性能检测系统

关键词： 检测 入侵 性能 系统

性能检测系统（精选十篇）

性能检测系统 篇1

关键词：入侵检测系统,DARPA2000数据集,Snort

随着网络技术的不断发展和Internet的日益普及,人们对网络安全越来越重视。入侵检测系统(IDS)是各种网络安全产品中具有代表性的一类产品。它不同于传统的防火墙,是一种主动的信息安全保障和防卫系统。在发现入侵后,IDS会及时做出响应,包括断开网络连接、记录事件和报警等。IDS的主要功能有:检测并分析用户和系统的活动,查找非法用户和合法用户的越权操作;评估系统关键资源和数据文件的完整性;识别已知的攻击行为;统计分析异常行为;操作系统日志管理,并识别违反安全策略的用户活动。本文的测试侧重于识别已知攻击行为的能力。IDS通常采用的分析方法有模式匹配、统计分析、完整性分析等。目前的IDS产品有很多,免费的有Snort、shadow等,商业化的产品有ISS公司的RealSecure、Cisco的NetRanger等。由于各种IDS采用的检测技术和分析方法不同,其检测效果也是千差万别。本文使用麻省理工学院林肯实验室的入侵评估数据集DARPA2000[1]作为数据源来测试比较三种IDS产品的性能:分别为Snort[2](开源IDS软件的代表)、ISS公司的RealSecure[3](商业IDS软件的代表)的和3com公司的TippingPoint50[4](商业IDS硬件的代表,下文简称TP50)。

1 测试环境

1.1 Snort

Snort是一个基于libpcap的轻量级网络入侵检测系统,可以运行在多种操作系统平台。它通过分析捕获的数据包,匹配入侵行为的特征或者从网络活动的角度检测异常行为,进而采取入侵的预警或记录。从检测模式而言,Snort属于滥用检测(Misuse Detection),是基于规则的入侵检测工具,即针对每一种入侵行为,都提炼出特征值并按照规范写出检测规则,从而形成一个规则数据库。然后将捕获的数据包按照规则库逐一匹配,如果匹配成功,则认为该入侵行为成立。

Snort有数十类上千条检测规则,其中包括缓冲区溢出、端口扫描和CGI攻击等。它集成了多种告警机制来提供实时告警功能,包括syslog、用户指定文件、UNIX Socket等。Snort可以帮助中小网络的系统管理员有效地监视网络流量和检测入侵行为[5]。

1.2 RealSecure

ISS公司的RealSecure是一种混合型的入侵检测系统,提供基于网络和主机的实时入侵检测,并允许用户在系统受到危害之前截取和响应入侵行为和内部网络误用。它包含三大组件:网络感应器(Engine)、主机感应器(Agent)和管理器。网络感应器运行在一个专门的主机上监视网络上流过的数据包,识别正在进行的攻击。该过程是实时的,用户可定义报警和识别攻击后的响应。主机感应器是对网络感应器的补充,它分析主机日志来识别攻击,决定攻击是否成功并提供其它实时环境中无法得到的证据。它可以通过中断用户进程和挂起用户账户来阻止进一步的入侵,还会发出报警、记录事件、发现陷阱和执行用户自定义的动作。所有网络感应器和主机感应器都向RealSecure管理器报告并由管理器进行配置[5]。

1.3 TippingPoint50

TippingPoint50是一种嵌入式入侵防御系统(IPS)。IPS是一类特殊的IDS,其检测功能类似IDS,但是检测到攻击后会采取行动阻止攻击。本文只用到了它的入侵检测功能。

TP50可以透明地接入被保护网络。当数据包通过时,TP50会根据用户自定义的规则来执行相应的动作。该系统的核心是威胁抑制引擎(TSE),它是由最新的网络处理器技术和TippingPoint自定义的一套专用集成电路所组成的基于硬件的专业化入侵防护平台。通过流水线和大量并行处理硬件的组合,TSE有能力同时检测一个数据流数千遍,并且不会给数据流引入太大(小于84微秒)的时延。它还可以进行流量整形,以支持关键的应用程序和基础设施。

1.4 DARPA2000数据集

DARPA2000数据集是入侵检测领域使用最为广泛的测试数据集,该数据集模拟了美国Eyrie空军基地的主机被实施分布式拒绝服务攻击的情形,它包括两个攻击场景:LLDOS1.0和LLDOS2.0.2。它由四个文件组成,LLS_DDOS_1.0-dmz.dump和LLS_DDOS_1.0-inside.dump分别记录了攻击场景LLDOS1.0发生时非军事区(DMZ)和内网的流量;LLS_DDOS_2.0.2-outside.dump和LLS_DDOS_2.0.2-inside.dump分别记录了攻击场景LLDOS2.0.2发生时非军事区(DMZ)和内网的流量。

攻击场景LLDOS1.0分五个步骤[9]:

1)IPsweep:从一个远程站点发起对目标网络的扫描;

2)Probe:探测前一阶段发现的主机,寻找存在sadmind漏洞的Solaris主机;

3)Breakin:使用缓冲区溢出攻击,侵入前一阶段发现的存在sadmind漏洞的主机;

4)Installation:在入侵成功的主机中安装特洛伊木马软件(Mstream);

5)Launching:发起DDoS攻击;

攻击场景LLDOS2.0.2和LLDOS1.0类似,主要不同有两点:1)攻击者采用DNS HINFO查询来获取主机信息而不是用RPC端口扫描和sadmind ping;2)攻击者先入侵一台主机,上传攻击脚本攻击其它主机,而不是手工逐台攻击。

2 测试过程

本文使用tcpreplay[6]来重放DARPA2000数据集的离线文件,发送速率使用默认的速率。用Snort对产生的流量进行检测分析,并通过修改配置文件直接将Snort的检测结果写入SQL Server数据库中。对于RealSecure,本文采用PengNing网站提供的RealSecure6.0检测DARPA2000数据集所产生的报警事件文件,然后将该文件导入SQL Server据库。

TP50的检测过程和Snort类似,不同的是需要将IPS串接(in-line)在网络中,其部署图见图1。

3 测试结果及分析

本文使用检测率和误报率来比较两种IDS的性能。检测率反映了IDS识别攻击的能力,其计算公式为:

误报率反映了IDS报警的准确性,其计算公式为:

本文中所说的一次攻击是指攻击场景中一次具体的攻击行为,比如一次telnet或者一次rsh连接。而报警是指IDS设备对可能的攻击行为产生的报警事件。在攻击的第一阶段,攻击者扫描目标网络的存活主机,虽然包括大量的探测数据包,也产生了很多报警,但是本文认为这属于一次攻击。同样在攻击的最后阶段攻击者发起DDoS攻击,本文也认为这属于一次攻击。总攻击数包含攻击场景中的所有攻击,是通过分析数据集的会话列表(list of sessions)文件得到的。每一个会话列表文件列出了对应攻击步骤中的所有会话(TCP、UDP或ICMP)。总报警数是指IDS设备实际产生的报警数。真实报警数是指总报警数中由本攻击场景产生的报警,实际上就是总报警数去掉误报剩下的报警数。检测攻击数是指IDS设备检测到的攻击数,其数值可能小于真实报警数,因为一次攻击可能产生多条报警,比如一次rsh连接可能在RealSecure中产生两条报警[8]。具体结果见表1。

