عام تری قرار داد(پیشین، ص ۷۷).
در تبصره ماده اول قانون تأسیس سازمان اسناد ملى ایران مصوب ۱۷/۲/۱۳۴۹ آمده است:« اسناد مذکور در این ماده شامل کلیه اوراق، مراسلات، دفاتر، پرونده ها، عکس ها، نقشه ها، کلیشه ها، نمودارها، فیلم ها، میکروفیلم ها، نوارهاى ضبط صوت، و سایر اسنادى است که در دستگاه دولت تهیه شده و یا به دستگاه دولت رسیده است و بطور مداوم یا غیرمداوم در تصرف دولت بوده و از لحاظ ادارى، مالى، اقتصادى، قضائى، سیاسى، فرهنگى، علمى، فنى و تاریخى به تشخیص سازمان اسناد ملى ایران، ارزش نگهدارى دائمى داشته باشند». از این تبصره، به عنوان تعریف سند از نظر سازمان اسناد ملى ایران یاد شده است(وزیری، ۱۳۷۵، ص۱۶).
1-4 – ساختار پایان نامه…………………… 6
فصل دوم:
2- ادبیات موضوع و مبانی نظری تحقیق………….. 8
2-1-مقدمه…………………… 8
2-2-رویكرد ماشین و داده كاوی……………………. 8
2-3-فرایند داده كاوی……………………. 10
2-4-ابزارها و تكنیك‌‌های داده كاوی……………………. 12
2-5-روشهای داده كاوی……………………. 13
2-5-1- روشهای توصیف داده ها………………….. 13
2-5-2-درخت تصمیم…………………… 13
2-5-3-شبكه عصبی……………………. 14
2-5-4-تشخیص آنومالی……………………. 14
2-5-5-روشهای سری زمانی……………………. 15
2-5-6-روشهای رگرسیون خطی……………………. 15
2-6-خلاصه فصل…………………… 16
فصل سوم:
3-بررسی عوامل موثر بر پیش بینی قیمت طلا…………. 18
3-1-مقدمه…………………… 18
3-2- مجموع عوامل تاثیر گذار بر قیمت طلا……….. 18
3-2-1-شاخص بهای مصرف کننده (CPI)…………………..
3-2-2-SPDR…………………….
3-2-3-تعهدات باز (OPEN INTEREST)…………………..
3-2-4-هرج و مرج و جنگ در کشورهای تولید کننده نفت…….. 21
3-2-5-شاخص دلار آمریکا………………….. 22
3-2-6-فروش رسمی……………………. 23
3-2-7-USGDP:تولید ناخالص داخلی ایالت متحده………………….. 23
3-2-8-قیمت مسکن……………………. 23
3-2-9-ذخائر نفت ایالت متحده………………….. 24
3-2-10-نرخ مبادله دلار /یورو………………….. 24
3-2-11هزینه مصرف خصوصی……………………. 25
3-2-12-هزینه مصرفی دولت و سرمایه ناخالص…………………….. 26
3-2-13-صادرات کالا و خدمات……………………. 27
3-2-14-واردات کالا و خدمات……………………. 28
3-2-15-افزایش هزینه‌ی نیروی کار………………….. 28
3-2-16-افزایش تقاضای طلای هند و چین……………………. 28
3-2-17-بحران‌های اقتصادی آمریکا و بدتر شدن وضعیت اقتصادی جهان…… 29
3-2-18تورم ناشی از به‌کارگیری سیاستهای انبساطی پولی بانک‌های مرکزی…… 30
3-2-19-بحران بدهی دولت آمریکا و کشورهای منطقه‌ی یورو و ژاپن………… 30
3-2-20-ورود بانک مرکزی کشورها به بازار طلا…………………… 31
3-2- 21-کاهش نرخ بهره بانکی……………………. 32
3-2-22- صندوق بین‌المللی پول و فروش طلا………….. 32
3-2-23-تغییر ارزش دلار نسبت به نرخ سایر ارزها(اندیس دلار)…….. 34
3-2-24-اعیاد و مناسبت ها………………….. 34
3-2-25- رشد نقدینگی……………………. 34
3-2-25-1-تزریق در آمد‌‌های ارزی حاصل از فروش نفت به جامعه…….. 35
3-2-25-2- افزایش نقدینگی توسط بانك مركزی……………………. 35
3-2-25-3-اعتبارات و پرداخت‌‌های بانك مركزی و سیستم بانكی…….. 36
3-2-25-4- استقراض بیش از حد دولت از بانك مركزی……………………. 36
3-2-25-5- سیاستهای پولی انبساطی……………………. 37
3-2-25-6- كسری بودجه دولت……………………. 37
3-2-26-شاخص در آمد کل…………………… 37
3-2-27-قیمت مس…………………….. 38
3-3-مروری بر تحقیقات انجام شده………………….. 39
3-4-خلاصه فصل…………………… 48
فصل چهارم:
4- ارائه روش پیشنهادی……………………. 50
4-1-مقدمه…………………… 50
4-2- معرفی روش پیشنهادی……………………. 50
4-3- ارزیابی روش پیشنهادی……………………. 51
4-4- انتخاب نرم افزار…………………..51
4-5-مشخصه‌های جمع اوری شده در پژوهش…………………….. 53
4-6-جدول مربوط به مشخصه‌های جمع آوری شده در پژوهش‌های پیشین…… 55
4-7-ضریب همبستگی……………………. 57
4-8-داده‌های دور افتاده …………………..59
4-9-تکنیک‌های مورد استفاده………………….. 60
4-10-پیش بینی با استفاده از شبکههای عصبی……………………. 61
4-10-1-پیش بینی با استفاده از شبکههای عصبی متد MLP……………………
4-10-2-پیش بینی با استفاده روش شبکههای عصبی مدل RBF……………………
4-11پیش بینی با استفاده از روش رگرسیون…………………… 69
4-11-1- پیش بینی با استفاده از روش رگرسیون،روش ورود متغیر Enter……………..
4-11-2-پیش بینی با روش رگرسیون با استفاده از روش ورود متغیر Stepwise……………………
4-12-پیش بینی با استفاده از روش سری‌های زمانی ARIMA…………………….
4-12-1-محاسبات مربوط به ساختن مدل ARIMA با بررسی عوامل عنوان شده در پژوهش…….. 74
4-12-2-محاسبات مربوط به ساختن مدل ARIMA با بررسی عوامل پیشین…….. 76
4-2- مقایسه نتایج…………………… 79
4-13-خلاصه فصل…………………… 80
فصل پنجم
5- مقایسه و نتیجه گیری……………………. 82
5-1- جمع بندی مطالب……………………. 82
5-2-نتیجه گیری…………………… 82
5-3-پیشنهاداتی برای مطالعات آینده………………….. 83
فهرست منابع فارسی……………………. 84
فهرست منابع انگلیسی……………………. 86
چکیده:
طلا همواره به عنوان فلزی گران بها مورد توجه بشر بوده است، بنابراین پیش بینی قیمت آن از اهمیت فراوانی برخوردار است.بررسی دقیق عوامل موثر در پیش بینی قیمت طلا اهمیت و تاثیر بسزایی در افزایش دقت پیش بینی دارد. در این مطالعه و تحقیق عوامل موثر و بیشتری در مقایسه با تحقیقات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است.و از نظر تقسیم بندی زمانی،داده‌های جمع آوری شده به سه دسته روزانه،ماهانه و سالانه تقسیم شدند.آزمایشات انجام شده، نشان داد که دقت پیش بینی ها در این مطالعه، نسبت به مطالعات پیشین، باعث بهبود 2% دقت پیش بینی در روشهای شبکههای عصبی و 7.3% در روشهای سری زمانی و 5.6% در روش رگرسیون خطی شده است. نتایج حاصله بیانگر کارآمدی عوامل بررسی شده در پژوهش، برای پیش بینی قیمت طلا میباشد و نتایج این تحقیق، باعث سودآوری برای افراد،سایر سازمان ها و طلا فروشی ها میباشد. و در انتها پیشنهاداتی برای مطالعات آینده ارائه گردیده است.
