并行策略（精选十篇）
并行策略 篇1
随着能源危机的加剧,混合动力汽车和电动汽车已经成为新一代汽车的发展方向,而再生制动技术作为混合动力汽车和电动汽车一项关键的节能技术,具有突出优点,已经得到越来越大的重视。所谓再生制动是指汽车在制动或下坡时将储存于车身上的势能和动能,通过电机转化为电能,并储存于电储能装置中的过程[1]。电池中,实现能量回收,同时产生车辆所需的部分制动力,既实现了车辆的减速和制动,又有效地降低了整车的燃油消耗和污染物排放,还减少了制动器摩擦片的磨损。
国内外对再生制动的研究已经开展了10多年时间,国外在混合动力汽车和电动汽车再生制动系统的研究上取得了很大的进展,特别是各大汽车公司,已经在量产的混合动力汽车和电动汽车上普遍采用该系统。国内各汽车厂商、科研院都在这一方面进行了研究,也取得了一定成果,但由于混合动力汽车和电动汽车的研究尚处于起步阶段,因此再生制动这一关键技术也显得相对薄弱,目前国内再生制动技术主要面临如何提高汽车制动稳定性和能量回收有限等一些问题。随着混合动力汽车和电动汽车技术的发展,再生制动技术也会日趋成熟,国产的混合动力汽车和电动汽车上也会越来越多地采用再生制动系统。
再生制动对电动汽车的能量利用率的提高和混合动力汽车的燃油经济性、排放性和行驶安全性有直接影响,是电动汽车和混合动力汽车的关键技术之一。
1 再生制动系统结构与工作原理
再生制动系统的结构如图1所示,由驱动轮、主减速器、变速器、电机、AC/DC转换器、DC/DC转换器、能量储存系统以及控制器组成[2]。
汽车在制动或滑行过程中,根据驾驶员的制动意图,由制动控制器计算得到汽车需要的总制动力,再根据一定的制动力分配控制策略得到电机应该提供的电机再生制动力,电机控制器计算需要的电机电枢中的制动电流,通过一定的控制方法使电机跟踪需要的制动电流,从而较准确地提供再生制动力矩,电机的电枢中产生的电流经AC/DC整流再经DC/DC控制器反充到电化学蓄能装置中保存起来。
2 并行制动力分配控制策略
汽车制动时前、后轮同时抱死,对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均有利。对轿车来说,只用比例阀就可以满足制动稳定性和附着系数利用率高的要求。结合混合动力车辆的特点,提出一种分配控制策略——并行制动。所谓并行制动是指再生制动与机械制动以固定的关系分享驱动轮制动力。也就是说,驱动轮制动力等于再生制动力与机械制动力总和。并行制动的控制策略见图2所示。
当需要的制动力较小时,由再生制动力单独作用,其中包括对发动机制动的模拟;当需要的减速度增大时,再生制动力所占的比例逐渐减小,机械制动力开始起作用;当总制动力大于一定值(图例为0.7G)时意味着这是一个紧急制动,再生制动力减小到零,机械制动提供所有的制动力;当所需的制动减速度在两者之间时,再生制动与机械制动共同作用。
3 并行制动力分配控制策略实现
ADVISOR中控制算法的实现是通过修改制动力分配控制模型来实现的。修改后的并行制动力分配控制模型如图3所示。
控制算法的输入量为总制动力,由制动踏板力传感器得到。再生制动力由存储在芯片中的再生制动力控制曲线得到。前后轮总摩擦制动力等于总制动力减去再生制动力,前后轮摩擦制动力通过制动回路中的液压比例阀实现分配。控制算法的输出量为前轮(驱动轮)再生制动力、前轮摩擦制动力和后轮摩擦制动力。其中前轮(驱动轮)再生制动力由电机控制单元实现控制。
4 仿真结果及分析
汽车正常行驶时,频繁的启动、停车、加速、制动,据统计我国市区车辆的行驶工况符合图4的速度时间历程。为了研究并行制动控制策略的有效性,有必要对循环工况进行仿真分析。
图5是电池荷电状态(SOC)情况,可见电池的SOC值在制动过程中有上升的趋势。
表2给出了并行制动力分配控制策略在十五工况下回收的总能量和回收效率。从表中也可以看出并行制动控制策略可以回收50.09%的制动能量,有效能量回收效率为16.7%。
5 结 论
本文提出了一种再生制动控制策略,在ADVISOR中建立了仿真模型,并且嵌入到Saturn SL1车型并联混合动力汽车。在循环工况下进行了仿真,结果表明并行制动控制策略可以回收50.09%的制动能量,有效能量回收效率为16.7%。
摘要：再生制动系统是混合动力汽车和电动汽车特有的系统。该系统可以将汽车制动过程中消耗的汽车动能和势能通过电机发电的方式储存到电池中,在启动和加速过程中加以利用。装备有再生制动系统的汽车在制动时,主要由前轴摩擦制动力、后轴摩擦制动力和再生制动力三个力作用。提出一种控制策略来解决这三个力的分配问题,结合Saturn SL1车型,在市区十五工况下进行了仿真,结果表明,并行控制策略既可以达到制动安全性的要求又可以达到最大限度的回收制动能量的目的。
关键词：混合动力汽车,再生制动,控制策略
参考文献
[1]陈全世,仇斌,谢起成.燃料电池电动汽车[M].北京:清华大学出版社,2005.
[2]Sasaki Y,Mtomo A,Kawahata F,et al.Toyota Braking System for Hybrid Vehicle with Regenerativ System[C]//Proceedings of the14th International Electric Vehicle Symposium(EVS-14),Florida,1997.
由跟跑、并行向并行、领跑转变 篇2
中国纺织工业联合会会长王天凯，原会长杜钰洲，副会长兼秘书长、纺织之光科技教育基金会理事长高勇，中纺联副会长孙瑞哲、杨纪朝，副会长、纺织之光科技教育基金会副理事长夏令敏，中纺联党委副书记陈伟康，纪委书记王久新，顾问陈树津、张延恺等领导出席大会并为获奖代表颁奖。中纺联各部门、各专业协会领导，地方行业协会领导，中纺联奖励委员会委员以及本次会议表彰的科技工作者、企业家、院校教师与学生获奖代表及众多媒体代表 600 余人出席了表彰大会。会议由高勇主持，孙瑞哲在大会上作重要讲话。
会议对获得“纺织之光”2015年度中国纺织工业联合会科学技术奖、教育教学成果奖、教师奖、学生奖、针织内衣创新贡献奖、全国纺织行业技术能手、技能人才培育突出贡献奖的获奖单位和个人代表颁奖，并为全国纺织技术创新示范企业、全国纺织科技创新人才颁发证书，同时为纺织之光科技教育基金会捐款单位授牌。
并行数据库数据分布策略研究 篇3
关键词：并行数据库,数据分布,查询处理
随着计算机应用领域的不断拓展,数据库存储规模越来越庞大、数据查询越来越复杂、性能要求越来越高,工作负载日益加剧,传统的串行数据库系统已经力不从心,难以适应这种飞速增长的应用需求。在以上前提及并行处理技术发展的双重驱动下,并行数据库系统应运而生,并行数据库技术也成为业界的焦点。并行数据库技术主要研究数据分布、并行操作算法、查询处理优化三个方面的问题。其中,数据分布是并行数据库系统实现的基础,是指在多处理机之间分布关系等各数据对象的方法。它的优劣,直接影响到并行数据库的运行效率。本文将以此为出发点,研究并行数据库的数据分布策略。
1 数据分布与数据分段
并行数据库系统中的数据分布,主要是指如何在多处理机之间有规律的分布
关系等数据对象,使系统对数据处理的并行性得以充分发挥,达到最小化数据处理响应时间的目的。数据分布到各个处理结点上的过程可以大体归纳为下面两个阶段:
数据分段(Data Fragmentation):将关系划分为若干个数据子集。
数据分配(Data Allocation):将已划分的数据子集分配到不同的结点中去。
数据分布过程中的数据分段又分为垂直分段(Vertical Fragmentation)和水平分段(Horizontal Fragmentation)两种。垂直分段是指以关系的属性为单位,通过投影操作产生若干数据子集;水平分段是指以关系的元组为单位,通过选择操作产生若干数据子集。目前,并行数据库的数据分布方法基本采用的是水平分段
方式,因为这种分段方式可以通过数据子集的并操作还原原关系,不仅有利于均衡负载,也有益于增强查询间、查询内的并行性。
2 数据分布方法
目前,并行数据库的数据分布方法可根据水平分段的依据归结为两类:依据
一个属性进行分段的数据分布方法称为一维数据分布;依据多个属性进行分段的数据分布方法称为多维数据分布。
2.1 一维数据分布
一维数据分布是比较基础的数据分布方法,它的特点是根据一个属性的值域将原关系划分为一组关系子集,并且将这组关系子集有规律的分布到各处理结点上,目前已在Arbre、Bubba、Gamma、Teradata等并行数据库系统上实现。一维数据分布方法主要有Round-Robin、Hash、Range、Hybrid-Range、Replicate等几种方法。设并行数据库系统有N个处理结点,原始关系R有A1到AK,K个属性。
2.1.1 Round-Robin法(轮转法)
轮转法,即将关系R中的第i个元祖分配到第i mod N个处理结点上。也就是将关系R中前N个元组依次分配给N个处理结点后,再从第N+1个元组开始依次分配,循环往复,直到把所有元祖分配完。
轮转法这种数据分布策略简单、实用,将数据均匀的分布在各个处理结点之上,对于全关系顺序扫描的大数据量查询,是很理想的。因为各处理结点上的数据子集至多相差一个元祖,最大限度达到了负载均衡,从而查询效率最高。但是对于少量元组的条件查询则不适合,因为系统无法推断符合条件的少量元组的具体位置,导致需要启动所有的处理结点完成查询,浪费了大量的系统资源。
2.1.2 Hash法
Hash法,即根据元组的某个属性AK的取值,通过Hash函数将元组分配到指定的处理结点上。
Hash法可以通过设计一个优良的函数使数据分布相对均匀。与Round-Robin方法相比,Hash方法既能有效地支持大数据量存取操作,也能有效地支持在划分属性上具有低选择性谓词的数据操作,因为系统能够利用Hash码计算出符合条件元组位于哪个处理结点,从而进行快速访问。但是,对于选择谓词是划分属性上的一个范围查询,Hash法将使用所有处理机来完成范围查询,增加了系统开销。
2.1.3 Range法(值域划分法)
Range法,即根据关系R的某个属性的值域,将关系划分为N个元组集合,分配到N个处理结点之上。如可以按学号的后4位划分学生表,0001-0500的在处理结点1上,0501-1000的在处理结点2上等。
