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本月,騰訊訴奇虎的案件以奇虎賠償騰訊500萬(wàn)元而終結(jié)后,3月初的《互聯(lián)網(wǎng)不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)案件觀察報(bào)告》將自2004年以來(lái)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)涉及的不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)案件做了統(tǒng)計(jì),共有79件相關(guān)案件。所涉及的不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)行為主要存在以下幾種:就安全產(chǎn)品來(lái)說(shuō),主要存在阻礙軟件安裝、阻礙軟件運(yùn)行、破壞軟件、誘導(dǎo)卸載軟件、惡意卸載軟件、安裝惡意插件、詆毀商譽(yù)等;網(wǎng)站經(jīng)營(yíng)主要涉及商業(yè)混同、侵犯商業(yè)秘密、擅自使用內(nèi)容、詆毀商譽(yù)等;搜索服務(wù)主要涉及篡改搜索結(jié)果、詆毀商譽(yù)、商標(biāo)侵權(quán)、擅自使用其他企業(yè)名稱(chēng)等。其中大部分不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)案件的共同特點(diǎn)是,平均賠償金額較低,除騰訊訴奇虎“扣扣保鏢”案被判賠償500萬(wàn)元外,其余案件平均賠償數(shù)額僅為156690元。這其中,不僅僅是因?yàn)榉ǘㄙr償額過(guò)低造成的,原告損失和被告獲利證據(jù)不足,也是導(dǎo)致判賠過(guò)低的一大因素。
在騰訊訴奇虎“扣扣保鏢”案中,奇虎公司兩次借用“消費(fèi)者”的名義為其行為做正當(dāng)性辯護(hù),而在審理該案中,兩級(jí)法院的判決并未忽視對(duì)消費(fèi)者權(quán)益的關(guān)切,而是立足于反不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)法的價(jià)值本身,從保障消費(fèi)者的“知情權(quán)”和“選擇權(quán)”的角度,對(duì)相關(guān)行為是否構(gòu)成不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行了深入剖析。
而在百度奇虎不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)案中,更主要的是涉及到“robots協(xié)議”與公平競(jìng)爭(zhēng),這也是引發(fā)爭(zhēng)議的關(guān)鍵點(diǎn)。據(jù)了解,“Robots協(xié)議”旨在推動(dòng)尊重信息提供者意愿,保護(hù)網(wǎng)站及其使用者的信息和隱私。百度以“Robots協(xié)議”白名單方式將奇虎360搜索引擎排除在百度知道、百度貼吧、百度文庫(kù)等訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限之外,是否超出了合理限度?行業(yè)默認(rèn)的“Robots協(xié)議”究竟有怎樣的效力?
關(guān)鍵詞:Web服務(wù)器;Logging;攻擊
中圖分類(lèi)號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2010)17-4640-02
Finding out and Analysis Information of Attacking in Server of Web
YAO Kai-rong
(Jingzhou Vocation and Technical College,Jingzhou 434100,China)
Abstract: Looking over server logging of Web prevents a kind of basic method to attack and invading effectively. This text explains mainly how to find out , analyse the mark attacked and invading in numerous information through server logging of Web, provide the concrete instance.
Key words: Web server; logging; attack
隨著Internet上Web服務(wù)的發(fā)展,很多單位都建立有自己的網(wǎng)站。與此同時(shí),他們?cè)诰W(wǎng)站建設(shè)和管理中都會(huì)遇到各種各樣的安全問(wèn)題。因?yàn)楣芾鞼eb網(wǎng)站不只是監(jiān)視其速度和內(nèi)容傳送,更重要的是了解對(duì)這些Web網(wǎng)站的外來(lái)訪(fǎng)問(wèn),跟蹤包含有攻擊和入侵的“幕后”數(shù)據(jù)等。而這些要求都可以通過(guò)對(duì)Web服務(wù)器Logging的查看和分析來(lái)做到。由于Web服務(wù)是Internet所提供的最豐富的服務(wù),各種Web服務(wù)器自然受到的攻擊最多,雖然有很多措施防止遭受攻擊和入侵,但查看Web服務(wù)器的logging仍然是最直接、常用又有效的一種方法。由于Web服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),logging十分龐大,因此查看logging是件很繁瑣的事情,如果抓不住重點(diǎn),攻擊線(xiàn)索就容易被忽略。
本文從兩類(lèi)Web服務(wù)器Apache和IIS的logging分析入手,介紹如何通過(guò)Web服務(wù)器logging,在眾多信息里查找、分析攻擊和入侵的痕跡,找出漏洞,防范攻擊,從而加強(qiáng)Web服務(wù)器的安全。
1 Web服務(wù)器logging分析的原理
Web服務(wù)器logging記錄了服務(wù)器接收處理請(qǐng)求以及運(yùn)行錯(cuò)誤等各種原始信息。通過(guò)進(jìn)行l(wèi)ogging統(tǒng)計(jì)、分析,就能有效地掌握服務(wù)器的運(yùn)行狀況,發(fā)現(xiàn)和排除不安全因素,更好地加強(qiáng)系統(tǒng)的維護(hù)和管理??蛻?hù)端(瀏覽器)訪(fǎng)問(wèn)WEB服務(wù)器時(shí)logging的記錄過(guò)程為[1]:
1)客戶(hù)端和Web服務(wù)器建立tcp連接,連接建立以后,向Web 服務(wù)器發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求,根據(jù)HTTP協(xié)議,該請(qǐng)求中包含了客戶(hù)端的IP地址、瀏覽器類(lèi)型、請(qǐng)求的URL等一系列信息。
2)Web服務(wù)器收到請(qǐng)求后,將客戶(hù)端要求的頁(yè)面內(nèi)容返回到客戶(hù)端。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤,那么返回錯(cuò)誤代碼。
3)服務(wù)器端將訪(fǎng)問(wèn)信息和錯(cuò)誤信息記錄到logging里。在客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求里包含了很多有用的信息,例如:客戶(hù)端類(lèi)型等等。最后,Web服務(wù)器將請(qǐng)求的Web頁(yè)內(nèi)容返回給客戶(hù)機(jī)。
Logging記錄客戶(hù)端的IP地址、訪(fǎng)問(wèn)發(fā)生的時(shí)間、訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求的頁(yè)面、Web服務(wù)器對(duì)于該請(qǐng)求返回的狀態(tài)信息、返回給客戶(hù)端的內(nèi)容的大小、該請(qǐng)求的引用地址、客戶(hù)瀏覽器類(lèi)型等信息。對(duì)于IIS,其默認(rèn)記錄存放在c:winntsystem32logfilesw3svc1,文件名就是當(dāng)天的日期,記錄格式是標(biāo)準(zhǔn)的W3C擴(kuò)展記錄格式,可以被各種logging分析工具解析,默認(rèn)的格式包括時(shí)間、訪(fǎng)問(wèn)者IP地址、訪(fǎng)問(wèn)的方法、請(qǐng)求的資源、HTTP狀態(tài)等。對(duì)于其中的HTTP狀態(tài),200-299表示訪(fǎng)問(wèn)成功;300-399表示需要客戶(hù)端反應(yīng)來(lái)滿(mǎn)足請(qǐng)求;400-499和500-599表示客戶(hù)端和服務(wù)器出錯(cuò);其中常用的如404表示資源沒(méi)找到,403表示訪(fǎng)問(wèn)被禁止。Apache的默認(rèn)記錄存放在/usr/local/apache/logs,其中最有用的記錄文件是access_log,其格式包括客戶(hù)端IP、個(gè)人標(biāo)識(shí)、用戶(hù)名、訪(fǎng)問(wèn)方式、HTTP狀態(tài)、傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)等。
2 Web服務(wù)器logging分析的方法、步驟
1) 信息收集
非法攻擊Web服務(wù)器通常先收集信息,然后通過(guò)遠(yuǎn)程命令分步實(shí)施入侵。我們模擬使用的工具是netcat,Web服務(wù)器IP為10.10.20.8,客戶(hù)端IP為10.10.20.11。
C:>nc -n 10.10.20.8 80
HEAD / HTTP/1.0
HTTP/1.1 200 OK
Server: Microsoft-IIS/4.0
Date: Sun, 07 Oct 2005 14:31:00 GMT
Content-Type: text/html