فصل اول
1- مقدمه
از گذشته‌های دور، طلا همواره به عنوان فلزی گرانبها مورد توجه قرار گرفته است،بنابراین پیش بینی قیمت آن از اهمیت فراوانی برخوردار بوده است. طلا به عنوان مهمترین استاندارد پولی جهان مطرح بوده و بیشترین مورد مصرف آن، در ساخت سكه و شمش طلا به عنوان ذخایر پولی بین‌المللی است. طلا به عنوان مهمترین پشتوانه پولی جهان و سرمایه ملی و پشتوانه اقتصادی کشورها و حتی ثروت امن خانوادهها مطرح بوده و کارایی دارد. طلا از منظری دیگر همواره راهکاری مناسب برای پس انداز و نگهداری سرمایه در میان مردم بوده است و مردم همیشه درصدد شناخت عوامل موثر بر قیمت آن بوده اند تا آنرا در شرایط مناسب (ارزان قیمت) خریده و علاوه بر بقیه مزیت ها، با فروش در موقعیت مناسب و با قیمت بالا، سود سرشاری را به دست آورند. طلا از دیدگاه اقتصادی می تواند استراتژیک تلقی شود، زیرا خود پشتوانه مالی بوده و در بازارهای جهانی نقش ارزنده ای را ایفا می کند.
1-1- ضرورت و اهمیت پیش بینی قیمت طلا
طلا همواره به عنوان رقیبی برای پولهای رایج و جایگزینی برای آنها در ایفای نقش ذخیره ارزش، موقعیت خود را در بحران‌های سیاسی و اقتصادی حفظ کرده است. طلا همچنان کالایی امن، برای سرمایه‌گذاری در شرایط نامطمئن اقتصادی است.مارتین هنکه، تحلیلگر اقتصادی در این باره می‌گوید:” با وجود تمام این بی ثباتی‌های اقتصادی موجود، سرمایه‌گذاران به دلیل ترس از دست دادن دارایی‌های خود و به منظور رویایی با افزایش تورم، به طلا به عنوان کالایی امن روی آورده‌اند.” تداوم سرمایه گذاری در بازار طلا و نقره موجب تداوم روند صعودی قیمت این فلزات گرانبها در بازارهای جهانی و ثبت رکوردهای جدید شده است.قاعدتاً پول رایج هر کشور باید علاوه بر وظیفه مبادله پرداخت، به عنوان وسیلة ذخیرة ارزش نیز مورد استفاده قرار گیرد. در زمان جنگ، انقلاب و تورم شدید، پول رایج یك کشور نمی‌تواند نقش خود را به عنوان ذخیره ارزش به خوبی ایفا نماید؛ چرا که دولتها برای تأمین هزینه‌‌های جنگ ناگزیر پولهای بدون پشتوانه تولید چاپ می کنند. افزایش حجم پول در گردش و کاهش تولید و انحراف منابع کشور از تولیدات رفاهی به تولیدات و تجهیزات جنگی، موجب تورم می شود و ارزش پول را کاهش می دهد در این زمان مردم برای حفظ ارزش دارایی خود به طلا روی می آورند که ارزش آن با تورم افزایش می یابد و به دارنده خود در مقابل تورم منفعت می رساند؛
بنابراین، طلا از دیرباز، به عنوان پول یا شبه پول، به دلیل قدرت نقدشوندگی بالا در سطح جهانی یك دارایی مهم و مقبول بوده است.
قیمت طلا در سطح جهان،با توجه به مقدار عرضه و تقاضا برای آن تعیین می گردد. تولیدکنندگان طلا (معادن)، بانكهای مرکزی و فروشندگان طلای قراضه از بزرگترین عرضه کنندگان طلا به بازارهای جهانی هستند؛ همچنین جواهرسازان، صنعتگران، محتكران شمش طلا و سرمایه گذاران از متقاضیان اصلی طلا در بازار به شمار می‌روند. اهمیت طلا به عنوان یك منبع ثروت و همچنین نقش كنترلی آن در سیستم پولی جهان كه به عنوان نیروی محركه اصلی در اكتشاف، استخراج و تولید طلا مطرح میباشند.اگرچه روابط متقابل پول و طلا بسیار پیچیده است و روابطی كه در قطعی بودن آن اتفاق نظر وجود داشته باشد نادر است، ولی حداقل در این خصوص كه این دو به یكدیگر مرتبط هستند اتفاق نظر وجود دارد. این ارتباط در قالب‌های مختلفی بیان شده است.گفتارهای زیر همه به نحوی دلالت براین ارتباط اساسی بین پول و طلا دارند:
1- جدا از اینكه یك معدن دارای چه نوع ماده معدنی است،معدنكاری آن برای دستیابی به طلاست.
2- قیمت طلا نه فقط از طریق میزان عرضه و تقاضای آن تعیین میشود، بلكه از طریق میزان عرضه و تقاضا برای سرمایه و اعتبار(پول) به منظور رهایی از ركورد اقتصادی نیز كنترل میشود.
3- اگر بخواهیم در اصلاح پایداری قیمت‌ها و اعتماد به پول رایج خاصی موفق باشیم باید ارتباط آن را با طلا تقویت كنیم.
4- تحت شرایط ثابت از نرخ مبادلات پولی، حتی با رشد اقتصادی بسیار سریع، موازنه مالی جهان وقتی قابل حصول است كه افزایش كل ذخایر پولی بین المللی منطبق بر افزایش تولید طلا باشد نه منطبق بر افزایش یك نوع ذخیره پولی خاص مانند دلار.
به رغم مشكلات موجود در تخمین حوادث سیاسی كوتاه مدت در جهان و اثرات آن در قیمت و تولید طلا در بازار آزاد، می‌توان طلا را به عنوان یك شاخص حساس نسبت به شرایط ملی و بین‌المللی معین از قبیل تورم و یا جنگ معرفی كرد.
با توجه به تئوری‌‌های سنّتی اقتصاد، یکی از ویژگی‌های یک رژیم تغییر پذیر مثل نظام پولی طلای کلاسیکی[1] که حدود سال 1880 تا وقوع جنگ جهانی اول حاکم بود، وجود مجموعه ای از نیروهای بازاری خود به خود تنظیم شونده ای است که باعث ثبات بلند مدت سطح قیمت ها میشوند. سازوکاری که این نیروها توسط آن فعالیّت میکنند معمولاً توسط تئوری کلاسیکی کالایی پول توصیف میشود (بوردو[2] 1984). با توجه به تئوری مذکور، تغییرات تولید طلا در نهایت هر حرکت تورمی یا ضد تورمی سطح قیمت را خنثی خواهد کرد. به هر حال مسئله این است که شوک‌های غیر منتظره عرضه یا تقاضای طلا می‌توانند اثرات کوتاه مدت قابل توجهی بر سطح قیمت و محصول واقعی در مواجهه با انعطاف ناپذیری‌های اسمی داشته باشند.
در یک رژیم بین المللی تغییر پذیر، تثبیت ارزش پول رایج كشورها به قیمت ثابت طلا، تکیه گاه اسمی پایداری برای سیستم پولی بین المللی فراهم می‌کند. گذشته از این، تبعیت از رژیم بین المللی تغییر پذیر به معنای فقدان استقلال پولی و مالی است، چون تحت چنین رژیمی الزام نخست حفظ قابلیت تبدیل پولهای رایج به فلز قیمتی و نه تثبیت اقتصاد داخلی است (برگمن 1998). فلز طلا به عنوان یك سرمایه ملی و پشتوانه اقتصادی كشور مطرح میباشد، بنابراین اطلاع رسانی در مورد آمار قیمت، تولید، ذخیره و… این فلز گرانبها در ایران در مقایسه با دیگر كشورها، برای برنامه‌ریزی بهتر در جهت استخراج و استفاده از آن مفید و حتی ضروری میباشد.
1-2-هدف پایان نامه
1 -ساخت بانک داده برای محققانی که در آینده قصد ادامه فعالیت دراین زمینه را دارند.داده‌های مورد استفاده برای تورم و دلار و شاخص کل از سایت بانک مرکزی،داده‌های مربوط به قیمت نفت و طلای جهانی از سایت forexو داده‌های مربوط به طلای ایران از زرگری ها تهیه میشود.
2- با توجه به عوامل تاثیرگذار در قیمت ها که ساختار محلی دارند،بررسی روشهای قبلی در پیش بینی قیمت طلا.
3-شناخت عوامل موثر در قیمت طلای ایران.
4-ارائه مدل‌هایی که با دقت بالا در داخل کشور با توجه به عوامل تاثیر گذار،برای پیش بینی قیمت طلا استفاده میشوند.
برگشتی دارد، معرفی شده است. در نهایت، ارزیابی نتایج نشان می دهد، که مدل زیست محیطی یک مدل خوب برای پیش بینی عملکرد صحیح سیستم تصفیه لجن فعال و بهینه سازی این سیستم می باشد.
