（管理科学与工程专业论文）网格知识管理及其油田科研组织应用研究.pdf

摘要 网格，也称为虚拟计算环境，是近些年兴起的一种重要网络信息技术。任何 新型信息技术的出现都会给信息管理相关课题的研究带来很大影响和启发。目前 网格技术所具有的巨大优越性已经显现。基于此，本文在当前网格技术研究和应 用的热点知识网格基础上，以网格技术在知识管理方面的应用为中心，重点 阐明了知识网格和知识管理结合而成的网格知识管理技术。根据知识网格及其应 用的特点，本文讨论的主要内容包含以下两个方面：网格知识管理的相关网格技 术和网格知识管理的应用模型。 与网格知识管理相关的网格技术包含很多方面，但总体上主要包括：网格环 境下的知识组织、知识发现、知识供应( 分享) - - 方面的技术。网格知识组织主要 是通过“知识单元 、“知识结构 采用关联和链技术进行组织。网格知识发现是 一种并行分布式的知识发现模式，主要是指集成于知识网格的知识发现服务。网 格知识供应( 分享) 主要是指重点支持特定任务的领域知识共享，是应用于广域分 布知识管理的一种服务和技术。 关于网格知识管理应用模型本文主要从拓扑结构、资源空间模型、知识流建 模和虚拟组织四个方面进行描述。网格知识管理拓扑结构从逻辑上给出了网格知 识管理的应用模型。资源空问模型则为网格管理的对象提供了一个统一的资源视 图，提高网格资源管理的效率。知识流的建模是在与工作流结合的基础上使网格 中知识的流向更合理顺畅。虚拟组织是一种网格中团队合作的组织形式。 网格技术以其优越的特性必将带来知识管理的革命。 关键词：网格；知识网格；知识管理；资源空问模型；知识流；虚拟组织 a b s t r a c t g r i d ，a l s ok n o w na sv i r t u a lc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，i sa ni m p o r t a n tn e t w o r k i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s t h ea d v e n to fa n yn e wt y p eo fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yw i l lb r i n gg r e a ti n f l u e n c ea n de n l i g h t e n m e n tt o t h er e s e a r c hr e l a t e dt o i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t c u r r e n t l yt h eh u g ea d v a n t a g e so ft h eg r i dt e c h n o l o g yh a v e a l r e a d yb e e ns h o w n t h u st h i sd i s s e r t a t i o nh a sa si t sb a s i st h eh o t s p o to f t h er e s e a r c h a n da p p l i c a t i o no ft h eg r i dt e c h n o l o g y - 一一k n o w l e d g eg r d ，f o c u s e so nt h ea p p l i c a t i o no f g r dt e c h n o l o t yy i nk n o w l e d g em a n a g e m e n t ，a n de l u c i d a t e s t h eg r i dk n o w l e d g e m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , w h i c hi st h ec o m b i n a t i o no fk n o w l e d g eg r d a n dk n o w l e d g e m a n a g e m e n t a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fk n o w l e d g eg r i da n di t sa p p l i c a t i o n ， t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e st w oe s s e n t i a lp a r t s ：r e l a t e dt e c h n o l o g yo fg r dk n o w l e d g e m a n a g