Set-Cookie: ASPSESSIONIDGQQQQQPA=IHOJAGJDECOLLGIBNKMCEEED; path=/
Cache-control: private
在IIS和Apache的logging顯示如下:
IIS: 15:08:44 10.10.20.11 HEAD /Default.asp 200
Linux: 10.10.20.11- - [07/Oct/2005:15:56:39 -0700] "HEAD / HTTP/1.0" 200 0
以上的活動(dòng)看上去很正常,也不會(huì)對(duì)服務(wù)器產(chǎn)生任何影響,但通常是攻擊的前奏。
2) 站點(diǎn)鏡像
攻擊服務(wù)器通常通過(guò)鏡像一個(gè)站點(diǎn)來(lái)進(jìn)行,常用鏡像工具有Windows下的Teleport pro和Unix下的Wget。
下面是使用這兩個(gè)工具后服務(wù)器logging里的部分信息:
16:30:52 10.10.20.11 GET /Default.asp 200
16:30:52 10.10.20.11 GET /robots.txt 404
16:30:52 10.10.20.11 GET /header_protecting_your_privacy.gif 200
16:30:52 10.10.20.11 GET /header_fec_reqs.gif 200
16:30:55 10.10.20.11 GET /photo_contribs_sidebar.jpg 200
16:30:55 10.10.20.11 GET /g2klogo_white_bgd.gif 200
16:30:55 10.10.20.11 GET /header_contribute_on_line.gif 200
16:32:01 10.10.20.12 GET /Default.asp 200
16:32:01 10.10.20.12 GET /robots.txt 404
16:32:01 10.10.20.12 GET /header_contribute_on_line.gif 200
16:32:01 10.10.20.12 GET /g2klogo_white_bgd.gif 200
16:32:01 10.10.20.12 GET /photo_contribs_sidebar.jpg 200
16:32:01 10.10.20.12 GET /header_fec_reqs.gif 200
16:32:01 10.10.20.12 GET /header_protecting_your_privacy.gif 200
10.10.20.11是使用Wget的Unix客戶(hù)端,10.10.20.12是使用Teleport pro的Windows客戶(hù)端,都請(qǐng)求robots.txt文件,該文件是請(qǐng)求沒(méi)被鏡像所要用到的,所以看到有對(duì)robots.txt文件的請(qǐng)求,即表明有鏡像的企圖。當(dāng)然,在Wget和Teleport pro客戶(hù)端,可以人為禁止對(duì)robots.txt文件的訪(fǎng)問(wèn),這時(shí),其辨別可以看是否有從同一IP地址來(lái)的重復(fù)資源請(qǐng)求。
3) 漏洞掃描
隨著攻擊的發(fā)展,我們可以用一些Web漏洞檢查軟件(如 Whisker)檢查已知曉的各種漏洞。下面是運(yùn)行Whisker的IIS和Apache的相關(guān)記錄:
IIS
12:07:56 10.10.20.12 GET /SiteServer/Publishing/viewcode.asp 404
12:07:56 10.10.20.12 GET /advworks/equipment/catalog_type.asp 404
12:07:56 10.10.20.12 GET /iisadmpwd/aexp4b.htr 200
12:07:56 10.10.20.12 HEAD /scripts/tools/newdsn.exe 404
12:07:56 10.10.20.12 HEAD /msadc/msadcs.dll 200
12:07:56 10.10.20.12 HEAD /scripts/proxy/ 403
12:07:56 10.10.20.12 HEAD /scripts/proxy/w3proxy.dll 500
12:07:56 10.10.20.12 GET /scripts/proxy/w3proxy.dll 500
Apache
10.10.20.11-[07/Oct/2005:12:57:28 -0700] "GET /cfcache.map HTTP/1.0" 404 266
10.10.20.11-[07/Oct/2005:12:57:28 -0700] "GET /cfappman/index.cfm HTTP/1.0" 404 273
10.10.20.11-[07/Oct/2005:12:57:29 -0700] "HEAD /cgi-bin/pfdisplay.cgi HTTP/1.0" 404
檢查這種攻擊的重點(diǎn)是看同一IP地址對(duì)cgi目錄文件請(qǐng)求出現(xiàn)多個(gè)404狀態(tài)。這時(shí)就要查看相應(yīng)cgi目錄里的程序安全性。
4)遠(yuǎn)程攻擊
下面以針對(duì)IIS的MDAC攻擊為例,來(lái)了解遠(yuǎn)程攻擊在logging里的記錄情況。
17:48:49 10.10.20.11 GET /msadc/msadcs.dll 200
17:48:51 10.10.20.11 POST /msadc/msadcs.dll 200
當(dāng)攻擊發(fā)生后,在logging中會(huì)留下對(duì)msadcs.dll的請(qǐng)求記錄。另一個(gè)常見(jiàn)的攻擊是asp源代碼泄漏的漏洞,當(dāng)這種攻擊發(fā)生時(shí),logging文件會(huì)有如下記錄:
17:50:13 10.10.20.12 GET /default.asp+.htr 200
對(duì)于未授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)的攻擊記錄,Apache log會(huì)顯示:
[07/Oct/2005:18:58:29 -0700] "GET /private/ HTTP/1.0" 401 462
3 總結(jié)
安全管理一個(gè)Web站點(diǎn)要求系統(tǒng)管理員具備較強(qiáng)的安全常識(shí)和警惕性,雖然入侵檢測(cè)系統(tǒng)IDS能給予很多幫助,但不能完全代替安全管理。而通過(guò)logging文件來(lái)了解、防范攻擊是很重要卻又經(jīng)常容易忽略的手段。仔細(xì)檢查、分析logging,IDS所遺漏的東西就可能在這里發(fā)現(xiàn)。
下邊,讓免費(fèi)資訊平臺(tái)網(wǎng)來(lái)與你一同了解一些掌握百度SEO的一套方法吧:
1.百度對(duì)自個(gè)兒旗下的服務(wù)給予特別待遇
大家在百度上輕易搜一下子便會(huì)發(fā)覺(jué),百度旗下的百度各種學(xué)科,百度曉得,百度貼吧…等,在搜索最后結(jié)果中有相當(dāng)高的名次,在某些高熱度網(wǎng)站關(guān)鍵詞上頭,幾乎大多的搜索最后結(jié)果都是來(lái)自百度自身的產(chǎn)品。在這些個(gè)方面,百度從來(lái)表現(xiàn)出來(lái)出公平性,與google差距甚大。
2.百度的蛛蛛給眾多服務(wù)器增加了壓力
固然Baiduspider或者遵循那一個(gè)robots.txt文件,不過(guò)在某些大網(wǎng)站上頭,百度蛛蛛依舊發(fā)瘋的爬動(dòng),很很長(zhǎng)時(shí)間候,固然它不收錄網(wǎng)站,不過(guò)它依舊發(fā)瘋的爬動(dòng),給眾多網(wǎng)站服務(wù)器增加莫大的壓力。
3.百度競(jìng)價(jià)名次,如今叫百度搜索推廣
百度競(jìng)價(jià)名次,如今叫百度搜索推廣,運(yùn)用新的鳳巢系統(tǒng)!其存在不只是和SEO萌生了沖突,并且在名次方面也存在不公性,百度競(jìng)價(jià)名次永恒都是在天然名次的面前。因?yàn)橹鞍俣雀?jìng)價(jià)名次的爭(zhēng)議性過(guò)大,百度在2009-12-1切換到達(dá)新的百度鳳巢系統(tǒng),減損了網(wǎng)站關(guān)鍵詞的數(shù)目,短時(shí)間之內(nèi)緩解了百度競(jìng)價(jià)名次的不好口碑,給SEO也帶來(lái)了更多保存生命期望。
關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)蜘蛛;搜索引擎;Spider;網(wǎng)頁(yè);算法
中圖分類(lèi)號(hào):TP393.092 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9599 (2011) 23-0000-01
The Theory and Implementation of Network Spider
Wang Kun
(Hunan Technology Trade Vocational College,Hengyang 421001,China)
Abstract:In today’s computer network and Internet high development period,various search engines continue to rise.From Yahoo,Baidu and other well-known search engines proposed various search technology,convenient and broad netizen Internet search on their information needs and information.To search engine spiders web is an important part,so it is necessary for us to study the principle and realization of network spider.
