混杂模式

混杂模式（精选7篇）

混杂模式 篇1

近年来随着Internet的飞速发展, 计算机网络的资源共享进一步加强, 随之而来的信息安全问题日益突出。在互联网的大量应用中, 互联网的安全面临着重大的挑战, 在一个开放的网络环境中, 大量信息在网上流动, 这为不法分子提供了攻击目标。而且计算机网络组成形式多样性、终端分布广和网络的开放性、互联性等特征更为他们提供便利。借助网络嗅探器进行网络流量监控和网络问题分析已成为网络管理员不可缺少的一项工作内容。网络嗅探器是利用计算机的网络接口截获在网络中传输的数据信息的一种工具, 主要用于分析网络的流量, 以便找出所关心的网络中潜在的问题。

一、网络嗅探器的基本原理

1. 网络嗅探器的工作原理

网络的一个特点就是数据总是在流动, 从一处到另外一处, 而互联网是由错综复杂的各种网络交汇而成的。当传送的数据从网络中的一台电脑传输到另一台电脑的时候, 是以很小的称为帧 (Frame) 的单位传输的, 帧由几部分组成, 不同的部分执行不同的功能。帧通过特定的称为网络驱动程序的软件进行成型, 然后通过网卡发送到网线上, 通过网线到达它们的目的机器, 在目的机器的一端执行相反的过程。接收端机器的以太网卡捕获到这些帧, 并告诉操作系统帧已到达, 然后对其进行存储。网络中的信息就是在传输和接收的过程中, 存在安全方面的隐患。这对这一情况, 需要设计网络嗅探器对网络传中的信息进行实时的分析。

2. 网络嗅探器的分类及基本组成

网络嗅探器可以是硬件也可以是软件。硬件的网络嗅探器也称为协议分析器, 是一种监视网络数据运行的设备, 协议分析器既能用于合法网络管理也能用于窃取网络信息。但协议分析器价格非常昂贵。而狭义的网络嗅探器是指软件嗅探器, 由于简单实用, 应用比较广泛。网络嗅探器通常由网络硬件设备、监听驱动程序、实时分析程序和解码程序四部分组成。网络硬件设备主要是指网卡;监听驱动程序的主要作用是截获数据流, 进行过滤并把数据存入缓冲区;实时分析程序的主要作用是实时分析数据帧中所包含的数据, 目的是发现网络性能问题和故障;解码程序是将接收到的加密数据进行解密, 构造自己的加密数据包并将其发送到网络中。

二、网络嗅探器的编程准备

1. 使用标准的网络编程标准接口

Windows Sockets是Windows下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程的标准接口。它允许两个或多个应用程序在同一台电脑中, 或者是通过网络相互交流。Winsock是真正的协议无关的接口。如果仅有一台电脑, 也仍然可以进行Winsock编程。可以使用本地回环地址127.0.0.1来实现。

2. 创建Socket和Socket_RAW

同一台主机不同进程可以用进程号来唯一标识, 但是在网络环境下进程号并不能唯一标识该进程。TCP/IP主要引入了网络地址、端口和连接等概念来解决网络间进程标识问题。套接字 (Socket) 是一个指向传输提供者的句柄, TCP/IP协议支持3种类型的套接字, 分别是流式套接字、数据报式套接字和原始套接字。

Socket通常也称作“套接字”, 应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。Socket是建立网络连接时使用的。根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标, 套接字之间的连接过程可以分为三个步骤:服务器监听、客户端请求和连接确认。在连接成功时, 应用程序两端 (服务器端和客户端) 都会产生一个Socket实例, 操作这个实例, 完成所需的会话。对于一个网络连接来说, 套接字是平等的, 并没有差别, 不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。

Socket_RAW也即原始套接字, 它能够对较低层次的协议直接访问, 比如IP、ICMP协议, 网络监听技术很大程度上依赖于它。它提供了面向连接、双向可靠的数据流传输服务。它还常用于检验新的协议实现, 或者访问现有服务中配置的新设备, 因为它可以自如地控制Windows下的多种协议, 能够对网络底层的传输机制进行控制, 所以可以应用原始套接字来操纵网络层和传输层应用。

三、网络嗅探器实现步骤

1. 修改网卡的工作模式为“混杂模式”

网络嗅探器作为一种网络通讯程序, 是通过对网卡的编程实现网络通讯的, 对网卡的编程使用通常的套接字 (socket) 方式进行。但通常的套接字程序只能响应与自己硬件地址相匹配的, 或是以广播形式发出的数据帧, 对于其他形式的数据帧, 如已到达网络接口但却不是发给此地址的数据帧, 网络接口在验证投递地址并非自身地址后将不引起响应, 即应用程序无法收取到达的数据包。而网络嗅探器的目的恰恰在于从网卡接收所有经过它的数据包。要达到此目的就必须将网卡的工作模式设置为混杂模式。对网卡混杂模式的设置是通过原始套接字 (rawsocket) 实现的。在创建了原始套接字后, 需要通过setsockopt () 函数设置IP头操作选项, 然后再通过bind () 函数将原始套接字绑定到本地网卡上。为了让原始套接字能接受所有的数据, 还需要通过ioctlsocket () 进行设置, 而且还可以指定是否亲自处理IP头。

2. 捕获网络上的数据包即对数据包进行嗅探

在创建了原始套接字以后, 就要进行网络上数据包的捕获。对数据包的获取仍然采用套接字函数来完成。但此时获得的数据包并不是单纯的数据信息, 而是包含有IP头、TCP头等信息, 这些信息是数据在网络传输时最原始的面貌, 需要对这些在低层传输的原始信息进行分析, 以便得到有用的信息。因此需要根据其附加的头部对数据包进行分析。