e m e n ta n dt h ea p p l i c a t i o nm o d e l o fg r dk n o w l e d g em a n a g e m e n t t h et e c h n o l o g yr e l a t e dt og d dk n o w l e d g em a n a g e m e n ti n c l u d e sm a n ya s p e c t s ， b u tg e n e r a l l yi n c l u d e ：k n o w l e d g eo r g a n i z a t i o n ，k n o w l e d g ed i s c o v e r ya n dk n o w l e d g e s u p p l y ( s h a r i n g ) i ng r i dk n o w l e d g em a n a g e m e n te n v i r o n m e n t g r i d k n o w l e d g e o r g a n i z a t i o np r i m a r i l yt h r o u g hk n o w l e d g eu n i t a n dk n o w l e d g es t r u c t u r eu s i n g a s s o c i a t i o na n dc h a i nt e c h n o l o t yo r g a n i z e d g r i dk n o w l e d g ed i s c o v e r yi sap a r a l l e l m o d e lo fd i s t r i b u t e dk n o w l e d g ed i s c o v e r y , m a i n l yr e f e r st ot h ek n o w l e d g ed i s c o v e r y s e r v i c e st h a ti n t e r g r a t e di nk n o w l e d g eg r i d g r i dk n o w l e d g es u p p l y ( s h a r i n g ) m a i n l y r e f e r st ot h ed o m a i nk n o w l e d g es h a r i n gt h a ts u p p o r tf o rs p e c i f i cm i s s i o n i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ed e s c r i b et h eg r dk n o w l e d g em a n a g e m e n tf r o mf o i l i n g f o u ra s p e c t s ：t o p o l o g ys t r u c t u r e , r e s o u r c es p a c em o d e l ，k n o w l e d g ef l o wm o d e la n d v i r t u a lo r g a n i z a t i o n t o p o l o g ys t r u c t u r el o g i c a l l yp r e s e n t e dt h ea p p l i c a t i o nm o d e lo f g r dk n o w l e d g em a n a g e m e n t r e s o u r c es p a c em o d e li s am o d e lf o rm a n a g i n gg r i d o b j e c tw i t hau n i v e r s a lr e s o u r c ev i e w k n o w l e d g ef l o wm o d e l i n gi s o nt h eb a s i so f c o m b i n a t i o no fk n o w l e d g ef l o wa n dw o r kf l o w i tl e t sk n o w l e d g ei ng r i df l o wm o r e r e a s o n a b l ea n ds m o o t h l y v i r t u a lo r g a n i z a t i o ni sat e a m w o r kf o r mo fo r g a n i z a t i o ni n g r i de n v i r o n m e n t g r i dt e c h n o l o g yw i l