Keywords:Internet Spider;Search engine;Spider,webpage;Algorithm
一、前言
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)誕生之初,各種網(wǎng)站和信息量還是相對(duì)比較少,所以信息檢索不是一個(gè)很難處理的問(wèn)題。但是在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)展的今天,一般的互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)想通過(guò)自己的方法在互聯(lián)網(wǎng)上查找到滿(mǎn)意的信息如同大海撈針一樣。因此,搜索引擎便油然而生了,當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)蜘蛛程序卻是搜索引擎中最為重要的環(huán)節(jié),如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛,就要了解其工作的原理,深入的探討網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)算法。
二、網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的原理
(一)網(wǎng)站結(jié)構(gòu)。對(duì)于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的各種網(wǎng)站其基本結(jié)構(gòu)都比較類(lèi)似,基本都遵循一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu),從網(wǎng)站的首頁(yè)到最后的內(nèi)容頁(yè)面都存在一條途徑。那么我們可以簡(jiǎn)單把網(wǎng)站中的每一個(gè)網(wǎng)頁(yè)看作這顆樹(shù)中一個(gè)節(jié)點(diǎn),那么對(duì)于如何分析這些網(wǎng)頁(yè)得出網(wǎng)頁(yè)之間的聯(lián)系,這對(duì)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的問(wèn)題。
(二)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛工作原理。網(wǎng)絡(luò)蜘蛛是通過(guò)網(wǎng)頁(yè)鏈接地址來(lái)尋找網(wǎng)頁(yè)的,這必須要遵循網(wǎng)站結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行抓取,從一個(gè)網(wǎng)站某一個(gè)頁(yè)面開(kāi)始,通常來(lái)說(shuō)這個(gè)頁(yè)面也叫網(wǎng)站的入口。讀取網(wǎng)頁(yè)后,找到網(wǎng)頁(yè)中的其他的超鏈接地址,然后再根據(jù)這些超鏈接地址進(jìn)入下一個(gè)網(wǎng)頁(yè),因此不斷的循環(huán)下去后把整個(gè)網(wǎng)站抓取完畢。通過(guò)這種循環(huán)可以構(gòu)造出更大的環(huán)境,那就是整個(gè)互聯(lián)網(wǎng),也就是說(shuō)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛,就可以將整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的所有網(wǎng)站都抓取完畢。
對(duì)于以上所描述的網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的原理不難看出,從目前互聯(lián)網(wǎng)所公布網(wǎng)站的數(shù)目來(lái)看,是一個(gè)非常龐大的數(shù)目,而且每個(gè)網(wǎng)頁(yè)信息都有一定的容量,假設(shè)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)平均的大小為50K計(jì)算,這里還要包括圖片等媒體,對(duì)于上百億的網(wǎng)頁(yè)容量可以達(dá)到上百萬(wàn)GB的。如何存儲(chǔ)?如何有充足的時(shí)間去抓取都是一些復(fù)雜的問(wèn)題。面對(duì)這些問(wèn)題,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)蜘蛛來(lái)說(shuō)就必須在抓取網(wǎng)頁(yè)時(shí)候要有一個(gè)的策略,一般來(lái)說(shuō)有兩種策略:廣度優(yōu)先策略和深度優(yōu)先策略。
廣度優(yōu)先策略:這種策略就是要求在網(wǎng)絡(luò)蜘蛛在抓取一個(gè)網(wǎng)頁(yè)后,繼續(xù)對(duì)該網(wǎng)頁(yè)中的鏈接網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行抓取。這種方式可以讓網(wǎng)絡(luò)蜘蛛以并行的方式進(jìn)行抓取,以提高抓取的速度,減少抓取時(shí)間。
深度優(yōu)先策略:這就是要求網(wǎng)絡(luò)蜘蛛在抓取一個(gè)網(wǎng)頁(yè)鏈接后,進(jìn)一步對(duì)下一個(gè)鏈接的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行抓取,不斷的跟蹤下去,直到網(wǎng)站最大深度為止,然后再處理其他鏈接的網(wǎng)頁(yè)。這樣的策略最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)算法比較簡(jiǎn)單,可以采用遞歸的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
三、網(wǎng)絡(luò)蜘蛛與網(wǎng)站
網(wǎng)絡(luò)蜘蛛如何對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行抓取,這需要很好的控制,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)蜘蛛在抓取網(wǎng)頁(yè)的時(shí)候,不同于一般的訪(fǎng)問(wèn),否則會(huì)對(duì)服務(wù)器造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。那么就要求網(wǎng)站對(duì)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的進(jìn)入有一定的設(shè)置,比如:在網(wǎng)站根目錄下投放一個(gè)robots.txt文件,專(zhuān)門(mén)用來(lái)同網(wǎng)絡(luò)蜘蛛進(jìn)行交互的文件。它主要的功能就是將網(wǎng)站管理員的意圖傳遞給網(wǎng)絡(luò)蜘蛛,告訴網(wǎng)絡(luò)蜘蛛哪些頁(yè)面可以訪(fǎng)問(wèn),哪些網(wǎng)頁(yè)不可以訪(fǎng)問(wèn)。而且這個(gè)文件的語(yǔ)法也是比較簡(jiǎn)單的,也可以將這文件看成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)約定協(xié)議而已,并沒(méi)有其他的強(qiáng)迫手段,也能有效的屏蔽了不屬于識(shí)別該文件的網(wǎng)絡(luò)蜘蛛。
還有其他方法可以有效的引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行有效的抓取,比如:利用sitemap.xml文件,即網(wǎng)站地圖。該文件可以看作網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的向?qū)?,能幫助網(wǎng)絡(luò)蜘蛛順利,快速的對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行遍歷。而不會(huì)重復(fù)的抓取網(wǎng)頁(yè),和避免對(duì)無(wú)效網(wǎng)頁(yè)抓取下來(lái)而造成的無(wú)謂的浪費(fèi)。同時(shí),這樣也可以讓網(wǎng)站設(shè)計(jì)來(lái)決定設(shè)計(jì)方案,讓網(wǎng)絡(luò)蜘蛛來(lái)遵循網(wǎng)站地圖來(lái)抓取,讓網(wǎng)站被搜索引擎所收錄。
網(wǎng)站設(shè)計(jì)者還可以對(duì)網(wǎng)頁(yè)中的Meta字段進(jìn)行設(shè)置相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛所識(shí)別的內(nèi)容。比如:網(wǎng)頁(yè)標(biāo)題、網(wǎng)頁(yè)關(guān)鍵字、網(wǎng)頁(yè)描述等。這種設(shè)置也使有必要的,因?yàn)檫@樣能友好的告訴網(wǎng)絡(luò)蜘蛛該網(wǎng)頁(yè)的相關(guān)信息,能網(wǎng)絡(luò)蜘蛛更好識(shí)別出該網(wǎng)頁(yè)的價(jià)值所在。
四、網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的設(shè)計(jì)
(一)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛模塊分析。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛抓取網(wǎng)頁(yè)的過(guò)程的不同,可以將網(wǎng)絡(luò)蜘蛛分成三個(gè)功能模塊:網(wǎng)頁(yè)讀取模塊,該模塊主要功能是用來(lái)讀取服務(wù)器上網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容;超鏈接分析模塊,這個(gè)模塊主要是用來(lái)分析所讀取出來(lái)網(wǎng)頁(yè)中的超鏈接,將網(wǎng)頁(yè)中的所有的超鏈接提出出來(lái),存放到一個(gè)鏈表當(dāng)中;內(nèi)容分析模塊,這個(gè)模塊主要功能是用來(lái)對(duì)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容進(jìn)行分析,將網(wǎng)頁(yè)中所能識(shí)別的內(nèi)容保留,不需要的標(biāo)志出掉。
(二)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛工作流程。首先網(wǎng)絡(luò)蜘蛛根據(jù)網(wǎng)站的入口讀出網(wǎng)站入口網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容,將網(wǎng)頁(yè)上的網(wǎng)頁(yè)超鏈接保存到URL鏈表中。然后判斷鏈表是否為空,如果為空則代表站點(diǎn)為空,否則從URL鏈表中讀取一個(gè)URL鏈接。再讀出該URL對(duì)應(yīng)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容進(jìn)行抓取,通過(guò)分析把該網(wǎng)頁(yè)的URL保存到URL鏈表當(dāng)中。重復(fù)循環(huán),直到URL鏈表為空時(shí),就說(shuō)明該網(wǎng)站所有網(wǎng)頁(yè)都被抓取完畢。
(三)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的優(yōu)化。1.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,對(duì)于上億的網(wǎng)頁(yè),不僅僅是在速度上和效率上的要求,更重要的是減少人工的參與,盡可能的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這不僅是體現(xiàn)在自動(dòng)化抓取網(wǎng)頁(yè),還能體現(xiàn)在其他方面,比如:對(duì)異常的處理、日志的處理。以提高網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的智能化。2.使用多協(xié)議并發(fā)抓取,雖然HTTP是互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)的通信協(xié)議,但是還存在其他的一些。為了節(jié)約抓取時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)蜘蛛對(duì)網(wǎng)頁(yè)命中的概率,可以考慮使用多協(xié)議并發(fā)的形式對(duì)網(wǎng)站的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行抓取。這樣速度會(huì)更快,更能符合商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的要求。
五、總結(jié)
伴隨信息化的發(fā)展,商業(yè)化的搜索引擎發(fā)展也會(huì)成為將來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的主力軍,這也決定了網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的發(fā)展方向,這就必須要進(jìn)一步去研究網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的策略問(wèn)題,這對(duì)搜索引擎必定會(huì)起到一個(gè)重要的作用。
六、參考文獻(xiàn):
[1]王海波.XML搜索引擎研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2001
關(guān)鍵詞:數(shù)字圖書(shū)館;搜索引擎;檢索
Library How to Build a Small Search Engine
Xiang Gaochao
(Library of Zhongshan Polytechnic,Zhongshan528404,China)
Abstract:This paper analyzes the feasibility of library search engine,and primarily explained the basic technology to build a small search engine
Keywords:Digital library;Search engine;Search
中圖分類(lèi)號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9599 (2010) 07-0000-01
一、引言