واژه های کلیدی: فرآیند لجن فعال، لجن مازاد، هوک جیوز، مدل زیست محیطی، حجم حوضچه هوادهی.
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
فصل اول: کلیاتی درباره تغییر و تحول در طرز جمع آوری و تصفیه فاضلاب
1-1- مقدمه 2
1-2- تاریخچه مختصری درباره تغییر و تحول در طرز جمع آوری و تصفیه فاضلاب 2
1-3- هدف از تصفیه فاضلاب 4
1-4- انواع و خواص فاضلاب 6
1-4-1- فاضلاب خانگی 6
1-4-2- فاضلاب صنعتی 8
1-4-3- فاضلاب سطحی 8
1-5- تصفیه فاضلاب 9
1-5-1- تصفیه فاضلاب در مجاورت باکتری های هوازی 9
1-5-2- تصفیه و تجزیه فاضلاب در مجاورت باکتری های غیر هوازی 9
1-6- لزوم آزمایش فاضلاب 13
1-7- آزمایش تحلیلی فاضلاب 13
1-7-1- آزمایشات فیزیکی 13
1-7-2- مطالعات بهداشتی 13
1-7-3- آزمایشات شیمیایی 13
1-8- معیار شدت آلودگی 14
1-9- تعیین مقدار بی- او- دی (BOD) 15
1-10- درجه آلودگی فاضلاب های خانگی در شهر های ایران 15
فصل دوم: واحد هایی بکارگیری در تصفیه خانه فاضلاب
2-1- مقدمه 17
2-2- هدف تصفیه مقدماتی 17
2-3- تصفیه مقدماتی فاضلاب 18
2-4- آشغال گیری و آشغالگیرها 18
2-4-1- آشغالگیرهای دستی 19
2-4-2- آشغالگیرهای مکانیکی 20
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
2-4-3- بازده آشغالگیرها 22
2-4-4- دفع آشغال 22
2-5- آشغال خردکن ها 23
2-5-1- انواع آشغال خردکن و طرز کار با آنها 23
2-6- حوض های دانه گیر 26
2-6-1- تعریف دانه 26
2-6-2- اهداف احداث حوض های دانه گیری 26
2-6-3- تثبیت سرعت جریان 27
2-6-4- دفع مواد دانه ای 27
2-7- ته نشینی 27
2-7-1- ته نشینی ساده 28
2-7-2- ته نشینی شیمیایی 29
2-8- حوض های ته نشینی 29
2-9- انواع حوض های ته نشینی 29
2-9-1- حوض های ته نشینی نخستین 30
2-9-2- حوض های ته نشینی نهائی 30
2-10- کلر زنی 31
2-11- حوض کلر زنی 31
2-12- تصفیه و دفع لجن 32
2-13- هضم لجن 33
2-14- مخازن هاضم 33
2-15- حوض تغلیظ لجن 34
2-16- دفع لجن هضم شده 34
2-17- بسترهای لجن خشک کن 34
2-18- انتخاب محل تصفیه خانه 35
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
فصل سوم: انواع فرایندهای تصفیه زیستی فاضلاب
3-1- مقدمه 37
3-2- پخش فاضلاب در زمینهای زراعی 37
3-3- صافیهای ماسه ای متناوب 37
3-3-1- بازده صافیهای ماسه ای متناوب 38
3-4- برکه های تصفیه فاضلاب 38
3-5- صافیهای چکنده 39
3-5-1- تصفیه فاضلاب در صافیهای چکنده 39
3-5-2- معایب و محاسن صافیهای چکنده 39
3-6- تصفیه زیستی فاضلاب با کمک لجن فعال شده 41
3-6-1- لجن فعال شده 41
3-6-2- تصفیه فاضلاب با کمک لجن فعال شده 41
3-6-3- مایع مخلوط 41
3-6-4
- حوض هوارسانی 42
3-6-5- مشخصات ظاهری لجن فعال شده 42
3-7- حوض های هوارسانی 42
3-7-1- هوارسانی به فاضلاب و طرق مختلف آن 42
3-8- مکانیسم های اساسی فرایند لجن فعال 42
3-9- وظایف اصلی فرایند لجن فعال 44
3-10- اهمیت بهینه سازی فرایند لجن فعال 44
3-11- مروری بر تحقیقات گذشته 44
فصل چهارم:بهینه سازی
4-1- مقدمه 47
4-2- رابطه سازی طرح بهینه 47
4-3- تاریخچه بهینه سازی 49
4-4- تابع هدف 49
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
4-5- روش بهینه سازی هوک جیوز 50
4-5-1- الگوریتم هوک جیوز 50
4-5-2- محاسبات عددی روش بهینه سازی هوک جیوز 51
فصل پنجم: معرفی مدل ها جهت بهینه سازی تصفیه خانه لجن فعال
5-1- فرایند های رشد معلق 58
5-2- اصول و قواعد کلی سیستم های رشد معلق 58
5-3- محاسبات عددی 62
5-4- معرفی مدل 63
5-4-1- حل مدل با روش هوک جیوز 65
5-4-2- ورودی های برنامه 65
5-4-3- برنامه روش هوک- جیوز به زبان فرترن 65
5-4- 4- خروجی های برنامه 65
5-4-5- نتایج و محاسبات 65
5-5- بهینه سازی فرایند لجن فعال بر پایه مدل زیست محیطی 71
5-5-1- معادلات حاکم بر فرایند لجن فعال 72
5-5-2- مواد و روش ها 75
5-5-3- معادلات ریاضی مدل زیست محیطی 76
5-5-4- چگونگی محاسبات بهینه سازی مدل زیست محیطی 83
5-5-5- برنامه مدل EBM به زبان فرترن 79
5-5-6- نتایج و محاسبات 79
5-5-7- مقایسه بین نتایج محاسباتی با داده های مرجع 80
5-6- بحث و نتیجه گیری 83
منابع 85
پیوست 88
مقدمه
آب شرط وجود حیات می باشد. اکثر واکنشهای شیمیایی در محیط آبی صورت می گیرد. آب به علت خواص ویژه، نقش تنظیم کننده ای در طبیعت داشته و آن را در برابر تغییرات ناگهانی دما حفظ می کند.آب بعد از مصارف گوناگون (خانگی، کشاورزی، صنعتی و …) تبدیل به پساب می شود. برای جلوگیری از آلودگی آب و محیط زیست، توسط این پساب ها، باید راهکارهایی برای تصفیه و استفاده مجدد از آن اتخاذ کرد( امیر زمانخانی، 1388). لزوم اجرای طرح های آب و فاضلاب و درک مشکلات ناشی از آن از دیر باز برای بشر مطرح بوده و در این راه طی قرون متمادی پیشرفتهای عظیمی نیز نصیب معماران و مهندسانی که علوم را از طریق تجربه و ممارست آموخته بودند، گردید( آصف خلدانی، 1356).