lb r i n gt h er e v o l u t i o no fk n o w l e d g em a n a g e m e n t k e y w o r d s ：g r i d ；k n o w l e d g eg r i d ；k n o w l e d g em a n a g e m e n t ；r e s o u r c es p a c e m a n a g e m e n t ；k n o w l e d g ef l o w ；v i r t u a lo r g a n i z a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 刁逡杉 签字同期：p 扩年月7 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 飞逡鹕 导师 签字同期： d 孑年f 月f 日 签字 学位论文的主要创新点 一、本文在分析、综合了当前网格技术的基础上，提出了部分网格 技术在知识管理中的应用模型，为全面构建网格知识管理环境打下了 一定的基础。 二、从资源空间模型( r s m ) 、工作流、知识流和虚拟组织等多方面 提出了组织企业网格知识管理环境建设的部分规划模型。 第一章绪论 1 1 背景 第一章绪论 网格( g r i d ) ，又称为虚拟计算环境，是近年来兴起的一种重要的网络信息技 术。网格利用计算机网络把地理上广泛分布的计算资源、存储资源、网络资源、 软件资源、信息资源、知识资源等连成一个逻辑整体，然后像一台超级计算机一 样为用户提供一体化的信息应用服务，实现互联网上所有资源的全面连通、全面 共享，消除信息孤岛和资源孤岛【l 】。被称为是继传统因特网、w 曲之后的第三个 大浪潮，可称为第三代因特网应用。它将带来因特网的新生，极大改变我们的工 作和生活。美国福布斯杂志预测，网格技术将在今后几年出现一个高峰，预 计在2 0 2 0 年产生一个年产值为2 0 万亿美元的大工业。 网格的本质就是在多个机构动态形成的虚拟组织中共享资源和协同解决问 题，根据其在实现这一任务中所处的等级，可以将它分为计算网格、信息网格和 知识网格三个层次。 eb e r m a n 于2 0 0 1 年首次提出了知识网格这一概念，指出知识网格的主要 研究内容是利用网格、数据挖掘、推理等技术从大量在线数据集中抽取和合成知 识，使搜索引擎能够智能地进行推理和回答问题，并从大量数据中得出结论。国 际上早期倡导知识网格研究的学者诸葛海对知识网格提出了一个较全面的定义： 知识网格是一个智能环境，它能使用户或虚拟角色有效地获取、发布、共享和管 理知识资源，并为用户和其他服务提供所需要的知识服务。辅助实现知识创新、 协同工作、问题解决和决策支持【2 】。从定义我们可以得出，知识网格的研究目标 是建立基于下一代w e b 的信息、知识和服务资源有效共享和管理的模型、方法 和平台。 知识网格相对于传统知识管理模式的优势。 ( 1 ) 知识获取与知识表示的多样化。在知识网格中人们直接通过交流互相获 取知识，或通过接受他人发布的知识资源获取知识，任何人都可成为知识的发布 者。知识网格能够辅助人或虚拟角色有效地获取和发布知识，并以人机都可理解 的方式将其表示出来。 ( 2 ) - 矢1 1 识可视化和创新。知识网格通过智能化的用户接口( 如：语义浏览器或 知识浏览器) 使人们通过可视化束共享知识，同时激发知识创新的知识增值。语 义链网络和认知图叮以缩短知识表示和知识可视化之白j 的鸿沟。 第一章绪论 ( 3 ) 知识的动态传播和管理。知识网格通过知识流网络实现了知识在网络中 的动态传播和共享，从而更好地促进了知识的交流和利用。 ( 4 ) 知识的有效组织和提炼。知识可通过基于语义的范式来组织，以确保有 效的检索和修改操作。知识网格能删除冗余知识，并提炼所含的知识束合理扩展 有用的知识。它也会有助于从已有的良好知识、范例和类似文本的知识源中衍生 出新知识。 ( 5 ) 知识关联和集成。知识网格能关联和集成不同级别和不同领域的知识资 源，以此来支持跨领域的类比推理、问题解决和科学发现。 ( 6 ) 知识管理的智能化。从知识存储到用户的知识利用，知识网格纵向地为 用户提供集成一体的方案。它不需要程序员进行二次丌发，只需要管理员做简单 的配置，就可建立服务平台。智能化包括使用方便、界面一致、主动服务、用户 输入和操作最少、平台的灵活性和柔性特征以及方便的个性化服务。知识网格的 智能化特性关系到用户是否接受的问题，也是其知识网格的优越性之一。 未来的知识网格将是一个集人类当前全部知识为一体的、合理组织的、表述 和谐的、动态生长的网络知识集成系统，利用计算机网格通过信息集成和知识集 成来实现知识的合理组织和动态生长，从而实现知识产生、传播和应用的总体最 优化。