Визначення інформаційних потоків. Рис 7.1. Комутація абонентів через мережу транзитних вузлів

Рис 7.1. Комутація абонентів через мережу транзитних вузлів.

Содержание

Литература

Классическая теория идеального ветряка

Представимравномерныйпотокветра,набегающийнаидеальноевет-

роколесосо скоростью V в сечении

AA ¢ (рис.7.2.1). В сечении

BB ¢ навет-

роколесескорость будет V 1 = V

- v 1,а на некотором расстоянии позади вет-

рякав сечении CC ¢скоростьбудет V 2 = V - v 2.

Рис. 7.2.1. Характеристика воздушного потока, протекающего через ветро-

колесо.

При этом вращающееся ветроколесо создаст подпор, вследствие чего скорость потока, по мере приближения к ветряку и некоторое время за ветря- ком, падает, как показано кривой I на рис. 7.2.1. Вместе с этим давление воз- духа p, по мере приближения к ветряку, повышается (кривая II), и при про-

хождении через ометаемую поверхность оно резко падает. За ветряком обра-

зуется некоторое разрежение

p 0 - p 2,которое,помереудаленияответряка,

ассимптотически приближается к нулю, т. е. восстанавливается нормальное

давление (кривая III). Потерю скорости за идеальным ветряком можно уста-

новитьпри помощи уравнения Бернулли:

r V 2

p + 2

2 2

= p 0

+r V

2

. (7.2.1)

Так как

p 2 < p 0, то V > V 2.

mV 2

Кинетическая энергия ветра перед ветряком равна

, а за ветряком

m (V - v)2

2. Разность этих энергий затрачена на ветроколесе и, в случае от-

сутствия потерь, может быть получена как полезная работа:

mV 2

m (V - v)2

T 1 =

- 2. (7.2.2)

2 2

Преобразовав правую часть уравнения (7.2.2), получим:

[ V 2

- (V - v

)2 ]=

(2 Vv

- v 2)= mv

⎜ V - 2 ⎟. (7.2.3)

m m

2 2 2 2 2

⎛ v ⎞

2 ⎝ 2 ⎠

Следовательно:

1 2 ⎜

T = mv ⎛ V

v 2 ⎞

- ⎟. (7.2.4)

⎝ 2 ⎠

Энергию

T 1, воспринятую ветроколесом, можно выразить как

произведение из силы давления ветра P на скорость в плоскости ветряка

(V - v 1), т.е.:

T 1 = P (V

- v 1). (7.2.5)

Лобовое давление P равно приращению количества движения струи,

проходящей через ометаемую поверхность, т. е.:

P = mv 2. (7.2.6)

Подставляя значение P в уравнение (7.2.5), получим

T 1 = mv 2 (V

- v 1). (7.2.7)

Сравнивая уравнения (7.2.4) и (7.2.7) находим, что:

2⎜

v 2⎞

mv ⎛ V

- ⎟= mv 2(V

- v 1), (7.2.8)

⎝ 2⎠

откуда:

v = v 2

, (7.2.9)

1 2

или:

v 2 =2 v 1. (7.2.10)

Равенство (7.2.10) показывает, что потеря скорости воздушного потока

происходит не только в сечении ветроколеса, но также и на некотором рас-

стоянии за ветряком, причём полная потеря скорости в два раза больше поте-

ри на ветроколесе.

Через ометаемую поверхность F ветроколеса протекает масса воздуха

m, количество которой за 1 секунду будет равно:

m = r FV. (7.2.11)

Подставляя значение массы воздуха в выражение кинетической энер-

гии ветра перед ветроколесом, получим:

mV 2

r FV 3

=. (7.2.12)

Взяв отношение секундной работы, воспринятой идеальным ветроко- лесом (7.2.5) к той энергии ветра, которая протекала бы через сечение, рав- ное ометаемой поверхности ветряка (7.2.12), получим идеальный коэффици-

ент использования энергии ветра x i

P (V

- v 1)

x i =

r V 3

F

. (7.2.13)

Преобразуем это уравнение:

i

x = P (V

- v 1) =2

P V - v 1, (7.2.14)

F r V

F r V V

здесь выражение

B = 2 P

F r V 2

(7.2.15)

называют коэффициентом нагрузки на ометаемую площадь, или коэф-

фициентом лобового давления.