TP50在场景1.0的DMZ中只检测到IP扫描这一攻击行为;在场景2.0.2中的Inside中产生了大量IP地址哄骗的报警,这些报警实际上就是攻击最后阶段攻击者发起DDoS攻击产生的,属于一次攻击。而在其它的情况下一次攻击也没有检测出来。对于TP50检测效果如此低的问题,3com的工程师认为可能是由于其TOS需要升级,也有可能是硬件出现故障。所以TP50检测结果不具有参考性,本文主要比较Snort和RealSecure的检测效果。

对比两个场景的数据可以看出,场景1.0总攻击数明显多于场景2.0.2,这从侧面说明了在场景2.0.2中攻击者采用的方法比较高明,难以察觉。通过查看两种IDS的报警也可以印证这一点。两种IDS都未能检测出DNS HINFO查询,而对于RPC端口扫描和sadmind ping产生了大量的报警。

对于场景1.0,Snort的真实报警数较多,因为攻击者对非Solaris主机扫描sadmind服务会导致扫描数据包被重复发送,而Snort不能识别这些重复的数据包,故而产生了大量sadmind端口扫描报警。RealSecure不将sadmind端口扫描作为一条单独的报警,所以其检测攻击数少于Snort。

对于场景2.0.2,RealSecure检测率明显高于Snort,这是因为Snort不能检测到Mstream木马软件的主控端(master)和服务器(server)之间的通信。安装了Mstream server软件的主机称为服务器,安装了Mstream master软件的主机称为主控端。每一台服务器会都会向主控端注册,主控端有记录当前活动服务器的列表。攻击者发动攻击时,先登录主控端,输入攻击命令,然后主控端向每一台活动的服务器发出攻击命令。所以它们之间的通信是一种危害性极高的行为,表明网络中的主机已被入侵,DDoS攻击将要发生。而且RealSecure能够检测到攻击者通过ftp给被控主机上传Mstream软件。所以在该场景下RealSecure的检测到的攻击数要高于Snort。

在两种场景中RealSecure的误报率都较高,是因为它对一些危害性不高的行为也产生报警,比如ftp和电子邮件传输过程中的EHLO等。

4 结束语

通过本文的测试,Snort确实是一款优秀的轻量级网络入侵检测系统,在低速网络环境下,其性能略逊于商用的入侵检测系统。而RealSecure作为一款具有代表性的商用IDS,其性能相当优秀,识别攻击能力较强,可以检测到大部分攻击,其检测率在55%以上,但是误报率较高。

DARPA2000评估数据集是入侵检测领域使用最为广泛的测试数据集,但是它也有一些不足,比如攻击过程过于标准化。McHugh在文献[7]指出DARPA1999数据集的几个缺点:被攻击的目标网络拓扑结构过于平坦;被攻击主机不是平均分布;收集的网络数据与典型的美国空军网络流量缺乏统计学上的相似性。而这些问题在DARPA2000数据集中依然存在。另外,本文使用DARPA2000数据集作为唯一的测试源可能会使结果具有一定的片面性。

参考文献

[1]Lincoln Lab,MIT.DARPA 2000 intrusion detection evaluation datasets[EB/OL].http://ideval.ll.mit.edu/2000/index.html,2009.

[2]Snort[EB/OL].http://www.snort.org,2009.

[3]RealSecure[EB/OL].http://www.realsecure.net,2009.

[4]TippingPoint[EB/OL].http://www.tippingpoint.com.cn,2009.

[5]张世永.网络安全原理与应用[M].北京:科学出版社,2003:319-340.

[6]Tcpreplay[EB/OL].http://tcpreplay.synfin.net,2009.

[7]J.McHugh.Testing Intrusion Detection Systems:A Critique of the 1998 and 1999 DARPA Intrusion Detection System Evaluations asPerformed by Lincoln Laboratory[J].Proc.ACM TISSEC,2000,3(4)262-294.

[8]王泽平,秦拯.因果告警相关方法在入侵检测系统中的应用和实现[J].计算机科学,2008,35(6):280-282.

医学检验检测系统性能评价论文 篇2

2优化建议

在使用医学检验检测系统之前，必须认真检验仪器，确保其性能能够达到预期水平，这样不仅可提升病情检测效率和质量，而且可减少医护人员的麻烦，有助于激发他们的工作热情。同时，在使用检验仪器时，应不断完善医学检验检测系统，及时记录实践操作中面临的`问题，以便对其进行改进。通过实践操作，可更为直接地发现检测系统中存在的问题。作为一个公共场所，医院患者数量很难预估，为了保证患者就诊的顺利、快速开展，则必须确保检验检测系统的性能，认真落实医学检验仪器的维修养护工作。例如，在维护禁言检测系统时，应认真记录实践应用中出现的问题，及时对系统进行改进。由于医学检验试验并非均在相同的环境下进行的，而不同环境下医学检验试验结果往往存在一定的差异，这对检测系统是一个巨大的挑战。对医学检验检测系统的评估，并非只是单纯的采集整理数据，更注重检测系统对数据的开发读取功能。应结合实际环境来调整检测系统，根据实验环境来改进检测系统性能，这样方能保证医学检验的准确性，提升患者对医院的满意度，保障医院的长远发展。

3结语

随着医疗技术的高速发展，医疗设备的更新速度也越来越快，在应用医疗设备之前，必须认真落实设备检测系统性能的各项检测评估工作，在实践操作中不断优化检测系统性能，这样方能保证医学检验的准确性，更好地为患者服务，保障医院自身的可持续发展。

参考文献

[1]王优良.医学检验检测系统应用前的性能评价[J].智慧健康,,4(3):47-48.

[2]张莉,吴炯,郭玮.医学检验检测系统应用前的性能评价探讨[J].检验医学,,21(6):560-563.

医学检验检测系统应用前的性能评价 篇3

【关键词】医学检验检测系统；信息技术；检验质量

【中图分类号】R446 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2014）03-01579-01

随着时代的进步，医学检验理念也发生了重大变化。在目前的临床医学工作中，采用现代化技术、物理学知识和先进设备进行诊断已成为不可逆转的趋势，也是未来检验工作发展的主要方向。对于医学检验人员而言，获得一台测量大、准确性高、自动化程度高、检测速度快的仪器无疑是最为兴奋的事情，但是同样这其中也面临着巨大的挑战和压力。

1 临床医学检验系统分析

随着医学技术发展进程的不断加快，临床医学工作取得重大突破的同时，也为检验技术和检验仪器带来了压力。检验作为临床诊疗的基础，是科学诊疗患者病症的前提，如何保证检验结果的准确性、科学性和可靠性深受着人们重视。基于目前临床医学检验质量考虑，在目前的临床检验系统中必须要对设备及时的更新，使得设备能够长期处于正常、稳定的运行状态。

从质量保证角度进行分析，医学检验部门在使用新仪器、新设备的同时，对于患者标版必须要进行全面、系统的监测，要结合本部门自身的条件，以实验评价体系去分析，以保证检验结果的正确性和可靠性。只有在检验之前做好检验系统的可靠性检验，才能保证监测系统趋于常规，确保检测效率和质量。稳定的监测系统必须要保证其误差能够被临床工作者接受，同时这些误差不影响临床诊疗质量。