知识网格相对于传统的知识管理将产生极大的知识增值，从而大大推进人 类对知识的利用，促进对新知识的创造，推动知识产业的重大发展。 本文将以大港油田集团钻采工艺研究院为范例，介绍知识密集型组织中网格 知识管理的应用。大港油f f l 集团钴采工艺研究院于1 9 8 9 年1 月由原钻井工艺研 究所和采油工艺研究所合并组建而成，2 0 0 1 年1 月重组，是大港油田集团所属 科研及设计单位。作为一个知识密集型组织其在知识管理方面问题及特点有： ( 1 ) 数据存在很大的异构性。各种数据分散的存储在信息系统数据库、x m l 文件、w o r d 、e x c e l 、p d f 、h t m l 文档中，单纯利用现行技术手段无法实现综 合利用。 ( 2 ) 存在大量的隐性知识。隐性知识一般是指比较复杂，无法用文字描述的 经验式知识，不容易文件化与标准化的独特性知识，以及必须经由人际互动才能 产生共识的组织知识。这些隐性知识在工作实践中往往能够发挥很大的作用，必 须通过有效的技术手段将其显性化才能更好地发挥其作用。 ( 3 ) 作为知识密集型组织，具有人员个性化、需求个性化等特点。如何有效 整合个性化的资源，高效地满足个性化的需求是这类组织知识管理的重要课题。 ( 4 ) 对知识的产生、传播、分享、创新存在比其他类型组织更强烈的要求。 ( 5 ) 组织内部对版权问题要求相对较低。这就能够更加方便有效地利用知识 网格进行丌发式的知识管理。 第一章绪论 ( 6 ) 缺乏统一的知识管理平台。整个知识管理停留在单机或局域网技术上的 初级阶段，没有有效的知识生产、知识传播、知识利用的手段。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外的研究现状 1 网格技术方面的现状 面对即将到来的第三代互联网应用网格技术及其应用，世界上许多国家 对网格技术非常重视，很多发达国家都投入了大量研究资金，希望能抓住机遇， 掌握未来的命运，并且把网格讨算技术应用在各个领域，如高能物理、全球变化、 地震监测、商业计算、虚拟现实等。美国、欧洲、日本、印度等国都启动了大型 网格研究计划，并得到了产业界的大力支持。这方面的代表性研究工作包括美国 国家科学基金资助的n p a c i 、“国家技术网络( n t g ) 、分布式万亿次级计算设 施( d t f ) ，美国能源部的a s c i g r i d ，以及欧盟的d a t a g r i d 、u n i c o r e 等。 美国网格计算研究主要由美国能源部( d o e ) 、美国国家科学基金会( n s f ) 、 美国国防部( d o d ) 资助，各个国家实验室、高等院校承担，各个大型公司积极 参与。欧洲的网格计算研究项目主要由欧盟和欧洲委员会资助。其中网格计算研 究比较活跃的国家是英国、德国和意大利。 在美国，无论是政府部门还是商业机构，对网格的应用和发展都表现了极大 的兴趣。美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格 g i g ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) ，预计在2 0 2 0 年完成。作为这个计划的一部分， 美国海军和海军陆战队已启动了一个耗资1 6 0 亿美元、历时8 年的项目，包括系 统的研制、建设、维护和升级。美国能源部的山地国家实验室的“先进战略计算 创新计划网格( a s c i g r i d ) ”主要用于核武器研究。美国国防部和欧洲能源机构等 在两三年前先后采用了网格技术。美国能源部下属的国家能源研究科学计算中心 已经与美国国际商用机器公司( i b m ) 达成协议，正式建造了美国能源部内部使用 的计算机网格。美国的许多国家实验室的超级计算机和存储资源，都将陆续与该 网格相连。 英国建立了全球最大的网格计算机系统。该网格系统由6 0 0 0 多台分散在7 8 个国家的计算机组成，而英国就拥有其中的1 0 0 0 多台，它是“大型强子对撞机 计算网格”( l c g ) 的一部分。l c g 是全球目前最大的网格系统，而且也是第一个 永久性网格系统。 同时，随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公司也相继公向了与 网格目标一致的研究丌发计划。惠普、i b m 、微软、s u n 等公司最近取得共识， 第一章绪论 支持x m l 、s o a p 、u d d i 等网格和w e b 服务等标准，从而更有利于丌发新一代 的嘲格应用。近几年，i b m 、s u n 、o r a c l e 、p l a t f o r m 、惠普等公司推出了一系列 网格平台软件和网格实施方案，其目的是将因特网上的资源和信息汇聚在一起， 组合成企业和消费者所需要的服务。世界上许多项级企业集团都宣白了建设内部 网格的计划。