Range法综合了Round-Robin法和Hash法的优点,既能有效地支持大数据量存取操作和划分属性上具有低选择性谓词的数据存取操作,也很适合于在划分属性上进行范围查询。因为可以根据查询条件,直接到与查询有关的处理结点上快速访问符合条件的数据,省去了很多处理结点之间的通信和系统开销。但是,Range划分方法可能导致数据在各处理结点间分布不均匀,最不理想的情况下,关系中的所有数据可能都分布在同一个处理结点上,数据分布严重不均衡。
2.1.4 Hybrid-Range法
Hybrid-Range法,即在对关系R进行划分之前,首先确定数据子集的大小FC,然后按划分属性对R的元组进行排序,把关系R划分为R的元组个数/FC个数据子集,再按Round-Robin法分布到各个处理结点之上。
Hybrid-Range法,优点在于较小规模的查询启动较少的处理结点完成,较大规模的查询启动较多的处理结点完成,高效的使用了系统资源。但Hybrid-Range法的关键在于FC的确定,在某些情况下FC值难于确定,另外,Hybrid-Range法目前仅基于选择操作建立,是否适合其他操作还不确定。
2.1.5 Replicate法
Replicate法,即将数据冗余的复制分配到多个处理结点上。
Replicate法,非常适合比较小的关系中选择性小的谓词查询和小范围查询,因为只需要启动一个处理结点就可以完成查询操作。但是,该方法并不适用于大关系,如果大关系采取这种冗余复制的方式分配,既浪费存储资源,效率也不高。
总体而言,以上这些一维数据分布方法各有各的优缺点,没有普遍条件下的优秀一维分布方法。另外他们都存在一个共同的问题,就是他们不能有效的处理条件谓词在关系非划分属性上的查询。当查询条件不涉及划分属性时,查询会在所有处理结点上进行,这样就会浪费大量的CPU时间、I/O时间和处理机之间的通讯时间。正是为了解决这样的问题,出现了多维数据分布方法。
2.2 多维数据分布
与一维数据分布方法相比,多维数据分布方法是通过关系的多个属性进行数据划分,基本可分为顺序文件法(Sequential Files Method)、Hash法和格文件法(Grid Files Method)等几类。其中前两种方法是由一维数据分布方法演变来的,这里着重研究格文件法(Grid Files Method)。
格文件法(Grid Files Method),即将一个关系抽象成一个m维空间,然后向各处理结点分配这个m维空间中的点。例如,关系R有m个属性,每个属性都有自己的定义域Dm,则R哿D1×D2×…×Dm,而D1×D2×…×Dm可以表示一个m维空间,这样,关系R就被抽象成了一个m维空间,R上的元组就抽象成为m维空间上的一个点。通常,在分配的时候,我们将m维空间划分为若干个m维超方体,每个超方体对应一个处理结点上的磁盘物理页。这种方法又可具体分为基于模的算法(Modulo-Based Algorithms)、基于异或的算法(Exclusive-Based Algorithms)、基于编码的算法(Code-Based Algorithms)、基于空间填充曲线的算法(Space-Filling Curve Based Algorithms)、启发式算法(Heuristic Algorithms)五种。这里主要研究著名的CMD算法。
2.2.1 CMD法
CMD法,先将关系R抽象为一个多维空间T,然后根据属性的定义域将这个空间T的各维划分为多个不相交的区间,进而将T划分为多个子空间,使得关系R在每个子空间中具有近似相同的元组数目。然后,再根据空间坐标和求模函数把这些子空间分配到各个处理结点。
设处理结点个数为p,CMD算法把空间T的第i维的值域划分成长度相等的ni×p个子区间:
其中ni是调整因子,必须足够大,以满足下面两个条件:
1)划分后的元组子集大小可以装入磁盘页。
关系R按各维划分后可以良好的分配入各个处理结点,即:
其中t是R的元组,t[A]是元组t的属性A,M是处理结点的存储容量
CMD法按照上述方式将T划分为(nip×njp…nmp)个超方体,每个超方
体都是m个子区间的笛卡儿积Ix1×Ix2×…Ixm,则定义(x1,x2…xm)为超方体的坐标。超方体(x1,x2…xm)分配到处理机f(x1,x2…xm)上,其中f为求模函数:f(x1,x2…xm)=(x1+x2+…xm)mod p。
CMD法经实践,在大部分情况下都是高效的,但是实现过程较复杂,其特点归纳如下:
1)CMD法中,负载基本均衡。因为CMD法中,每个超方体上的元组个
数大致相等,每个处理结点上的超方体个数也近似相等,避免了数据再划分等重复操作。
2)CMD法可提高查询效率。CMD法分布的关系子集在属性上是部分排
序的,存放在每个处理结点的磁盘页面上的超方体都建立了索引,在查询中,可以更快捷的找到目标数据,节省了系统开销。
3)CMD法经实验有效地支持各种选择性谓词查询。
3 数据分布方法对数据库性能的影响
并行数据库系统特点是多处理结点协同工作,并发式的处理数据操作。通过
上面对一维、多维数据分布几种方法的分析,也可清楚的看到,数据分布方法对并行数据库系统的性能影响是巨大的,而且没有一种数据分布方法能够优化所有情况的数据查询,只对其中的一部分有效。如表1所示。
表中的谓词查询指的是低选择性谓词查询。
4 结束语
目前,还没有一种数据分布方法能够优化所有情况的数据查询。另外,就算能找到一种良好的数据分布策略在系统初始的情况下达到最优,但是随着系统的运行,数据的不断更新,这种最优平衡一定会被打破。所以,在数据分布策略的研究上,一方面我们应该继续寻找并分析适应各种查询情况的数据分布方法,一方面应该探索根据实际查询情况选择合适数据划分方法的动态数据分布策略。
参考文献
[1]P.Scheuermann,G.Weikum,P Zabback.Data Partitioning and Load Balancing in Parallel Disk Systems[J].VLDB Journal,1998,7(1).
[2]李建中,孙文隽.并行关系数据库管理系统引论[M].北京:科学出版社.1998.
[3]C.Baru.DB2 Parallel Edition Database Systems:The future of high performance database systems.[J].IBM Systems Journal,1995,34(2).
[4]杨利.并行数据库技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2000.
[5]关心,欧增佳,王玲.一种有效的并行数据库动态负载平衡连接算法[J].计算机工程与应用,2007,43(12).
[6]柳锴.基于机群架构的并行数据库实现技术研究[J].计算机工程与设计,2008,2(3)
福德与痛楚并行 篇4
天亮前开始下雨，雨一直下到中午还未停，眼看就到中午了，无奈之下，只好冒雨出发。下坡到江边，又走巨石滩，石头湿滑又有青苔，稍不小心就会滑倒。脚上2000多元的（CRISPI）硬底登山鞋面对湿滑的石头，一筹莫展，成了桑杰他们脚上43元军胶鞋耻笑的对象，令我尴尬不已。
下午1点30分左右，前进中，遇到一条水流湍急的山涧，它就是大名鼎鼎的所隆山涧，曾于2006年6月（因水大）让中科院科考队放弃计划原路返回。此时的山涧宽约20米左右，水流湍急，稍有不慎，就会被汹涌的山涧冲入雅鲁藏布江中，我对登山鞋已经不抱什么希望，只得把它脱下来，用手拎着，而后赤足过河。扎西站在水中为我做人体盾牌，在其协助下’我安全涉过了所隆山涧。
离开所隆山涧，前行不到10分钟，又遇到一条水流略小的山涧，还好，有前人铺设的树木，队伍通过的还算顺畅。
顺着山坡走一段，再次下到河谷中，前面一座绝壁挡住了雅江，令其拐头向北而去。而我们，必须要翻过它才能进入到雅江大峡谷无人区的核心地段。挡在眼前的大山就是康卓索朗。康卓，藏译“空行母”，意思是在空中行走；索朗，在藏文中是福德的意思。这座大山喻意着“空中行走的福德”。
为了保持体力，大家决定就此宿营，好好休整，明天过山。看下时间，正是下午3点钟。我忽然想起，有资料记载，这附近好像有个温泉。一问桑杰，果然不假，温泉就在营地西面约100多米的河滩上。在我的煽动下，大家纷纷赶到温泉。一看，原来所谓的温泉，就是仅能容纳一双脚的水坑而已，泉水呈绿色，周围的水迹和石头上呈黄色，周围的空气中散发出一股硫磺的味道。水温50℃-60℃。大家逐一过去烫烫脚，可当我看到冒出的绿色气泡和闻到刺鼻的硫磺味道后，随即放弃了尝试。
通常，温泉的形成，一般而言可分为两种：一种是地壳内部的岩浆作用所形成，或为火山喷发所伴随产生，火山活动过的死活山地形区，因地壳板块运动隆起的地表，其地底下还有未冷却的岩浆，均会不断地释放出大量的热能由于此类热源之热量集中，因此只要附近有孔隙的含水岩层，不仅会受热成为高温的热水，而且大部份会沸腾为蒸气。多为硫酸盐泉。二则是受地表水渗透循环作用所形成。也就是说当雨水降到地表向下渗透，深入到地壳深处的含水层形成地下水（砂岩、砾岩、火山岩、这些良好的含水层）。地下水受下方的地热加热成为热水，深部热水多数含有气体，这些气体以二氧化碳为主，当热水温度升高，上面若有致密、不透水的岩层阻挡去路，会使压力越来越高，以致热水、蒸气处于高压状态，一有裂缝即窜涌而上。热水上升后愈接近地表压力则逐渐减少，由于压力渐减而使所含气体逐渐膨胀，减轻热水的密度，这些膨胀的蒸气更有利于热水上升。上升的热水再与下沉较迟受热的冷水因密度不同所产生的压力（静水压力差）反复循环产生对流，在开放性裂隙阻力较小的情况下，循裂隙上升涌出地表，热水即可源源不绝涌升，终至流出地面，形成温泉。在高山深谷地形配合下，谷底地面水可能较高山中地下水位低，因此深谷谷底可能为静水压力差最大之处，而热水上涌也应以自谷底涌出的可能性最大，温泉大多发生在山谷中河床上。
我目测了一下，温泉距离河边的距离在十几米左右，高度差在2米上下，现在是枯水期，如果到了雨季，江水蔓延上来之后，到这里时涨2～3米应该是没有问题的，到那时，温泉可能会被淹没掉。
4月8日，周日，小雨-偶转多云-小雨，进入无人区第七天
从康措索朗醒来，除了外面咆哮的江水就是雨滴打在帐篷上的声音。又是下雨。还有，通过吃胃药，前几天每天早晨起来就能感受到的胃痛今天基本消失了。只不过这几天连续的爬升与穿越石阵加上几乎不间断的雨令我开始有身心疲惫的感觉，希望能尽快脱离阴霾的天气和恶劣的环境。我收拾好帐篷对桑杰说：如果天气不好，我们就尽快赶路，因为雨天也拍不成什么片子，早一天穿出无人区，大家就能早一天回家。桑杰连说“就是，就是。”