2 性能评价分析

2.1 评价内容

根据过去多年的工作实践分析得出，医学检验检测系统的评价工作主要可以从以下三个方面进行：

2.1.1 监测系统的特性要求：首先，患者标本必须要满足结果准确范围，这也是评估工作开展的前提；其次，在工作中分析与之相应的灵敏度，这是监测系统可靠报告定量检测结果的最低限度，也是整个评估报告范围的起点。

2.1.2 基本性能：首先在精密度上做出明确的指导，对仪器的精密度进行分批、分量检测，以日期作为标准差进行平均值计算，且随机对这些误差问题加以处理。其次，准确分析，准确度作为保证临床质量的基础，一旦出现计算误差，极容易给临床治疗造成影响，甚至引发医疗纠纷和患者安全。再次，总误差：由于不紧密度和不准确度评估的误差问题，在监测系统中必须要提前分析有关检测接受性影响，针对接受不合理的环节及时的进行剔除。

2.1.3 其他内容分析

除了上述存在的两类检测内容之外，我们还需要对整个监测系统中的分析特异性、参考范围以及必要性加以总结。

2.2 评价目标

评价试验在进行之前监理明确、科学的目标至关重要，它直接决定着实验是否成功，是判定整個实验效益的基础。通常而言，在评价目标的设定中以：医学、管理学目标最为突出。医学目标主要是临床医生在检查中存在的可接受检查性能，如有检测项目引发的生理变异精密度等；管理学目标主要是检验部门自身接受检验的性能。

在目前的医学检验工作中，检验工作人员应当注意上述每一种目标的特点以及优劣性，虽然在过去研究中给出了明确的定义，但是由于实践和理论缺乏沟通和交流，使得大多数的目标都形同虚设，无法发挥应有的作用。

医学检验部门的管理人员还要还具备定量目标和评价、评估实验结果的能力，当定量目标结果产生误差的时候，医学检验部门工作人员能够在不使用证实性器械的基础上准确的断定误差产生原因。如果医学检验部门一直无法建立定量目标，那么整个检验分析工作的开展则必然会受到影响，最后可能会陷入困局。

2.3 实验类型

美国临床实验室标准化委员会现更名为临床和实验室标准化协会建议指南P查阅了联邦注册中的注释， 提出了不同类型的性能评价： （ 1） 建立（ estab l ish m ent）： 通常由制造商进行，在产品研发阶段用来描述其操作性能特征； （ 2） 证实（ vali dation） ：通常由制造商进行，确保其产品设备性能满足使用者 （如医学检验部门）的需求； （ 3） 确认 （ veri f ication ）： 通常由制造商进行，显示特殊的性能规格和一系列满足的规格； （ 4） 验证（ de monst rat i on）： 由医学检验部门进行，验证所使用系统获得预期性能方面的能力。不同评价实验的类型决定了评价实验方案的不同。简单来说，由制造商进行的建立、 证实或确认实验往往需要大型的、 相对复杂的实验方案，而由医学检验部门进行的验证实验的实验方案则要求简便、 实用、 易于操作。

2.4 评价方案

2.4.1 精密度 指重复检测值间的一致性， 代表着系统的随机误差。EP5 -A提供了精密度执行的评估方面的指导， 推荐 20 d内每天分 2次对同一质控进行分析。常用的精密度测量包括： 批内、 批间和总分析精密度的估计。CLI A 最终法规中强调了要进行批内及批间的精密度验证， 但对具体方案无明确要求。仪器厂商如强生公司的 V i tros系统验证实验方案中提出了精密度指数的概念。使用 V i tr os系统重复检测强生公司的生化质控品，计算批内变异系数， 与厂商声明的变异系数比较后得到精密度指数， 并以 1作为评价目标。如精密度指数< 1 ， 则 V it ros系统的精密度得以验证，仪器的随机误差在可控制范围之内；反之则需寻找原因解决问题重新进行验证实验。

2.4.2 准确度 即检测均值与真值的一致性， 它们的差异称为/偏倚0，亦即系统误差。度量准确度亦以不准确度即偏倚来表示。系统误差是组成总误差的重要部分。对于系统误差， 医学检验部门必须通过代表性的患者样本进行一个方法比较试验来确认。两者的主要区别在于样本的大小， EP15 -P要求最少 20个样本， EP9 - A 则需要 40个样本。CLI A 最终法规中要求将所使用的检测系统的准确度和厂商的准确度作比较。但不需进行复杂样本收集或方法学比较，可以通过检测市售的校准品和定值控制品、 具有确定值的能力比对试验调查样本、 具有检测结果的已检测的患者样本等。若这些样本的检测结果在厂商规定的限值内， 准确度可被确认。

3 结束语

总之，新的检测分析系统提供了改进医学检验部门检测质量并进一步保证测试结果的机会现今分析仪器的种类和分析的项目繁多， 描述分析的性能可能是件令人头痛的任务， 组织和协调资源是成功安装仪器的关键。一个好的计划将使医学检验部门更好地安排分析仪器的替换， 更好地进行仪器的验证， 以保证工作中高质量的测试而更好地服务于临床。

参考文献：

[1] 魏力强，李芒会.对离子选择电极法电解质分析仪性能评价指标的研究[J].现代检验医学杂志. 2007（05）

车辆空调性能实时检测系统研究 篇4

汽车工业中车内的空调能否随着周围空气质量的变化调节车内的环境,使驾驶员始终感到舒服是衡量汽车舒适性的一项重要指标。汽车空调检测是鉴定空调装置性能及汽车空调匹配性能,保证汽车舒适性的重要环节,也是使汽车空调发挥出最大功用的重要保证[1,2]。车辆空调性能实时检测系统主要对轿车内空调的温度、湿度、风速进行实时检测。

检测过程是在整车上进行,因汽车在检测线上移动,为现场布线带来了很大困难。因此,本研究采用无线传输方式进行实时采集,并在系统设计时优选检测传感器、数据处理机。在数据处理上,笔者采用多种复合方式进行处理,以期达到理想效果。

1 检测系统构成

系统的硬件构成方框图,如图1、图2所示。一般轿车上安装的空调,在正副驾驶位的正前方各有一个出风口,分别称左、右出风口。正副驾驶位之间有2个出风口,其中一个向车前方送风称为中出风口,一个向车后方送风称为后出风口[3]。设计时选择了4个风速传感器和温度传感器分别测量这4个出风口的风速、温度。对于车内湿度的测量,选用了一个湿度传感器。

2 系统结构

2.1 系统硬件

对于车内温度的测量,本研究所采用的是LTM8301温度测量模块,由于模块要求与上位机采用RS485通讯,而饼干电脑的串口为RS232通讯,在将模块接入电脑前,必须得进行两种通讯形式的转换。本系统使用的是RS232/RS485转换器。

本研究应用LTM-8301模块,配合LTM8802测湿探头对车内湿度进行测量。

测量风速的仪器QDF型热球风速计由热球式测头和测量仪表两部分组成,在这里只用了热球测头。

信号的无线传输是由抗干扰能力强、收/发一体的PTR2000模块实现的[4]。由于RS232是用正负电压来表示逻辑状态,而PTR2000以高低电平表示逻辑状态。在本系统中,采用MAX232芯片完成TTL与RS232之间的双向电平转换[5]。

