基于服务网格的农业信息化共享平台的研究.doc

基于服务网格的农业信息化共享平台的研究李宏芒 吴雷 袁兆山 谢芸（合肥工业大学计算机与信息学院 安徽合肥 230009）摘要:为了解决农业信息化中服务的共享问题，提出了一个基于服务网格的农业信息化资源共享平台的框架。介绍了该框架的组成结构以及框架中需要遵循的协议规范。最后，通过一个简单的实例证明了该框架的可行性。关键字： 服务网格；农业信息化；框架；共享；1 引言目前，我国农业领域的信息化已经取得了一定的成就：全国97%的地市和80%的县级农业部门设立了信息化管理和服务机构，可以直接向农民传递信息的农村信息员已发展到18万人，全国80%的左右的地级和40%的县级农业部门都建立了局域网，80%的乡镇信息服务站拥有计算机并可实现联网1。但是农业信息化还是存在一些问题，例如“信息孤岛”、“网站雷同”等问题。“信息孤岛”问题主要表现为涉农部门的信息沟通不顺畅，信息交换制度不完善，不能实现涉农信息共享。“网站雷同”表现在中央与地方的农业信息网站内容雷同，没有各地的特色，甚至有些信息没有执行统一的数据标准2。归根结底，造成这些问题的原因主要是缺乏一个农业信息化资源共享平台。为了解决农业信息化中的服务共享问题，本文结合网格技术，提出了一个基于服务网格的农业信息化资源共享平台的框架。2 相关概念介绍21网格随着人们对高性能计算能力要求的不断提高以及互联网的迅速发展，一种新兴的计算模式网格计算应遇而生。网格计算可以将分散在不同地理位置的计算机组织成一台“超级计算机”，其中的每台计算机就是一个节点，这些节点就组成了一个网格。网格计算可以充分利用闲置在互联网上的计算资源并使得需要这些资源的人或组织可以得到自己需要的计算能力，改变了以往超级计算能力只能被一些国家级的部门使用的现象。22服务网格随着Web Service技术的提出与发展，为了将Web Service技术融入在网格中，2001 年，Foster 提出了开放的网格服务体系架构(open grid service architecture，简称OGSA)，将Web 服务的互操作模型引入到网格研究中，确立了Web 服务作为网格资源的新的抽象形式和构造基础。为了实现网格内应用服务的集成问题，服务网格也逐渐成为各个研究机构特别是一些商业组织研究的热点。在服务网格中，网格内的用户可以共享其他用户的所提供的服务。用户只需要提交请求，网格管理器就会将该请求分解成若干个作业，通过一定的调度策略调用网格内共享的服务来完成该需求。而对用户来说，只需描述清楚需求，并不需要知道其他的服务存储在哪个位置。3 基于服务网格的农业信息化共享平台的框架31框架模型图1 为基于服务网格的农业信息化服务共享平台框架，该框架符合OGSA所阐述的结构，并在该基础上进行了扩展，使之成为符合农业信息化服务共享要求的框架。在该框架中，主要包括以下几个部分3：l 网格安全基础设施：该部分主要处理安全认证和异常管理功能。安全认证主要包括：对服务的调用和和访问必须经过授权和验证；对传递的消息和数据进行加密解密操作。l 网格资源分配管理：该部分主要负责解析客户端的请求，然后完成对资源调用请求的分解处理、对任务的调度处理以及对调用任务的管理工作。l 网格服务部署：该部分主要负责对发布的网格服务进行描述，以便其他节点可以发现该服务。由于网格的动态性，所以该部分必须可以动态地更新本地节点提供地服务。l 服务目录管理：主要完成对网格环境中信息地发现、注册、查询、修改等功能，为客户端提供对网格环境的一个真实、实时的动态反映4。网格容器网格服务网格服务网格服务网格安全基础设施J2EE.NETSUN ONE服务目录管理网格资源分配管理网格服务部署网格门户图1 基于服务网格的农业信息化服务共享平台框架32 框架中遵循的几个重要的协议规范在该框架中，服务提供者需要对外发布共享的服务，服务使用者需要发现服务并进行调用。这就说明该框架内的工作需要遵循一系列的协议规范：l SOAP：SOAP（Simple Object Access Protocol）简单对象访问协议是基于XML实现了一种消息格式以交换请求和使用，使用XML作为SOAP消息的基础使得任何实现基本的INTERNET通信服务的系统都能处理和传送这类消息 。l WSDL：WSDL（Web Service Description Language）Web服务描述语言将WEB服务描述定义为一组服务访问点。它包含对一组操作和消息的抽象定义，绑定到这些操作和消息的一个具体协议和这个绑定的一个具体服务访问规范。l WS-Notification： WS-Notification 的规范家族定义了一般的、基于主题的 Web 服务系统，用于发布和订阅以 Web 服务资源框架为基础的交互。所采用的基本方法是定义机制和接口以允许客户端订阅感兴趣的主题，例如一个 Web 服务资源的资源特性值的改变。因而，从 WS-Notification 角度来看，Web 服务资源框架为表示和构成通知提供了有用的构造材料。