从江边出发，开始爬山，300多米的一个大岩壁，与地面呈80多度，十分陡峭。顺着岩缝，手脚并用抓着灌木或草根，“之”字型上升，上到江边的岩壁顶端，再下行。雨后到处湿湿的，几步一滑。队友扎西的手掌不小心又按在火麻草上，连声大叫。我前几天曾经领教了这草的厉害，先是刺痛，而后就是发麻。后来只要爬坡，我就带上橡胶手套，这样即便是不小心抓到火麻，也不会受伤。
岩壁上，到处是杜鹃树，每次看到她们，我心里就会有份宽慰。她们在带给你一片美丽的同时，还给予一份安全的保障。
中午到了江边休息吃午饭。头顶上难得的出现了太阳，于是大家连忙拿出潮湿的衣服、帐篷和被褥凉在江边的石头上晒。可大家刚铺好家当，硕大的雨点就在太阳的光线中落了下来，令大家哭笑不得。这就是大峡谷的气候。
休息时，我向东望去，忽然发现，在营地东面200米的地方，其对岸的绝壁上有一条数百米长的瀑布飞流直下，如玉带一般。虽然瀑布并不宽，但其纤细的身躯将千丈绝壁点缀得分外俊美。
过了白马狗熊，我们开始进入大峡谷的核心区域了。
过了一条小溪后，翻上一道山梁，就来到了当年湖南驴友“老砖”遭遇滑坡受伤的地方，那次“老转”一人雇名导西饶计划穿越大峡谷无人区，在此因滑坡造成盆骨骨折，后来西饶把其背到白马狗熊，那时寺里还有3名喇嘛修行，西饶让他们帮助照管“老转”，自己回加拉搬兵救援，最终用了整整64天才脱离险地。这件事情几乎成为所有进山导游至此必谈的一件事情。
今天是进入峡谷以来难度最高的一天，上下午加起来有超过半天的时间一直在峭壁上横切。下午在山林里穿行，迷了路，我的体力已经接近崩溃的边缘，连续摔倒，浑身是泥，水壶中的水也告急，看到这里，可能有很多朋友奇怪，水力资源如此充沛的大峡谷，怎么会缺水呢？很简单滔滔江水远在百米的绝壁之下’只能闻其声，而不能取之。恰巧这段路上没有溪水和泉眼，加上藏族兄弟没有多带水的习惯，不渴才怪。而实际上，我仍对后面路况的水源补给估计不足，以致险些在最后的阶段崩溃。
天渐渐暗下来，诸多的困难导致今晚无法按时到达原定的宿营地，不得不在一处接近水源的地方安营扎寨。营地空间狭小，而且遍布恐怖的火麻。桑杰他们四个人因营地面积太小搭不起帐篷，只能勉强的把一块雨布拉起来将就宿营。仅仅一晚上，他们4人就因这种基本是露天式的宿营付出了代价——全部中了蚂蟥，其中边布扎西身上就中了14只之多，一条臂膀上鲜血淋漓。
移动计算环境下多信道并行广播策略 篇5
在广播信道中有效的访问数据有两个关键的要求, 即节约电能和尽量减少移动客户端的访问时间 (AccessTime) 。近年来, 为了改善数据访问的性能, 提出了不少数据广播模式。
在以前的研究中都是假设每次用户请求只需一个数据项。在文献[1,2]中, 提出了在单信道中的单个数据请求广播策略, 在文献[3,4,5]中提出了在多信道中的单个数据请求策略。然而, 在当今世界中, 由于信息量的不断增大, 用户数的不断增多, 用户对信息访问效率的要求也越来越高。一个用户请求可能需要多个数据项。为了提高访问效率, 本文采用了多信道并行广播, 使得一个用户请求可以一次性访问多个数据项。在多信道并行数据广播中, 移动客户端在访问数据项时多个数据项之间可能存在数据访问冲突, 同时客户机可能需要在不同的信道间跳转, 信道间的跳转是需要消耗电量的。为了解决这些问题, 提出了一种高效的多信道并行数据广播模式。最后为广播数据项建立索引, 以进一步减少客户机的电能损耗。
1多信道并行数据广播
多信道并行数据广播是指多个信道同时进行数据广播, 同单信道数据广播相比, 多信道并行数据广播能大大减少移动客户端的访问时间, 更好地满足人们对实时性的要求。在多信道并行数据广播中, 由于多个数据项被同时广播, 所以多个数据项之间可能存在数据访问冲突以及信道间跳转。
1.1数据访问冲突
数据访问冲突 (accesscollision) :在多数据访问中, 被同一用户请求的两个或两个以上数据项在多信道广播中被同时广播, 则称这两个或两个以上的数据项存在数据访问冲突。
假设广播模式如图1所示, 用户请求q需一次性访问4个数据项d2、d3、d5、d6。由于d5、d6同时被广播, 所以用户请求q不能在一个广播周期中获取d5、d6, 即d5、d6存在数据访问冲突。因为一个用户一次只能监听一个信道, 当两个不同的数据项在两个不同的信道中被同时广播, 则不可能都被一个用户访问到。
若在一个用户请求中出现数据访问冲突, 该用户不可能在一个广播周期中获取所有所需数据项。需要等待下一个广播周期再访问冲突的数据项。因此, 数据访问冲突的存在大大增加了移动客户端的访问时间 (accesstime) 。
1.2信道跳转
信道跳转:一个用户请求需要访问在不同信道上的多个数据项时, 则需要在不同的信道间跳转。
如图1所示, 若一个用户请求需要访问数据项d1, d2, d5则该用户需要在Channel1、Channel2、Channel3 之间进行跳转。
用户在信道间跳转的速度非常快, 假设在一个广播周期中下一个数据项到来之前, 用户可以完成信道间的跳转。但信道间的跳转需要消耗一定的电量, 一次信道跳转的电量消耗大约是检索一个数据项电量消耗的10%, 电量消耗公式如下所示:
EC= (TA-TT) POM+TTPAM+NSPAM×10% (1)
(1) 式中EC为消耗的能量, TA为提出请求到结果返回所需时间, TT为完成一次方向请求期间, 移动设备保持接听广播的总时间, PDM为客户机在休眠状态的电能消耗, PAM为客户机在沿调时间的电能消耗, NS为完成一次方向请求期间跳转次数。
频繁的信道跳转需要消耗大量的电量, 因此应尽量减少信道间的跳转。
2多信道并行数据访问策略
2.1数据调度
假设一个用户请求需要访问多个数Z据项。多信道并行广播模式为PC, 其中P为一个用户请求需要访问的数据项个数, C为信道个数。
假设每个用户请求均需要访问P个数据项, 且在单个用户请求中不考虑数据项的访问顺序。给出一个用户请求集合Q={Q1, Q2, …, Qn}, 每个用户请求的访问频率表示为f (Qi) 。将P个数据项放在PC广播模式中, 并且不能产生访问冲突 (即任何两个数据项不能在同一列) , 根据排列公式, 有C!种放置方法, 给出一个集合W={W1, W2, …, W C!}, Wi为第i种放置方式。
现在提出的数据调度策略过程如下。
(1) 根据每个用户请求的访问概率进行降序排序 (面向用户请求, 而不是单个的数据项) 。
(2) 找出所有可能的将P个数据项安置在PC多信道广播模式中的C!种放置方法 (任何两个数据项不能产生数据访问冲突, 即每列有且仅有一个数据项) 。
(3) 根据step2的放置方法, 按step1的顺序尽量使访问概率大的请求的数据项安排在同一个信道中广播 (尽量避免信道跳转) 。若某一请求中的某些数据项在前面的请求中已经出现了, 则利用已有的数据项, 不重复广播数据项。若前面的用户请求的数据项排列使得当前请求出现数据访问冲突, 则判断并调整前面请求中的数据项排列是否可以消除数据访问冲突。
(4) 对每个请求的数据项建立索引, 并由单独的信道专门进行广播。
算法描述如下:
2.2运行实例
假设有4个用户请求, 分别是Q1, Q2, Q3, Q4, 每个用户请求的访问频率以及需要访问的数据项分别为:
Q1:d1, d2, d3, , d5, d8, d9f (Q1) =0.38
Q2:d0, d2, d3, , d7, d8, d9f (Q2) =0.3
Q3:d2, d3, d6, , d7, d8, d9f (Q3) =0.2
Q4:d0, d2, d3, , d4, d5, d8f (Q4) =0.12
根据本文的调度策略, 相应的数据广播如图2所示。
3性能分析
在仿真试验基础上, 对本文提出的多信道并行索引广播模式进行了性能分析。在以下环境参数:广播数据项数量>4 000, 信道数为1—16, 数据项的长度为512 Bytes, 广播频率为1 Mbit/s, 单个请求访问数据项个数为 (5—50) 个的情况下, 访问时间随着广播信道的增加的变化如图4所示。
从图4可以看出, 采用该广播模式, 在带宽一定的情况下, 广播信道的不断增加, 用户访问时间随之减少。随着信息量的不断增加, 移动用户对信息访问要求的不断提高, 增加广播信道是很有必要的。
本文提出的广播策略在消除访问冲突 (access collision) 的同时尽可能的减少了信道跳转次数 (The Number of Switching) , 根据式 (1) 可知, 单个用户请求访问多个数据项的同时, 并没有大幅增加客户机的电能消耗。该广播策略适应了将来发展的需要, 提高了广播的性能。
由以上分析可得, 为适应将来移动用户对信息得大量访问, 该广播策略显示了其优越性。
4结束语
为了能够适应将来信息量的不断增大以及用户对信息要求的不断提高, 提出了移动环境下多信道并行数据广播策略, 考虑到了信道间跳转以及数据访问冲突带来的访问延迟以及电量消耗。在电量消耗可以接受的情况下大大减少了用户访问时间, 提高了移动客户端的访问效率。在将来的研究中, 还需要进一步减少数据访问冲突以及信道跳转。并将研究扩展到如何解决移动环境中的数据广播错误以及安全等问题。
参考文献
[1]Anindya D, Debra E V, Aslihan C, et al.Broadcast protocals to sup-port efficient retrieval from database by mobile users.ACM TODS, 1999;24 (1) :1—79
[2] Vaidya N H, Hameed S.Scheduling data broadcast in asymmetric communication environments.ACM/B-altzer Wireless Networks, 1999;5 (3) :171—182
[3]Zheng Baihua, Wu Xia, Jin Xing, et al.TOSA:a near-optimal sched-uling algorithm for multi-channel data broadcast.Proceedings of the6th International Conference on Mobile Data Management, 2005:29—37