2.2 系统软件

本研究对发送部分和接收部分分别进行编程,对于饼干电脑,笔者采用C语言对其编程并用于数据的发送,程序框图,如图3所示。对于工控机,采用Visual Basic对其编程,负责数据的接收、处理,其过程为:先设置波特率,初始化串口,再输入汽车VIN码,检验VIN码正确否,不正确再重新输入,如果正确,接收端接收信号。检验接收信号完成否,未完成则继续接收,完成则检验接收的数据正确否,不正确则从输入汽车VIN码重新开始,正确则读出风速、湿度、温度值并存入数据库,显示、画出曲线并打印,结束接收过程[6]。

在无线通讯中,为提高系统的稳定性以及信号传输的可靠性,必须从硬件和软件上提高系统的抗干扰性[7]。在本系统中,主要采用软件来抗干扰。在所要传送的数据前后分别加上标识符,接收时,只有检测到标识符才对数据进行处理,否则认为数据无效[8]。本系统中采用了多次平均滤波算法用于信号的平滑加工,具体做法是连续采样n次,并将第1点直至第n点依次连接,求出第1点与第2点的平均值(a10),第2点与第3点的平均值(a11)…第n-1点与第n点的平均值(a1n),然后求a10与a11的平均值…,依次类推。

通过滤波(计算平均值)使不规则点变成较为平稳的数据。信号的平滑程度取决于平均次数的选择,随着平均次数的增大,平滑度随之提高,而灵敏度降低。

在接收端采用循环冗余码差错检测法(CRC)进行差错检测。接收方如果发现错误,则回一信息,通知发送端该数据以前的信息均正确收到,要求重发该数据及其之后的信息;若没有发现错误,则不回送信息,由此来提高收/发效率[9]。

3 实时检测

系统主要测量轿车空调的4个出风口的温度、风速值和湿度值;在车间的温度26.5 ℃,湿度18.9%的条件下检测车内空调的制冷能力。启动发动机,使转速稳定在2 000 r/min,打开空调调至风速最大档处,关闭车窗,开始测量,检测时间为5 min。此时左、右出风口处用风速计测得的空气流速不少于4 m/s,左、右出风口风量偏差不超过2%。

在5 min的测试时间内,每隔30 s接收一组数据,每个性能指标测出10组数据。在测量出被测量(xi,yi)后,由待定系数法求得一简单拟合曲线y=φ(x),使:

${\displaystyle \sum _{i=1}^m[}\phi {}^{*}(x{}_i)-y{}_i]{}^2=\min$(1)

由此,可以由Matlab绘制空调各性能指标的拟合曲线。

3.1 空调温度调节拟合曲线

空调温度调节拟合曲线,如图4所示。

左出风口温度拟合方程为:

φ(x)=7e-0.5x2-0.061 2x+21.215(2阶拟合)R2

=0.997 3 (2)

右出风口温度拟合方程为:

φ(x)=5e-0.5x2-0.043 4x+17.661(2阶拟合)R2

=0.990 1 (3)

后出风口温度拟合方程为:

φ(x)=-0.017 6x+13.812(线性拟合)R2

=0.958 (4)

中出风口温度拟合方程为:

φ(x)=0.000 1 x2-0.067 7x+20.629(2阶拟合)R2

=0.986 9 (5)

3.2 空调湿度拟合曲线

空调湿度拟合曲线,如图5所示。

湿度拟合方程为:

φ(x)=0.000 1x2-0.064 7x+41.857(2阶拟合)R2

=0.9762 (6)

3.3 风速曲线的测量值

由于在测量过程中,风速档打到最大值,故只得出风速测量值。

空调的合格标准为:在上述条件下,5 min规定时间内温度降到9～14 ℃范围内,湿度达到30%～40%范围内。由图4、图5的拟合曲线可知,在上述的测量条件下,空调在3 min左右即可达到标准,也说明了研制的检测系统满足使用要求。

4 结束语

为满足生产实际中空调性能在线检测的要求,笔者研制了一套车辆空调性能实时检测系统。实际应用表明,本研究研制的检测系统使用方便,性价比高,在汽车行业中有很好的应用前景。然而本研究所提出的系统只对空调的温度、湿度、风速3个最为重要的指标作了检测,在以后的研究中,笔者拟对空调的其他性能进行研究并作检测,使系统逐步完善起来。

摘要：为满足生产实际中空调性能在线检测的要求,针对车辆空调性能的检测进行了研究,研制了一套在检测线上实时快速测量空调温度、湿度、风速等性能指标的系统。详细阐述了整个检测系统的硬件设计、软件设计、数据处理方法等,并在实地测量的基础上,得出了测量数据,绘制了相应的拟合曲线。实际应用表明,该系统使用方便、性价比高,具有广阔的推广应用前景。

关键词：汽车空调,串行通信,无线通信,CRC校验法

参考文献

[1]方贵银,李辉.汽车空调技术[M].北京:电子工业出版社,1999.

[2]郑明华.汽车空调原理、结构与维修[M].北京:机械工业出版社,1993.

[3]陈孟湘.汽车空调新世纪版[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.

[4]毋昌明,辛肖明.无线数据传输系统的设计[J].北京理工大学学报,1994,14(1):59-63.

[5]李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.

[6]邓善熙.在线检测技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996.

[7]REPPAPORTTS.无线通信原理与应用[M].蔡涛,李旭,杜振民,译.北京:电子工业出版社,1999.

[8]孙艳蕊,刘运妙.无线通讯网络可靠度的计算[J].计算机工程与应用,2001,37(6):32-34.

NTFS提高系统性能 篇5

一、簇的大小

根据NTFS卷要存储的文件的平均大小和类型来选择簇的大小，理想情况下，簇的大小要能整除文件大小(最接近的数值)，理想的簇的大小可以将 I/O时间降到最低，并最大限度地利用磁盘空间。注意无论在任何情况下使用大于4KB的簇都会出现一些负面影响，比如不能使用NTFS的文件压缩功能及浪费的磁盘空间增大等。

有几种方法可以判断文件的平均大小，一种方法是从“开始”菜单，选择“运行”命令，输入cmd，然后回车进入命令提示符状态，在命令提示符下输入命令chkdsk，可以得到这个卷上的文件数和已经使用的磁盘空间，用文件数去除以已经使用的磁盘空间大小，就可以得到理想的簇的大小。

另一种方法是使用性能监视器，方法如下：从“开始”菜单中依次选择“设置”-->“控制面板”-->“管理工具”-->“性能”命令，然后根据追踪逻辑磁盘对象的平均磁盘字节/传输，使用这种方法可以得到更为精确的文件总和的大小和存储在这个卷上的数据类型。

二、由FAT转换而来的NTFS

从FAT转换到NTFS的卷将失去NTFS的一些性能优点，主文件表MFT可能出现碎片，而且不能在根卷上设置NTFS的文件访问权限，

要检查主文件表MFT上是否有碎片，可以用下面的方法：

从“开始”菜单中，依次选择“程序”-->“附件”-->“系统工具”-->“磁盘碎片整理”，对一个驱动器进行分析，然后单击“查看报告”，将报告信息拖动到主文件MFT碎片部分，即可查看总的MFT碎片。