隨著網(wǎng)絡(luò)的興起,搜索引擎逐漸被廣泛使用。搜索引擎技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,它的發(fā)展決定于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。
對(duì)于圖書(shū)館來(lái)說(shuō),用戶(hù)的文獻(xiàn)檢索需求越來(lái)越強(qiáng),專(zhuān)業(yè)覆蓋面廣而專(zhuān)業(yè)性細(xì)分,所購(gòu)專(zhuān)業(yè)性數(shù)據(jù)庫(kù)越來(lái)越多,信息量也越來(lái)越大,為了給讀者提供快速、方便的檢索,使讀者能夠自網(wǎng)上即時(shí)獲取所需要的文獻(xiàn)資料,更好的整合相關(guān)的課題、科研研究信息等,圖書(shū)館可以考慮建設(shè)覆蓋某些行業(yè)領(lǐng)域或者某些專(zhuān)業(yè)的小型搜索引擎。
本文嘗試著從基本技術(shù)的角度來(lái)闡述如何搭建搜索引擎,大致可以從:信息搜集、構(gòu)建索引、檢索三個(gè)部分來(lái)了解現(xiàn)有開(kāi)發(fā)技術(shù),文章還提到了一些現(xiàn)有的搜索引擎開(kāi)發(fā)工具。
二、基本技術(shù)
(一)信息搜集
對(duì)于圖書(shū)館來(lái)說(shuō)所要搜集的信息包括各圖書(shū)館站點(diǎn)、學(xué)者個(gè)人主頁(yè)、學(xué)術(shù)研究論文、在線(xiàn)會(huì)議資源、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)等等。
因?yàn)榫W(wǎng)頁(yè)是通過(guò)超鏈接(Hyperlinks)互相連接,“蜘蛛”程序被用來(lái)在網(wǎng)絡(luò)上搜集網(wǎng)頁(yè)。這個(gè)“蜘蛛”程序也被叫做網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人(Web Robot)、網(wǎng)頁(yè)(Web agents)、爬蟲(chóng)(crawlers)、蠕蟲(chóng)(worms)或者漫步者(wanderers)等,它遵守標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議,通過(guò)網(wǎng)頁(yè)間的超鏈接(URLs)來(lái)爬取網(wǎng)頁(yè)。首先,爬蟲(chóng)讀取一列種子站點(diǎn)的URLs并且下載這些URLs的頁(yè)面。然后處理這些頁(yè)面,提取其中含有的新的URL地址并加入到下載隊(duì)列中。然后爬蟲(chóng)選擇隊(duì)列中的下一個(gè)URL進(jìn)行抓取,直到抓取了指定數(shù)目的頁(yè)面或者硬盤(pán)沒(méi)有空間了。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面收集過(guò)程常常被稱(chēng)為“爬取”或“抓取”。為了提高抓取速度,可以同時(shí)使用幾個(gè)爬蟲(chóng)去平行爬取不同的站點(diǎn),使用多線(xiàn)程或者異步輸入/輸出。
另外,一個(gè)設(shè)計(jì)良好的“有禮貌”的爬蟲(chóng)應(yīng)該避免在短時(shí)間內(nèi)向一個(gè)Web服務(wù)器發(fā)送重復(fù)的請(qǐng)求,這樣會(huì)導(dǎo)致該站點(diǎn)重復(fù)下載。網(wǎng)站管理員同時(shí)應(yīng)該知道他們的站點(diǎn)不想被那些特定的爬蟲(chóng)爬取。有兩種方法可以拒絕爬蟲(chóng)。第一種是使用Robot協(xié)議,在站點(diǎn)的根目錄下放置“robot.txt”文件來(lái)告訴爬蟲(chóng)該站點(diǎn)的哪些部分不要下載。第二種方法是使用robots標(biāo)簽,網(wǎng)頁(yè)代碼中注明該網(wǎng)頁(yè)是否可以被索引或者提取更多的鏈接。
在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的早期就已經(jīng)開(kāi)發(fā)除了爬蟲(chóng)下載工具,TueMosaic就是一個(gè)早期的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)蜘蛛例子。通過(guò)TueMosaic用戶(hù)可以輸入關(guān)鍵詞,設(shè)定抓取深度和寬度,只抓取首頁(yè)等。WebRipper、WebMiner和Teleport這些軟件工具允許用戶(hù)從在給定站點(diǎn)的具有特殊類(lèi)型或者屬性的網(wǎng)頁(yè)。最近幾年也出現(xiàn)了一些開(kāi)源的工具,如Heritrix,這是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)檔案館工程的爬蟲(chóng),從網(wǎng)上即可下載的到。
還有一些蜘蛛設(shè)計(jì)的能提供附加功能,如Competitive Intelligence Spider能進(jìn)行廣度優(yōu)先抓取,并可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行語(yǔ)義分析和聚類(lèi)。the hybird simulated annealing spider能夠在網(wǎng)上進(jìn)行“全球”搜索。
通過(guò)爬蟲(chóng)工具抓取各圖書(shū)館站點(diǎn)、學(xué)者個(gè)人主頁(yè)、學(xué)術(shù)研究論文、在線(xiàn)會(huì)議資源、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)等等資源,這樣就構(gòu)建好了一個(gè)圖書(shū)館搜索引擎的資源了。
(二)建設(shè)索引
搜索引擎的內(nèi)容建設(shè)好了,接下來(lái)就要為內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)索引了。
爬蟲(chóng)所抓取的頁(yè)面都存放在網(wǎng)頁(yè)庫(kù)中,為了減少所需的存儲(chǔ)空間,經(jīng)常需要對(duì)頁(yè)面進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)。頁(yè)面通常都存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中,但是對(duì)于小型的搜索系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可以簡(jiǎn)單地把頁(yè)面存成文件的形式。索引處理下載的網(wǎng)頁(yè)并為搜索提供服務(wù)。索引把每一個(gè)文檔記錄成詞組和詞組在文檔中出現(xiàn)的位置,同時(shí)通過(guò)詞組出現(xiàn)頻率等計(jì)算文檔得分,以便用于查詢(xún)結(jié)果的排序或者更進(jìn)一步的處理。
(三)構(gòu)建搜索
查詢(xún)引擎接收來(lái)自用戶(hù)的查詢(xún)提問(wèn)并在索引中進(jìn)行查詢(xún)[1]。然后查詢(xún)引擎還要通過(guò)各種內(nèi)容和鏈接分析權(quán)值對(duì)結(jié)果進(jìn)行排序。一些搜索引擎的查詢(xún)引擎還要儲(chǔ)備一些常見(jiàn)的查詢(xún)請(qǐng)求。最后,查詢(xún)引擎把查詢(xún)結(jié)果組織成一個(gè)HTML頁(yè)面并通過(guò)用戶(hù)接口呈現(xiàn)給用戶(hù)。用戶(hù)通過(guò)用戶(hù)接口提交查詢(xún)請(qǐng)求并查看查詢(xún)結(jié)果。當(dāng)用戶(hù)通過(guò)接口提交查詢(xún)請(qǐng)求后,請(qǐng)求被提交給查詢(xún)引擎,由查詢(xún)引擎在索引數(shù)據(jù)庫(kù)中找到查詢(xún)結(jié)果并反饋給用戶(hù)。
(四)現(xiàn)有的工具
除了上面討論的爬蟲(chóng)和索引工具,還有很多免費(fèi)的軟件工具可以用于搜索引擎的各個(gè)部分。如網(wǎng)頁(yè)抓取、索引、查找、索引存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、和用戶(hù)接口等。用戶(hù)可以通過(guò)這些工具建立自己的搜索引擎。一些常用的搜索引擎開(kāi)發(fā)工具如WebGlimpse、ht://dg、GreenStone和Alkaline。這些工具從用戶(hù)獲得一列網(wǎng)址作為種子站點(diǎn)開(kāi)始抓取網(wǎng)頁(yè),對(duì)抓取的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行索引,并建立用戶(hù)接口。
用戶(hù)可以通過(guò)這些工具集來(lái)構(gòu)建自己的專(zhuān)業(yè)搜索引擎。
三、結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于我國(guó)圖書(shū)館業(yè)來(lái)說(shuō),隨著信息技術(shù)領(lǐng)域里的各種新理論、新技術(shù)、新方法用于數(shù)字圖書(shū)館搜索引擎的研究與應(yīng)用,數(shù)字圖書(shū)館建設(shè)必將有更好的發(fā)展,我們希望有更多更好的搜索引擎能開(kāi)發(fā)出來(lái),從而促進(jìn)圖書(shū)館事業(yè)的快速發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò);智能交通系統(tǒng);節(jié)點(diǎn);系統(tǒng)模型
中圖分類(lèi)號(hào):TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2012)06-0025-03
0 引 言
智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System,ITS)是在傳統(tǒng)的交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型交通系統(tǒng),它將信息、通信、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域,并將“人—車(chē)—路—環(huán)境”有機(jī)地結(jié)合在一起。事實(shí)上,在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問(wèn)題,同時(shí)還可以提高交通工作效率[1]。因此,將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為近幾年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
智能交通系統(tǒng)主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導(dǎo)等幾個(gè)方面。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集和傳輸提供一種有效手段,以用來(lái)監(jiān)測(cè)路面與路口各個(gè)方向上的車(chē)流量、車(chē)速等信息。它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)主要通過(guò)傳感器來(lái)采集車(chē)輛和路面信息,然后由策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo),并運(yùn)用計(jì)算方法計(jì)算出最佳方案,同時(shí)輸出控制信號(hào)給執(zhí)行子系統(tǒng),以引導(dǎo)和控制車(chē)輛的通行,從而達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)[2]。
1 國(guó)內(nèi)外無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中的應(yīng)用研究
美國(guó)的馬薩諸塞大學(xué)建立的UMass DieselNet智能公交系統(tǒng)主要包括公交車(chē)節(jié)點(diǎn)以及安裝在路邊的Throwboxes,可用于提高網(wǎng)絡(luò)的連通性。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的ATMIS項(xiàng)目,哈佛大學(xué)的CitySense項(xiàng)目都開(kāi)展了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在道路交通監(jiān)測(cè)方面的研究。瑞典有一段公路,利用太陽(yáng)能供電傳感器,可以對(duì)行駛車(chē)輛做出路面結(jié)冰、事故擁堵和其他危險(xiǎn)情況的預(yù)警。
國(guó)內(nèi)對(duì)車(chē)輛傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究也在積極開(kāi)展。武漢理工大學(xué)開(kāi)展了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在火車(chē)車(chē)廂環(huán)境中的測(cè)控應(yīng)用,對(duì)車(chē)廂內(nèi)的空氣質(zhì)量、安全隱患等進(jìn)行全程檢測(cè)。中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所開(kāi)展了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)研究,并利用此項(xiàng)技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)備能見(jiàn)度低、路面結(jié)冰時(shí)無(wú)法對(duì)高速路段進(jìn)行有效監(jiān)控等,從而提出了新的圖像監(jiān)視系統(tǒng);此外,對(duì)一些天氣突變性強(qiáng)的地區(qū),該技術(shù)也能極大地降低汽車(chē)追尾等交通事故的發(fā)生。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中還可以用于交通信息、電子收費(fèi)、車(chē)速測(cè)定、停車(chē)管理、綜合信息服務(wù)平臺(tái)、智能公交與軌道交通、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和綜合信息平臺(tái)等技術(shù)領(lǐng)域。
2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)
2.1 節(jié)點(diǎn)技術(shù)