1-2- تاریخچه مختصری درباره تغییر و تحول در طرز جمع آوری و تصفیه فاضلاب
قدیمی ترین کانالیزاسیون را می توان در آثار تمدن هندیان مشاهده نمود. در خرابه های شهر بابل و نینوا و نیز در جزیره کرت، آثاری از مجراهای فاضلاب و آبریزگاههای همگانی دیده شده اند. در شهرهای یونان و روم قدیم آثار فاضلاب روهایی به قطر های 2 تا 3 متر دیده شده اند، که ساختمان آنها را به 2000 سال پیش از میلاد نسبت می دهند. در بمبئی، باقیمانده گندآبروهایی مشاهده می شود، که ساختمان آنها را به حدود 1900 سال پیش مربوط می دانند. تا حدود یکصد سال پیش، بیشتر گندآبروها و به ویژه کانال های فرعی فاضلاب به صورت روباز ساخته می شدند. پس از آشکار شدن اثر این قبیل کانالها در پخش بیماریهای واگیردار، کوشش به عمل آمد، که تمام گندآبروها و فاضلابروها در زیر زمین ساخته شوند. کانال های اصلی شبکه های فاضلاب(اگو) شهر پاریس به طول 36 کیلومتر، در سال 1789 میلادی ساخته شده اند. شهر لندن پس از کشتاری که بیماری وبا در آن انجام داد و طی آن 25000 نفر تلف شدند، در سالهای 1832 تا 1848، دارای شبکه زیر زمینی جمع آوری فاضلاب شد. هامبورگ در سال 1842 و برلن در سال 1852 دارای شبکه های کانالیزاسیون گردیدند(محمد تقی منزوی،1360). در ایران نیز در زمینه آبرسانی و فاضلاب کارهایی بزرگ و ابداعاتی جالب به چشم می خورد. احداث هزارن کیلومتر قنات و همچنین بنای سد و تونل انتقال آب و بالاخره دفع فاضلاب در چاه، از ابتکارات معماران و مهندسان ایرانی است. از اواخر قرن هیجدهم که انقلابات صنعتی مردم را با سرعتی غیر قابل کنترل به شهر نشینی وادار ساخت، تامین آب سالم و دفع فاضلاب خانگی به صورت دو موضوع حاد از نظر امکان زندگی، ولو با حداقل بهداشت ممکن، بروز کرد. برای دفع آب باران اولین بار طرح جوی سازی بوجود آمد، تا بدین ترتیب آبهای سطحی در خیابانهای شهر جمع آوری و به اولین منبع طبیعی آب نظیر نهر، رودخانه و یا دریا هدایت و دفع گردد. فاضلاب خانه ها نیز به صورت منفرد در زمینهای پشت منازل یا چاهها و در پاره ای موارد مستقیما به داخل رودخانه دفع میشد. به تدریج با توسعه و تورم ناگهانی شهرها، وضع شهرنشنی بکلی دگرگون شد. این تغییرات و تحولات دو مشکل جدید در شهرها به همراه داشت، اول تامین آب و به خصوص آب سالم برای مصرف اهالی و دوم جلوگیری از دفع فاضلاب خانگی به داخل جوی ها بود. به وجود آمدن محیطی کاملا غیر بهداشتی در شهرها، مهندسان و معماران را وادار به تجدید نظر در طرز جمع آوری فاضلاب ساخت، تا آنکه مجبور به جدا کردن شبکه فاضلاب از آب بارا ن، یعنی ابداع شبکه مجزا شدند. این راه حل نیز اگرچه تا مدتی کوتاه مسئله را پایان یافته جلوه میداد، ولی با توجه به کم شدن فواصل بین شهرهای صنعتی که اکثرا در کنار رودخانه ها و سواحل دریا گسترش می یافت، عملا مجالی برای تصفیه طبیعی فاضلاب دفع شده در رودخانه باقی نمی ماند. به این ترتیب مشکل تامین آب سالم در شهرهای پایین دست به وجود آمد. بر اساس همین معضلات بود، که اولین بار برای تامین آب مصرفی شهر لندن، مهندسی به نام چلسی) (Chelsea به این فکر افتاد، که با حفر چاه هایی در امتداد مسیر رودخانه تایمز آب سالم تهیه نماید. این اقدام بزودی نتایج رضایتبخشی به بار آورد و در نتیجه تصفیه آب با عبور دادن آن از لایه های ماسه ای در همه جا تحت عنوان تصفیه آب با صافیهای ماسه ای معمول گشت. به وجود آمدن امکاناتی در زمینه تصفیه آب تا حدودی مشکل دفع فاضلاب خام در منابع طبیعی را به طور موقت برطرف نمود، ولی با افزایش مقدار پساب صنعتی و تراکم منازل و ازیاد جمعیت در شهر، آب رودخانه ها آنچنان آلوده گردید، که بوی تعفن حاصل از تجزیه مواد در کنار رودخانه ها در فصول گرم و بعلاوه خطر شیوع امراض واگیر مردم شهرها را سخت نگران ساخت. از این به بعد بود، که شهرداریها در مقابل فشار افکار عمومی، علیرغم مخارج زیادی که می بایست در اجرای طرح های فاضلاب متحمل می شدند، اقدام به یافتن راه حل های اساسی نمودند. در اواخر قرن نوزدهم جمع آوری و به خصوص تصفیه فاضلاب به صورت مسئله ای جدی در امر نوسازی شهرها و اجرای طرح های شهرسازی مطرح گردید( آصف خلدانی، 1356). صنعت تصفیه آب، از صنایع زیر بنایی هر کشور محسوب می شود. در دهه های اخیر، توجه دولت ها را پیش از پیش به خود معطوف کرده است. به علت تنزل کیفیت عمومی منابع آب، ضرورت استفاده از سیستم های تصفیه پیشرفته آب و فاضلاب دغدغه بسیاری از این کشورها (به ویژه کشورهای در حال توسعه) می باشد. علاوه بر سعی در حفظ و بهبود کیفیت منابع آب، با افزایش روند تحقیق و توسعه و استفاده از فناوری نوین در صنعت تصفیه آب در صدد رسیدن به نقطه مطلوب بوده و در این راه قدم های اساسی را نیز برداشته اند (از کشور مالزی و کره جنوبی، می توان به عنوان نمونه های موفق در این زمینه یاد کرد). اما در کشور ما اغلب مشاهده می شود، هنوز در اجرای طرح های مختلف صنعت تصفیه آب و فاضلاب، از فناوری های قدیمی استفاده می شود. به طوری که باید اذعان داشت واقعا تصفیه خانه های آب در کشورمان مظلوم واقع شده اند. متاسفانه حتی در مواردی مشاهده می شود، با توجه به تغییر کیفیت آب خام و افزایش مواد آلی خطرناک در آب ورودی تصفیه خانه های قدیمی، روش بهره برداری از تاسیسات هنوز دستخوش تغییر و بازنگری نشده است. حدود 40 سال است، که در دنیا صافی های دو لایه و مخلوط در تصفیه خانه های آب شرب وارد مدار شده اند. حتی صافی های موجود تک لایه تبدیل به دو لایه شده اند. اما هنوز، ما، در بکارگیری این فناوری تردید داریم. باید باور کرد، دنیا شتابان و
به سرعت در حال حرکت است، اما ما غافل مانده ایم. نه مشاور قادر است تحولی در این زمینه ایجاد کند، نه سازندگان، توانایی این کار را دارند. علت هم این است، که در صنعت آب و فاضلاب ما، کمتر علم گرایی وجود دارد. ما فقط تولید می کنیم و به فکر کنترل کیفیت نیستیم. تا وقتی صنعت تصفیه آب و فاضلاب، علم گرا نشود، تحقیق به وجود نمی آید و تا تحقیق به وجود نیاید، توسعه ای در کار نیست و طبیعتا سنت گرایی باقی می ماند( امیر زمانخانی، 1388).
1-3- هدف از تصفیه فاضلاب
حدود69% آب مصرفی جهان صرف کشاورزی و عموما آبیاری می شود. 23% به مصرف صنایع می رسد و مصارف خانگی تنها حدود 8% را شامل می شوند. در کشورهای توسعه یافته، کشاورزی و صنایع، بیشترین مصرف آب و بالاترین نقش را در آلودگی آب ها دارند. وجود فاضلاب ها یکی از عوامل آلودگی محیط زیست هستند و لذا بایستی آن ها را جمع آوری و از شهرها بیرون آورد. نخست، آن را پالایش و تصفیه نمود و سپس به گردش آب در طبیعت برگردانید. لذا هدف از تصفیه فاضلاب عبارتست از:
– گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب
– اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی موجود در فاضلاب و تبدیل آ نها به موادی پایدار مانند نیترات ها، سولفات ها و فسفات ها و سپس ته نشین ساختن و جداسازی آن مواد.
– جدا سازی مواد سمی محلول و نا محلول از فاضلاب، نظیر ترکیبات فلزی سنگین.
– گندزدائی و کشتن میکروب ها در فاضلاب.
تمام کارهای نامبرده در طبیعت، در زمانی نسبتا طولانی و بالغ بر چندین روز، خود به خود انجام می گیرند. هدف از ساختن تاسیسات تصفیه خانه( پالایشگاه) فاضلاب، سرعت بخشیدن به کارهای نامبرده و کوتاه نمودن مدت زمان پالایش تا حدود چند ساعت است و از سوی دیگر جلوگیری از آلوده شدن منابع طبیعی و محیط زیست می باشد.