把一个FAT转换成NTFS后，簇的大小是512KB，增加了出现碎片的可能性，而且在整理碎片时需要花更多的时间，所以最好在最初的格式化时就选择NTFS文件系统。

三、碎片整理

即使上面所提到的主文件表MFT没有出现碎片，碎片整理也是必不可少的，当磁盘上出现碎片时，访问一个文件时就需要磁头做更多的运动，延长了读盘时间，极大地影响了系统性能，因此使磁盘上的碎片维持在一个较低的限度是提高NTFS卷的最重要因素，经常的运行碎片整理程序非常有必要。

四、压缩功能

将系统的性能调整到最佳状态 篇6

电脑速度变慢，通常软件的因素要大于硬件，除了各种软件的兼容性问题之外，还有系统和软件运行期间所产生的垃圾数据的影响。各种品牌电脑和由电脑城负责软硬件安装的组装电脑，由于系统中存在大量不必要的应用软件和各种软件的试用版，所以系统完全无法发挥其应有的性能，出现问题的机率也大幅攀升。

除此之外，电脑的硬件性能使用一段时间后也会变差。一个几乎被填满的硬盘响应速度会比一个刚开始使用的硬盘速度慢很多。长期缺乏维护的散热系统，风扇积聚大量的灰尘，散热系统无法发挥作用将会导致CPU降速运行。

性能检测系统 篇7

1 试验对象

1.1 保温材料

试验选取3种硬质聚氨酯泡沫, 分别按照GT 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分:室温试验》和GB 20284-2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》收报告2006对试样进行了氧指数和SBI试验, 保温材料的各性能参数如表1所示。

1.2 外墙薄抹灰保温系统

建筑外墙薄抹灰保温系统是建筑外墙保温节能的主要应用方式, 试验的外墙保温系统以硬质聚氨酯泡沫为保温材料, 按照GB/T 50404-2007《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》的施工要求, 用水泥砂浆将聚氨酯泡沫粘贴于试验墙体上, 并用螺钉将其固定, 表面铺设玻纤网格布并涂刷5mm厚聚合物水泥砂浆层。外墙保温系统结构形式如图1所示。

2 实体火灾试验

2.1 火灾场景

实体火灾试验以窗口火灾为基础, 主要模拟房间发生火灾, 当火灾发展到一定程度, 在高温火焰的作用下, 门窗玻璃破碎脱落, 房间内热烟气或火焰通过建筑外墙的窗户向外喷射, 对外墙保温系统产生热作用, 促使保温材料在高温下分解燃烧, 同时火焰顺着墙体竖向蔓延, 并对相邻楼层造成火灾隐患, 如图2所示。试验主要测试房间火灾发生轰燃后, 不同构造方式的外墙保温系统的燃烧情况及差异, 保温材料是否被引燃, 火灾能否造成火焰沿着外墙向上传播, 能否造成相邻楼层的房间着火, 能否在火灾条件下产生大面积的垮塌, 对火灾扑救人员构成威胁。

2.2 试验设施

以11层楼的实体建筑为试验场所, 燃烧室设定于2楼房间, 在建筑第2、3、4层外墙上按照实际施工工艺安装保温系统。3、4楼相邻楼层房间作为观察室, 房间外建造一堵附墙, 构成阴角结构。燃烧室开口尺寸为2 000mm×2 000 mm, 内部尺寸为2 300 mm×2 000 mm×1 050mm, 附墙宽度1 500mm。观察房间内部尺寸为3 600mm×3 500mm×5 000mm, 观察房间窗户开口尺寸2 200mm×1 500mm。以木垛作为火源, 木材共280kg。在3、4楼观察房间内模拟办公室场景, 布置了书桌、沙发、坐凳等, 书桌上摆放了书、报纸等可燃物, 窗户由3扇玻璃构成, 试验时开启1扇玻璃, 窗户上挂有窗帘。

试验过程中主要观察记录以下现象:火焰传播的速度和高度;试验后保温材料炭化或损毁的范围;对相邻楼层的影响。

试验过程中以热电偶测试以下不同位置的温度数据, 热电偶的布置示意图如图3所示。在主墙上3楼和4楼窗户下方100mm处的内部热电偶位于保温层的中心处;3楼和4楼观察房间窗口周围的温度;3楼和4楼观察房间内顶棚的温度;距离燃烧室开口上方2.5、5m处保温系统表面温度。

2.3 实体火灾试验数据及记录

2.3.1 试验过程中的现象

试验过程中主要记录火焰传播到不同高度的时间、最大火焰高度、观察室的破坏情况等。三组样品在试验过程中均未出现相邻楼层房间内可燃物被引燃的情况, 样品2外墙表面最大火焰高度最小, 约为4.0m, 样品1火焰高度约4.5m, 样品3火焰高度超过5.0m。

2.3.2 试验中不同位置的温度

试验过程中主要记录了以下不同位置的温度, 以每组试验中的最高温度作为比较。

(1) 燃烧室上方2.5、5.0m墙体表面温度, 如图4、图5所示。

(2) 3楼、4楼窗口下方100mm处保温层内部热电偶温度, 如图6、图7所示。

(3) 3楼、4楼观察房间窗口周围热电偶温度, 如图8、图9所示。

(4) 观察房间内顶棚温度, 如图10、图11所示。

2.3.3 外墙保温系统表面损毁情况

试验后, 拆除保温系统外部抹面砂浆覆盖层, 燃烧室上方的聚氨酯泡沫均出现了部分烧损、脱落、局部炭化后的泡沫垮塌露出墙体的现象;泡沫炭化深度随着墙面高度逐渐递减, 如图12所示。从图12可以看出, 样品1炭化高度约3.0m, 样品2炭化高度约2.5m, 样品3炭化高度约4.0m, 炭化高度:样品2<样品1<样品3。在试验主墙和副墙上, 保温泡沫在厚度方向完全炭化损毁的面积, 样品1约2.5m2, 样品2约2.0m2, 样品3约4.0m2, 炭化范围:样品2<样品1<样品3。

3组实体火灾试验中, 3楼观察房间窗户玻璃部分炸裂, 窗框部分燃烧垮塌, 窗帘在火焰作用下收缩变形, 试验过程中没有引燃3楼室内可燃物;样品1和样品3在试验过程中, 4楼观察房间的玻璃及窗框部分损毁, 样品2的4楼玻璃、窗框及窗帘保持良好。

3 试验结果及分析

硬质聚氨酯外墙保温系统由于表面是一层抹灰砂浆, 在火灾条件下对火焰具有一定的抵制作用, 但是随着火灾规模的增大, 聚氨酯泡沫在火焰的热作用下会分解出可燃气体, 可燃气体被点燃, 产生的火焰又反作用于保温系统。由于聚氨酯是热固性材料, 在火焰作用下首先炭化并在表面形成炭化层, 炭化层具有一定阻燃作用, 但随着火焰的增大, 炭化层会逐渐开裂, 暴露出底层的聚氨酯泡沫, 因此在燃烧室上方火焰直接作用的区域, 聚氨酯保温层在试验过程中燃烧炭化损毁较大, 部分炭化层脱落暴露出基层墙体。聚氨酯炭化层随着墙体高度增加, 炭化深度逐渐减小。由于选取的保温材料燃烧性能不同, 在实体火灾中所表现出的火焰传播、对相邻楼层的影响以及最终的燃烧损毁程度也不相同。