3. 分析数据包并输出分析结果

程序接收到IP数据包之后, 调用自定义的函数Decode IPPacket进行解析。这个函数萃取出数据包中的协议头, 向用户输出协议信息。即在设置SIO_RC-VALL ioctl之后, 在原始套接字上对recv/WSARecv的调用将返回IP数据报, 其中包含了完整的IP头, IP头后面可能是UDP头, 也可能是TCP头, 这要看发送封包用户所使用的协议。数据从应用层到达传输层时, 将添加TCP数据段头或者是UDP数据段头。TCP数据头以20个固定字节开始, 在固定头后面还可以有一些长度不固定的可选项, 而UDP的数据段而由8字节的头和数据部分组成。此外, 从封包中萃取出TCPHeader或UDPHeader之后, 还可以根据目的端口号进一步分析用户在应用层使用协议类型。

随着网络技术的飞速发展, 网络安全也会出现一些新的安全问题, 而对应的网络嗅探技术也应随之而发生变化。所需要实现的嗅探不仅仅是在共享式网络的环境中, 更应该能够在交换环境下实现嗅探。在网络监听时, 常常要保存大量的信息, 同时还会消耗大量的处理器时间。两台主机之间连续发送和接收数据包, 在监听到的结果中必然会加一些别的主机交互的数据包。监听程序必须将同一TCP会话的包进行整理, 而且还需要将用户详细信息整理出来。目前网络上存在众多的协议, 运行起监听程序将会十分庞大。所以如何改进网络嗅探程序, 提高它的运行效率, 但同时不影响主机其他程序的运行, 也是网络嗅探要攻克的问题。

参考文献

[1]张腾, 叶晨;基于共享网络下的网络嗅探器的设计与实现;河南;计算机技术与自动化;2010

[2]于杰;网络嗅探器SNIFF;山东;吉林大学学报;2010

[3]于杰, 朱有忠;简单实用的网络嗅探器的设计与实现;山东;吉林大学学报;2010

[4]刘琨;网络嗅探器设计与实现;河南;2012

混杂模式 篇2

关键词：混杂模式,Winpcap,流量计费

随着网络的普及,对于使用网络的费用也日益显得突出。国际标准化组织ISO定义网络管理的五大功能是:故障管理、配置管理、性能管理、安全管理、计费管理。与别的管理区域的发展相比,计费管理的研究有些滞后。目前网络计费系统按计费的方式主要有以下几种:

(1)按流量计费。

(2)按时间计费。

(3)包租计费。

权衡各种计费系统的优缺点,本文重点研究在网卡为混杂模式下获取网络上所有的数据包,通过对数据包的分析可以提取报文中的源/目的MAC地址、源/目的IP地址等信息,将流量按这些信息进行统计处理。

1 网络数据包捕获的原理

网卡的主要工作是完成对于总线当前状态的探测,确定是否进行数据的传送,判断每个物理数据帧目的地是否为本站地址,如果不匹配,则说明不是发送到本站的而将其丢弃。如果匹配,接收此数据帧,进行物理数据帧的CRC校验,然后将数据帧提交给LLC子层。而捕获数据包的工作正是由网卡完成的。

网卡具有如下的几种工作模式:

(1)广播模式(Broad Cast Model):工作在此模式的网卡接收广播帧。

(2)多播传送(MultiCast Model):将网卡设置为多播传送模式,可以接收所有的多播传送帧,而不论其是不是组内成员。

(3)直接模式(Direct Model):工作在直接模式下的网卡只接收目地址是自己Mac地址的帧。

(4)混杂模式(Promiscuous Model):工作在混杂模式下的网卡接收所有的流过网卡的帧。

网卡的缺省工作模式包含广播模式和直接模式,即只接收广播帧和发给自己的帧。如果采用混杂模式,一个站点的网卡将接受同一网络内所有站点所发送的数据包,这样就可以达到对于网络信息监视捕获的目的。

WinPcap(windows packet capture)是Windows平台下一个免费,公共的网络访问系统。WinPcap提供给用户两个不同级别的编程接口:一个基于Libpcap的Wpcap.dll,另一个是较底层的packet.dll。对于一般的要与Unix平台上Libpcap兼容的开发来说,使用wpcap.dll是理想的选择。

1.1 捕获数据包

WinPcap可以枚举所有的可用的设备,输入名字打开一个网卡设备并设置Filter来捕获数据,可以使用回调的方式也可以使用非回调的方式。

1.2 发送包

WinPcap中有发送单个包或多个包的方法。输入名字打开一个网卡设备,然后构造一个原始数据包(这个数据包会不经过任何处理就发送出去,所以必须把包中的各个字段设置好)另外这个数据包是包含数据链路层报头的。

1.3 统计网络流量

输入名字打开一个设备后,设置好统计的时间间隔以及filter,并且设置网卡为统计模式后开始统计。

2 系统运行流程

在计费系统中数据采集为计费系统提供计费基本信息,其可靠性决定了计费系统的性能;而数据处理解决如何将这些数据提供给用户。

根据需求分析得出的系统数据采集流程图如图1所示,数据库系统的E-R图如图2所示。

2.1 利用WinPcap进行数据采集设计

设计步骤如下:

(1)打开网卡,并设为混杂模式。

(2)回调函数Network Tap在得到监听命令后,从网络设备驱动程序处收集数据包把监听到的数据包负责传送给过滤程序。

(3)当Packet filter监听到有数据包到达时,NDIS中间驱动程序首先调用分组驱动程序,此程序将数据传递给每一个参与进程的分组过滤程序。

(4)然后由Packet filter过滤程序决定哪些数据包应丢弃,哪些数据包应接收,是否需要将接收到的数据拷贝到相应的应用程序。

(5)通过分组过滤器后,将数据未过滤掉的数据包提交给核心缓冲区。然后等待系统缓冲区满后,再将数据包拷贝到用户缓冲区。

(6)关闭网卡。

2.2 系统的实现

根据需求分析与详细设计,计费系统的模块与功能分析如下:

(1)数据捕获模块。此模块是本计费系统的核心模块,主界面包括:“选择监听设备”一个菜单选项,一个IP地址控件,一个“开始监听”按钮,一个捕获信息显示窗口。主界面如图3所示。

数据捕获模块包括:获取网卡列表模块、打开网卡捕获数据包模块、数据过滤模块,如图4所示。

(2)获取网卡列表模块。用WiinPcap提供cap_fin-dAlldevs()这个函数实现获取网络驱动列表功能,这个API返回一个pcap_if结构的连表,连表的每项内容都含有全面的网卡信息,包括名字和名字的描述以及有关驱动器的易读信息。pcap_findalldevs()这个函数返回的所有网卡的地址列表和掩码列表。

(3)打开网卡捕获数据包模块。获得网卡之后,打开网卡并捕获数据流,把网卡设置为混杂模式,指定读数据的超时控制,超时以毫秒计算,当在超时时间内网卡上没有数据到来时对网卡的读操作将返回。此模块流程图如图5所示。

(4)数据流的过滤模块。此模块的功能是只采集需要捕获的数据。

2.3 数据分析统计模块

此模块的功能是解析出所捕获的数据包的内容,尤其是对其协议头的分析,并把所需的流量信息存储进数据库。此模块流程图如图6所示。

此模块的功能是把捕获的并经过过滤的流量信息写入数据库。

2.4 计费模块

此模块由在数据库中设计一存储过程来实现,每运行一次此存储过程就触发本系统的计费功能,并把计费的结果重新写入数据库。流程如图7所示。

3 结束语

数据包捕获技术是网络管理系统的关键技术,Winpcap在Win32平台的高性能网络捕包封包过滤应用中,已经被证明是网络捕包一个成功的选择。本设计通过对局域网中的数据包进行捕获和分析,实时地、动态地对局域网内的所有上网主机进行流量监控与计费。

参考文献

[1]李爱娣.网络计费系统数据采集技术的分析[J].济南:山东通信技术,2006,23(3):36-38.

[2](美)W.RichardStevens著.TCP/IP详解卷1:协议.范建华,等译.北京:机械工业出版社,2000.

混杂网络时间同步系统研究 篇3

为了满足各领域随时随地需要正确的时刻, 由各国有关天文台提供标准时刻和频率标准的这种工作, 就叫做时间 (包括频率) 服务, 也称为授时工作。随着各种新技术飞跃发展, 对时间测量精确度要求不断提高。于是短波授时、长波授时、电视授时 (同步) 、卫星授时、网络授时、电话授时等授时技术相继问世, 从而把时间工作的精确度推进到微秒 (10~6) 量级, 甚至更高。

对于联网的计算机, 通常使用的对时方式是采用网络对时协议 (NTP) 作为网络内对时协议, NTP是一种在网络计算机上同步计算机时钟的协议, 现在是一个因特网标准, NTP使用的调整的格林尼治时间 (UTC) 对计算机时钟的时间进行同步, 精确到毫秒, 有时比毫秒的精度还要高。UTC时间是使用多种不同的方法得到的, 包括无线电和卫星系统。但是, 在每台计算机都安装这些接收机是不实际, 也是不经济的。作为替代, 指定的时间服务器的计算机上安装这种接收机, 并使用如NTP的协议来同步时间。

对于物理相对隔离的网段及物理分离的计算机, 采用服务器间通过串口或USB扩展接口间通信的解决方案, 通过特殊的自定义协议和自主知识产权的算法实现准确对时, 同时有效保障了安全性。

由于故障录波等系统只提供G P S接口, 对这一部分的系统对时采用主控PC服务器直接通过GPS集线器 (各端口相互独立) 向GPS端口发送标准GPS时钟格式的方式时间同步 (非标准GPS格式需提供专用协议) 。

1 NTP协议

NTP适用于运行在计算机上的和客户端/服务器程序和协议, 程序由作为NTP客户端、服务器端或两者的用户编写, 在基本条件下, NTP客户端发出时间请求, 与时间服务器交换时间, 这个交换的结果是, 客户端能计算出网络时间的延迟, 形成弥补值, 并调整与服务器时间同步。冗余服务器和不同的网络路径用于保证可靠性的精确度, 除了客户端/服务器商的同步以外, N T P还支持同等计算机的广播同步。N T P在设计上是高度容错和可升级的。这也为以后方案的升级以及时间精度的进一步提高提供了保证。

时间精度误差由传输延时 (T1) 与程序运行时间消耗两部分组成 (T2) 。这里首先介绍传输延时的提取。

基于局域网环境的对时系统, 采用NTP协议完成时间的传输与校准。NTP协议的包头结构与SNTP时间戳结构定义如下 (参见RPC2030) 。

由包结构可知:客户端获取的精确时间=时间内容-参考点延时。

2 232/485/USB端口对时技术

所有参与时间同步的物理隔离的服务器及分离的计算机通过串口/USB HUB集联到时钟服务器, 时间同步信息发送由时钟服务器通过串口H U B集中推送。串口/USB HUB支持级联方式扩展。

由握手协议可知, 时间精度误差主要由传输延时 (T1) 与程序运行时间消耗两部分组成 (T2) 。

传输延时测试:计算出一个误差参考值。

T1=[服务器开始发送完整时间信息→客户端接收到完整时间信息]时间间隔

在实际误差计算中:

T1= ([服务器开始发送完整时间信息→客户端接收到完整时间信息并返回→服务器接收到完整时间信息]时间间隔) /2

经测试, 在传输距离稳定的情况下, T1通常稳定在某个典型值区间, 精度误差为25ms左右。因此, 在对时前的基准误差测试中, 我们采用多次采样, 然后取平均值的方法来确定服务器到每台客户机之间的传输误差。

3 实验结果与分析

经实地大量测试, 本系统对广域网时钟服务器时间同步精度误差低于±50ms, 局域网时间同步精度误差见表1, 从实验结果上看, 可以有效满足实际工作中故障检测等事项对时间精度的需要。

由上表可见, N T P协议仍然能获得最小的精度误差;232/485/USB接口模式在传输条件大致相同的情况下, 误差比较稳定在30ms左右, 高于NTP协议的误差, 其原因在于算法中采用了多次误差取平均值的方法, 造成了误差计算精度的损失。

4 结语

在本文中提出了一种综合采用NTP时间协议与232/485/USB接口模式的时间同步方法;其中NTP协议用于局域网内时间同步, 而232/485/USB接口对时方法则用于GPS时钟下达, 物理隔离计算机及物理隔离的网段之间时间同步。通过实地实验, 本文中的时间同步方法获得了不错的效果。

但是从实验结果来看, 232/485接口模式的时间精度误差仍然高于NTP协议, 这是由误差计算方法造成的, 因此如何减小232/485接口模式的时间同步精度是下一步的研究方向。

摘要：随着电网自动化水平的不断提高, 电力系统统一时钟的重要性也愈来愈突现出来, 因此在全网自动化装置的实时时钟必须统一。考虑到电力系统计算机及计算机网络的特性, 在本文中提出了一种综合采用NTP时间协议与232/485接口模式的时间同步方法;其中NTP协议用于局域网内时间同步, 而232/485接口对时方法则用于GPS时钟下达, 物理隔离计算机及物理隔离的网段之间时间同步。通过实地实验, 本文中的时间同步方法获得了不错的效果。

关键词：时间同步,NTP协议,接口

参考文献

[1]周书民, 刘玲.网络环境中的时间同步[J].计算机与现代化, 2003 (2) :41～42.

浅谈建筑中的“混杂” 篇4

对混杂概念的理解可以先从以下三个方面着手:

1)“Hubrid”——“混杂”“杂种”,该词源于希腊文“hybris”和拉丁文“hibrida”。在当前语言学中,科学意义上的混杂指特征不相同的个体间的组合。依照Hubertus Adam的观点[1],混杂在建筑领域的反应可以用建筑物之间逐渐呈复杂组合状态并超越了彼此特性的一个世界来表述。2)“housy”——“住系”是由英文“house”(居住)和“system”(系统)组合在一起的。在一个住系里涉及到居住和其他功能的混杂。这些对立面在住系内调和到一起,使具备不同使用可能性的新组合得以实现。3)“livrid”——“生活混杂”由英语“live”(生活)和“hybrid”(混杂)组合而来,生活混杂体牵连居住功能和其他使用功能。

2 混杂的开端和发展

混杂——复合或交叉,混杂首先在18世纪～19世纪的遗传学界得以发展。随着时间推移,不仅植物界、动物界发生交叉现象,建筑中也产生了混杂,因而相应产生了混杂建筑。1984年Joseph Fenton第一次在杂志上提出混杂建筑一词[2]。此前混杂建筑还未被列入目录。多种功能复合混杂建筑的出现要归功于城市和都市生活的快速发展,同时这些混杂建筑的发展也推动20世纪工业化走得更快。混杂建筑并不是完全陌生或从没出现过的,多种复合功能的建筑组合在历史上也是多次出现,比如商店上面的住屋或桥上的公寓[3](见图1)。

2.1 以往建筑中可以区分的两种不同类型

一种是有主旋律的,各个部分具备相同的主题,各个元素之间相互关联并且相互作用(见图2)。

另外一种是无主题的,各个部分各有不相同的主题。无主题的联合即不对等的联合,通常是一个不走运的联盟,强调片断,在当时的社会和时代注定是失败的(见图3)。

2.2 混杂建筑的造型

2.2.1 编织混杂

编织混杂建筑不显眼且琢磨不定。他们利用周围已经建成的现状建筑中现有的元素,比如形体的局部凸出,或外立面上的一些元素等来取得和谐统一。这样会导致比较差的总体效果,人们根本就不会注意或识别出这座建筑物的存在(见图4)。

2.2.2 嫁接混杂

这种类型的混杂建筑常在旧有建筑结构基础上进行嫁接,其功能性相当清晰。

2.2.3 整体混杂

整体混杂是20世纪工业化进程的产物。常常是具备很多不同城市生活用途的功能统一建造在一个建筑物中(见图5)。

3 社会变迁促进混杂建筑的发展

严谨的结构特性使建筑物受限,二十世纪八九十年代尽管通过建筑通透性的不断增强,差强人意的满足了居住者灵活可变的需要,这种做法用当今的观点看早已过时。代之而来的则是可以改建和可以重新组合的“生长的建筑”。

特殊的建筑平面和居住秩序牵动社会个性化发展,建筑结构被赋予更多意义。Steve Holl视20世纪是混杂建筑的时代[3]。功能主义建筑可以提供当时的使用者一个精确的空间可能性。解构主义对此存有异议[4]。建筑并非仅是三维的空间,建筑形态的改变将直接导入多相的生活进程。满足灵活性的需求在新多元化时代得到重视。时空转移的和个性化的识别被提到了前面。文化的混合不只是不可避免的,而且还牵扯到全球信息化社会的问题,产生一种新思潮,引导建筑走向一种不同文化的混杂阶段。