在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)交通監(jiān)控系統(tǒng)中,節(jié)點(diǎn)技術(shù)是最常見(jiàn)也是使用最多的一種技術(shù),通常采用的普通節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等三類(lèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的功能是[3]:
普通節(jié)點(diǎn)主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集,并將感知的數(shù)據(jù)信息傳遞給近鄰的節(jié)點(diǎn);匯聚節(jié)點(diǎn)用于收集普通節(jié)點(diǎn)感知的信息,然后進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理,并將處理結(jié)果傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),匯聚節(jié)點(diǎn)之間可以互相通信;網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)用于收集匯聚節(jié)點(diǎn)信息并通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)將信息傳送回控制中心,節(jié)點(diǎn)間不具備通信功能,也就是說(shuō),網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要承擔(dān)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn) Internet網(wǎng)絡(luò)的接入功能。
根據(jù)各類(lèi)節(jié)點(diǎn)功能上的不同,可對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分層部署。首先,由普通節(jié)點(diǎn)將感知信息以單跳或多跳路由協(xié)議的方式把信息傳送到距離其最近的匯聚節(jié)點(diǎn),然后由匯聚節(jié)點(diǎn)采用相同的方式將信息傳送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)[4]。
2.2 地磁傳感技術(shù)[5]
目前在道路上的絕大多數(shù)車(chē)輛都由大量的鐵制成,這些鋼鐵比周?chē)目諝飧哂写艥B透性。地磁傳感器可以分辨出地球磁場(chǎng)六千分之一的變化,而當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí),對(duì)地磁的影響可能達(dá)到地磁強(qiáng)度的幾分之一,因此,可以利用地磁傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輛的存在,并且其具有極高的靈敏度。地磁傳感器就是通過(guò)探測(cè)車(chē)輛通過(guò)時(shí)對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)來(lái)探測(cè)車(chē)輛的,傳感器模塊可以依據(jù)測(cè)量過(guò)往車(chē)輛對(duì)地磁場(chǎng)的干擾情況來(lái)檢測(cè)車(chē)輛。此外,也可以根據(jù)不同車(chē)輛對(duì)地磁產(chǎn)生的擾動(dòng)的不同來(lái)識(shí)別車(chē)輛類(lèi)型。國(guó)外在這方面的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。
3 基于移動(dòng)agent的道路交通網(wǎng)的算法系統(tǒng)模型
在圖1所示的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,底層是由數(shù)個(gè)車(chē)輛傳感器裝置的移動(dòng)agent實(shí)體組成的(移動(dòng)agent在交通網(wǎng)絡(luò)中看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)),底層可以從其他的agent上接收信息再傳遞信息到另外的移動(dòng)agent。通過(guò)相互交換,它們可以獲取城市交通網(wǎng)絡(luò)中的不同信息,并通過(guò)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理得出結(jié)論,再傳遞給司機(jī)一些指示,從而指導(dǎo)司機(jī)在駕駛中選取正確的方向。車(chē)輛上的移動(dòng)agent實(shí)體可以容易地進(jìn)入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò),所以,不需要額外的操作就能很容易地?cái)U(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靈活性[6,7]。
4 交通信息的采集
信息采集主要是通過(guò)傳感器來(lái)在道路上實(shí)時(shí)檢測(cè)交通量、車(chē)速、車(chē)流密度和車(chē)道占有率等交通參數(shù)。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,安裝在道路兩旁的匯聚節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)多跳的Mesh基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)組成星型網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行通信,將最終數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可集成安裝在交叉路口的交通信號(hào)控制器內(nèi),通過(guò)信號(hào)控制器的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到交管中心進(jìn)行進(jìn)一步處理。道路上的車(chē)輛安裝傳感器節(jié)點(diǎn)將動(dòng)態(tài)地加入傳感器網(wǎng)絡(luò)在交通信息采集中,匯聚節(jié)點(diǎn)可安裝在路邊立柱、橫杠等交通設(shè)施上[8]。終端節(jié)點(diǎn)可采用非接觸式地磁傳感器來(lái)定時(shí)收集和感知區(qū)域內(nèi)車(chē)輛的速度和車(chē)輛間距等信息[9,10]。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入傳感器的監(jiān)控范圍后,終端節(jié)點(diǎn)可通過(guò)磁力傳感器來(lái)采集車(chē)輛的行駛速度等信息,并將信息傳送給下一個(gè)定時(shí)醒來(lái)的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)感應(yīng)到該車(chē)輛時(shí),結(jié)合車(chē)輛在兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)間的行駛時(shí)間估計(jì),就可估算出車(chē)輛的平均速度。多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)將各自采集并初步處理后的信息通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,獲得道路車(chē)流量與車(chē)輛行駛速度等信息,從而為路通信號(hào)控制提供精確的輸入信息。此外,通過(guò)給終端節(jié)點(diǎn)安裝溫濕度、光照度、氣體檢測(cè)等多種傳感器,還可以進(jìn)行路面狀況、能見(jiàn)度、車(chē)輛尾氣污染等檢測(cè)。例如:在交叉路口由于視線(xiàn)被阻礙,容易發(fā)生車(chē)輛碰撞事故,而利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集交通信息,就可以設(shè)計(jì)車(chē)輛防碰撞機(jī)制,因而具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
5 測(cè)距與定位
在智能公交網(wǎng)系統(tǒng)中,公交車(chē)輛在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的技術(shù)。公交車(chē)輛的位置是基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能公交監(jiān)控網(wǎng)的重要交通參數(shù),它決定著該系統(tǒng)運(yùn)行的好壞。采用基于測(cè)距的算法或不基于測(cè)距的算法,可對(duì)位于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的公交車(chē)輛進(jìn)行定位。
目前的定位技術(shù)主要有硬件技術(shù)與軟件算法。硬件技術(shù)即是通過(guò)各種技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)出或者估算出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離,這一技術(shù)是準(zhǔn)確得到位置信息的基礎(chǔ)。軟件算法是在現(xiàn)有的各種測(cè)距技術(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)各種測(cè)距技術(shù)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)不同的算法來(lái)將已測(cè)出的距離信息計(jì)算成具置信息[11]。其中基于測(cè)距算法的測(cè)距方式分為基于到達(dá)角度的測(cè)距方式、基于到達(dá)時(shí)間的測(cè)距方式、基于接收信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)距方式、基于到達(dá)時(shí)間差的測(cè)距方式和對(duì)稱(chēng)雙邊雙路測(cè)距等。不基于測(cè)距的定位方式分為質(zhì)心定位算法、DV-Hop定位算法和APIT定位算法等[3,12]。
目前,對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的研究熱點(diǎn)主要集中在3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上,即網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)[13]。其中節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題屬于網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)層的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
6 結(jié) 語(yǔ)
本文結(jié)合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通系統(tǒng)中的典型應(yīng)用,闡述了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中的關(guān)鍵技術(shù)。隨著技術(shù)發(fā)展的日益成熟,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中還將應(yīng)用于更多的場(chǎng)合,例如電子收費(fèi)、交通安全與自動(dòng)駕駛、停車(chē)管理、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)等,這將會(huì)更進(jìn)一步推動(dòng)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞: 語(yǔ)音識(shí)別; 聲控?zé)簦?非特定人; LD3320
中圖分類(lèi)號(hào): TN912.34?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2015)11?0027?04
Design of LD3320?based voice?controlled light system for person?independent recognition
JIANG Jie?wen, JIANG Yan?ji, BING Xiao?huan, WANG Yang
(School of Software, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China)
Abstract: Since the break?though of voice recognition technology is droved by rapid development of computer technology, the powerful voice control system is gradually applied in real life. LD3320 is a dedicated chip for voice recognition, with fast response and high recognition rate characteristics. The overall structure design of voice?controlled light system combines STC11L08XE, peripheral circuit and wireless transmission chip nRF24L01, in which hardware selection and software programming of each module are proceeded. The static test of the functions for voice? controlled light system based on person?independent was implemented, the recognition rate is approach to 95% and the experimental effect is satisfying. The proposed embedded system has the characteristics of small size, low power dissipation, stable performance and good real?time performance. It has high practical value in manufacture and living.