试验所选取的聚氨酯泡沫, 样品1的燃烧性能等级为C级, 样品2为B级, 样品3为D级, 燃烧性能等级为:样品2<样品1<样品3。对比保温系统样品1和样品2, 聚氨酯泡沫为B级的保温系统样品2, 在实体火灾中防火性能明显好于样品1。

对比保温系统样品1和样品3, 由于样品3在试验过程中火焰蔓延高度高于5.0m, 样品1约4.5m, 所以外墙保温系统表面2.5、5.0m处, 样品1的温度小于样品3。但是从相邻楼层窗口周围的温度和顶棚温度可以看出, 样品1的温度大于样品3, 这是由于样品1保温材料厚度为100mm, 样品3厚度为50mm, 在试验过程中, 保温泡沫受热分解的总量样品1可能大于样品3。但是对比样品2和样品3的相邻楼层观察房间内顶棚温度, 样品2的顶棚温度小于样品3。相邻楼层观察房间内顶棚温度也反映了保温材料燃烧过程中释放的热量, 一般认为房间顶棚温度高于200℃, 就容易造成房间内可燃物的燃烧。试验中3组样品均未超过200℃。

样品3由于聚氨酯泡沫燃烧性能为D级, 且泡沫厚度只有50mm, 所以在试验过程中燃烧损毁的面积最大, 3楼窗口下方的聚氨酯泡沫基本完全燃烧, 因此泡沫内部温度明显大于其他两个样品, 而样品1和样品2的聚氨酯泡沫只是表面炭化, 泡沫内部温度很低。

参考文献

[1]GB/T 50404-2007, 硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范[S].

[2]GB/T 2406.2-2009, 塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分:室温试验[S].

卡丁车制动性能检测系统设计 篇8

目前, 汽车制动性能检测主要有路试法和台式法两种。路试法对试验路面及实验条件 (包括天气状况等) 有着特殊的要求, 且只能对汽车的制动性能做出定性分析, 而不能得出定量数据, 因此, 适用范围较小。而台式法不受实验条件的限制, 可在室内对汽车进行检测分析, 并可得出定量的检测结果, 且实验重复性好, 因此, 得以在国内外被广泛应用。目前国内在用的车辆制动性能检测设备绝大部分采用的是日本式与欧洲式结构的检测设备, 其中又以前者居多。制动检测台常见的分类方法有按测试原理不同, 可分为反力式和惯性式两类, 按检测台支撑车轮形式不同, 可分为滚筒式和平板式两类, 按检测参数不同, 可分为测制动力式、测制动距离式和综合式按检测台的测量、指示装置传递信号方式不同, 可分为机械式、液力式、和电气式三类, 按检测台同时能测车轴数不同, 可分为单轴式、双轴式和多轴式三类。从市场产品分类上讲, 大致分为两类, 一类是简易流动检测站, 它是采用车载简易便携式测试仪器, 在进入测试现场后, 将车内的仪器移到地面, 使被检车辆通过这些测试仪器, 完成各项安全性能指标的检测。另一类是载体式流动检测站, 它的各种检测设备与车体刚性联接, 当被检车辆通过车体上的检测台时, 便可直接检测车辆的各项安全性能指标。现今我国各检测站所使用的制动力检测设备大致有单轴反力式滚筒制动检测台、惯性式制动检测台、平板式制动检测台。

二、卡丁车制动性能检测试验台的设计

2.1卡丁车相关参数计算

根据GB7258-2004《机动车运行安全技术条例》的规定, 在用车制动性的检测指标主要有:汽车制动力、制动距离、制动减速度、制动协作时间及制动时的方向稳定性。

已知卡丁车车轮直径d=500mm, 车体重量m=180kg, 卡丁车速度v=30km/h, 车宽w=200mm, 假设驾驶员重量m=60kg, 制动允许的制动距离为35m以内, 跑偏量600mm。为简化飞轮的设计, 本检测平台把飞轮作为滚筒的一部分, 即把卡丁车的平动动能全部用滚筒的转动动能来模拟, 通过计算, 得到滚筒的相关尺寸:长度l=500mm, 直径d=216.82mm。

2.2试验台设计

基于现有的检测试验平台, 根据上述计算结果, 利用CAD软件对惯性式制动使试验台进行设计, 为了便于观察所设计惯性式试验台内部结构, 将下车通路一区后的效果图如下所示:

为了模拟实际路况, 测量卡丁车的跑偏距离, 卡丁车行驶时两侧车轮速度相同, 当车辆刹车之后, 依据实际情况, 两个轮子速度不同。这就要求在电动机驱动时, 两个滚筒的转速相同, 而当电动机停止驱动时, 两个滚筒的转速不同。所以, 该惯性式试验台测试系统采用离合器连接两侧的滚筒:当电动机驱动滚筒转动时, 离合器起连接轴作用, 保证两侧四个滚筒转速相同;当电动机停止驱动时, 离合器作用, 断开两侧轴的连接, 两侧滚筒分别在摩擦力及其他因素作用下至停止转动, 以此测定卡丁车的跑偏距离。

该惯性式试验台采用单电机作为整个试验台的驱动, 通过转轮和皮带来传送动力, 以此来保证四个滚筒在电机驱动时滚筒转速是相同的, 与实际相符。

2.3测试过程简述

试验时, 被检车驶上试验台, 并将两主动轮分别置于左右两滚筒组之间。发动机启动并通过传动齿轮组带动与滚筒相连的传动轴转动, 前后两滚筒通过链式传动机构同时转动, 此时按被检车辆行驶时的惯性等效质量配置的飞轮也一起旋转。当达到试验转速时, 断开离合器1以卸去该检测机构动力, 同时断开离合器2以将左右两轮的检测机构分离。同时被检车紧急制动, 车轮制动后, 滚筒飞轮依靠惯性继续转动, 但在车轮跟与滚筒的摩擦下最终停止转动。滚筒能转动的圈数相当于车轮的制动距离, 滚筒转动圈数由装在滚筒端部的光电传感器转变为电脉冲送入计数器记录。通过对传感器得到的电信号的分析及处理, 我们可以得到左右两轮各自的制动距离, 并可以得到两轮的相对偏差。

三、检测台控制系统元件的选择

综合考虑检测距离、检测精度及价格因素, 我们选择松下神视 (SUNX) EX-40限定反射型光电传感器, 市场价约180元/套。

变频器是把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置。为保证变频精度以保证电机转速调节的精准度, 同时考虑变频倍数范围及反馈装置的复杂程度等综合因素, 我们选用台创变频器, 市场价约400元。

数据采集卡是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号, 送到上位机中进行分析处理。计数接口卡是一种连接传感器与PC连接的专用接口, 用于记录脉冲数。本文采用的数据采集卡为MPS-010602。

参考文献

[1]赵英勋《汽车检测与诊断技术》机械工业出版社2008.2

[2]曹健《中南汽车运输》中《汽车制动性能的检测》1998.6第2期

[3]李冰《汽车制动性能仿真与动态检测技术研究》东北林业大学硕士学位论文2005.5

工程机械液压工作装置性能检测系统 篇9

液压传动系统广泛应用于现代工程装备中[1], 工程机械液压工作装置性能好坏是评价其作业能力的一个重要指标, 对其进行性能检测与分析是进行装备调试、维修与验收的依据[2]。