جمع آوری گندابها و پسابها از محیط زیست در شهرها از دیدگاههای زیر، لازم و ضروری است:
– بهداشت همگانی
فاضلابها همیشه دارای مقدار بسیاری مواد خارجی هستند، که به صورت های گوناگون برای زندگی موجودات زنده زیان آور می باشند. وجود باکتری ها و میکروب های بیماری زا در فاضلابها، عاملی است که بیش از صد سال گذشته زیان آن بر مردم آشکار گشته است. کشتارهائیکه در گذشته بیماری های واگیرداری مانند وبا ، طاعون، اسهال خونی و غیره در نقاط گوناگون جهان انجام داده است، مردم را به خطرهای ناشی از آلودگی آب ها با این میکروب ها آگاه کرده اند. علاوه بر باکتریهای بیماری زا که تنها جزء کوچکی از موجودات زنده پساب ها را تشکیل می دهند، هزاران نوع باکتری دیگر نیز در فاضلاب وجود دارند. ورود فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست و منابع طبیعی آب ، چه آن هایی که روی زمین و چه آنهایی که در زیر زمین قرار دارند، موجب آلوده شدن این منابع به میکروب های بیماری زا می گردد و در اثر تماس انسان با این منبع ها خطر گسترش این بیماری ها بین مردم افزایش می یابد. نمک های سمی برخی فلزها مانند آرسنیک و سرب و نیز
1-3- اهداف پایان نامه………………………………………………………………………………………………..5
1-4- سازماندهی پایان نامه………………………………………………………………………………………….5
فصل دوم: کیفیت توان در بازار برق تجدید ساختار یافته
2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………8
2-2- صنعت برق سنتی………………………………………………………………………………………………8
2-3- انگیزه های تجدید ساختار صنعت برق…………………………………………………………………9
2-4- عوامل موثربر روند تجدید ساختار……………………………………………………………………….9
2-5-مدل های اجرایی ساختار صنعت برق………………………………………………………………….12
2-5-1- مدل انحصاریکپارچه عمودی……………………………………. …………………………………13
2-5-2- مدل انحصارخریدار……………………………………………………………………………………..14
2-5-3 – مدل رقابت دربازارعمده فروشی………………………………………………………………….15
2-5-4- مدل انتخاب کامل مشتری…………………………………………………………………………….17
2-6- مراحل هشتگانه اصلاحات درصنعت برق……………………………………………………………19
2-7- کیفیت توان در بازار برق تجدید ساختار یافته……………………………………………………..22
2-8- ملزومات قراردادهای کیفیت توان………………………………………………………………………25
2-9- قراردادهای بین شرکت های مختلف………………………………………………………………….24
2-10- مانیتورینگ وارزیابی کیفیت توان……………………………………………………………………..26
2-11- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………..29
فصل سوم: تجهیزات جبران سازی پدیده های کیفیت توان
3-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………..31
3-2- فیلتر اکتیوموازی…………………………………………………………………………………………….32
3-2-1- توصیف کلی فیلتراکتیو موازی……………………………………………………………………..32
3-2-2 -مدار های قدرت فیلتر اکتیو موازی………………………………………………………………33
3-2-3- استراتژی کنترلی فیلتر اکتیو موازی……………………………………………………………….35
3-2-4- شبیه سازی فیلتر اکتیو موازی………………………………………………………………………35
3-3- فیلتر اکتیو سری…………………………………………………………………………………………….37
3-3-1- مدار قدرت فیلتر اکتیو سری……………………………………………………………………….38
3-3-2- کنترل کننده فیلتراکتیوسری…………………………………………………………………………39
3-3-3- شبیه سازی فیلتر اکتیو سری……………………………………………………………………….39
3-4- جبران ساز یکپارچه کیفیت توان……………………………………………………………………..41
3-4-1- توصیف کلی جبران ساز یکپارچه
کیفیت توان……………………………………………..41
3-4-2- مدارقدرت جبران ساز یکپارچه کیفیت توان………………………………………………………………..42
3-4-3- کنترل کننده جبران ساز یکپارچه کیفیت توان……………………………………………………………..43
3-4-4- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان……………………………………………….44
3-5- جبران ساز یکپارچه کیفیت توان چند مبدله…………………………………………………………46
3-5-1- استراتژی کنترل…………………………………………………………………………………………..47
3-6- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….48
فصل چهارم: ارتقاء کیفیت توان در شبکه های تجدید ساختار یافته با استفاده از جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزاشده
4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….51
4-2- جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده…………………………………………………………51
4-3- ایده اصلی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده………………………………………….52
4-4- عملکرد جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده……………………………………………..54
4-5- استراتژی کنترل……………………………………………………………………………………………….59
4-5-1-کنترل جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده بر پایه استفاده از حلقه قفل فاز
توسعه یافته……………………………………………………………………………………………………….60
4-5-2- کنترل جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده برپایه استفاده از تئوری توان
لحظه ای…………………………………………………………………………………………………………..71
4-5-3- روش کنترل تک سیکلی……………………………………………………………………………71
4-6-نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………..74
فصل پنجم: شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با روش کنترل پیشنهادی
5-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………77
5-2- معرفی شبکه مورد مطالعه…………………………………………………………………………………77
5-3- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با استراتژی کنترل مبتنی بر
حلقه قفل فاز توسعه یافته………………………………………………………………………………………….80
5-4- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با استراتژی کنترل مبتنی بر
تئوری توان لحظهای و استفاده از کنترل هیسترزیس و SPWM…………………………………….86
5-5- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با استراتژی کنترل مبتنی بر
تئوری توان لحظه ای و استفاده از کنترل تک سیکلی……………………………………………………89
5-6- مقایسه نتایج…………………………………………………………………………………………………..93
5-7- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….96
فصل ششم: نتیجه گیری وپیشنهادات
6-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….98
6-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………99
منابع ومأخذ…………………………………………………………………………………………………………..100
چکیده:
درسالیان اخیر توجه به بهرهوری و راندمان بالا درصنایع مختلف، دامنه کاربرد تجهیزات الکترونیک قدرت را به سرعت گسترش داده است. این تجهیزات بدلیل داشتن مشخصه غیرخطی، باعث افزایش مشکلات کیفیت توان در شبکههای توزیع شدهاند. از طرف دیگر با توجه به پیشرفت تکنولوژی واستفاده گسترده از کامپیوتر در کنترل سیستمهای صنعتی، حساسیت بارها به پدیدههای کیفیت توان نیز افزایش یافته است.
حال در چنین شرایطی با توجه به طرح موضوع تجدید ساختار درصنعت برق، یکی از پارامترهایی که در فضای رقابتی بازار برق می تواند بسیارموثرباشد ارائه برق با کیفیت و قیمت متنوع جهت مصرفکنندگان با درجه حساسیت مختلف است. ازجمله تجهیزاتی که برای بهبود کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرد جبران ساز یکپارچه کیفیت توان UPQC میباشد که از دو واحد سری وموازی تشکیل شده است. این تجهیز درمجاورت بارهای حساس قرار گرفته و ضمن بهبود کیفیت ولتاژ تحویلی به مصرفکننده، کیفیت جریان کشیده شده از شبکه را نیز بهبود میبخشد.
در این پایان نامه با الهام از عملکرد UPQC ساختارجدیدی به منظور بهبود کیفیت توان(در شبکههایی که از بارهای مختلف بادرجه حساسیت متفاوت تشکیل شدهاند)، و روش کنترل مناسب آن معرفی شده است.دراین ساختار واحد سری در محل پست قرار گرفته و کیفیت ولتاژ را بهبود میبخشد و واحد موازی از چند قسمت تشکیل میشود که هر یک در مجاورت یکی از بارهای حساس قرار میگیرند تا ضمن جبرانسازی هارمونیکی جریان، در زمان بروز قطعی ولتاژ تغذیه بارهای حساس را تأمین نماید. شبیه سازیهای انجام گرفته در محیط نرم افزار PSCAD قابلیت تجهیز معرفی شده و روش کنترلی پیشنهادی آن را در جبران سازی مشکلات ولتاژ و جریان نمایش می دهد.
فصل اول: مقدمه
1-1- موضوع تحقیق
امروزه فیلترهای اکتیو نقش مهمی را در بهبود مشکلات کیفیت توان در سیستمهای توزیع ایفا میکنند. افزایش روز افزون بارهای غیر خطی اعم از یکسوکنندههای دیودی و تریستوری، کوره های قوسی و….درسیستم های توزیع منجر به بروز مشکلات کیفیت توان وتأثیر متقابل آن برروی بارهای تغذیه شونده از آن شین میشوند. از طرف دیگر،به دلیل محدودیت های در نظر گرفته شده توسط استاندارد های بین المللی مختلف به خصوص برای مصرف کنندههای صنعتی، کاهش مشکلات هارمونیکی ناشی از بار به عنوان یک ضرورت مطرح میگردد[1].