[4]Yee Waigen, Navathe S B.Efficient data access to multi-channel broadcast programs.Proceedings of the Twelfth International Confer-ence on Information and Knowledge Management, 2003:153—160
并行策略 篇6
随着微电子技 术的日益 发展,非易失性 存储器闪存(Nand Flash)的可靠性越来越好,容量越来越大,读写速度 越来越快,价格也越 来越低[1]。 Flash存储器具 备安全性、快速性、体积小、容量大、成本低、掉电不丢 失数据等 优点,尤其是在 恶劣环境下仍能 够正常工 作,能为设计 满足恶劣 环境下的高可靠性设备 提供很好 的条件。目前闪存 设备已经逐步替 代其它数 据存储器,成为大容 量高速数据采集设备中 的主要数 据载体。同时由于 单片芯片存储容量相对较小,读写速度 相对慢,构建存储阵列来提升存储容量和 存储速度 的方法得 到广泛研究。
由于制造工艺的问题,Nand Flash在出厂时难免会产生坏块,同时芯片 在使用过 程中也会 产生坏块。在研究如何 提高存储 速度的同 时,研究高效的坏块管理策 略也显得 尤为重要。目前主要 的坏块管理方法主要 有以下几 种:1在现场可 编程门阵列(FPGA)内建立随 机存取存 储器 (RAM), 读取有效块 地址直接 存储在RAM中,因此从RAM中读出的数据都为有效地址[2];2 FPGA内建立RAM,存储数字0和1来标示Flash中的块是否为 有效块[3];3基于FAT文件系统 的坏块处理。
文章基于多路并行存储,提出了一种新型的坏块管理机制,此方法基于上述第2种策略进行改进, 充分利用多路并行存储的特点。该方法通过对同一列芯片的块统一存储的方法,有效地减小坏块存储表所需占用的存储空间,同时可以提高坏块的查询效率。
1 Flash存储阵列结构
1.1 NandFlash的物理结构及基本操作
论文选取三 星公司生 产的K9WBG08U1M作为存储阵列的组成单元[4],K9WBG08U1M的芯片结构图如图1所示,芯片由两片K9WAG08U1M组成,每片容量为2GB,因此单片Flash的存储容量可达4GB。K9WBG08U1M由16K个块组成,每个块由64页组成,每页的大小为(4K+128)B,因此芯片的总容量为(4G+128M)bit,其中4Gbit用于用户数据 的存储,128 Mbit为备用区,用来存储ECC校验和块标记信息,不能用于存储数据。
1.2阵列结构介绍
文中存储系统每一列采用8片Flash组成一个存储模块,此模块的所有输入/输出(I/O)并接到同一数据总线上,实现了数据宏观上的并行扩展,理论上将数据速率提高了8倍。同时,此模块使用同一控制信号,作为一个整体在同一时刻响应命令。不同的是,写入数据时,模块中每片Flash写入不同的数据,因此理论上本存储系统可以成倍地提高读写速度,与此同时,本存储系统还可以成倍地提高存储容量。由于每一列芯片使用相同的控制信号和片选信号,只是数据通道不同,因此可以看成是物理上8片、逻辑上单片,也即位扩展技术。
2坏块识别与存储
2.1坏块识别
Nand Flash由于制造工艺等原因,在生产过程中难免会产生坏块,芯片在出厂时允许2%的坏块, 使用过程中也会有坏块产生。坏块的特点是在编程或者擦除此块时,不能够将某些位置高电平,因此造成编程和块擦除操作时的错误。
Nand Flash中的坏块共分为两类:固有坏块和使用过程中产生的坏块。固有坏块是在生产时就存在的坏块,Nand Flash在出厂时初始坏块信息就被标记在每个块的第1页和第2页的4 096列处,读取此位置处的值,若值为非FFh,则说明此块为坏 块。除了固有坏块,对Nand Flash的操作也会产生坏块,例如频繁地擦除或写操作。我们可以通过状态寄存器来判断一次操作是否成功,若状态寄存器接收到块错误 信息,则这个块 就被标记 为坏块[5]。 此外用ECC算法纠错不少于2bit时,也认为此块为坏块。
2.2坏块存储
在对块进行操作之前,要先读取固有坏块信息, 以防止后续的擦除操作将坏块信息擦除掉。读取所有块信息之后创建坏块表,并存储到本片Flash的第0块中(Flash出厂时会保证第0块为好块)。第一次使用Flash时要将第0块中存储的坏块表复制到其余两个好块中,以后每次上电之前都要对比坏块表是否相同,若其中有一个不同,则将不同的删除,重新备份。
在FPGA中建立片上RAM,专门存储Flash的坏块信息。每次上电之后,读取坏块表,并将其存储到RAM中。文中我们用0和1分别来表示有效块和坏块。若在操作过程中产生新的坏块,则要将坏块的数据写入空闲好块上,并且标记新产生的坏块, 也即将坏块表中此块的信息标记为1。以此思想建立的多路并行存储坏块表如表1所示。
在一个8行的并行存储系统中,用1bit来表征一个块的好坏,标记0代表此块为有效块,标记1则表征此块为坏块。表1中,Chip7的第5块为坏块, 所以标记为1。按照此方法来存储坏块信息,并行存储一列Flash每8个数据块共需要8bit。因此存储一列Flash的坏块表 总共需要 的比特数 为16 384bit。
因为并行存储中,Flash是按列访问的,同一列的Flash使用相同的控制信号和片选信号,只是数据通道不同,每一列的芯片相当物理上N片,逻辑上单片。 同一列芯 片的坏块 若单独存 储,占用RAM内存较大,因此我们在之 后的算法 中考虑同 一列中Flash的坏块表统一存储,提出新的方法来降低存储比特数。
3新型坏块管理策略
3.1并行存储坏块表设计
上述的坏块存储方法没有充分利用并行存储的特点,仍然采用各路芯片单独存储坏块信息的方法, 造成了一定程度上的资源浪费。这一小节中我们利用并行存储的特点,提出一种新型的坏块存储方法。 具体的方法介绍如下:
同样以论文 中8行的并行 存储为例,我们以4bit来表示8个块的好坏[6]。其中第一位为状态标志位,后三位为位置标示位。后三位数字从000到111分别表示Chip1~Chip8的块。若某位置 上8个块均为有效块,则标记为0000,若出现坏块,则第一位标记为1,后面三位则标示是第几块出现坏块, 坏块表示意图如表2所示。
本算法的具体步骤如下:
(1)依次检查每个位置上8个数据块,检测是否有坏块。若检测函数发现坏块,则在坏块处标记坏块。 例如检测 到Chip2为坏块,则此位置 记为1001。
(2)若同位置处出现多于1个的坏块,则以先标记的坏块为准。例如第三列中Chip2和Chip4均为坏块,Chip2已经标错,此位置仍然记为1001。此时若检测函数检测到此位置处Chip4也为坏块,因为用户只关心数据是否可以正确存储,不关心具体第几块为坏块,因此我们的处理办法是更改物理地址和逻辑地址的对应表,并且更改坏块位置。具体的操作方法是:若检测到某位置此时的标记为0000,例如第4列,则将Chip4的第3块和第4块的逻辑地址对调,并且在第4列处将坏块表标记为1011即可,坏块表重构的过程示意图如图2所示。若在之后的检测中检测到Chip1~Chip8中第4块为坏块,则同样按照上述方法寻找标记为0000的列,再更改物理地址与逻辑地址的对应表,同时标记坏块即可。
(3)若Chip1~Chip8在某位置处检测 到坏块数目大于2(芯片数的1/4),则认为此位置的所有块均为坏块,均标记为坏块,坏块表处的此位置记为0001。例如若Chip1、Chip2和Chip5的第2046块均为坏块,则认为所有芯片的第2046块均为坏块, 并且将块编号为2045处标记为0001。
采用上述并行存储坏块表的方法,最直观的优点是有效地节省了坏块表空间。例如8行的并行存储系统,存储8片Flash坏块表所需要的比特数为8 192bit,相比传统存储方法需要的16 384bit,此方法可以节省1/2的存储空间。此外,并行存储方法可以有效地提高坏块的查询效率。传统的做法需要查询16 384个位置,采用现在的方法只需要查询8 192个位置。此存储方法不仅具备节省存储空间, 提高查询效率的优点,同时此方法具有良好的可扩性。4路和16路并行存储系统均可以用此方法存储,存储示意 图如表3所示。4路并行存 储中,以000代表Chips某位置处均为好块。块编号为2处标记101表示Chip2的第3块为坏块。同理16路并行存储系统中,以5位数据位数来表示块的好坏。 例如块编号为0处标记00000则表示此位置处无坏块,标号为1处标记10010表示此位置处Chip3为坏块,也即Chip3的第2块为坏块。而标号为2处标记为00001表示此位置处均为坏块,这是由于此位置处有超过4块(1/4)芯片均为坏块。
3.2坏块替换
每次写数据之前,都要查询存放在RAM中的坏块表,8路存储系统中,每次读取一列8个有效物理地址,之后写入数据。也即每次只存取8个有效地址,而不是8路Flash的全部有效块地址。
通常情况下,在创建坏块表的同时也会创建一个好块与坏块的对应关系表并且保存在Flash的保留区内。遇到坏块 时,Flash会根据对 应关系表 读取对应的 有效块地 址,将信息转 存到好块 内[7]。 Nand Flash根据RAM中存储的坏块表信息可以避开固有坏块,但是在Flash的使用过程中也会产生新的坏块。芯片使用过程中一旦产生坏块,就要用好块进行替换。坏块替换的示意图如图3所示。
图3中的坏块替换过程描述如下:
(1)通过状态寄存器返回的值判断出在擦、写的操作中块A的第n页发生了错误。
(2)将第1到n-1页的内容拷贝到一个空闲的块B的相同位址,同时将要存储的第n页数据拷贝到缓存器中。
(3)拷贝缓存器中第n页的数据到块B的相应位址。
进行坏块替换之后,要将新产生的坏块进行存储,重新更改坏块表以及好坏块的对应关系表。坏块管理包括4部分:坏块识别、坏块存储、坏块跳过和坏块替换。首先读取标识区识别出坏块之后,通过读取坏块表跳过坏块,若操作过程中产生新的坏块,则要进行坏块替换操作,具体的流程可以总结如图4所示。
4实验结果
Nand Flash采用三星公司的K9WBG08U1M,并行存储系统由8行4列串行阵列式的Flash组成。若采用传统Nand Flash坏块存储方法,则将消耗64 M的RAM存储空间来存储坏块地址信息,大大影响了FPGA控制芯片的性能。若采用并行存储的方式来存储Nand Flash坏块信息,则本系统只需要32M的RAM存储空间,节省了1/2的RAM存储空间。