工程机械液压工作装置性能检测系统主要用于装备的液压驱动装置动力性能检测和内泄性能检测, 实现液压工作装置作业性能的评估[3,4]。该性能检测系统的基本原理是通过传感器测量工作装置输出的作用力, 把其输出的电压信号转变为电流信号, 通过分析电流信号的大小评价工程机械液压工作装置性能。

1 系统硬件结构

1.1 系统总体结构

液压工作装置性能检测系统主要由台架、操作控制模块、信号采集与处理模块等三部分组成。台架为承载体, 操作控制模块为辅助检测的部分, 信号采集处理模块为系统检测部分, 三者相互联系, 形成机电一体、信号检测和强电控制一体的检测系统, 其整体结构组成如图1所示。

台架集成了摩擦力检测装置、重量检测装置、前推力检测装置、左 (右) 摆力检测装置、上拉力检测装置、综合力检测装置等不同的作用力检测装置, 以及沉降量检测装置, 用于检测装备各液压工作装置产生的作用力。

操作控制模块由检测操作控制柜和电机控制柜构成。检测操作控制柜主要实现检测流程的操作控制, 电机控制柜主要实现对升降台电机的控制。

信号采集处理模块完成信号的采集、调节、输出和处理。该部分包括力传感器、电子尺、变送器、控制器和检测软件等。力传感器分布在台架的相应位置, 检测力信号, 电子尺检测位移信号, 变送器把信号变换成标准电流信号输出给控制器TTC60, 控制器TTC60以CAN总线通信, 最终保存判断检测信号值。检测软件实现对检测信号的处理和检测控制。

1.2 系统检测装置

系统监测装置由摩擦力检测装置、重量检测装置、前推力检测装置、左 (右) 摆力检测装置、上拉力检测装置、综合力检测装置等不同的作用力检测装置以及沉降量检测装置组成。

1.2.1 摩擦力检测装置

如图2所示的检测台体为摩擦力检测装置, 由槽钢焊接而成, 总体重量约10 t, 台体表面由3块钢板覆盖, 额定承重150 t。当装备以一定速度驶入检测台体后紧急制动, 通过分布在台体前方的传感器测量装备对台体的摩擦力。

摩擦力检测装置除用于摩擦力检测外, 还用于重量和综合力的检测。重量检测时, 将装备驶入检测台体中心位置停稳, 利用分布其下的重量传感器测量装备的重量;检测综合力时, 装备底盘处于台体上, 工作装置对检测装置施加任意方向的力, 通过多种传感器测量不同方向的力信号, 即可测出综合力的大小。

1.2.2 前推力检测装置

如图3所示的挡推板为前推力检测装置。前推力检测装置用以检测工作装置执行前推动作时产生的推动力, 如推土机铲刀工作时的推力。前推力检测装置利用设计在其内部的拉压传感器实现对装备工作装置推力的检测。

1.2.3 左 (右) 摆力检测装置

如图4所示的升降台为左 (右) 摆力检测装置, 其下安装有电机。电机主要是在左 (右) 摆力检测前, 举升升降台满足检测条件, 检测结束后, 再把升降台下降至设定高度。升降台重量为300 kg, 根据性能要求和市场产品, 选用郑州神力电机有限公司的YD系列三相异步电机, 如图5所示。

左 (右) 摆力检测装置分别位于检测台体的左 (右) 两侧, 通过置于其中的传感器测出装备工作装置左右摆动时的摆力。工作时, 电机将升降台举升至一定高度, 并在台体下面合适位置安装上下限位开关, 限位开关通过控制电机开闭来控制检测装置行程;不工作时, 摆力检测装置处于降下状态。

1.2.4 上拉力与沉降量检测装置

如图6所示的装置为上拉力和沉降量检测装置, 由索链、固定板、传感器、电子尺、配重等组成。

索链用于固定装备工作装置, 固定板用于固定索链和传感器, 有配重作为上拉力及沉降量检测的恒定负载。在沉降量检测中, 由于装备工作装置性能的不同, 需要选择相应的配重作为负载。

2 检测软件系统

依据工程机械工作装置的主要参数、工作装置液压系统结构层次划分、系统结构及控制关系, 对液压工作装置性能检测系统的检测流程及软件进行开发设计。图7为液压工作装置性能检测系统各组成部分在检测过程中的工作流程图。

液压工作装置性能检测系统软件是实现液压工作装置性能检测的核心功能软件, 包括初始界面、检测系统主界面、检测界面, 数据管理模块, 系统管理模块等, 是实现液压工作装置性能检测的核心功能软件, 并提供强有力的数据存储和查询功能。软件系统主界面和检测界面如图8所示。

3 结论

给出了工程机械液压工作装置性能检测系统的软、硬件系统结构。系统主要由台架、操作控制模块、信号采集与处理模块组成, 台架为承载体, 操作控制模块为辅助检测的部分, 信号采集处理模块为系统检测部分, 三者相互联系, 形成机电一体、信号检测和强电控制一体的检测系统。该系统能对工程机械液压驱动系统的动力性能检测和内泄性能进行有效检测, 可为液压工作装置的调试、维修与验收提供依据。

摘要：为有效分析工程机械的工作装置性能, 设计了工程机械液压工作装置性能检测系统。系统主要由台架、操作控制模块、信号采集与处理模块三部分组成, 形成信号检测与强电控制一体的机电系统。系统满足工程机械液压驱动系统的动力性能检测与内泄性能检测要求, 为液压工作装置性能评估奠定了基础。

关键词：工程机械,液压工作装置,检测系统

参考文献

[1]夏海南, 葛建人, 陈明宏.液压机械传动在工程机械上的应用[J].工程机械, 2000 (3) :17-19.

[2]杨建平.ZY65履带式装载机液压系统性能测试与故障分析[D].长春:吉林大学, 2003.

[3]李阳, 王龙, 姜继海.工程机械液压缸内外泄漏模拟实验[J].机床与液压, 2012, 40 (12) :5-9.

性能检测系统 篇10

1 HPC系统性能评测指标

在评测高性能计算系统时,有以下4种基本性能指标[1]:系统规模、系统峰值、网络带宽和网络延迟,表1给出了高性能计算系统基本性能参数。对于高性能计算应用的性能评价,则还有计算规模、计算时间、计算效率、并行加速比等评价指标。

高性能计算机系统的基本参数指标,往往回答不了用户关心的问题。而且,由于处理器结构、存储层次结构、互联网络拓扑等的差异,系统规模、系统峰值、网络带宽与延迟等单一性能指标也确实难以表征系统的综合性能,因此需要进一步作高性能计算系统的综合性能评测。

2 HPC系统性能评测方法

高性能计算系统性能评测方法主要包括基准测试和实际工作负载驱动测试两类。基准测试[2]是指利用业界开发的多种基准测试程序来测试高性能计算系统的性能指标,一般都是针对系统某方面或某分系统性能进行测试,反映系统某一特定方面的性能指标。基准测试程序是用户理解系统性能比较直接的方式。作基准测试程序时,还需要考虑数据集以及运行规模等方面的问题。

在性能评测中实际工作负载驱动测试也是一个极其重要的测评指标。实际工作负载驱动测试[3]是指采用用户自己的业务应用程序进行实际的测试。通常高性能计算机的峰值性能与实际应用/实测可获得的性能仍然存在很大的差异。峰值性能是指在理想情况下计算机系统可获得的最高理论性能值,它不能反应系统的实际性能。在性能测评中实际工作负载驱动测试是一个极其重要的测评指标。