برای بهبودو ارتقاء کیفیت توان ارائه شده به مصرف کنندگان انواع مختلفی از جبرانسازها معرفی شدهاند. فیلترهای پسیو به عنوان اولین جبران سازها به منظور حذف هارمونیکهای جریان و بهبود ضریب توان معرفی شده اند.اگر چه این دسته از فیلترها از سادگی وهزینه کمی برخوردارند، ولی به دلیل تأثیر امپدانس خط واحتمال بروز مشکلات رزونانسی، عدم توانایی در حذف چندین مولفه هارمونیکی و…. ازمقبولیت کمی برخوردارند[2]. به همین دلیل تحقیقات مختلف وگسترده ای در زمینه طراحی سایرجبران سازها انجام گرفته است.
فیلترهای اکتیو قدرت یکی از جبران سازهایی میباشند که امروزه از کاربرد وسیعی در سیستم های توزیع برخوردارند که قابلیت حذف تمامی هارمونیکهای ناخواسته، بهبود ضریب توان و عدم تعادل را دارا هستند.در چند دهه اخیر ساختارهای مختلفی از فیلترهای اکتیو ارائه شده است که از جمله آن ها فیلترهای اکتیو سری،موازی،فیلترهای ترکیبی، UPQC و… میباشند. همچنین روش های کنترلی مختلفی در حوزه فرکانس وحوزه زمان به منظور کنترل فیلترهای اکتیو ارائه گردیده است.
در این تحقیق روشی مناسب در جهت ارتقاء کیفیت توان ارائه شده است. دراین ارتباط بیان چند مسئله ضروری است. نخست آنکه بهبود کلی کیفیت توان ارائه شده به مصرف کننده وظیفه شرکت های فروشنده برق می باشد.اما مسئله قابل طرح در اینجا این نکته است که این شرکتها تا چه اندازه وظیفه بهبود کیفیت توان را برعهده دارند واگر مصرف کنندهای خواهان کیفیت توان بالاتراز آنچه که دراستانداردهای بین المللی، که شرکت های فروش برق موظف به تأمین آن هستند، باشد چطور وچگونه می توان این خواسته را برای او تأمین کرد؟
لذا این تحقیق سعی در ارائه راه کاری جهت تأمین کیفیت توان در سطوح و قیمت های مختلف کرده است. در این روش بهبود کلی کیفیت توان برای همه مصرف کنندگان صورت خواهد پذیرفت و برخی قابلیت های ویژه برای مصرف کنندگان حساسی که نیاز به کیفیت توان بالاتر دارند ارائه می شود. برای دستیابی به این هدف ساختار جدیدی که الهام گرفته از ساختار جبران ساز یکپارچه کیفیت توان می باشد معرفی خواهد شد و با استفاده از تئوری توان لحظه ای روش کنترل ساده و کارایی برای آن ارائه خواهد گردید.
2-1- بیان مسئله وسوابق تحقیقات صورت گرفته
درسالیان اخیر، لزوم افزایش بهره وری و دستیابی به راندمان بالا در صنایع مختلف باعث گسترش استفاده ازتجهیزات الکترونیک قدرت شده است. این تجهیزات بدلیل داشتن مشخصه غیرخطی باعث گسترش اغتشاشات کیفیت توان از جمله هارمونیکها در شبکه توزیع میشوند. از طرف دیگر افزایش مصرف کنندگان نیزباعث گسترش شبکه های توزیع و در نتیجه افزایش اغتشاشات کیفیت توان به ویژه کمبود و بیشبود ولتاژ شده است.
با توجه به موارد فوق امروزه کیفیت توان از اهمیت بالایی برای مصرف کنندگان برخوردار است چرا که خسارات ناشی از کیفیت توان پایین، بسیار بالا می باشد. به عنوان مثال اگر در اثر عملکرد یک کلید قدرت، خط تولید یک کارخانه متوسط، از کار افتاده و برای راه اندازی مجدد آن 4 ساعت وقت لازم باشد، این کارخانه حدود 10000 هزار دلار متضرر میشود[3]. لذا استفاده ازتجهیزات جبران سازی ازجمله فیلترهای اکتیو و جبرانساز یکپارچه کیفیت توان اجتناب ناپذیر است.
باتوجه به این که درشبکه های تجدید ساختاریافته یکی از ابزارهای رقابت بین شرکتهای برق ارائه کیفیت توان در سطوح و قیمتهای مختلف با توجه به نیاز مصرفکنندگان میباشد، لذا دراین
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه 1
1.1. بیان مسئله و ضرورت تحقیق 1
1.2. دامنه تحقیق 7
1.3. پیشینه تحقیق 7
1.4. اهداف تحقیق 8
1.5. سوالات تحقیق 8
1.6. مراحل و روش تحقیق 9
1.7. دستاوردهای تحقیق 10
1.8. نگاهی کلی بر پایان نامه 10
فصل دوم: معرفی و بررسی ابزار فرمال برای مدل سازی سیستم ها 12
Abstract State Machine (ASM) 14
LOTOS 17مقدمه ای بر جبر پروسه ها 18
VDM-SL 22
شبکه های پتری 23خصوصیات رفتاری 25Reachability 26
Boundedness 26
Liveness 26
Reversibility 28
Coverability 28
زیر مجموعه های شبکه های پتری 29State Machine (SM) 30
Marked Graph (MG) 30
Free-choice net (FC) 31
Extended Free-choice net (EFC) 31
Asymmetric choice net (AC) 31
قضایا و فرضیات 32
مقایسه و جمع بندی 35
فصل سوم: بررسی معماری دیتا سنترها 38
Microsoft Hyper-V 39بررسی اجزاء معماری Hyper-V 42APIC 43
Child Partition 43
Hypercall 43
Hypervisor 43
IC 43
I/O stack 44
Root Partition 44
VID 44
VMBus 44
VMMS 44
VMWP 44
VSC 45
VSP 45
WinHv 45
WMI 45
نقاط ضعف 46
Xen 46بررسی اجزاء معماری Xen 48Xen Hypervisor 48
Domain 0 48
Domain U 49
Xenstored 50
ارتباطات مابین دامنه صفر و دامنه های U 50
VMware ESXi 50بررسی اجزاء معماری VMware ESX 52VMkernel 52
File System 52
CIM 53
طراحی
یک معماری برای دیتا سنتر 54
مختصری درباره vSphere 56سرویس های زیر ساختی vSphere 58
سرویس های کاربردی vSphere 59سرور VMware vCenter 59
Client ها 59
ESX 59
vCenter Server 59
VMFS 59
SMP 60
VCMS 60
VI Client 60
VMware VMotion 60
Storage VMotion 60
VMware HA 61
DRS 62
Consolidated Backup 63
vSphere SDK 63
Fault Tolerance 64
سرویس های توزیع شده در vSphare 64
معماری شبکه 64
معماری محل ذخیره سازی داده ها 66
معماری سرور مدیریت VirtualCenter 69User Access Control 70
Core Service 71
جمع بندی 71
فصل چهارم: ارائه مدل فرمال برای دیتا سنتر و تحلیل آن 72
تشریح دیتا سنتر نمونه 73
ارائه مدلی از رفتار کلی دیتا سنتر 77ارزیابی و تحلیل مدل فرمال 87
4.2.1.1. Liveness 87
4.2.1.2. Safeness 87
4.2.1.3. Reversibility 89
بررسی لایه های پایینتر مدل فرمال 90
بررسی نحوه کار سرویس HA 91شرح سرویس VMware HA 91
ارائه مدل فرمال از نحوه کار سرویس HA 95
تحلیل و ارزیابی مدل 98
4.3.3.1. Liveness 99
4.3.3.2. Safeness 101
4.3.3.3. Reversibility 102
بررسی نحوه کار سرویس Fault Tolerance 106تشریح ساختار سرویس Fault Tolerance 106