Подставив в это уравнение

v

P = r F (V

- v 1) v 2

= r F (V

- v 1)2 v 1

и обозна-

чив

1 = e, после сокращений получим:

V

B =2r F (V

- v 1)2 v 1

=4(V

- v 1) v 1

=4 e (1 - e). (7.2.16)

r FV 2 V 2

Поступая так же с уравнением (7.2.13), для x i

получим:

r F (V

x i =

- v 1)

V 3

2 v 1

=4(V

- v 1) v 1

V 3

=4 e

(1 -

e)2

. (7.2.17)

F r

v

Отношение 1

V

= e называют коэффициентом торможения.

Определим значение e, при котором x i

будет иметь максимальную

величину. Для этого возьмём первую производную и приравняем её нулю, т.

е.:

d x i =

de

или:

d [4 e (1 - e)2 ]=

de

d (4 e -8 e 2

de

+ 4 e 3)= 0, (7.2.18)

d x i

de

= 4 - 16 e + 12 e 2 = 0, (7.2.19)

откуда:

3 e 2 -4 e +1 =0. (7.2.20)

Решая это равенство, находим, что x i

принимает максимальное значе-

ние, когда

e =1

при этом

x =4 1 ⎜1 -1 ⎟

= 0,593. (7.2.21)

⎛ ⎞

i 3 ⎝ 3 ⎠

Из уравнения (7.2.16) находим B коэффициент нагрузки на ометаемую

площадь при максимальном x i.

B =4 1 ⎜1 -1 ⎟=0,888. (7.2.22)

⎛ ⎞

3 ⎝ 3 ⎠

Таким образом, из классической теории идеального ветряка вытекают

следующие основные положения.

1. Максимальный коэффициент использования энергии ветра идеаль-

ного ветроколеса равен

x i =0,593.

2. Потеря скорости в плоскости ветроколеса равна одной трети ско-

рости ветра:

v =1 V.

1 3

3. Полная потеря скорости ветра за ветроколесом в два раза больше потери скорости в плоскости ветроколеса:

v =2 V.

2 3

Таким образом, скорость ветра за ветроколесом в три раза меньше ско-

рости ветра перед ветроколесом.

4. Коэффициент нагрузки на ометаемую поверхность ветроколеса ра-

вен

B = 0,888.

Задаваясь коэффициентом торможения

v e = 1

V

в пределах от 0 до 1 и

подсчитывая с помощью уравнений (7.2.13) и (7.2.16), получим следующие

значения коэффициентов x i

и B (табл. 7.2.1, рис. 7.2.2).

Таблица 7.2.1

Значения коэффициентов использования и нагрузки в зависимости от коэф-

фициента торможения

v e = 1 V	0,100	0,200	0,333	0,400	0,500	0,600	0,700	0,800	0,900	1,000
x i	0,324	0,512	0,593	0,576	0,500	0,384	0,252	0,128	0,036
B	0,360	0,640	0,888	0,960	1,000	0,960	0,840	0,640	0,360

Рис. 7.2.1. Графики зависимости коэффициентов использования и нагрузки

от коэффициента торможения

1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. – М.: ОГИЗ–Сельхозгиз,

1948. – 544 с.

2. Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты. – М.: Колос, 1967. – 376 с.

3. https://www.awea.org– The American Wind Energy Assocication

4. https://www.ewea.org– The European Wind Energy Assocication

7. Теория идеального ветряка................................................................................ 1

7.1. Понятие идеального ветряка........................................................................... 1

7.2. Классическая теория идеального ветряка...................................................... 2

Литература............................................................................................................... 7

Наприклад, в мережі на рис. 7.1 вузли 2 і 4 не є безпосередньо зв'язаними між собою. Для передачі даних вони змушені передавати дані через наявні транзитні вузли, наприклад, вузли 1 і 5. Вузол 1 повинен виконати передачу даних з інтерфейсу A на інтерфейс B, а вузол 5 — з інтерфейсу B на F.

Послідовність транзитних вузлів (мережних інтерфейсів) на шляху від відправника до одержувача називається маршрутом.

Комутацією називається з'єднання кінцевих вузлів через мережу транзитних вузлів.

Завдання комутації складається з кількох взаємозв'язаних окремих задач:

1. Визначення інформаційних потоків, для яких потрібно прокладати шляхи.

2. Визначення маршрутів для потоків.

3. Повідомлення вузлів мережі про знайдені маршрути.