Keywords: voice recognition; voice?controlled light; person?independent; LD3320
0 引 言
語(yǔ)音處理和識(shí)別技術(shù)始于20世紀(jì)50年代,經(jīng)過(guò)幾十年探索和研究已較為成熟,從特定人、孤立詞的識(shí)別到非特定人、大詞匯量連續(xù)語(yǔ)音的識(shí)別,一系列的突破使得語(yǔ)音成為人與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間新的通訊手段。近年來(lái),作為直接有效的人機(jī)交互方式,語(yǔ)音識(shí)別在工業(yè)生產(chǎn)控制、智能家居生活和醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)等方面應(yīng)用日益廣泛,在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中,具有很高的研究及實(shí)用價(jià)值[1?2]。
本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片的非特定人識(shí)別的聲控?zé)粝到y(tǒng),采用兩級(jí)語(yǔ)音指令,分別控制兩盞不同顏色的LED小燈,實(shí)現(xiàn)用戶(hù)發(fā)出語(yǔ)音指令后精確控制小燈開(kāi)關(guān)的功能,為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)便利[3?4]。
1 語(yǔ)音識(shí)別概述
語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程主要包括語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理、特征提取、訓(xùn)練、模式匹配、識(shí)別結(jié)果幾個(gè)部分[5]。訓(xùn)練通常離線(xiàn)完成,對(duì)預(yù)先收集好的海量語(yǔ)音、語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信號(hào)處理和特征提取,獲取語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)所需要的“聲學(xué)模型”和“語(yǔ)言模型”,保存為模板庫(kù)。識(shí)別階段通常在線(xiàn)完成,用戶(hù)實(shí)時(shí)語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的通道得到語(yǔ)音特征參數(shù),生成測(cè)試模板,與參考模板進(jìn)行匹配,將相似度最高的參考模板作為識(shí)別結(jié)果[6]。語(yǔ)音識(shí)別流程基本框圖如圖1所示。
按照識(shí)別對(duì)象即對(duì)說(shuō)話(huà)人的依賴(lài)程度可分為特定人和非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)[7]。特定人指訓(xùn)練和識(shí)別對(duì)象為專(zhuān)門(mén)的人,其他人的語(yǔ)音不能識(shí)別;非特定人的訓(xùn)練和識(shí)別對(duì)象面向大眾,不區(qū)分個(gè)人,后者的實(shí)現(xiàn)難度要大得多。
2 聲控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到嵌入式系統(tǒng)組件對(duì)成本、體積和集成度的要求,本系統(tǒng)采用的處理單元是宏晶科技生產(chǎn)的STC11L08XE單片機(jī)及其外圍電路,整個(gè)系統(tǒng)由語(yǔ)音輸入模塊(咪頭),語(yǔ)音識(shí)別模塊,無(wú)線(xiàn)傳輸模塊,控制模塊(繼電器),電源模塊和顯示模塊(紅色和綠色LED小燈各1)構(gòu)成,系統(tǒng)總體框架圖如圖2所示。
系統(tǒng)啟動(dòng)后,當(dāng)語(yǔ)音輸入模塊即咪頭開(kāi)始收集語(yǔ)音信號(hào),每接收到一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)后通過(guò)單片機(jī)和語(yǔ)音識(shí)別模塊進(jìn)行識(shí)別并判斷,得到正確的語(yǔ)音指令后,執(zhí)行單片機(jī)程序,通過(guò)其TXD串口對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出,無(wú)線(xiàn)模塊A的RXD接收口接收數(shù)據(jù)并保持?jǐn)?shù)據(jù)原樣,再通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)送至無(wú)線(xiàn)模塊B,無(wú)線(xiàn)模塊B根據(jù)接收的信號(hào)改變引腳電平來(lái)控制繼電器,進(jìn)而控制LED等回路的閉合?!? 硬件選型
3.1 處理器
處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心,不同的應(yīng)用領(lǐng)域、不同的用戶(hù)需求,對(duì)處理器的選擇是多樣化的。本文針對(duì)嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì),采用宏晶科技生產(chǎn)的主要用于語(yǔ)音識(shí)別的處理器STC11L08XE。其核心開(kāi)發(fā)板結(jié)構(gòu)具備嵌入式系統(tǒng)功能及所需外圍設(shè)備。規(guī)格為43 mm×29.7 mm,供電電壓為5 V。I/O口輸出高電平3.3 V,擁有8 KB的FLASH,512 B的SRAM,串口通信(TTL電平)方式。是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8~12倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路,適應(yīng)高速通信,智能控制,強(qiáng)干擾場(chǎng)合。
在選擇此處理器時(shí)主要是出于體積小易開(kāi)發(fā)角度來(lái)考慮。單片機(jī)原理圖如圖3所示。
3.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊
LD3320是一款“語(yǔ)音識(shí)別”專(zhuān)用芯片,采用并行方式直接與STC11L08XE單片機(jī)相接。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和外部電路,包括A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。其內(nèi)部集成了快速穩(wěn)定的優(yōu)化算法,無(wú)需事先訓(xùn)練錄音即可完成非特定人語(yǔ)音識(shí)別,不需要外接任何輔助芯片,直接集成在現(xiàn)有產(chǎn)品中就可以實(shí)現(xiàn)聲控及人機(jī)對(duì)話(huà)功能[8]。內(nèi)部原理圖如圖4所示。
3.3 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊
nRF24L01是一款工作在2.4~2.5 GHz世界通用ISM頻段的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockBurst?模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)SPI接 口進(jìn)行設(shè)置[9]。當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6 dBm時(shí)電流消耗為9 mA,接收模式時(shí)為12.3 mA,掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。
3.4 控制模塊
控制模塊主要指繼電器,這里選用1路繼電器,本模塊兼容3.3 V和5 V單片機(jī)信號(hào)控制使用,觸發(fā)電平為高電平(3~5 V都可以)。設(shè)計(jì)方式以3.3 V向上兼容5 V,采用光耦隔離信號(hào)更穩(wěn)定。
4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序在Keil μVision4軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下采用C語(yǔ)言進(jìn)行模塊化編程。工作流程包括系統(tǒng)初始化、指令設(shè)置、識(shí)別判斷、中斷處理等。
4.1 系統(tǒng)初始化
當(dāng)單片機(jī)通電后系統(tǒng)軟件先從主函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行,在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化的過(guò)程中包括調(diào)用函數(shù)將單片機(jī)初始化,通過(guò)測(cè)試開(kāi)發(fā)板小燈指示單片機(jī)是否工作。執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)復(fù)位LD3320芯片,再對(duì)串口進(jìn)行初始化,還要通過(guò)設(shè)置LD模塊寄存器對(duì)其命令初始化以及ASR功能初始化。
4.2 指令設(shè)置
為降低其他音源影響,提高識(shí)別率,本系統(tǒng)采用兩級(jí)指令完成對(duì)系統(tǒng)的控制。向LD模塊添加關(guān)鍵詞時(shí),通過(guò)編輯程序定義二維數(shù)組設(shè)定一級(jí)語(yǔ)音指令為“管家”,二級(jí)語(yǔ)音指令為“開(kāi)紅燈”、“開(kāi)綠燈”,設(shè)定指令時(shí),添加拼音的輸入方式作為關(guān)鍵詞數(shù)組,例如添加“管家”命令,則寫(xiě)入“guan jia”,漢字間的拼音用空格隔開(kāi)。實(shí)現(xiàn)功能為接收語(yǔ)音指令“管家”時(shí),開(kāi)發(fā)板指示燈點(diǎn)亮,繼而接收語(yǔ)音指令“開(kāi)綠燈”,LED綠燈點(diǎn)亮,接收語(yǔ)音指令“開(kāi)紅燈”,LED紅燈點(diǎn)亮。
4.3 中斷處理
當(dāng)LD模塊接收到音頻信號(hào)時(shí),進(jìn)入到中斷處理函數(shù)進(jìn)行識(shí)別,讀取內(nèi)部寄存器返回識(shí)別碼,若每次讀取到的識(shí)別結(jié)果在寄存器中可以找到對(duì)應(yīng)數(shù)值,則判斷指令正確,將數(shù)據(jù)通過(guò)TXD串口對(duì)外進(jìn)行輸出,此時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸芯片A的RXD接收口再把接收到的數(shù)據(jù)保持不變發(fā)送到另一個(gè)無(wú)線(xiàn)模塊B,B針對(duì)信號(hào)對(duì)于引腳進(jìn)行高低電平控制,進(jìn)而控制繼電器。芯片B的引腳置為高電平3.3 V的時(shí)候繼電器打開(kāi)即為通路,連接在繼電器上面的小燈成功通電打開(kāi)。當(dāng)引腳置為低電平的時(shí)候小燈關(guān)閉。程序執(zhí)行流程圖如圖5所示。
4.4 部分代碼
向LD模塊添加關(guān)鍵詞的代碼如下,添加拼音關(guān)鍵詞,同時(shí)注意修改sRecog 和pCode 數(shù)組的長(zhǎng)度,拼音串和識(shí)別碼一一對(duì)應(yīng)。
uint8 LD_AsrAddFixed()
{
uint8 k, flag;
uint8 nAsrAddLength;
#define DATE_A 8 /*數(shù)組二維數(shù)值*/
#define DATE_B 25 /*數(shù)組一維數(shù)值*/
uint8 code sRecog[DATE_A][DATE_B] = { "guan jia",\
"kai hong deng",\ "guan hong deng",\
"kai lv deng",\
"guan lv deng",\ };
uint8 code pCode[DATE_A] = {
CODE_CMD,\
CODE_KCFD,\
CODE_GCFD,\
CODE_KWSD,\
CODE_GWSD,\
CODE_KKTD,\
CODE_GKTD,\
CODE_FSG
flag = 1;
for (k=0; k
{
if(LD_Check_ASRBusyFlag_b2() == 0)
{
flag = 0;
break;
}
LD_WriteReg(0xc1, pCode[k] );
LD_WriteReg(0xc3, 0 );
LD_WriteReg(0x08, 0x04); delay(1);
LD_Wr iteReg(0x08, 0x00);
delay(1);
for (nAsrAddLength=0; nAsrAddLength
{
if (sRecog[k][nAsrAddLength] == 0)
break;
LD_WriteReg(0x5, sRecog[k][nAsrAddLength]);
}
LD_WriteReg(0xb9, nAsrAddLength);
LD_WriteReg(0xb2, 0xff);
LD_WriteReg(0x37, 0x04);
}
return flag;
}
5 測(cè)試結(jié)論與分析
為了更好地檢測(cè)語(yǔ)音指令識(shí)別效果和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),測(cè)試過(guò)程中選擇多個(gè)不同音色的人進(jìn)行試驗(yàn),觀察非特定人群對(duì)系統(tǒng)的控制效果,每個(gè)語(yǔ)音指令測(cè)試100遍。部分非特定人語(yǔ)音指令識(shí)別結(jié)果見(jiàn)表1。表中數(shù)據(jù)表示試驗(yàn)100次的成功次數(shù)。
