分析, 可以理解为网络流量是指在一定时间内通过网络发送的数据量。所有的网络数据无论来自何方, 无论发往何处, 都是流量的一部分。监控网络流量的方法有许多种。可以手工监控各个交换机端口来收集一段时间内的带宽利用率。在分析流量数据时, 可能根据每天特定时段的流量以及大部分数据的来源和目的地来确定未来的流量需求。但是, 为了获得准确地结果, 需要记录足够的数据。手工记录流量数据是件费时费力的机械活, 市面上有一些自动化的解决方案。
三、分析工具
现在市面上有许多流量分析攻击可以将流量数据自动记录到数据库中, 并执行趋势分析。在大型网络中, 采用软件收集解决方案是唯一有效的流量分析方式。通过软件收集数据时, 可以看到在给定的时间内网络上每个接口的运行状况。通过输出的图表, 可以直观的发现流量问题。比用柱状表示的流量数据更容易理解。
四、用户群分析
用户群分析是确定各类用户群体及其对网络性能的影响的过程, 用户的分组方式会影响与端口密度和流量有关的问题, 进而影响网络交换机的选择。
在典型的办公楼中, 一般根据终端用户的职能对其进行分组, 这是因为相同职能用户所需访问的资源和应用程序也大体相同。每个部门的用户数、应用程序需求以及需要通过网络访问的可用数据资源各有不同。不仅要查看网络中指定交换机上的设备数量, 还应该调查终端用户应用程序生产的网络流量。有些用户群使用产生大量网络流量的应用程序, 而其他用户则不然, 通过测量不同用户群使用的所有应用程序所生成的网络流量并确定数据源的位置, 可以确定增加用户对该用户群的影响。
小企业中工作组大小的用户群仅用几台交换机提供支持, 通常连接到服务器所在的交换机上。在中型企业中, 用户群由许多交换机提供支持。中型企业用户群所需的资源可能位于地理上分散的若干区域中。因此, 用户群的位置会影响数据存储和服务器的位置。分析用户群的应用程序使用率的难题之一是使用率并非纯粹取决于用户所在的部门或地理位置。还需要分析应用程序穿越多台网络交换机所带来的负面影响。并据此确定总体影响。
五、数据存储和数据服务器分析
在分析网络流量时, 应考虑数据存储和服务器的位置, 以便确定它们对网络流量的影响。数据存储可以是服务器、存储区域网络 (SAN) 、网络连接存储 (NAS) 、磁带备份设备或任何其他存储大量数据的设备或组件。
在考虑数据存储和服务器的流量时, 应同时考虑客户端到服务器的流量和服务器到服务器的流量。通过观察不同用户群使用的各种应用程序的数据路径, 可以找到潜在的瓶颈, 确定在哪些地方因为带宽不足会影响应用程序的性能。为改善性能, 可以聚合链路来提供带宽, 或者使用能够处理流量负载的快速交换机来取代慢速交换机。
六、拓扑结构图
拓扑结构图是网络基础架构的图形表现形式, 拓扑结构图显示所有的交换机如何互连, 乃至详细到哪个交换机端口与设备互连。拓扑结构图以图形的形式显示交换机之间用于提供灾难恢复和性能增强的任何冗余路径或聚合端口, 显示网络中交换机的位置和数目并标出交换机的配置。通过拓扑结构图, 可以直观地找到网络流量的潜在瓶颈, 可以抓住流量分析数据的要点, 知道哪些网络区域的改进能够最有效地提高网络的整体性能。
七、结语
对于中小型企业而言、基于数据、语音和视频的数字通信至关重要。因此, 正确设计局域网是企业日常运营的基本需求。作为网络技术人员, 必须能够判断什么才是设计合理的局域网, 能够选择合适的设备来满足中小型企业的网络需求。
摘要：选择交换机硬件时, 应确定核心层、分布层和接入层分别需要何种交换机来满足网络带宽需求。要选择适合分层网络中某层的交换机, 需要考虑目标流量、用户群、数据存储和数据服务器等信息的设计规格。
关键词：分层网络,交换机,设计规格
参考文献
[1]郭利锋, 王勇, 张磊, 白焱.AFDX交换机的队列整形调度研究[J].计算机工程, 2011, (24) :58-60
[2]汪松鹤, 汪永益.网络交换机的安全威胁与防范[J].网络安全技术与应用, 2009, (1) :16-17