4 当前对混杂建筑的定义

4.1 一个混杂建筑必须涵盖两种以上文化

社会化因素作为混杂生成的基础,在设计之初就要考虑到多元文化和全球化的因素,然后产生一个由风格、建筑材料、工艺、气候和文化组合到一起的综合体。一个成功的杂交在新载体内驻扎下来而不否认自己的来源,这样的混杂建筑要求至少包含两个独立立场[5]。

4.2 混杂建筑必须含有多重意义

混杂建筑必须将不同的意义和意义层面调和起来,给隐秘处披上一层面纱,建立完整的新复合体。

4.3 混杂建筑无定式

不同出处形式的复合导致不清晰的区别性及形式指向性。唯一性可以说是混杂建筑的终结者。混杂建筑允许产生新的建筑造型而无需强调内部元素的识别性[6]。

4.4 混杂建筑的和谐

不同来源物的复合之间会产生对抗,这种对抗不会被其中一种主导元素瓦解,会保持各部分之间的独立性并引人注目。但只有各个互相对立的部分逐渐消融对抗,在一个特定的美妙时刻才诞生一个完美的混杂建筑[7]。

4.5 混杂建筑的直观性

设计者自己本身需要把不同文化对自身的影响抛弃掉,必须要突破文化之间的藩篱,以便逃脱匀质的束缚。

4.6 高智能

对混杂建筑的评论中都会提到高智能这一点。

4.7 结语

混杂建筑迷人之处就在于它既是新的又是旧的,单一而又多义,众而合为一。各分散元素融合后统一为新的建筑,具备流动的空间并产生新的建筑轮廓。混杂结构的建筑空间感觉不能参照已有的建筑尺度,会相应指向变大或变小。过度分割和各组成部分互相连通的空间给人们提供新的空间感受。

Joseph Fenton 的观点,混杂建筑是创建需求的不同层次,与他相反的K⌀rner的观点[8],构筑物必须满足以上条件才能称为混杂建筑。混杂建筑的外立面造型已经从中立甚或是具备适应能力的建筑物成为一种类型,从里到外都不再遮遮掩掩。

摘要：阐述了混杂的概念,主要回顾了混杂建筑的历史,并对居住建筑领域的混杂建筑结合实例做了简单分析,给出了当前对混杂建筑的定义,以提高人们对混杂建筑的认识。

关键词：混杂,混杂建筑,居住建筑

参考文献

[1]Mit ruhiger Selbstversta¨ndlichkeit,Architektur&Bauforum1999 H.6,S.68 f.

[2]Joseph Fenton,Hybrid buildings,Architehese,2000/03,Pam-phlet architecture No.11.

[3]Coordination by Susanna Cros,The Metropolis Dictionary ofAdvanced Architecture,city,technology and society in the in-formation age,Actar,2003:192-193.

[4] Wien Berthold,Manfred,Wien Jadric,urbanfish architects,Bauwelt 1999/H.26/27,Site.1490 f.

[5] Der Mann hat Visionen Architektur & Bauforum 1999/H.6,S.76 f.

[6] Gewerbezentrum,Bauwelt 2003/H.35,Site.18 f.

[7] Benedikt Kraft,Peripheres Wohnen,Deutsche BauZeitschrift,2003/01.

混杂纤维混凝土疲劳试验研究 篇5

1.1 试验依据

本论文试验依据《纤维混凝土结构技术规程》 (CECS38:2004) 、《钢纤维混凝土试验方法》 (CECS13:89) 、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》 (302005) 及《公路水泥混凝土路面设计规范》 (JTGE402002) 等现行法规规范进行试验研究[1,2]。弯曲疲劳试验的试件, 在标准条件下养护28 d后进行试验。疲劳试验的荷载循环特征值按现行有关路面设计规范的规定取为ρ=0.1, 频率根据应力比的大小来选择, 如应力水平大于等于0.8取5～7 Hz, 应力水平小于0.8取10～20 Hz。

1.2 试件分组

试件尺寸:100 mm×100 mm×400 mm;试验材料、纤维材料物理力学特性、试件的制备、混凝土的配合比与弯拉强度试验的试件相同。

本次试验的试件分为素混凝土和钢-聚丙烯混杂纤维混凝土[3,4,5,6]2种类型, 每种类型的试件分别在3个应力水平 (0.85、0.8、0.75) 进行疲劳试验, 详细分组情况见表1。

1.3 弯曲疲劳试验过程

整个试验采用英国Instron公司生产的电液伺服万能疲劳试验机 (Instron Model 1341) , 按3分点加荷, 试验加载图如图1所示。

1.3.1 静载试验

在做疲劳断裂试验前用静载试验确定试件的最大抗折强度, 静载试验加载方式及速率采用数控方式, 加载点位移由试验机自带的位移计测量, 测量范围为0～10 mm所有数据在微机中显示保存。静载试验方法为:向微机输入试件加载荷载的单位时间变化量, 测定荷载-加载点位移曲线。每种试件做3～6个试件的静载试验, 记录下破坏时的最大荷载Pmax及抗折强度σ=M/W=PL/bh2。试件断裂位置必须在试件跨中100 mm范围内, 否则该试件所得数据不予采用。

1.3.2 动载试验

用砂布清理试件底部跨中100 mm试件表面, 用丙酮清洗, 然后用502将应变片贴在小梁底部, 根据平均弯拉荷载和应力水平确定Pmax、Pmin, 将循环荷载作用于试件上, 在试验过程中, 用应变动态采集仪全程采集试件底部动应变, 试件在Pmax及Pmin下的疲劳寿命由Instron 1341自带的数据采集系统自动采集并保存于微机内。

试验分别在0.85, 0.8, 0.75三个应力水平下进行疲劳试验, 每个应力水平下加载3～6根试件。循环荷载施加于试件跨中三分点位置。

1.3.3 测试步骤

1) 试验前一天取出试件, 晾干表面, 擦净后检查外观, 不得有明显缺损, 在跨中1/3受拉区内不得有直径大于7 mm、深度大于2 mm的表面孔洞, 标定加载点和支撑点的位置。