由表1可見(jiàn),該系統(tǒng)對(duì)于非特定人語(yǔ)音指令的識(shí)別準(zhǔn)確率接近95%。誤識(shí)別率大約在5%,響應(yīng)快,準(zhǔn)確度高,實(shí)用性強(qiáng)。
6 結(jié) 論
隨著語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的成熟發(fā)展,嵌入式功能的日漸強(qiáng)大,嵌入式語(yǔ)音控制系統(tǒng)的需求和應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。本文設(shè)計(jì)的基于LD3320的非特定人識(shí)別聲控?zé)粝到y(tǒng),硬件模塊選型合理,程序功能設(shè)計(jì)完善,系統(tǒng)識(shí)別率高,穩(wěn) 定性好,方便集成,較理想地實(shí)現(xiàn)了非特定人通過(guò)語(yǔ)音指令控制小燈系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的功能,在工業(yè)自動(dòng)控制、醫(yī)療系統(tǒng)以及智能家居等很多領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景。
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課題名稱(chēng): PLC先進(jìn)控制策略研究與應(yīng)用
1、選題意義和背景。
可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能豐富等強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為目前自動(dòng)化領(lǐng)域的主流控制系統(tǒng)。然而,從目前的應(yīng)用情況來(lái)看,PLC還大都只是承擔(dān)最基本的控制功能,如順序控制、數(shù)據(jù)采集和PID反饋控制。各個(gè)PLC廠家也在其產(chǎn)品中設(shè)計(jì)了PID模塊。雖然PID算法控制有很高的穩(wěn)定性,但對(duì)于一些復(fù)雜控制系統(tǒng),PID控制很難滿(mǎn)足控制要求,這也使PLC的發(fā)展面臨著一種挑戰(zhàn)。隨著越來(lái)越多的PLC產(chǎn)品與IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)兼容,PLC控制系統(tǒng)越來(lái)越開(kāi)放,將先進(jìn)控制算法嵌入PLC常規(guī)控制系統(tǒng)成為可能。本課題從工業(yè)控制實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā),對(duì)PLC的控制功能進(jìn)行深入的研究和探討,以提高和擴(kuò)展PLC控制器的應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍。本課題:PLC先進(jìn)控制策略的研究與應(yīng)用,其目的是通過(guò)研究使一些先進(jìn)控制算法在PLC及組態(tài)系統(tǒng)上得以實(shí)現(xiàn),并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序,經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后最終應(yīng)用到工業(yè)過(guò)程控制中去。
在PLC組態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法,包括預(yù)測(cè)控制算法和模糊邏輯控制算法,形成具有人工智能的控制模塊及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),能大大提高系統(tǒng)的控制水平,改善控制質(zhì)量。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看,目前PLC生產(chǎn)商的一些產(chǎn)品具備先進(jìn)控制模塊,如模糊模塊。但它們的價(jià)格十分昂貴,且封閉性較強(qiáng),不適合我國(guó)中小型企業(yè)的工業(yè)改造。因此開(kāi)發(fā)較為通用的先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)技術(shù),對(duì)于我國(guó)中小型企業(yè)的工業(yè)改造具有很大的意義,既可降低生產(chǎn)成本,又可提高經(jīng)濟(jì)效益。
模糊控制與預(yù)測(cè)控制是智能控制中技術(shù)較為成熟的分支,因此,研制和開(kāi)發(fā)出適合工業(yè)環(huán)境的實(shí)時(shí)先進(jìn)控制開(kāi)發(fā)工具,實(shí)現(xiàn)模糊控制、預(yù)測(cè)控制嵌入PLC,與常規(guī)控制集成運(yùn)行,讓先進(jìn)控制從教授、專(zhuān)家手中走出來(lái),實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制的工程化、實(shí)用化、轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力,對(duì)縮短控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期,加快先進(jìn)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用,提高我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平有著重大的意義。
2、論文綜述/研究基礎(chǔ)。
在過(guò)程工業(yè)界,從40年代開(kāi)始,采用PID控制規(guī)律的單輸入單輸出簡(jiǎn)單反饋控制回路己成為過(guò)程控制的核心系統(tǒng)。目前,PID控制仍廣泛應(yīng)用,即便是在大量采用DCS控制的最現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,這類(lèi)回路仍占總回路80%-90%.這是因?yàn)镻ID控制算法是對(duì)人的簡(jiǎn)單而有效操作的總結(jié)和模仿,足以維護(hù)一般過(guò)程的平穩(wěn)操作與運(yùn)行,而且這類(lèi)算法簡(jiǎn)單且應(yīng)用歷史悠久,工業(yè)界比較熟悉且容易接受。
然而,單回路PID控制并不能適用于所有的過(guò)程和不同的要求[4}0 50年代開(kāi)始,逐漸發(fā)展了串級(jí)、比值、前饋、均勻和Smith預(yù)估控制等復(fù)雜控制系統(tǒng),即當(dāng)時(shí)的先進(jìn)控制系統(tǒng),在很大程度上滿(mǎn)足了單變量控制系統(tǒng)的一些特殊的控制要求。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,仍有10%-20%的控制問(wèn)題采用上述控制策略無(wú)法奏效,所涉及的被控過(guò)程往往具有強(qiáng)藕合性、不確定性、非線(xiàn)性、信息不完全性和大純滯后等特性,并存在著苛刻的約束條件,更重要的是它們大多數(shù)是生產(chǎn)過(guò)程的核心部分,直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本等有關(guān)指標(biāo)。隨著過(guò)程工業(yè)日益走向大型化、連續(xù)化,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的品質(zhì)提出了更高的要求,控制與經(jīng)濟(jì)效益的矛盾日趨尖銳,迫切需要一類(lèi)合適的先進(jìn)控制策略。自50年代末發(fā)展起來(lái)的以狀態(tài)空間方法為主體的現(xiàn)代控制理論,為過(guò)程控制帶來(lái)了狀態(tài)反饋、輸出反饋、解疆控制、自適應(yīng)控制等一系列多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法}s}.上述多變量控制策略有其自身的不足之處,工業(yè)過(guò)程的復(fù)雜性使得建立其正確的數(shù)學(xué)模型比較困難。同時(shí),計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用,強(qiáng)大的計(jì)算能力可以用來(lái)求解過(guò)去認(rèn)為是無(wú)法求解的問(wèn)題,這一切都孕育著過(guò)程控制領(lǐng)域的新突破。
整個(gè)80年代,出現(xiàn)了許多約束模型預(yù)測(cè)控制的工程化軟件包。通過(guò)在模型識(shí)別、優(yōu)化算法、控制結(jié)構(gòu)分析、參數(shù)整定和有關(guān)穩(wěn)定性和魯棒性研究等一系列工作,基于模型控制的理論體系己基本形成,并成為目前過(guò)程控制應(yīng)用最成功,也最有前途的先進(jìn)控制策略。近年來(lái),人工智能技術(shù)有了長(zhǎng)足的長(zhǎng)進(jìn)并在許多科學(xué)與工程領(lǐng)域中取得了較廣泛的應(yīng)用。就過(guò)程控制而言,專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)是最有潛力的三種工具。專(zhuān)家系統(tǒng)可望在過(guò)程故障診斷、監(jiān)督控制、檢測(cè)儀表和控制回路有效性檢驗(yàn)中獲得成功應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可以為復(fù)雜的非線(xiàn)性過(guò)程的建模提供有效的方法,進(jìn)而可用于過(guò)程軟測(cè)量和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。模糊系統(tǒng)不僅是行之有效的模糊控制理論基礎(chǔ),而且有望成為表達(dá)確定性和不確定性?xún)深?lèi)混合并提煉這些經(jīng)驗(yàn)使之成為知識(shí)進(jìn)而改進(jìn)以后的控制,也將是先進(jìn)控制的重要內(nèi)容。
由于先進(jìn)控制受控制算法的復(fù)雜性和計(jì)算機(jī)硬件兩方面因素的影響,早期的先進(jìn)控制算法通常是在PC機(jī)和UNIX機(jī)上實(shí)施的。隨著DCS功能的不斷增強(qiáng),更多的先進(jìn)控制策略可以與基本控制回路一起在DCS控制站上實(shí)現(xiàn)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跛衅髽I(yè)都采用了DCS系統(tǒng)或其它智能化設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制,并在此基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)施先進(jìn)控制與優(yōu)化較大的提升了系統(tǒng)的性能??梢哉f(shuō),高性能控制系統(tǒng),尤其是DCS系統(tǒng)的普及為先進(jìn)控制的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的硬件和軟件平臺(tái)。國(guó)外從70年代末就開(kāi)始了先進(jìn)控制技術(shù)商品化軟件的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用,并在DCS的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和優(yōu)化。如愛(ài)默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先進(jìn)控制軟件RMPGT和RPID等在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用都集中在自己的DCS系統(tǒng)上。傳統(tǒng)的PLC由于不支持浮點(diǎn)運(yùn)算以及先進(jìn)控制所必須的精確的時(shí)間,因此,除了模糊邏輯控制外,其他的先進(jìn)控制并沒(méi)有在PLG平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。然而,在過(guò)程工業(yè)中大多系統(tǒng)使用先進(jìn)靈活的PLC控制系統(tǒng),因此1996年Barnes提出了一種基于PC-PLC通訊的混合方式,通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLG的通訊,從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制。
3、參考文獻(xiàn)。
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4、論文提綱。
第一章前言
1. I論文研究的目的和意義
1. 2論文研究的主要內(nèi)容及工作簡(jiǎn)述
1. 3國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述
I. 3. 1先進(jìn)控制的發(fā)展及現(xiàn)狀
1 .3 . 2 PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用
1.3 . 3 PLC基本控制方法
1. 3. 4 PLC模糊控制器
I. 3. 5 PLC預(yù)測(cè)控制算法