在实测过程中,连续以40 MB/s的速度全速全容量反复读写,测试时间为连续4天。在测试过程中对每个块前一块的第63页和后一块的第0页进行读操作,发现数据仍保持连续,无误码出现。由此可见,上述大容量 坏块管理 算法能有 效实现Nand Flash坏块的管理,使系统性能大大提高。
5结束语
并行策略 篇7
1 低碳经济与国际贸易的含义
何为低碳经济?所谓低碳经济, 就是指在国际社会可持续发展理念指导下, 通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段, 尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗, 减少温室气体排放, 达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳是国际社会生态安全的必然需求。“低碳经济”这一概念最早见诸于英国的政府性文件——英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》。自此, 低碳经济备受国际社会关注, 成为对“中国制造”产品进行贸易壁垒的又一突破口。
何为国际贸易?所谓国际贸易, 是指商品和劳务的国际转移, 是不同国家之间的贸易往来, 主要表现为贸易进口和贸易出口。国际贸易环境复杂, 并不断变化, 对国际贸易的参与国有较高的要求, 为了维护稳定的国际贸易环境, 专门成立了世贸组织, 即WTO。自2001年12月11日, 我国正式加入WTO以来, 在国际贸易领域不断披荆斩棘, 国际贸易地位不断提升, 从一开始的不受重视和打压, 到现在成为贸易大国, 中国的对外贸易发展水平在不断提升。
2 我国低碳经济与国际贸易的矛盾分析
2.1 对外贸易量增加对低碳经济的负面效应
随着中国的对外贸易量不断增加, 给中国的低碳经济带来了一定的负面效应, 主要体现在:
2.1.1 对外贸易引起自然资源紧张
我国人口众多, 经济压力较大, 对外贸易作为经济增长的发动机, 成为人们关注的焦点。为了扩大出口, 往往会对石油、煤炭等自然资源过度开发, 以至于生态环境恶化。
2.1.2 对外贸易加工造成碳排放量增加
由于我国的生产技术水平不高, 一些对外贸易企业为了赢取利润, 加工承揽一些污染性的业务, 造成国内碳排放量增加。这主要是因为西方发达国家与我国的环境标准不同, 发达国家为了运营, 将高污染的业务外包给中国, 从而影响了中国的环境。
2.1.3 贸易过程产生大量的跨境污染
国际贸易的实现需要跨境流通, 在流通过程中导致许多全球性的环境问题, 比如全球变暖等。这是国际贸易不可规避的国际环境污染问题。2010年, 我国的对外贸易额达2.97万亿美元, 成为世界贸易强国, 但是如此大的贸易量, 需要轮船、飞机、汽车、火车等大量运输工具, 所造成的石油、煤炭损耗及排放的污染物不可小视。
2.2 低碳经济对中国国际贸易的挑战
2.2.1 低碳经济要求改变中国对外贸易格局
中国具有“世界工厂”之称, 出口产品主要集中在低技术、高耗能、高污染、劳动密集型、资源密集型产业上。这些商品中矿物燃料、化学产品、原料制成品、高耗能金属制品及一般低端机械设备等产品占出口比重较高, 而这些产品对生态环境影响很大, 低碳经济的要求, 使我国产品的出口严重受到限制, 出口量大幅度降低。同时, 包括在一些加工贸易领域, 由于我国碳排放量超出国际标准, 导致我国对外订单量减少, 势必要求我国改变贸易格局。
2.2.2 低碳经济使中国的“低成本”优势不复存在
2009年6月底, 美国众议院通过的一项征收进口产品“边界调节税”法案, 实质就是从2020年起开始实施“碳关税”——对进口的排放密集型产品, 如铝、钢铁、水泥和一些化工产品, 征收特别的二氧化碳排放关税。碳关税的提出得到了欧美国家的支持, 体现了其战略利益诉求。首先, 欧美国家发展低碳的技术领先于世界, 其不会受到碳关税标准的制约;其次, 欧美国家出口的产品多以科技型产品为主, 对碳的排放标准较低。基于上述两点, 碳关税主要针对中国为代表的发展中国家, 中国将会成为碳关税的主要纳税国, 中国出口的产品将会受到新一轮的贸易保护限制, 外贸企业在缴纳了高昂的碳关税之后, 其成本优势不复存在, 再加之不断增加的反倾销壁垒, 让中国的低成本优势不复存在。
3 对外贸易与低碳经济并行发展
对外贸易是中国发展经济的重要手段, 而中国的对外贸易水平达不到低碳经济的要求。同时, 低碳经济又是对外贸易发展要求的, 即中国的对外贸易必须符合低碳经济的要求, 既不能降低对外贸易量, 又不能大幅度增加碳排放量, 使对外贸易与低碳经济并行发展。
3.1 不断改变我国出口的产业结构
我国现在的对外贸易发展, 之所以会受到低碳经济的制约, 主要是因为我国的出口产品结构造成的, 我国出口以低技术、高能耗的劳动密集型和资源密集型为主, 这种产品无论是生产过程还是流通过程, 碳排放量较高, 对环境的污染较大。是我国成为碳关税课税对象的主要原因。所以, 从可持续发展的角度出发, 我国对外贸易增长方式必须与经济增长方式的转变相一致, 实现贸易与资源环境的协调发展, 优化进出口商品结构, 鼓励能效较高的产品出口, 提高出口产品的科技含量和附加值。
(1) 改变产业结构不是一蹴而就的, 需要较长时间的转变, 在现有经济环境下我们要在原有结构的基础上, 扶植一批出口效益好、技术含量高、有发展前途的产业, 通过在国际市场中的磨练, 不断稳定市场, 提高国际影响力。
(2) 加强高新技术对传统产业的改造, 促进传统产业升级。改变产业结构, 并不等于放弃原有产业, 我国出口产品不符合碳排放标准, 大多是技术不过关, 因此, 我们在传统产业的基础上进行合理改造, 实现传统产业的自动化、流程化、智能化和标准化, 降低含碳的排放。此外, 我们要充分向高新技术领域寻求合理资源, 通过改造传统产业链, 提升传统产业的竞争优势。
(3) 加大低碳经济试验区的投入。随着国际低碳经济理念的提升, 各个国家加大了对低碳技术的保护, 尤其是欧美发达国家, 他们对环境保护的核心技术进行封锁, 这就加大了我国向国外学习的难度, 我们必须充分利用企业自身资源进行技术改进和创新, 建立低碳经济试验区, 可以最大限度的发挥企业的资源优势, 国内各个企业资源共享, 尽可能的降低科技成本投入。
3.2 国家政策扶植应对碳关税
为了抑制中国的出口, 以美国为代表的欧美国家决定征收碳关税, 这是一项直接针对中国出口的对外贸易壁垒政策, 增加了中国对外贸易的成本, 属于政府间行为, 因此作为国家政府, 有义务在不断调整产业结构的过程中, 对过渡时期的中国企业进行政策扶植。
3.2.1 税率调整政策
国家在不断提升自己节能减排技术能力的同时, 可以通过提高出口退税率来帮助企业减轻碳关税的影响。
3.2.2 政府补贴
政府补贴是常见的贸易壁垒政策, 当本国的对外贸易遭受不正当竞争时, 政府可以通过补贴的方式, 缓解企业的竞争压力, 降低贸易成本。
3.2.3 先行征收碳关税
目前, 国际社会对碳关税并无先例, 于是按照国际贸易规则, 但凡本国征税之后, 在进口国则不再征收同种税。于是, 只要我国国内的出口企业在国内缴纳了碳关税, 出口到欧美的产品则不用再次在进口国征收同种关税。这种方法是一种紧急救助措施, 笔者建议在合理的国际贸易环境下合理进行。
3.2.4 建立融资平台
融资是中国对外贸易企业的一大难题, 中国政府可以利用政府的杠杆作用, 搭建融资平台, 拓宽融资渠道解决企业资金问题, 为企业的进出口进行财政支持, 可以增强企业在国际市场的竞争力。
3.3 强化科技才是硬道理
从本质上说, 低碳经济是符合国际经济发展趋势的, 我们也不可否认中国的产品和技术有待进一步的完善和提高, 因此, 强化科技, 提高我国的碳排放标准, 才是硬道理。
3.3.1 充分发挥政府的信息技术功能
政府部门可以组织形成各种商业协会, 充分整合国内的技术资源, 通过设立网站、举行研讨会、交流会等方式强化企业间的沟通, 不断科技创新。
3.3.2 提供信息咨询
政府作为中国对外贸易的窗口, 应该积极开展低碳外交, 其可以利用国际社会接触的机会不断收集资料和信息, 提供给国内的企业或者专家, 并为企业发展提出建议。
3.3.3 提升低碳产品认证标准
2010年11月, 我国实行新的低碳认证标准, 并对一部分产品实行了低碳认证, 标志着我国在低碳领域的新起点。但就目前来看, 我国的低碳认定标准仍然低于欧美等发达国家的标准, 提升低碳产品的认证标准是亟待解决的问题。
3.4 树立低碳大国形象
在我们技术不断提升, 标准不断完善, 产业结构不断调整的过程中, 我们应时时刻刻营造中国的低碳大国形象, 进行低碳营销, 这种营销主要有两个层面:
3.4.1 通过低碳外交的方式实现低碳大国形象
中国政府在各种外交活动中, 摒弃奢侈浪费的作风, 从接待方式、礼仪等各个方面体现低碳的理念, 并不断进行低碳的宣讲, 并以身作则。
3.4.2 低碳企业、低碳个人
中国的低碳形象是由每个企业每个个人构成的, 因此, 要想营造低碳形象, 每一个中国企业、中国个人都应该从自身做起, 低碳、环保、节约。
综上所述, 中国的对外贸易必须在低碳经济的大环境下生存发展, 因为低碳符合国际发展的趋势, 是人类生存的基础。另一方面, 中国又不能以牺牲对外贸易的发展为代价来实现低碳, 我们在保证对外贸易不断增长的基础上, 降低碳排放, 实现低碳经济, 这才是最可行的方法。两者并行发展才是硬道理。
摘要：当今社会提倡低碳经济, 所有的经济增长都应该在低碳的理念下进行。随着中国贸易量的不断增加, 中国已经成为对外贸易的大国。但是与此同时, 中国外贸出现两方面问题:一方面, 贸易量的增加会加大环境的污染, 不符合低碳经济的理念;另一方面, 由于种种原因, 低碳经济的理念限制了中国对外贸易的发展。如何不影响中国对外贸易的发展, 如何实现低碳经济, 成为一个亟待解决的问题, 两者之间必须并行发展, 权衡好两者之间的利益关系。本文分析了两者之间的矛盾关系, 并提出了两者并行发展的思路。
关键词：国际贸易,低碳经济,并行发展
参考文献
[1]黄河, 赵仁康.低碳经济与国际贸易规则的重塑[J].外交评论, 2010 (5) .