ارائه مدل فرمال از نحوه کار سرویس Fault Tolerance 110
تحلیل و ارزیابی مدل 111
4.4.3.1. Liveness 112
4.4.3.2. Safeness 113
4.4.3.3. Reversibility 113
بررسی نحوه کار سرویس VMotion 114تشریح ساختار سرویس VMotion 114
ارائه مدل فرمال از نحوه کار سرویس VMotion 118
تحلیل و ارزیابی مدل 119
4.5.3.1. Liveness 120
4.5.3.2. Safeness 121
4.5.3.3. Reversibility 122
بررسی ساختار داخلی ESX hypervisor 124تشریح ساختار ESX 124
ارائه یک مدل فرمال از نحوه کار ESX 125
بررسی و تحلیل مدل 129
4.6.3.1. Liveness 129
4.6.3.2. Safeness 131
4.6.3.3. Reversibility 132
تشریح ساختار سیستم ذخیره سازی در ESX 133تشریح ساختار سیستم ذخیره سازی 133
ارائه یک مدل فرمال از نحوه کار سیستم ذخیره سازی در ESX 138
بررسی و تحلیل مدل 144
4.7.3.1. Liveness 144
4.7.3.2. Safeness 145
4.7.3.3. Reversibility 146
معماری ساختار شبکه در ESX 148تشریح ساختار شبکه 148
ارائه مدل فرمال برای ساختار شبکه در ESX 155
بررسی و تحلیل مدل 161
4.8.3.1. Reversibility 161
4.8.3.2. Liveness 163
4.8.3.3. Safeness 165
معماری سوئیچ مجازی در ساختار شبکه 165تحلیل ساختار سوئیچ مجازی 165
ارائه یک مدل فرمال برای سوئیچ مجازی 169
بررسی و تحلیل مدل 172
4.9.3.1. Liveness 172
4.9.3.2. Safeness 173
4.9.3.3. Reversibility 174
جمع بندی 175
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 176
مراجع 180
پیوست: مجموعه کامل مدل های پتری طراحی شده در پایان نامه 186
چکیده به زبان انگلیسی 195
فهرست جدول ها
عنوان و شماره صفحه
جدول 2.1. خلاصه مقایسه ابزار توصیف فرمال 36
جدول 3.1. سیستم های عامل قابل پشتیبانی توسط Hyper-V R2 41
جدول 3.2. سیستم های عامل قابل پشتیبانی توسط Xen نسخه 3. 47
جدول 4.1. گزارهای فعال در وضعیت های M0 الی M15 از مدل پتری 4.30 164
جدول 5.1. خلاصه نتایج به دست آمده از تحلیل رفتار زیر سیستم ها و سرویس های VMware ESX 177
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1.1. نحوه قرارگیری لایه های نرم افزاری بر روی سرور 4
شکل 1.2. شمای کلی دیتا سنتر با معماری مجازی 5
شکل 2.1. مثال هایی از زبان های فرمال و تقسیم بندی آنها ]10[ 13
شکل 2.2. روال طراحی یک سیستم نمونه به کمک زبان های فرمال ]10[ 14
شکل 2.3. نقطه gate در جبر پروسه ها ]4[ 18
شکل 2.4. مدل تولید کننده- مصرف کننده به کمک LOTOS ]17[ 19
شکل 2.5. مثالی از مدل سازی یک پروتکل به کمک شبکه های پتری ]23[ 25
شکل 2.6. نمونه ای از شبکه پتری non-Live ]23[ 27
شکل 2.7. نشانه گزاری برای: a) مجموعه موقعیت های ورودی و خروجی برای t و b) مجموعه گزارهای ورودی و خروجی برای p ]23[ 30
شکل 2.8. مثال هایی از زیر مجموعه های شبکه های پتری ]23[ 32
شکل 2.9. یک شبکه پتری و گراف نشانه دار مربوط به آن ]23[ 33
شکل 3.1. معماری سطح بالای Hyper-V ]40[ 42
شکل 3.2. شمایی از معماری Xen ]51[ 47
شکل 3.3. نحوه سرویس دهی به ماشین میزبان توسط Qemu-DM ]51[ 49
شکل 3.4. شمایی از معماری VMware ESXi ]3[ 52
شکل 3.5. ساختار شماتیک مدیریت CIM ]3[ 54
شکل 3.6. مثالی از مفاهیم میزبان، کلاستر و مخزن منابع ]60[ 58
شکل 3.7. طرز کار سرویس HA ]61[ 62
شکل 3.8. شمایی از معماری شبکه در محیط مجازی ]60[ 65
شکل 3.9. شمایی از معماری ذخیره سازی ]60[ 66
شکل 3.10. طرز کار RDM ]60[ 68
شکل 3.11. شمایی از ساختار سرور مدیریت VirtualCenter ]60[ 70
شکل 4.1. زیر ساخت دیتا سنتر مجازی ]63[ 73
شکل 4.2. یک الگوی نمونه برای زیر ساخت دیتا فیزیکی سنتر ]60[ 75
شکل 4.3. ساختار شماتیک دیتا سنتر نمونه 76
شکل 4.4. مدل پتری طراحی شده برای دیتا سنتر نمونه 78
شکل 4.5. گراف پوشا برای مدل پتری شکل 4.4 88
شکل 4.6. نتیجه تحلیل فضای حالت به وسیله نرم افزار PIPE 89
شکل 4.7. مدل پتری نحوه کار سرویس HA 96
شکل 4.8. عضویت شبکه 4.7 در زیرکلاس های شبکه های پتری 100
شکل 4.9. گراف پوشای مدل 4.7 101
شکل 4.10. نتیجه تحلیل فضای حالت بر روی مدل 102
شکل 4.11. نحوه توزیع توکن در وضعیت S8 103
شکل 4.12. شبیه سازی شبکه پتری شکل 4.7 104
شکل 4.13. چندین نمونه از شبیه سازی اجرای شبکه پتری 105
شکل 4.14. مدل پتری نحوه کار سرویس Fault Tolerance 110
شکل 4.15. نحوه توزیع توکن ها در M3 و M4 112
شکل 4.16. گراف پوشای مدل پتری شکل 4.14 114
شکل 4.17 مدل پتری نحوه کار سرویس VMotion 118
شکل 4.18. گراف نشانه دار (G, ) مربوط به مدل 4.17 120
شکل 4.19. گراف پوشای مدل 4.17 123
شکل 4.20. مدل پتری طرز کار ESX 125
شکل 4.21. گراف جهت دار معادل شبکه پتری 4.20 130
شکل 4.22. گراف پوشای کدل پتری 4.20 132
شکل 4.23. نمای شماتیک مدل چند لایه ای سیستم ذخیره سازی در ESX ]63[ 134
شکل 4.24. مدل پتری ارائه شده از نحوه کار سیستم ذخیره سازی در ESX 139
شکل 4.25. گراف جهت دار متناظر با مدل پتری 4.24 144
شکل 4.26. گراف پوشای شبکه پتری 4.24 146
شکل 4.27. نرم افزار تحلیلگر گراف، در حال اجرای الگوریتم اول عمق 147
شکل 4.28. نحوه ارتباط کارت شبکه مجازی و سوئیچ مجازی ]62[ 149
شکل 4.29. شمای کلی از ساختار شبکه در سرور ESX 153
شکل 4.30. مدل پتری تهیه شده از ساختار شبکه در ESX 156
شکل 4.31. گراف پوشای مدل پتری شکل 4.30 162
شکل 4.32. جستجوی اول عمق گراف شکل 4.31 163
شکل 4.33 مدل فرمال از نحوه کار سوئیچ مجازی 170
شکل 4.34. گراف جهت دار متناظر با مدل پتری 4.33 173
شکل 4.35. گراف پوشای مدل پتری 4.33 174
فصل اول: مقدمه
1.1. بیان مسئله و ضرورت تحقیق
نیاز بشر به پردازش و ذخیره سازی اطلاعات در دهه های گذشته همواره رشد صعودی و شتابدار داشته است. به گونه ای که حرکت از سیستم های توزیع شده بر روی سوپرکامپیوترهای گران قیمت به شبکه های بسیار پر قدرت و ارزان در مدت نسبتا کوتاهی صورت گرفته است. همچنین نیاز به مدیریت اطلاعات، پردازش، گردش کار و دیگر ابزار مدیریتی همواره رشد فزاینده داشته است. به طبع این نیاز، ساختار سیستم های کامپیوتری در سطوح فنی و مدیریتی نیز رشد کرده و پیچیده تر شده است.