3 系统性能评测方案设计

气象数值预报是高性能计算应用的一个传统领域,复杂的气候三维模型对高性能计算有着巨大需求。省级气象行业的主流数值预报模式的类型主要有中尺度非静力格点模式M M 5(Mesoscale Model5)、WRF(Weather Research and Forecasting)、中国新一代数值预报模式GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)以及区域气候模式Reg CM等等。这些气象数值预报模式的特点是计算量巨大、通讯极为密集、实时性强,因此在测试方案设计上,需要重点关注并测试高性能计算机系统的高性能浮点处理能力、高性能网络环境和系统的高稳定性这3个主要方面。

在建设气象高性能计算系统过程中,采用了以实际数值预报模式测试为主、基准测试为辅的综合测试方案。充分了解气象应用领域对高性能计算系统的需求,利用实际工作应用程序进行测试更有针对性,更具实用价值,为气象部门购买高性能计算机系统提供依据。各项测试分为非优化测试和优化测试。非优化测试便于考察集群对原代码的适应性。优化测试可以让厂家充分展示机器潜在性能的机会,在测试厂家的技术实力的同时,也获得厂家的优化代码,以便有效地构建满足特定应用需求的高性能计算机系统。

气象高性能计算系统测评方案具体分为应用测试、基准测试、功能测试和测试题4个部分。通过对两个气候和气象预报模式的测试,来验证和确定厂家的高性能计算机是否适合气象数值预报目标系统的性能规模和内存配置;利用基准测试程序来测试系统的相关性能指标,如单CPU性能、I/O速度、结点互连网速度、通信延迟、内存带宽等等。

4 系统性能评测结果分析

4.1 测量时间分析

时间是高性能计算机性能测量的主要标准。测量某一任务所花的全部时间称响应时间。响应时间[4]也称墙钟时间或周转时间。响应时间=CPU时间(用户+系统)+I/O时间+通信时间。一个程序的CPU时间包含用户CPU时间(执行程序的时间)和系统CPU时间(操作系统的开销)。系统性能对应于响应时间,而CPU性能对应于用户CPU时间。

从实际业务运行时间与峰值速度的比较图1中可以看到:高性能计算机的峰值性能与业务实际应用可获得的性能存在较大的差异。如图1中所示,公司B的HPC系统运行提供的实际业务应用模式所需的墙钟时间是最少的,但是它的理论峰值速度却不是最高的。相反,公司C的理论峰值速度很高,但是运行实际业务程序所需的时间却较长。

针对这个问题,笔者对应用程序进行了深入分析。应用程序中选取了有代表性的国家气象局新一代数值气象预报系统GRAPES程序为例进行分析。图2和图3是对GRAPES程序的点对点通信分析的结果,分别描述了消息大小分布和消息目的进程分布的情况。通过对应用的通信模式进行分析,可以发现,GRAPES程序中点对点通信的消息大小集中在100 KB到1 MB之间,并且0号进程与所有的进程进行通信,GRAPES的通信操作较频繁,说明这个程序对系统的通信性能要求较高。

公司B的HPC体系结构,每个节点都是16路的SMP架构。所以对于Graps、WRF等气象应用模式,都可以采用MPI+OpenM P的方式,即在机群系统中,节点和节点的通讯采用MPI的方式,而每个节点内部进程的通讯方式则采用OpenM P的方式进行。这样,减少了进程间通信的时间,从而获得了更高的应用性能。通过实测表明,特别是在测试硬件规模增大时,其性能优势越发明显。而公司C的HPC配置是每个节点都是8路,采用的是单纯MPI的方式,即所有进程间的通讯都是采用消息传递的方式(即MPI方式)进行。因此,系统的响应时间较公司B的慢。所以,大家在定购高性能计算机时要避免被所宣传的峰值性能误导而忽略实际可获得的应用性能。

4.2 加速比分析

加速比是并行处理系统性能的主要评测指标。理想的加速比是线性的,但实际的加速比则是逐渐偏低于线性值。理想的应用程序获得的效率与系统规模无关,能保持恒定值。但实际的应用程序获得的效率是随着规模的增大而逐渐降低,不能保持恒定。

笔者对涉及可扩展性测试的项目逐项绘制加速比效率图。从中可以直观地发现在高性能计算机并行性能方面,各高性能计算机产品之间存在一定的差距。图4是测试WRF气象数值预报模式四重嵌套时各公司HPC系统的加速比。从中可以发现,公司A的可扩展性最好。公司C的可扩展性较差,到320以上进程时加速比就没有提高,达不到测试要求。因此,加速比性能指标仍然是HPC系统性能评价的重要指标。

4.3 配置分析

在规定时间内运行完给定程序可以测到所需的最小系统配置。对于运行业务模式的业务系统,配置分析很重要。配置值可用于确定采购的系统规模、估算或推算价格、硬件运行的能耗。

4.4 管理软件效率分析

在测试中,有些系统并没有配备有效的管理软件功能(例如断点重启和分时调度功能),而有些系统配备了但开销很大,效率较低。只有了解管理软件/工具的效率,才能更有效地使用它们。因此,要计算出用于管理开销时间与程序总运行时间的比值,即管理软件开销比率。随着高性能计算机的不断发展,系统的可靠性、易管理性也将逐渐成为衡量并行计算机的重要指标。

5 结语

对应用程序进行分析能够让大家了解该应用领域的程序特点,了解程序对系统各部件的不同需求,为用户评测和购买高性能计算机系统提供依据。因此,对选取的典型应用程序进行特征分析是进行高性能计算机性能评测技术的一个关键步骤。

在气象应用领域,制定以实际预报模式为主、基准测试为辅的综合测试方法,并把这种综合的测试方法用在气象领域的高性能计算机的引进中。在技术上,测试结果用以确定招标的技术参数、机器的规模;在经济上,能使人们用最少的经费购置到最合适的系统。实践经验告诉人们,高性能计算的性能指标用实际应用测试是最真实、可靠,最反映实际需求也最具有说服力的。高性能计算系统的订购决策应该以是否满足用户需求为最重要的标准。

摘要：在实际工作中,通常不同的应用需求决定高性能计算机的峰值性能可用的属性。订购一个高性能计算机时,大家应避免被其峰值性能误导而忽略了实际应用中的性能需求。在这篇文章中,笔者介绍了HPC(高性能计算)系统评价理论和评价方法并根据气象应用的特点,设计了HPC系统的排序评价方案。最后,给出了具体的评价结果并指出这些因素如何影响工作性能。

关键词：高性能计算,加速比,性能评价

参考文献

[1]Wang Li,Bai Xin.The Design and Performance Analysis for A Real-time Cluster System[J].Computer Engineering and Applications,2006,43(18):120-122.

[2]T H Dunigan,M R Fahey,JB White.et al.Early Evaluation of the Cray X1[C]//Supercomputing,2003ACM/IEEE Conference.2003.

[3]Hong Wen-dong.High Performance Computer Development and Meteorological Applications[J].Computer Engineering and Applications,2004,40(5):32-35.

[4]Yin Xin-chun,Xie Li.Strategy in Choosing the best number of processors[J].Computer Applications,2003,4(23):14-15.