[2]秦殿军, 郭晓晶.低碳经济对贸易格局的影响[J].科技和产业, 2010 (12) .
[3]于双双.低碳经济对我国经济贸易发展的影响分析[J].商业文化, 2010 (08) .
[4]卢晓晴.低碳经济背景下的中国外贸发展[J].中国商贸, 2011 (2) .
[5]丁玉梅, 刘应元.低碳经济下如何调整出口产业结构[J].经济导刊, 2010 (11) .
[6]刘轶芳, 蒋雪梅, 祖垒.低碳约束下我国贸易结构的合理性研究[J].管理评论, 2010 (06) .
[7]应媚, 王菲, 刘丹青.基于博弈分析的低碳约束下出口贸易模式研究[J].中国商贸, 2011 (21) .
并行策略 篇8
关键词：电力系统,小干扰稳定,线性加权和,在线计算,并行计算,稳定,特征值
0 引言
区域电网互联,特别是特高压交直流电网的建设以及大规模风电的接入使得电网的低频振荡问题非常突出,进行电力系统小干扰稳定在线分析对预防互联电网弱阻尼引起的低频振荡和连锁故障具有重要的现实意义[1-2]。
自20 世纪80 年代以来,国内外学者对大型电力系统特征值计算的方法进行了大量的研究[3-5],目前小干扰稳定特征值离线计算方法已经很成熟。 但是基于离线数据的分析计算并不能反映系统时变的特性,为满足在线小干扰分析[6-7]的要求,提出了并行计算和分布式计算的方法。 文献[8]介绍了BI迭代法、BI迭代法/ 逆迭代混合算法的并行化处理,该算法是求解一个特征值的并行实现方法,对原有串行代码改动较大,实际的加速比并不高。 文献[9]提出了按区域分网的分布式并行算法,该算法将每个区域设为一个子网,子网仅计算本区域数据,通过主控机的协调和交互来完成全网的小干扰稳定分析,但是该算法也需要对原有串行算法进行大量改动,并且网络划分越不均,则各节点机相互等待时间越长,计算效率也不高。 文献[10]将AESOPS算法与带边界分区的互联电网切分方法相结合,提出了分布式的特征值算法,但该算法在迭代过程中需要多次交换数据,网络通信的延迟是分布式计算主要的性能瓶颈。 文献[11]基于多核CPU并行计算技术提出了多进程的特征值并行搜索算法,该算法将特征值搜索点根据CPU核的数量和设定的任务分配策略分配给各进程,各CPU核的计算与串行计算完全相同,不但保持了串行程序的完整性,而且保证了计算效率。
本文在文献[11]的理论基础上,提出了一种基于位移求逆隐式重启动Arnoldi算法IRAM(Implicitly Restarted Arnoldi Method)的特征值在线并行计算策略,利用前一时刻断面分析结果对特征值位移点(即搜索点)进行了优化选取,并且介绍了一种新的任务并行分配策略,可进一步提高计算速度。
1 位移求逆IRAM
IRAM在收敛性能和计算速度上较优越[12-13],但一次位移求逆IRAM只能计算给定位移点附近一定数量的特征值,为求解搜索区域内所有关键特征值,需要执行多次位移求逆IRAM,以使搜索圆盘尽量覆盖整个区域[14](复平面上位移点附近的一个圆内的特征值已被完全搜索)。 目前位移点的选择方法有中国电力科学研究院的PSD-SSAP1采用的静态设置方法和国网电力科学研究院的FASTEST2及上海交通大学的小干扰稳定分析包SSAP[15]采用的动态设置方法。 前者是对整个频段等间隔地设置位移点,它的缺点是需凭经验或反复尝试来选择位移点的数量,若位移点数量过少,将导致严重漏根现象,反之则会由于特征值的重复搜索而浪费时间。 后者是在频段两侧取位移点,若任意2 个圆盘不相交,则在中间点再取1 个位移点,直至所有圆盘均相交,但该方法不易在并行计算中实现。
2 特征值在线并行计算策略
定义预估圆盘为复平面上以位移点为圆心、半径r=ω / k的圆,如图1 所示。 其中,ω 为位移点的虚部,k为给定阻尼比范围对应的恒阻尼线斜率。
其中,ξ 为给定阻尼比范围边界。
系统结构和运行参数的变化对特征值的阻尼影响较大,对特征值的频率影响较小[16]。 假定系统运行方式没有发生大的改变,则可根据前一时刻断面的特征值计算结果,得到指定位移点的预估圆盘内的特征值数量,进而为当前时刻断面计算时位移点及特征值数量的选取提供依据。
根据电力系统的特点,通常在小干扰稳定分析中区内振荡模式较多,而区间振荡模式较少[10],因此中高频段位移点的预估圆盘半径与实际圆盘半径相差不大。 对于小型电网,特征值分布稀疏,预估圆盘与实际圆盘误差较大,可能会导致重复搜索或遗漏关键根,效率降低。
2.1 主位移点的选择策略
位移点的选择和数量对并行算法的性能起着重要作用。 为减少特征值的重复搜索,选择的位移点应满足预估圆盘相交面积较少;为尽可能多地搜索到特征值,选择的位移点应满足预估圆盘相交交点距复平面虚轴较远。 已知第1 个位移点位置及预估圆盘半径,可将第2 个位移点位置的选择,转化为求解两圆盘相交面积极小且交点阻尼比绝对值极大的多目标优化问题。
2.1.1 主位移点选择的数学模型
如图2 所示,搜索区域内两相邻位移点的搜索圆盘相交,其圆心(即位移点)分别为B和C,半径分别为r1和r2,圆心距d = BC,交点A到两圆心所在直线的距离h = AD,两圆相交部分(即阴影部分)面积为S。
由图2 可建立如下等式:
在复平面中又有:
由式(1)—(3)消去d和r2,可定义:
其中,S(h)为两圆相交部分面积,是关于h的一元表达式,由式(1)—(3)消去d和r2得来。
计算目标是使f1(h)尽量小,而f2(h)尽量大。
权系数均取0.5,且对f1(h)、 f2(h)进行无量纲化处理,根据线性加权和法建立评价函数如下:
求解max f(h)最优值h,进而求出d,即可得到第2 个位移点。
2.1.2 主位移点的选择策略
根据第2.1.1 节位移点选择方法计算指定频率及阻尼比范围内的各位移点和预估圆盘半径,然后基于前一时刻断面分析结果计算各预估圆盘内特征值数量。
当特征值数量较少时预估圆盘与实际圆盘会存在较大误差,实际圆盘极有可能出现严重重叠,因此为了减少重复计算量,需要对位移点进行修正,即合并预估圆盘内特征值数量较少的位移点,取中点替代被合并的位移点,取预估特征值数量之和作为修正位移点的特征值数量。 对于高频段(0.7~2.0 Hz),特征值分布密集且搜索圆盘较大,建议合并2 个位移点;而对于低频段(0.1 ~ 0.7 Hz),特征值分布稀疏且搜索圆盘较小,可以考虑多合并1 个位移点。 由于预估圆盘与实际圆盘总会存在误差,为防止漏根,建议采取保守计算,即对于主位移点实际计算的特征值数量n稍多于预估特征值数量n軌,例如取n=n軌+2。
2.2 辅助位移点的选择策略
由于小干扰稳定较关注的频段范围内中高段附近振荡模式较多,在线计算时预估圆盘半径与实际圆盘半径相差不大,可根据预估圆盘交点阻尼比与给定阻尼比来选择辅助位移点。 如图3 所示,辅助位移点取线段AF靠近F的黄金分割点E处作为辅助位移点,预估圆盘半径为AE,对于辅助位移点的实际计算特征数取n軌+3。
对于低频段,由于特征值分布较少且每次计算时都进行了保守计算,搜索圆盘可以完全覆盖搜索区域,因此不必增设辅助位移点。
2.3 任务分配策略
在当前的在线动态安全分析系统中,通常利用分布式并行计算技术,采用同构的计算节点组成计算集群,在集群计算平台的管理节点上形成多个计算方案,分配到计算节点上进行并行计算,然后在管理节点上汇总计算结果。
文献[9]所提不均分配策略由于受计算任务随机分配的影响,CPU利用率也具有很大的随机性,本文将对其进行改进。
假设位移点数量为N,CPU核的数量为M,当N垌M时,参与并行计算的CPU核应尽量多;当N与M相差不大或N < M时,考虑其他在线分析任务的需求,参与并行计算的CPU核的数量以小于N为宜。
IRAM的计算时间与位移点的位置和计算特征值的数量有关。 可认为每个位移点计算量的大小主要取决于每次计算特征值的数量,数量越多计算量越大;对于特征值数量相同的位移点,计算量大小则取决于位移点所处位置,所处位置频率越低计算量越大。 基于以上原则可估计出各位移点的计算量相对大小。
本文按预估计算量的大小分配任务,具体为:基于预估计算量将各任务压入栈中,计算量大的位移点处于栈顶,计算量小的位移点处于栈底,首先根据CPU核的数量分配计算量大的位移点,剩余的位移点作为预留任务;当某个CPU核的计算任务完成后,即到预留任务中按出栈顺序自动提取1 个位移点进行计算,直至所有任务计算完成。 该分配策略可近似实现任务计算时间均分,最大限度地减少CPU核的闲置时间。
2.4 漏根判断
由特征值计算结果很容易得出各位移点的实际圆盘半径。 若两相邻主位移点的圆盘不相交,则存在严重漏根现象,取两相邻主位移点的中点为新的位移点;若相交但交点不在临近辅助位移点圆盘内(高频段)或交点阻尼比小于给定阻尼比(低频段),则交点附近存在漏根,取圆盘交点为新的位移点。