第二章SIMATIC S7-300 PLC及STEP7系統(tǒng)
2.1 SIMATIC 57-300 PLC系統(tǒng)
2.1.1 S7-300 PLC
2.1.2 S7-300 PLC控制系統(tǒng)
2.2 STEP7系統(tǒng)
2.2.1 STEP7功能及結(jié)構(gòu)
2.2.2組態(tài)環(huán)境及編程語(yǔ)言
2.2.3基本控制算法的實(shí)現(xiàn)二
第三章PLC模糊控制器的研究與實(shí)現(xiàn)
3.1模糊控制算法與系統(tǒng)
3.1.1模糊控制理論
3.1.2模糊控制系統(tǒng)
3.1.2.1模糊控制器的組成
3.1.2.2模糊控制算法
3.1.2.3模糊控制器的結(jié)構(gòu)
3.2 PLC模糊控制器設(shè)計(jì)
3.2.1 PLC模糊控制器結(jié)構(gòu)
3.2.2模糊控制器離線(xiàn)部分設(shè)計(jì)
3.2.2.1模糊控制器離線(xiàn)部分算法設(shè)計(jì)內(nèi)容
3.2.2.2基于MATLAB模糊邏輯工具箱的設(shè)計(jì)
3.2.3 STEP7實(shí)現(xiàn)模糊控制器設(shè)計(jì)
3.2.3.1模糊算法流程圖
3.2.3.2模糊算法的功能塊
3.2.4 PLC模糊控制器的仿真驗(yàn)證
3.2.4.1仿真系統(tǒng)的建立
3.2.4.2仿真結(jié)果驗(yàn)證
第四章PLC預(yù)測(cè)控制器的研究與實(shí)現(xiàn)
4.1廣義預(yù)測(cè)控制算法
4.1.1單值廣義預(yù)測(cè)控制
4.1.2單值廣義預(yù)測(cè)控制律計(jì)算
4.2 PLC單值廣義預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
4.2.1單值廣義預(yù)測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)步驟
4.2.2單值廣義預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)
4.3單值廣義預(yù)測(cè)控制器的仿真驗(yàn)證
4.3.1仿真模型的建立
4.3.2仿真結(jié)果分析比較
第五章基于PLC的空調(diào)性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
5.1工藝流程與控制方案
5.1.1工藝過(guò)程簡(jiǎn)述
5.1.2控制要求
5.1.3控制方案設(shè)計(jì)
5.2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置
5.3監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)
5.4 57-300 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.4.1硬件系統(tǒng)組態(tài)
5.4.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)
5、論文的理論依據(jù)、研究方法、研究?jī)?nèi)容。
目前,PLC的應(yīng)用十分廣泛,涉及到過(guò)程控制的方方面面。但在控制策略上,它依然沿用傳統(tǒng)的PID控制。許多PLC開(kāi)發(fā)商把PID算法做成模塊,固化在PLC中。
但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看,對(duì)于一些復(fù)雜的控制系統(tǒng),PID很難滿(mǎn)足控制要求,這就需要把先進(jìn)的控制算法嵌入到PLC的設(shè)計(jì)中。本課題以此為主要研究?jī)?nèi)容。
工業(yè)過(guò)程的復(fù)雜性以及對(duì)于控制日益提高的要求,各種先進(jìn)控制算法越來(lái)越多地深入到控制領(lǐng)域,但由于PLC的編程目前還限于低級(jí)語(yǔ)言(如梯形圖),所以,給在PLC上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法帶來(lái)了困難。SIEMENS在PLC的編程系統(tǒng)STEP7中提供了比較豐富的功能模塊,因此,本課題首先是通過(guò)對(duì)控制算法的研究與改進(jìn)和對(duì)STEP?功能的開(kāi)發(fā),使先進(jìn)控制策略在S7-300 PLC上得以較好的實(shí)現(xiàn)。本論文重點(diǎn)研究基于PLC的模糊控制器的實(shí)現(xiàn),這一領(lǐng)域目前研究的比較多,因此在總結(jié)前人研究方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一個(gè)基于PLC的通用的模糊控制器,并使其固化在STEP7軟件中。此外,對(duì)于PLC預(yù)測(cè)控制雖已有一些研究,但都僅限于理論方面,尚未給出PLC上實(shí)現(xiàn)的實(shí)例。本課題也想在此方面有所創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)出基于PLC的預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
本論文第一章簡(jiǎn)要介紹了課題的來(lái)源背景、主要內(nèi)容、目的意義以及國(guó)外相關(guān)工作的研究狀況等。
第二章介紹了SIMATIC S7-300 PLC的主要特點(diǎn),系統(tǒng)組成及控制系統(tǒng)的配置與實(shí)現(xiàn),同時(shí)介紹了STEP?軟件的功能及結(jié)構(gòu),組態(tài)環(huán)境,以及一些基本算法的實(shí)現(xiàn)方法。
第三章重點(diǎn)闡述了模糊控制的基本理論、模糊控制算法、模糊控制器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法。提出了基于PLC的模糊控制器的實(shí)現(xiàn)方法,即采用MATLAB離線(xiàn)設(shè)計(jì),PLC在線(xiàn)查詢(xún)的方式。給出了STEP?實(shí)現(xiàn)模糊算法的流程圖及部分程序。
最后建立一個(gè)過(guò)程仿真系統(tǒng),對(duì)PLC模糊控制器進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
第四章介紹了預(yù)測(cè)控制的基本理論,重點(diǎn)闡述了廣義預(yù)測(cè)控制算法,并結(jié)合PLC的特點(diǎn),提出了基于PLC的單值廣義預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)方法,給出了STEP7實(shí)現(xiàn)單值廣義預(yù)測(cè)算法的步驟與流程圖。最后建立一個(gè)二階大滯后的對(duì)象模型,構(gòu)成仿真控制系統(tǒng),與PID控制進(jìn)行比較分析,驗(yàn)證PLC預(yù)測(cè)控制器的有效性。
第五章是作者在研究生期間參加的某空調(diào)性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室基于PLC實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),從系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)配置和硬件構(gòu)成、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面分別進(jìn)行了詳細(xì)的論述。
第六章結(jié)論與體會(huì),總結(jié)自己在課題研究和項(xiàng)目研究的過(guò)程中的一些體會(huì)和心得,分析了工作中的不足,提出了以后工作的注意事項(xiàng),改進(jìn)方法。
6、研究條件和可能存在的問(wèn)題。
I.盡快建立樣板工程,把己經(jīng)取得的研究成果應(yīng)用到工程實(shí)際過(guò)程中,通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以便不斷改進(jìn)和提高。
2. PLC預(yù)測(cè)控制器目前只應(yīng)用了簡(jiǎn)單的單值廣義預(yù)測(cè)算法,有其自身的局限性,如控制精度不高。目前,應(yīng)用較為成熟的是MPC算法,因此可以把PLC-MPC控制器作為今后研究的一個(gè)重點(diǎn)。
3.對(duì)于PLC模糊控制器的改進(jìn),主要是在算法上,為了提高控制效果,單純的模糊算法是不足的,改進(jìn)型模糊算法如模糊PID可以改善控制器性能,因此可以開(kāi)發(fā)PLC模糊PID控制器。
4.進(jìn)一步挖掘STEP?軟件的功能,開(kāi)發(fā)過(guò)程對(duì)象仿真模塊,給出基于PLC建立仿真系統(tǒng)的方法和步驟,為工業(yè)實(shí)阮應(yīng)用縮短調(diào)試時(shí)間,保證系統(tǒng)的可靠性。
7、預(yù)期的結(jié)果。
1.通過(guò)對(duì)先進(jìn)控制各種算法的分析比較,對(duì)先進(jìn)控制理論有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí),從中學(xué)到了不少解決問(wèn)題的方法,理解了傳統(tǒng)控制方法與先進(jìn)控制方法的區(qū)別。
2.基于PLC實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制與基于PC實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制相比較,最重要的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于PLC實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制不需要通訊協(xié)議,而基于PC實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行之前必須正確的配置PC與PLC之間的通訊協(xié)議,因此可以降低系統(tǒng)得開(kāi)發(fā)時(shí)間。其次,在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),在下位機(jī)上完成先進(jìn)控制算法比在上位機(jī)完成更具有實(shí)時(shí)性。在可靠性方面,由于基于PC實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制,現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)和信號(hào)要經(jīng)過(guò)通訊傳給上位機(jī),這難免會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失和信號(hào)的誤差,從而使系統(tǒng)的控制精度下降,而基于PLC實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制避免了這類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生。
3.西門(mén)子57-300 PLC功能強(qiáng)、處理速度快、模塊化結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展,被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中;其相應(yīng)開(kāi)發(fā)軟件STEP7采用模塊化編程方法,提供多種編程語(yǔ)言,豐富的功能模塊,能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的功能和算法。因此二者結(jié)合 起來(lái),為先進(jìn)控制的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供了很好的軟硬件平臺(tái)。
4. PLC模糊控制器采用MTALAB離線(xiàn)設(shè)計(jì)和PLC在線(xiàn)查表的方法,把復(fù)雜的模糊推理過(guò)程交給計(jì)算機(jī)離線(xiàn)完成,得到模糊控制量查詢(xún)表供PLC在線(xiàn)調(diào)用。此方法將復(fù)雜瑣碎的模糊控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作變得簡(jiǎn)單明了,大大縮短了開(kāi)發(fā)周期,同時(shí)也提高的PLC控制的實(shí)時(shí)性,是目前被廣泛采用且效果良好的PLC模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。
5. PLC單值廣義預(yù)測(cè)控制器采用簡(jiǎn)單實(shí)用的單值廣義預(yù)測(cè)控制算法,它需要調(diào)整參數(shù)少、在線(xiàn)計(jì)算時(shí)間短,可適用于PLC類(lèi)控制采樣周期較短的快速動(dòng)態(tài)過(guò)程系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明:PLC單值廣義預(yù)測(cè)控制器保持了預(yù)測(cè)控制的性能,控制效果較PID控制有很大改善,同時(shí)具有計(jì)算量小,響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。
8、論文寫(xiě)作進(jìn)度安排。
20XX.05-20XX.06 開(kāi)論文會(huì)議
20XX.06-20XX.07 確定論文題目
20XX.07-20XX.02 提交開(kāi)題報(bào)告初稿
20XX.02-20XX.06 提交論文初稿