从 Web 服务资源框架的角度来看，WS-Notification 规范家族通过使请求者能够要求被异步地通报资源特性值的改变来扩展 Web 服务资源的效用。l WSFL：WSFL(Web Services Flow Language)Web服务流语言是由IBM针对两个层面上的工作流提出的一项Web服务规范标准，在该规范中用一个有向图模型来定义和执行商业流程，可以完成对服务得无缝集成。33 框架工作机制图2说明了该框架的工作机制5：客户端将服务请求发送给提供服务发现功能的服务器A，该请求中详细描述了客户端请求的类型、功能等信息。 该服务器对用户的查询请求进行匹配，发现符合客户端需求的服务后将提供该服务的服务器主机地址返回给客户端，以便建立客户端与目的服务器之间的连接。 客户端得到服务器B的地址后，与服务器进行交互，请求获得所需要服务的WSDL文件，该文件中描述了服务器B所提供服务的类型以及如何调用等信息。 目的服务器将该服务的WSDL文件发送给客户端，以便其正确调用该服务。 客户端发送SOAP文件来调用需要的服务，该SOAP文件包含了客户端提供的参数等信息。 服务器B收到客户端发来的SOAP文件后，首先进行由Service Broker进行安全授权认证，如果用户是授权用户，便对客户端的调用任务进行解析并分配调度策略，最后按该策略调用服务，并将得到的结果以SOAP文件形式返回给客户端。 Discover ServiceClientServer AService BrokerGrid Servicenetworkcomputingother resourceServer B图2 框架工作机制4 实现上面已经讨论了基于服务网格的农业信息化共享平台框架的模型以及工作机制，下面将给出在该框架上运行的一个实例。在例子中，网格服务器部署了一个提供天气情况的服务，客户端输入该服务的地址以及所要查询的城市区号，就可以获得相应的天气预报信息。需要说明的是，由于本例只是为了证明论文所提出的框架能否运用于实践中，天气预报的信息是存放在服务器端的数据库里实验数据。 该实验以Globus Toolkit 4（简称为GT4）工具包为平台，因此，需要先介绍下GT4工具包的背景知识。41 Globus Toolkit 4Globus项目是目前国际上最有影响的网格计算项目之一。目前，Globus项目把在商业计算领域中Web Service技术融合在一起，希望不仅仅局限于科学计算领域，而且能够对各种商业应用进行广泛的、基础性的网格环境支持，实现更方便的信息共享和互操作，从而对商业模式、工作方式和生活方式产生深远的影响。 Globus对信息安全、资源管理、信息服务、数据管理以及应用开发环境等网格计算的关键理论和技术进行了广泛的研究，开发出能在多种平台上运行的网格计算工具包软件（Globus Toolkit），能够用来帮助规划和组建大型的网格试验和应用平台，开发适合大型网格系统运行的大型应用程序6。42 实验介绍在GT4工具包平台的支持下，我们开发了一个根据城市代码提供天气的服务，图3为该服务在网格服务器中部署成功后的信息。图3 WeatherService部署在网格服务器中图4为向网格服务器请求该服务的页面，用户输入服务的地址以及所在城市，就可以得到当天的天气情况。图4 服务请求页面 得到的结果如图5所示：图5 服务器返回页面5 总结和下一步工作本文针对我国农业信息化中存在资源不能有效共享的现状，提出了基于服务网格的农业信息化共享平台框架，使得网络内每个用户在授权的情况下都可以访问其他用户共享的服务，在一定程度上可以解决农业信息化中存在的“信息孤岛”问题，并通过一个简单的实验证明了该框架的可行性。下一步工作是解决怎样将已存在可复用的一些应用程序，例如EJB，封装为该框架下可用的网格服务。此外，实例中并没有展示如何进行安全认证的功能，这些不足将是下一步工作的重点。参考文献 盛晏农业信息化与农村全面小康建设J 农业网络信息 2005,2(01) “农村全面小康”课题组全面建设农村小康社会科学内涵及评价指标体系研究 OL （浙江大学农业现代化与农村发展研究中心） Foster I, Kessel man C. The Grid: blueprint for a new computing infrastructureM. Morgan Kaufmann, San Fransisco,CA,1999 Foster I, Kesselman C, Nick J, et al. The Physiology of the Grid:An Open Grid Service Architecture for Distributed Systems Integration . /research/papers/ogsa.pdf,2005.06.22Keahey, K., M.E. Papka, Q. Peng, D. Schissel, G. Abla, T. Araki, J. Burruss, S. Feibush,