2.5 计算步骤
特征值在线并行计算的整体计算流程如图4 所示。 首次特征分布可采用现有的静态设置位移点选择方法和任务分配策略(平均分配或不平均分配策略)来得到或者采用离线分析结果。
3 仿真分析
测试算例采用南方电网2012 年5 月7 日的在线数据:前一断面时刻t1和当前断面时刻t2分别为23:49:34 和23:54:35;搜索频率范围为0.1 ~ 2.0 Hz;阻尼比为-0.1~0.1。
对t1时刻断面进行特征值分析,结果如图5 所示,图中横、纵轴分别为阻尼和振荡角频率,ε= ξ 。
根据第2 节的位移点选择策略选择的位移点如表1 所示,表中一对实部和虚部(均保留2 位有效数字)组成1 个位移点,n为对应位移点处欲计算的特征值数量。
根据表1 中数据对当前(t2时刻)断面进行位移求逆IRAM特征值搜索计算,结果如图6 所示,为便于作图,将虚轴和各圆盘整体进行了纵向压缩。
从图6 可以看出,圆盘几乎覆盖整个小干扰稳定所关注的频段及阻尼比范围,而且减少了特征值的重复搜索。 仅在较高阻尼比且较高频段内会遗漏个别特征值(阻尼比分别为0.0957 和0.0983),在实际中这些特征值是非关键的,而且如果搜索这些非关键特征值会耗费更多时间。
表1 中位移点的序号是按预估计算量由大到小的顺序排列的,位移点的实际搜索时间如图7 所示。从图中可以看出,预估计算量大的位移点计算耗时较大,预估计算量小的位移点计算耗时较小。 由于特征值分布的不均导致某些位移点的预估计算量误差较大,但对本文提出的任务分配策略影响不大。
在相同计算环境下,通过计算机模拟双CPU核下3 种任务并行分配策略。 忽略数据处理及数据输出时间,各策略的计算时间取决于计算最慢的CPU核,如表2 所示。 从表2 可以看出,本文所提分配策略耗时最短。 任务分配的具体情况对平均分配策略和不均分配策略的计算时间影响很大,但这2 种策略均缺乏有效的任务分配依据,只能随机分配任务,而本文所提分配策略则能较好地解决任务分配不合理的问题。
同时基于本文所提分配策略也对四川电网和西北电网进行了在线仿真分析,结果均验证了本文提出策略的正确性和有效性。
4 结论
并行的彩色 篇9
但是，个人的纠结并不妨碍他对彩色摄影的未来作出准确的判断与预言，安塞尔·亚当斯也从未掩饰他对彩色摄影的关注，一生勤奋创作的亚当斯，留下了超过200页的书信和笔记，来记录他对彩色摄影的实践和理解。他还著书阐述与彩色摄影有关的一切，尽管这部分关于彩色摄影的理论最后被归在他摄影全集中技术系列的第五部分，但里面不乏大量形而上的对彩色美学的思考。在1949年的一篇草稿中，他断言“彩色摄影将迅速地成为主流”，尽管之前他曾经将彩色比作“走调的钢琴”（亚当斯的母亲曾想培养他成为钢琴家）。在82岁，他生命的最后时刻，他依然预言彩色摄影这种“诱人的媒介”（ Beguiling medium）不远的将来就会与电子成像（Electronic image）一起，完全取代他所珍爱的黑白影像。
我们现在所处的时代，举目皆是彩色影像，而这在1950年代以前是不可想象的，那时彩色摄影并没有被纳入艺术的范畴，而是作为一种手段，为商业摄影、业余摄影爱好者的快照成像或为电影剧照海报服务。老一辈的摄影领军人物对彩色摄影的态度仍然趋向保守，沃克·伊文思（Walker Evans）当时认为“彩色摄影是粗俗的”，而彼时还属前卫的罗伯特·弗兰克（ Robert Frank ）也坚持“黑白就是摄影的色彩”。同时，也有一些年轻摄影师开始了彩色摄影的尝试，其中包括日后著名的威廉·克里森巴瑞（William Christenberry）与威廉·埃格尔斯顿（William Eggleston）。以埃格尔斯顿为代表的新彩色主义，对色彩会更加宽容，基本上将镜头前的一切照单全收，并不回避画面色彩的驳杂，色彩与摄影的关系在这些人的作品中变得更加自然。但亚当斯显然对这些人的作品有着自己的看法。“拍不好，就把画面弄成红色的”，他甚至这样评价过埃格斯顿的代表作“红色天花板”（The Red Ceiling）。那鲜艳的、大面积的红色明显与亚当斯对色彩的理解与运用大相径庭。
综观亚当斯的彩色摄影创作以及言论，可以看出，他大半生的彩色摄影实践其实是一种“矛盾的探索”。这背后既有个人原因，也有时势使然。与他同时代的大多数的美国西部风景摄影师都有着控制每一步影像成像过程的习惯，而在亚当斯接触彩色摄影漫长的40年中，彩色的冲洗工艺还是不能完全满足这些摄影师的掌控要求。柯达克罗姆彩色正片（Kodachrome colour transparency roll film）作为首次为大众所消费的彩色胶片，诞生于1935年，这是第一个在加工过程中使用减色法和成色剂的集成三层底版彩色胶片。它的洗印过程对于即使是像亚当斯这样的“暗房巫师”（他曾经的绰号）来说，还是过于复杂了。当时的低感光度也不允许柯达克罗姆在外拍等摄影领域有更多的开拓，即使在1950年代后，彩色照片的冲洗与印制仍是一件风险极大的事情，彩色影像的复制品以及报刊书籍上面的彩照，更经常是过分鲜艳与不受控制的。而与此同时，黑白的影调却是微妙并可以充分掌控的，不是对现实的夸张，并能很好地体现摄影师的意图。不涉足彩色摄影，是当时很多摄影师自认为明智的选择。
尽管如此，亚当斯的疑虑并没有妨碍他拍摄了数以千计的彩色胶片，最开始主要是因为客户的委托。1940年代末期，美国中西部的一些加油站，作为促销手段，会送给前来加油的客户一张亚当斯拍摄的彩色风光明信片，尽管大多数人不知道摄影师是谁。这些名为《看见你的西部》系列的精美彩色卡片，是埃索（Esso）等大石油公司买下亚当斯照片的版权，鼓励泛美汽车旅行，以达到多销售油品的目的。
亚当斯采用彩色摄影为客户服务，另一个原因是因为大公司和广告商喜欢新兴的彩色广告，而他本人为了生计，也不拒绝不菲的拍摄报酬。那个年代，任何在纽约中央车站候车的乘客，可能都会记得亚当斯所摄的大型彩色摄影广告牌，这些大型柯达广告灯箱18英尺高60英尺宽，在人流如织的车站高处煜煜发光。亚当斯本人对这些他拍摄的商业广告摄影的评价，则是一句令人费解的“美学上是不合逻辑的，但是技术上是非凡的”。尽管亚当斯在很多信件及草稿中，反复提及“彩色幻灯片只用于商业，黑白才是我的私人创作”，似乎在商业与个人创作之间，泾渭分明不容混淆。在使用彩色拍摄商业摄影之余，他还经常为《生活》、《财富》等杂志拍摄彩色照片。1950年，他曾在纽约现代艺术博物馆（Museum of Modern Art）展览过他的彩色影像而并非他的黑白经典。实际情况是，无论是外出拍摄商业任务，还是古根海姆基金资助下的拍摄，亚当斯经常在拍摄黑白的同时也换上彩色胶片，并且会一再地拍摄他所感兴趣的主题，不论当时相机后背里是什么类型的胶片。最著名的兰乔斯·德-陶斯教堂（Ranchos de Taos church）就是其中之一，在1930年与玛丽·奥斯汀（Mary Austin）合作的摄影集《陶斯印第安村庄》中，他就多次拍摄了这座位于新墨西哥的教堂，并成为他黑白摄影的经典之作。而1948年的彩色照片中，我们再次发现落日中的教堂，与黑白照片的角度几乎一样，但土墙后的天空色彩美丽，就像柔和的粉笔画。endprint
很长一段时间，亚当斯还同时担任着柯达伊斯曼公司和宝丽来公司的顾问，这两大公司几十年来都致力于追求逼真和可信赖的色彩。亚当斯也为各大杂志撰稿论述彩色摄影，但并非一味推介，里面经常夹杂着他对彩色摄影的个人看法，有的甚至让人感觉悲观：“彩色胶片的测光精度和色彩的相互关系所涉及的主观情绪影响之间存在着不可避免的冲突。” 1949年，他在一篇文章中甚至这样写道。
对一位大师事后的“经典”评价往往将其“固化”，也无形中舍弃了很多的丰富性，尤其在国内，谈“黑白”更是言必称亚当斯。详细了解之下，一个真实的亚当斯渐渐浮现了：他是一个一直走在技术前沿的摄影家，在50多年的摄影生涯中，有超过40年的时间他一直在“与色共舞”。实际上，对亚当斯的误解也并非追随者们一厢情愿所形成的，他示以世人的经典黑白面孔背后显然也有自己的考量。维基百科上对此的解释有一定的可信度，据专家分析，亚当斯首选黑白，主要有两方面原因。首先是他觉得颜色可以分散注意力，因此可能会影响一个艺术家在拍摄照片时，实现他的全部潜力。第二个原因是，亚当斯是一个“控制高手”，近乎偏执。他撰写技术书籍，研究出“区域曝光法”（Zone System），与同时代的爱德华·维斯顿（Edward Weston）一样，他们都推崇“预视觉化”（previsualization）的理念，坚持认为释放快门之前摄影师就该知道最终成像效果如何，这些观念和方法要求所有的摄影因素被纳入最终的洗印过程并加以完全控制。这样看来，亚当斯对彩色摄影的“欲迎还羞”就说得通，因为彩色缺少黑白那些可控的因素。