2) 在试件纯弯曲段的受拉区底面中部平行布置应变片, 用以监测受拉区混凝土应变的发展。

3) 取试件成型时的侧面作为承荷面, 安放在支座上, 检查支座及压头位置, 校准加载点和支撑点的位置, 另外还要联合伺服试验机的使用方法进行。

4) 试件放稳对中后开动试验机, 当压头与试件接近时, 调整压头和支座, 使接触均衡。若压头及支座不能前后倾斜, 各接触不良处应予垫平。

5) 对试件连续、均匀加荷。若试件在受拉面跨度三分点以外断裂, 则此试验结果无效。

6) 在施加循环荷载前应先对试件进行预加荷载, 使仪表工作正常, 同时消除因接触不良造成的误差。然后将荷载加到上限荷Pmax, 再卸荷, 重复两次, 稳定后即可进行疲劳试验即按正弦波形式对试件施加荷载进行交变试验。

7) 循环荷载作用下的动态应变采用动态应变仪自动采集。

8) 在循环荷载作用下试件不能再继续承受荷载时停止试验。

1.4 试验结果及分析

素混凝土和混杂纤维混凝土的疲劳试验结果如表2、表3所示。

试验测得的ε-N曲线:本次应变是用动态应变仪全程采集, 应变片的连接如图2所示。然后根据时间对应关系描绘出ε-N曲线, 如图3、图4所示。

分析图3、图4可知, 在循环荷载的作用下, 素混凝土和混杂纤维混凝土应变随循环次数的变化呈三段式发展, 即应变快速产生阶段, 应变稳定发展阶段和应变加速发展阶段。但素纤维混凝土的三段式特点更加明显, 在第二阶段素混凝土的斜率明显大于混杂纤维混凝土, 说明素混凝土的裂缝发展快于混杂纤维混凝土。

2 结 论

a.本次试验的试件分为素混凝土和钢-聚丙烯混杂纤维混凝土2种类型, 每种类型的试件分别在3个应力水平 (0.85、0.8、0.75) 进行疲劳试验, 混杂纤维混凝土的循环荷载施加次数远大于素混凝土, 即混杂纤维能充分发挥各种纤维的优势, 对改善混凝土的疲劳性能比素混凝土抗疲劳作用都显著。

b.在循环荷载的作用下, 素混凝土和混杂纤维混凝土应变随循环次数的变化呈三段式发展, 即应变快速产生阶段, 应变稳定发展阶段和应变加速发展阶段。但素纤维混凝土的三段式特点更加明显, 在第二阶段素混凝土的斜率明显大于混杂纤维混凝土, 说明素混凝土的裂缝发展快于混杂纤维混凝土。

c.钢纤维和聚丙烯纤维的掺入能在一定程度上减缓混凝土疲劳损伤的累积, 从而提高钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的疲劳性能。

摘要：高强混杂纤维增强混凝土作为先简支后连续桥梁的接缝材料具备有很大的优势。通过进行混杂纤维混凝土和素混凝土疲劳试验的试验研究, 定量的分析混杂纤维混凝土在力学性能方面的优势, 从而改善接缝处的受力性能, 提高桥梁耐久性。

关键词：素混凝土,混杂纤维增强混凝土,疲劳试验

参考文献

[1]中国工程建设标准化协会标准:中国工程建设标准化协会.CECS13-89.钢纤维混凝土纤维试验方法[S].北京:哈尔滨建筑工程学院, 1991.

[2]Banthia N, Sappakittipakorn M.Toughness Enhance-ment in Steel Fiber Reinforced Concrete Through FiberHybridization[J].Cement and Concrete Research, 2007.

[3]沈荣熹, 崔琪.新型纤维增强水泥基复合材料[M].北京:中国建材工业出版社, 2004.

[4]卫明山, 李利莎.钢纤维混凝土韧性指数评价方法对比研究[J].建筑结构, 2007, 37 (12) .

[5]王佶, 李成江.不同纤维层布式钢纤维混凝土的抗弯韧性的研究[J].武汉理工大学学报, 2006, 28 (7)

混杂模式 篇6

而“鱼龙混杂”出自唐代的《渔父》词:“风搅长空浪搅风, 鱼龙混杂一川中。”“鱼龙混杂”比喻各色各样的人混在一起, 好坏难分。清代曹雪芹《红楼梦》第九十四回也用到了这个成语:“现在人多手乱, 鱼龙混杂, 倒是这么着, 他们也洗洗清。”

可见, 虽然都是一个“混”字, 但“鱼目混珠”是讲“真假”, “鱼龙混杂”是讲“好坏”。

混杂模式 篇7

VSVP(Variable-Speed Variable-Pitch)generation system will be the direction of large wind generator’s development in the high volume wind power generation system.But adding VSVP devices to the system will complicate the control system,and traditional control models have been unable to get the ideal control effectiveness.In recent years,many scholars have done a lot of research to improve the control method such as variable structure control[1],adaptive control[2],predictive control[3,4,5,6],fuzzy control[7]and so on.In the cases of multiple loading conditions operation,heavy random disturbance,hided uncertain factors and time-varying structure,adopting above control structures and methods can make better control effectiveness,but it will cause serious fluctuation of the output power.

VSVP wind power generation system has the typical hybrid system’s structure.In a certain work model,it’s a continuous dynamic system driven by the time;while changing between diversified work models,it can be regarded as the event driven discrete dynamic system.This paper focuses on the division of the state space in hybrid system,a hybrid automata control structure applied to VSVP wind power generation system is set up.As estimation with certain information foundation is a useful way to overcome large inertia delay of the wind power generator,estimation control of chain system theory[3,4,5,6,8]is used to realize the system’s control algorithm,which is the innovation from other control.Section 1 presents the analysis and model o the control structure.Section 2 realizes estimation control algorithm.Simulation results are given in section 3 to verify the proposed control strategy Section 4 is conclusion.