به منظور جوابگویی به این حجم فزاینده درخواست ها و نیاز بازار به منابع پردازش و ذخیره سازی اطلاعات و نیز به منظور ارائه سرویس های مورد نیاز با کیفیت مناسب و قابل رقابت، یکی از بهترین راه های پیشنهاد شده، متمرکز نمودن این منابع و مدیریت صحیح آنها است. به این منظور و برای به حداکثر رساندن کیفیت خدمات و حداقل نمودن هزینه ها یکی از رایج ترین راهکارهای موجود راه اندازی مراکز داده یا دیتا سنتر ها می باشد. در این طرح با آماده سازی زیر ساخت های فیزیکی، امنیتی، شبکه ای، سخت افزاری و نرم افزاری، مجموعه ای از سرورهای قدرتمند برای ارائه سرویس های مورد نیاز مشتریان در نظر گرفته می شود. این سرورها با خطوط بسیار پر سرعت بر حسب نیاز به اینترنت یا شبکه های سازمانی متصل می گردند و با نصب سیستم های عامل و نرم افزارها و سرویس های مورد نیاز به کاربران خدمات لازم را ارائه می نمایند. با وجود چنین مراکزی دیگر سازمان ها و مراکز تجاری، صنعتی، دانشگاهی و غیره نیازی به راه اندازی مراکز سرویس دهی محلی[1] و نیز متحمل شدن هزینه های نگهداری، به روز رسانی و استخدام متخصصین نخواهند داشت. در ادامه به بررسی اجمالی دیتا سنترها خواهیم پرداخت تا بتوانیم طرح پیشنهادی را تشریح نمائیم.
تعریف دیتا سنتر: مجموعه ای از سیستمهای پشتیبانی (از جمله زیر ساخت سخت افزاری passive، زیرساخت خنک کننده، زیر ساخت تامین انرژی، اطفاء حریق و غیره)، منابع پردازشی سخت افزاری شامل سرورها، تجهیزات زیرساخت شبکه، زیرساخت ذخیره سازی داده ها و زیرساخت نرم افزاری شامل ابزار یک پارچه سازی[2]، مجموعه ای از سیستم های عامل، مجموعه ای از نرم افزارهای کاربردی شامل سرویس ها، تعدادی پایگاه داده، مجموعه ای از ابزارهای امنیتی نرم افزاری و سخت افزاری و یک ساختار مدیریتی است. این سیستم به کمک خطوط پرسرعت به شبکه های خارجی (Intranet، Extranet یا اینترنت) متصل است ]1[.
با توجه به رشد نیازها و احتیاج کاربران به انعطاف پذیری و تحمل خطای بالا در این مراکز پردازشی، در سال های اخیر تکنولوژی مجازی سازی[3] به عنوان پاسخی به این نیازها و بهترین شیوه یکپارچه سازی ارائه شده و بسیار رشد کرده است. در حقیقت، این تکنولوژی به عنوان لایه مدیریت نرم افزاری و سیستم عاملی دیتا سنتر مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه به تشریح تکنولوژی مجازی سازی و نحوه استفاده از آن در این طرح خواهیم پرداخت.
تکنولوژی مجازی سازی یکی از جوانترین نظریه های مطرح شده در علم کامپیوتر می باشد که در ده سال اخیر توجه زیادی را به خود جلب نموده است. این تکنولوژی از این بابت بسیار جذاب است که انعطاف پذیری و امکانات خارق العاده ای را بر روی همان بستر سخت افزاری موجود ارائه می دهد و استفاده از آن هزینه بسیار ناچیزی برای سازمان دارد.
معماری مجازی سازی، همه منابع پردازشی از جمله سرورها، منابع ذخیره سازی[4] و شبکه را به یک ساختار مجازی نگاشت می دهد. این زیر ساخت با گردآوری همه منابع و نمایش مجموعه ای ساده شده و یکپارچه از آنها، مدیر را در درک بهتر ساختار فنی دیتا سنتر و مدیریت و تغییر آن یاری می رساند. به کمک این ساختار می توان منابع توزیع شده در یک دیتا سنتر را به صورت مجموعه ای یکپارچه از ابزار مدیریت نمود. همچنین می توان از دیتا سنتر برای مصارف گوناگونی استفاده کرد بدون اینکه نگران گوناگونی سخت افزارها و نحوه اتصال آن ها به سیستم باشیم؛ ]2[ و ]3[.
از این تکنولوژی برای طراحی زیر ساخت نرم افزاری دیتا سنتر استفاده خواهد شد. با این توضیح که به جای نصب یک سیستم عامل بر روی هر دستگاه سرور، از یک نرم افزار مجازی سازی به نام Hypervisor استفاده می شود. این نرم افزار شبه سیستم عامل به مدیر سیستم اجازه می دهد که به تعداد دلخواه کامپیوتر مجازی[5] بر روی سرور مذکور راه اندازی کرده و سیستم عامل و سرویس های دلخواه را بر روی آن نصب نماید (شکل 1.1).
شکل 1.1. نحوه قرارگیری لایه های نرم افزاری بر روی سرور
با این ترکیب می توان امکانات بسیار زیادی از جمله قابلیت دسترسی دائمی به سرویس ها (HA)[6] و مقاوم سازی سرویس ها در مقابل خطا[7] که از ضروریات چنین دیتا سنتری می باشد را با کمترین هزینه میسر نمود. همچنین امکان انتقال این کامپیوترهای مجازی در حال کار از روی یک سرور به سرور دیگر را بدون تاخیر زمانی وجود دارد[8].
در دیتاسنتری با این ابعاد، اغلب سرویس های در حال کار بسیار حیاتی و حساس بوده و از کار افتادن آن ها هزینه های هنگفت و بعضا جبران ناپذیری برای سازمان مربوطه به دنبال خواهد داشت. به همین دلیل لازم است امکانات حرفه ای را در دیتا سنتر به منظور محافظت از سرویس ها پیاده سازی نمائیم تا در دسترس بودن و سلامت آنها را تضمین کند. شکل 1.2 شمایی کلی از یک دیتا سنتر را با استفاده از معماری یاد شده نشان می دهد.
شکل 1.2. شمای کلی دیتا سنتر با معماری مجازی
با توجه به نیاز به این مراکز و پیچیدگی ذاتی آنها، ترسیم یک مدل فرمال از ماهیت یک دیتا سنتر، چه پیش از طراحی[9] و چه پس از آن[10]، می تواند در شناخت طرز کار و چگونگی فعالیت چنین مرکزی نقش به سزایی داشته باشد. از جمله این کاربردها می توان به تشخیص بن بست ها[11] و گلوگاه ها[12] قبل از طراحی و محک زدن[13] سیستم بعد از طراحی اشاره نمود. با در دست داشتن این مدل (تصویر فرمال) جریان کنترل در سیستم قابل رویت بوده و در نتیجه رفتار سیستم را می توان بررسی و پیش بینی نمود ]4[. البته باید توجه داشت که در سیستم های واقعی از جمله دیتا سنترها، به دست آوردن مدل جامع تقریبا غیر ممکن بوده و تنها می توان بخش هایی از سیستم را با نادیده گرفتن برخی از پارامترها مدل نمود. هرچقدر مدل به سیستم واقعی نزدیکتر باشد بررسی رفتار سیستم به کمک مدل حاصل دقیقتر و کاربردی تر خواهد بود. در بخش های بعدی با بررسی دقیقتر ماهیت مدل سازی فرمال، با انواع شیوه ها در این حوزه[14] بیشتر آشنا خواهیم شد.
به طور کلی متد های فرمال نوع خاصی از شیوه های بیان فرمال مسائل هستند که از آنها برای تشریح و تبیین[15] سیستم های کامپیوتری و همچنین اثبات رفتار آنها[16] در سطح سخت افزار و نرم افزار استفاده می شود. هدف از توضیح رفتار یک سیستم به کمک روش های فرمال، بررسی رفتار و خصوصیات سیستم از جمله میزان حد پذیری[17]، بازگشت پذیری[18] و نیز پارامترهای انتزاعی تر مانند میزان ثبات[19] و پایداری[20] می باشد ]5[.
بدیهی است انجام چنین کاری در مورد سیستم های واقعی با توجه به پارامترهای متعدد و ساختار پیچیده آنها بسیار وقت گیر و دشوار است و در بسیاری از مواقع فقط بخش هایی از سیستم را می توان در حد قابل قبولی تشریح و مدل نمود. به همین دلیل و نیز به دلیل هزینه بسیار گزاف این فرایند، استفاده از شیوه های فرمال برای توضیح رفتار سیستم فقط در مورد سیستم های بسیار حساس و گران قیمت صورت می گیرد.
در این تحقیق، از زبان شبکه های پتری که ابزاری گرافیکی برای تشریح رفتار سیستم ها می باشد بهره گرفته شده است. این زبان در واقع نوع خاصی از ماشین های متناهی (اتوماتا) می باشد که امکان ترسیم جریان کنترل در سیستم را به صورت ساختار گراف و تعریف مجموعه ها فراهم می کند.
[1] Local Farm Servers
[2] Consolidation
[3] Virtualization technilogy
[4] Storage
[5] Virtual Machine
[6] High Availability
[7] Fault Tolerance