4. Просування – розпізнавання потоків і локальна комутація на кожному транзитному вузлі.

5. Мультиплексування і демультиплексування потоків.

Зрозуміло, що через один транзитний вузол може проходити кілька маршрутів, наприклад через вузол 5 проходять дані, що надходять з вузла 4 до кожного з решти вузлів, а також всі дані, що прямують до вузлів 3 і 10. Транзитний вузол повинен вміти розпізнавати потоки даних, що надходять до нього, щоб забезпечити їх передачу саме на ті свої інтерфейси, які ведуть до потрібного вузла.

Інформаційним потоком (data flow, data stream) називають послідовність даних, що об'єднані набором загальних ознак, який виділяє ці дані із загального мережного трафіку.

Дані можуть бути представлені у вигляді послідовності байтів або об'єднані в більші одиниці даних — пакети, кадри, комірки. Наприклад, всі дані, що надходять від одного комп'ютера, можна визначити як єдиний потік, а можна представити як сукупність кількох підпотоків, кожен з яких як додаткову ознаку містить адресу призначення. Кожен з цих підпотоків, у свою чергу, можна розділити на дрібніші підпотоки даних, наприклад, підпотоки, що відносяться до різних мережних застосувань — електронної пошти, файлової служби, звернення до веб-сервера.

Поняття потоку використовується для вирішення різних мережних завдань і, мусить мати відповідний набір ознак. В задачі комутації, суть якої — передача даних з одного кінцевого вузла до іншого, при визначенні потоків обов'язковими ознаками потоку, очевидно, мають бути адреса відправника і адреса призначення даних. Тоді для кожної парі кінцевих вузлів буде визначено один потік і один маршрут.

Проте не завжди достатньо визначити потік лише парою адрес. Якщо для одної пари кінцевих вузлів виконується кілька мережних завдань, які пред'являють до неї свої особливі вимоги, потік даних між двома кінцевими вузлами повинен бути розділений на кілька підпотоків, так щоб для кожного з них можна було прокласти свій маршрут. В такому разі вибір шляху повинен здійснюватися з врахуванням характеру переданих даних.

Наприклад, для файлового сервера важливо, щоб передані до нього великі об'єми даних прямували по каналах з високою пропускною здатністю, а для програмної системи управління, яка посилає в мережу короткі повідомлення, що вимагають обов'язкового і негайного відгуку, при виборі маршруту важливим буде надійність лінії зв'язку і мінімальний рівень затримок. В цьому разі, набір ознак потоку повинен бути розширений за рахунок інформації, що ідентифікує застосування.

Часто, для даних, що пред'являють до мережі однакові вимоги, може прокладатися кілька маршрутів, щоб за рахунок розпаралелювання спромогтися одночасного використання різних каналів і пришвидшити передачу даних. В даному випадку необхідно "помітити" дані, які прямуватимуть по кожному з цих маршрутів.

Ознаки потоку можуть мати глобальне або локальне значення. В першому випадку вони однозначно визначають потік в межах всієї мережі, а в другому — в межах одного транзитного вузла. Прикладом глобальної ознаки, наприклад є пара унікальних адрес кінцевих вузлів для ідентифікації потоку. Прикладом ознаки, що локально визначає потік в межах пристрою, може бути номер (ідентифікатор) інтерфейсу пристрою, з якого поступили дані.

Наприклад, вузол 1 (рис. 7.1) може бути сконфігурованим таким чином, щоб передавати всі дані, що поступили з інтерфейсу А, на інтерфейс С, а дані, що поступили з інтерфейсу D, на інтерфейс В. Таке правило дозволяє розділити два потоки даних — який надходить з вузла 2 і який надходить з вузла 7 — і скерувати їх для транзитної передачі через різні вузли мережі, в даному випадку дані з вузла 2 через вузол 8, а дані з вузла 7 — через вузол 5.

Особливим типом ознаки є мітка потоку. Мітка може мати глобальне значення, що унікально визначає потік в межах мережі. В такому разі вона в незмінному вигляді закріплюється за потоком протягом всього шляху проходження від вузла відправника до вузла призначення. В деяких технологіях використовуються локальні мітки потоку, значення яких динамічно змінюються при передачі даних від одного вузла до іншого.

Визначити потоки – це означає задати для них набір унікальних ознак, на підставі яких комутатори зможуть скеровувати потоки по призначених для них маршрутах.