1 Analysis and Model of VSVP Wind Power Generation System

The structure of the VSVP wind power generation is very complex,through mechanism analysis,the model of the control structure is set up.

1.1 Structure of VSVP Wind Power Generation System

VSVP wind power generation system consists o three main parts:generator,transmission and wind rotor.

The discussed generator in this paper is threephase wound rotor induction generator.According to reference[9],without thinking the change of wind direction,the electromagnetic anti-torque is given in the d-q reference frame rotating at synchronous speed as follows:

Where npis the number of poles,Lris the inductor of the rotor,Lmis the mutual inducor between rotor and stator,φris the total rotor flux vector,and Isqis the q-axis current component.

Ignoring the stator copper loss,generator’s output power(Pg)is equal to electromagnetic power(Pe).

Without thinking of transmission damping of the wind rotor and the generator,the rotor rotation equation can be deduced as follows:

In the above equation,Jris the rotational inertia,n is the gear transmission ratio,and Tris the output torque.

From equations(1)-(3),we know that the electromagnetic anti-torque of the generator can be controlled by the q-axis current component,so that the rotor speed can be regulated.

According to empirical formula[10],the mechanical power of the wind turbine extracted from the wind is:

Where v is wind speed;Cpis the power coefficient of the wind turbine,which is a function of the tip speed ratioλand the blade pitch angleβ.An empirical formula[11]is introduced to describe Cpas shown in equation(5).

0.001 84(λ-3)β(5)λis defined as:

βcan be reduced as a first-order inertia link[12]:

Whereβris inferred to as input pitch angle,Tβis inferred to as time constant,Kβis scale factor.

From the above analysis,the structure diagram of VSVP wind power generation system can be obtained as shown in fig.1.

In fig.1,U is the control signal of pitch change and Isqis the control signal of speed change.We can see that the processes of pitch change and speed change are intercoupling,so the traditional control structure is difficult to achieve the desired control effect.

1.2 Model of Hybrid Automata

The basic control strategy can be determined by the performance evaluation of the VSVP wind power generation control system as follows:when below the rated wind speed,in order to obtain maximum wind energy,the wind turbine adjusts the rotor speed to maintain optimum tip speed ratio;when above the rated wind speed,it changes the blade pitch angle and limits collection of the wind energy to keep a rated output power[13].

The control schematic is shown in fig.2.Whereωris the rotor reference rotate speed,and Prefis the generator reference power.

The control system consists of discrete monitoring system,interface part,setting values of the contro loop and multi-mode controller as shown in fig.2Discrete monitoring constantly adjusts the setting values of the control loop along with the wind speed change.Using control signals,multi-mode controller makes the processes of pitch change and speed change to follow the setting values.

1.2.1 Discrete Monitoring System

With the combination of hybrid automata theory,the equation of mathematical model of the discrete monitoring system is built as follows:

In the above equations,Q and L are finite se of discrete states and finite set of continuous state respectively,Vinitis a set of the initial values of variables and initial state space,f1(q)represents continuous state evolution rule for each discrete state qQ,f2(q)specifies an enable set for each state,P is output power of the wind turbine,δi represents discrete state variables in different work modes,siis referred to state space for different wind speeds,and i=1,2,3,4.

1.2.2 Interface Part

Mutual transformation between discrete variables and continuous variables is the main task of the interface part.The mapping between the set of continuous states and the set of discrete events are described as follows:

Where vin,vNand voutare start wind speed,rated wind speed and cut off wind speed of the wind turbine respectively,PNis the rated power.

Combining equations(14)and(15),the mutual transformation between discrete events and continuous state space can be achieved.Through these mappings,the dynamic behavior of the controlled process can be controlled by the decisions of the discrete monitoring system.

1.2.3 Setting Values of Control Loop

Prefandωrare the setting values of the control loop.Control loop can adjust the values according to the operational status of the wind power generation system.

The references of power and rotor speed are given as follows:

To ensure the optimum tip speed ratio and maximum wind energy utilization efficiency,the optimal Pmaxis determined by the following equation[14]:

Pmax=Kp(ω-ωobj)+Ki乙(ω-ωobj)dt+Kddtd(ω-ωobj)(18)

Where Kp,Kiand Kdare proportional coefficient,integral coefficient and differential coefficient respectively.The objective speed of the wind rotorωobjis:

Whereλoptrepresents optimum tip speed ratio.

1.2.4 Controller

The blade pitch angle and rotor speed are the actual control objects of VSVP control process.According to the decisionsδi=1 of the discrete monitoring system,the control process of VSVP power generation system is divided into several stages and different control rules will be taken in different stages so as to meet the requirements of multiple states control.

In this part,the initial values of each state and the state transition conditions are given by equation(8)to equation(19).On the basis of the control objectives of the VSVP wind turbines,the state space of the system is divided into four parts and finally the hybrid automata model is set up as shown in fig.3.

2 Estimation Control Algorithm

Through the analysis of the previous section,we know that the control of the wind generation system is divided into four parts,and the corresponding control rules can be concluded as follows.

a.Ifδ1=1,then the state space will be s1From the equations(16)and(19),we haveωr=0 and Pref=0.In this case,both control variables U and Isq are equal to zero.

b.When in the circumstances ofδ2=1,we can see that the VSVP wind generation system is in state space s2and the reference values areωr=λoptv/R,Pref=Pmaxbased on the equations(14)to(19)The output control variable of the pitch change process can be obtained as U=0 and fig.4 shows the structure of rotor speed control.