亚当斯本人的一些言论也验证了这些猜测。在生前委托小布朗出版公司作为自己作品出版的唯一代理时，他再次强调了“也许照片的印放品质是我摄影生涯的最大亮点，将底片足够好地复制在相纸上是最重要的”。放在历史语境中仔细分析这句话，其中所说的“底片”只能是指他的黑白作品，当时的彩色摄影技术所限，尚不能如他所愿。但作为摄影家，他当时很敏锐地意识到作为底片的彩色幻灯片（Color transparency）的丰富性，非常期待着有一天彩色摄影的印制技术能达到自己的高标准（Fine print），这可能也是他拍摄了数量如此之多的彩色底片的重要原因吧。
现在的数字影像校正技术允许我们可以充分地调整亚当斯的彩色底片的细微之处，并将其印制出来，这在他生前是很难做到的。尽管亚当斯生前对彩色摄影印制技术的发展寄予厚望，但严格来说，理论上不会有复制品的印制可以精确再现这位“控制高手”当年眼中的色彩。1993年，在他去世后的第9年，一本《安塞尔·亚当斯的色彩》（Ansel Adams in Color）结集出版，这些彩色摄影作品是一次精心挑选的结果，而非他的全部，里面的照片是由另一位伟大的摄影家哈里·卡拉汉亲自挑选的。由于亚当斯生前从未将彩色摄影视作自己摄影艺术创作的一部分，因此照片的选择范围最后主要限于风景部分。作为亚当斯同时代的摄影师，卡拉汉凭自己的直觉，以一种简单直接的方法，从近千张彩色幻灯片中来挑选出50幅作品，他回忆说“我只选择那些让我愉悦的照片”。在事后谈到照片的选择时，卡拉汉说自己第一次看到这些彩色摄影作品，并且了解了亚当斯关于彩色印制的观点后，他意识到亚当斯应该是过于按照自己的审美以及能力来做照片的印制。卡拉汉并不是很顾及亚当斯的彩色摄影审美，尽管他很敬仰后者的作品，他也不关心时间所带来的色彩变化，卡拉汗就像一位当代艺术家一样，只关心视觉效果，不考虑历史的因素，也不考虑照片当时应该看起来是怎样的。我们现在所看到的，实际上是两位摄影家审美的结合体。
并行策略 篇10
并行工程在教学中的延伸
学校是灌输知识的地方, 学生从入校, 到离校, 完成了从无知, 到有知的转变, 也完成了从无社会价值, 到有社会价值的改造。为了给社会培养出知识全面、理论扎实、应用能力强的学生, 学校会在课程设置、教学手段、师资队伍等方面不断完善和改进。工厂里的产品从毛坯入厂, 到成品出厂, 需要经历概念设立、结构设计、工艺设计等开发环节以及成型制造和质量控制等生产环节, 才会获得富有市场竞争力的商业价值。在这一点上, 学校与工厂是相通的。学生如同学校制造的“产品”, 需要经历在专业领域里学科概念化、知识结构化的“设计开发”以及个人能力锻炼和价值挖掘的“定型加工”。在这里, 教师就是“产品”开发人员, 社会就是“产品”面向的用户。既然如此, 在产品制造领域广泛应用的并行工程方法是否也能应用于学校教学呢?
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程 (包括制造过程和支持过程) 的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素, 包括质量、成本、进度计划和用户要求, 并强调各部门的协同工作, 通过建立各决策者之间的有效的信息交流与通讯机制, 综合考虑各相关因素的影响, 使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现, 并得到解决, 从而使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、可维护性及回收再生等方面的特性, 最大限度地减少设计反复, 缩短设计、生产准备和制造时间。并行工程的这些先进性和优越性特点使其技术非制造领域也逐步拓展和外延。
并行教学方法的原理
基于并行工程的原理, 结合学习认知的规律, 笔者提出一种基于并行工程理论的教学方法, 即并行教学法。这种教学方法以学生为关注对象, 结合教学任务和目标, 根据专业发展及社会需求设置课程, 通过设计教学节点 (如课题、项目) 关联起同一课程的前后章节或者不同课程的相关内容, 从而以点带面地实现一科课程内容的并行教学和多科课程内容的协同教学。同时, 通过建立有效的管理信息平台, 完善并行教学的沟通、反馈、监督、管理和控制, 实现系统教学, 并最终培养出知识掌握扎实、应用能力强的学生。
并行教学的最大特点是通过设计教学节点 (如课题、项目) 实现专业课程的并行教学和协同教学, 使学生在解决工程问题过程中更加主动和生动地掌握基本概念和基础知识, 培养出良好的工程素养和综合应用能力。教学节点是根据教学大纲要求掌握的知识点对课程进行分解和重组打包, 以工程案例为载体而设计的具有特定教学目的的课题或项目。每一个具体的课题都会应用到课程中的某些具体概念和知识, 每一个具体的项目也都需要引入某些具体课程中的相关内容, 如图1和图2所示。教学节点的大小决定了教学内容的多少, 教学节点的难易决定了教学内容的深浅。若干个教学节点贯穿起了课程教学的全过程, 按从简单到复杂、从浅显到深入的逻辑顺序排列, 从而覆盖教学大纲规定的全部内容。
并行教学方法的实施
(一) 建立并行教学的框架
并行教学组织机构可划为三个层次:第一层是管理层, 由教务、教学、教研及督导等相关部门及专业学术机构的主要负责人组成, 负责教学大纲、教学计划、教学监督、教学质量和教学人员等重大决策与日常管理工作, 组织和指导教学人员按照并行工程的方法完成教学任务, 保证学生的各门课程协同、并行、一体化教学。第二层是执行层, 由教学人员组成, 按照学科分类和课程关联度又可分成不同的教研室或教学小组, 在管理层的组织和指导下, 依照并行工程的原理与方法, 实施并行教学。第三层是支撑层, 就是开发一个实现并行教学的管理信息平台, 将所有与教学有关的信息和过程集成在一起, 为并行教学提供一个集目标管理、进度监控、调查反馈、信息集成和知识共享的工作环境, 保证参与并行教学人员之间的协调活动能正常进行。
(二) 实施并行教学的步骤
首先, 根据专业培养目标科学合理地设置专业课程。科技发展推动着各种专业技术快速更新, 为了培养出适应社会需求的专业技术人员, 学校的培养目标也应与时俱进、不断更新。围绕着新形势下的专业培养目标, 学校应科学合理地选定专业课程。一方面, 课程设置应注重基础、突出特色、贴近需求, 使学生掌握的专业知识是基本的、适合的、应用性的;另一方面课程设置应注重关联、互相补充、集成一体, 使学生掌握的专业知识是相关的、系统的、结构性的。
其次, 基于并行工程方法制定课程教学大纲和教学计划。通过对专业课程进行分解和重组, 教学内容得以整体优化和系统集成。一方面, 对于单科课程, 改变传统的串联 (即第一章讲完才讲第二章) 授课方式, 采取“课题驱动、按需教学、不用不学”的一体化授课方式。通过不断地抛出问题并解决问题, 不仅能培养学生分析和解决专业技术问题的能力, 还能在学生主动求知的过程中完成课程的教学内容。实际上, 在课程教学全过程中, 大处以完成课题推进, 小处遵循认知规律;课程后面章节内容可能因解决问题而需要提前学习, 如此反复而使课程的内容前后贯穿、综合交叉。另一方面, 对于多科课程, 改变传统的分散独立、缺少融合的授课方式, 采取“项目捆绑、统一进度、同步教学”的一体化授课方式。通过设计教学节点 (如项目) 将多科具有逻辑相关性的课程捆绑在一起进行并行教学, 使课程内容横向贯穿、并行交叉。基于以上并行工程方法, 制定课程教学大纲和教学计划。
最后, 根据教学计划实施并行教学, 由各个教研室或教学小组各自安排自身的工作;同时依据教学管理信息系统, 接受统一的管理, 定期或随时反馈教学信息并对出现的问题协调解决。例如, 通过系统对学生学习成绩进行分析, 了解教学效果和教学质量;通过学生与教师、教师与教师在信息平台上的交流, 了解课程内容的疑难点, 等等。这些反馈与信息都将指导和改进后期教学。
综上所述, 并行教学法应用了产品设计与制造技术——并行工程技术的先进理念, 可实现专业课程一体化教学, 有利于营造出学生主动求知和生动认知的教学环境, 使学生在解决工程问题的过程中, 既掌握了专业基础知识, 又培养了工程素养和应用能力。
参考文献
[1]熊光楞.并行工程的理论与实践[M].北京:清华大学出版社, 2001:8-9.
[2]陶春虎, 习年生.并行工程在失效分析中应用的可行性及实施要素分析[J].材料工程, 1999 (2) :43-47.
[3]真虹, 朱云仙.基于并行工程理论的物流系统方案设计方法研究[J].物流技术, 2006 (5) :23-26.