The above system’s behavior can be described as a difference equation:

ωr(k+1)=a1ωr(k)+a0ωr(k-1)+b Isq(k)+cv(k)(20)

Where a1,a0,b and c are the parameters to be estimated.Assuming that the system’s output value and the desired value have the following relationship[8]:

Where p is the design parameter of estimation algorithm.

Combining equations(18),(19)and(21),we can get:

Whereωr*(k+1)is the desired output rotor speed at the moment of k+1.

Then substituting equation(22)to equation(20),we can get the control variable of the rotor speed change process as follows:

I*sq(k)=[(p-a1)ωr(k)+(1-p)ωr*(k+1)-

c.Whenδ3=1,the VSVP wind generation system is in state space s3.By equations(14)and(17),we can getωr=ωNand Pref=PN.In order to keep the rotor speed and power of the wind turbine to be a constant value,the control variable of the rotor speed Isqis a constant C,i.e.Isq=C.The structure of pitch angle control is shown in fig.5.

In such case,the behavior of the VSVP wind generation system can be described as a secondorder difference equation:

Pr(k+1)=a′1Pr(k)+a′0Pr(k-1)+b′U(k)+c′v(k)(24)

Based on equation(19),equation(25)is given as:

Then substituting equation(25)to equation(24),the control variable of the pitch change process can be deduced as:

U*(k)=[(p′-a′1)Pr(k)+(1-p′)Pr*(k+1)-

a′0y(k-1)-c′v(k)]/b′(26)d.Whenδ4=1,the system is in state space s4

Reference values of the systemωr=0 and Pref=0can be got from equations(14)and(17).In this condition,both control variables of the pitch change process and the rotor speed change process are equa to zero:U=0,Isq=0.

3 Simulation Results

In order to verify the reasonability of the modeling and control strategy of the hybrid automata,the space-time wind speed model[15]used in the simulation has four components:

Where vbis the basic wind speed,vgis the gust speed,vris the regular wind speed,and vnis the noise wind speed.Assuming that vb=14.5 m/s,the model of input wind speed is shown in fig.6.

Hybrid automata based 1 300 kW VSVP wind turbine system is simulated in MATLAB/Simulink The parameters of the system are shown as follows:turbine’s blade radius is 31 m,cut-wind speed is 3.5m/s,rated wind speed is 14.5～20 m/s,optimum tip speed ratio is 7.5,transmission ratio is 1∶80,and inertia is 2 460 106 kg/m2;generator’s pole pair is8,rated power is 1 300 kW,rotational speed range is1 600～2 100 r/min,synchronous speed is 1 500 r/min,rotor flux linkage vector is 3.48 Wb,stator inductor is 1.580 mH,rotor inductor is 1.690 mH,inertia is52 kg/m2.

The control algorithm relies on accurate system parameters,but in the actual operation,the parameters of the system drift along with the change o the environment as well as the change of the time In order to realize the real-time control of the system,recursive algorithm of the least square method for online identification is used to determine the real-time value of the system parameters in equations(20)-(24).To verify the validity of the proposed control algorithm,the parameter values[16]are given as follows:a1=1.501,a0=1.002,b=-0.46,c=0.409,a′1=2.403,a′0=1.801,b′=1.682,c′=0.249,p=p′=0.5.

We use a conventional control model for comparison,in this model the variable-speed control and the variable-pitch control is separated.The variablespeed control uses a traditional PI controller,while the variable-pitch control uses a traditional PID controller.The simulation results of the outpu power of the conventional control model and the proposed control model are shown in fig.7,and the wind power utilization efficiency of the two models are shown in fig.8.

Based on fig.7,we can conclude that the hybrid automata control strategy with estimation control algorithms can obtain a more stable and smooth output power compared with the conventiona control strategy.From fig.8,we can see that the proposed control method has higher wind power utilization efficiency.

The rotor speed curve and the blade pitch angle curve of the hybrid automata based VSVP wind turbines are shown in fig.9 and fig.10.

The speed curve shows that the rotor speed doesn’t fluctuate seriously along with the change o the automata state and the wind speed,but always stay in the rated speed range;compared with the traditional control,the blade pitch angle curve shows that the pitch angel can adjust to follow the wind speed change much faster and has smaller fluctuation,which can reduce the mechanical wear and lengthen using life.

From the above figures,we can conclude tha when the wind speed fluctuates around the rated speed,the hybrid automata can regulate the switch between variable-pitch control and variable-speed control to keep the output power of the wind turbine around the rated power.The simulation results show that the proposed control strategy can increase the wind energy utilization efficiency as well as improve the output power quality.

4 Conclusion

This paper focuses on the output power,rotor speed and blade pitch angle of the wind turbine,a hybrid automata based control model of VSVP wind power generation system is set up,and the estimation control algorithm of the controller is given by the full consideration of the coupled relation between variable speed process and variable pitch process.Modeling and simulation of the VSVP wind turbines with 1 300 kW rated power are carried out,the simulation results show that compared with the traditional control method,it has better output power quality and improves the stability and reliability o the wind turbines in bad environment.

摘要：针对变速变桨风力发电系统随机扰动大、多工况运行、结构时变的复杂系统控制问题,以风机的输出功率、转速和桨距角为研究对象,提出了一种基于混杂自动机的变速变桨控制模型。充分考虑到系统变速和变桨过程中的耦合关系,将控制过程分成4个阶段,结合预估控制给出了各阶段控制器的算法。利用MATLAB/Simulink对某额定功率为1 300 kW的变速变桨风力机组进行建模和仿真,结果表明与传统控制方法相比,采用该建模和控制方法,既改善了风力机输出电能质量,也提高了变速变桨风力发电系统的风能利用效率。