i b m 最近宣布，将投资数亿美元，部署内部网格研究机构，启动 一个全公司的“嘲格计算创新计划”，以便于分散在世界各地的i b m 研究所人员 共享计算资源。医药、化工、通信、电子、汽车等领域的一些大公司，如辉瑞、 爱立信、r 立、宝马、联合利华、葛兰素威康、史可必成等，都已经歹l ：始构造使 用内部网格。 总的来看，在涉及企业应用时，网格计算目前仍处于早期阶段。在公用事业 计算中，网格应用刚刚起步，i b m 、h p 、o r a c l e 和s u n 等厂商目前都还没有将 网格技术视为公用事业计算的基础，而是把它当作公用事业计算的关键组成部 分。 2 在知识管理应用方面的现状 网格技术在信息与知识资源管理中的应用己经得到广泛的研究，主要成果有： 信息网格( i n f o r m a t i o ng r i d ) ，访问网格( a c c e s sg r i d ) ，语义网格( s e m a n t i cg r i d ) 署l l 知识网格( k n o w l e d g eg r i d ) 等。世界上的各i t 公司相继在进行这方面的研究，比 如微软公司于2 0 0 2 年提出的d o t n e t 平台，就是一个超越浏览器、跨网站的革命 性新技术。该平台的基本实现思想足：不再关注单个网站和与i n t e m e t 连接的单 个设备，而是让所有的计算机、相关设备和服务商协同工作，提供更广泛和更丰 富的解决方案，使人们能够控制信息并让它在指定的时间以指定的方式传送给用 户。i b m 公司提出的w e bs e r v i c e s 技术是一种较成熟的商业信息和知识服务共享 解决方案，它可以使全球范围内的采购商、供应商和交易市场以低廉的价格共享 商业信息服务。s u n 公司则充分利用其在跨平台语言方面的优势，以j a v a 语言为 核心推出了相应的j 2 e e 平台规范。除了上述的平台和规范，其它比如x m l ， s o a p ，u d d i ， w s d l 等具体技术都使网格技术在信息和知识管理领域得到 实际使用。 信息网格和访问网格都强调对信息的透明和安全访问。其中尤以美国国际商 用机器公司( i b m ) 重视此项研究。i b m 资深信息专家m e l i s s ah y a t t ，r o bv r a b l i k 在t h ei n f o r m a t i o ng r i d s e c u r ea c c e s st oa n yi n f o r m a t i o n ，a n y w h e r e ，o v e ra n y n e t w o r k 3 l 一文中提出信息网格就是网格计算模型核心组件的思想。它允许终端用 户和应用能够安全访问任何信息资源，不管这些信息资源存储在何处。随之而来， 信息网格在发展过程中就会碰到与其功能相适应的挑战，比如：由于环境的异构 性以及底层存储方式和计算方式的异构性所导致的信息资源的琐碎和分散性；数 第一章绪沦 据访问方式繁琐、笨重以及数据集成度不高；信息安全和保护功能的存在所导致 的分散分布系统和资源管理的复杂性。并在这些基础上比较明确地提出了信息网 格的功能和任务。从该文定义的功能上来看，信息网格还只是网格计算的组件之 一，只是为更广泛范围内的网格计算提供支持。 l u i sf e r r e i r a ，j o a c h i md i r k e r ，o l e g a r i oh e r n a n d e z ，c a r l o sa l e x a n d r eq u e i r o z ， v o l k e rr o h l e d e r 等在t h ei n f o r m a t i o n 鲥d ，p a r tl ：t h ei n f r a s t r u c t u r e ：g e t t i n g i n f o r m a t i o nf r o mh e r et ot h e r ea n db a c ka g a i n 和p a r t2 ：b l u e p r i n t sa n dl a y e r s ： p l a n n i n g t h ei n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ef o rag r i d 4 】中提出了“虚拟化资源 ( v i r t u a l i z e dr e s o u r c e s ) ”的体系，这个体系基本的理念就是将物理上分丌的、分 稚的资源看成一个单独整体。比如数据库、数据文件以及存储设备等都是资源在 不同层次上的抽象，那么就需要在不同层次上进行虚拟化处理。该文中提出了三 层虚拟结构，从底层到高层依次为：存储层，文件系统层，数据或信息层；并依 据不同的层次，作者提出了相应的“资源虚拟化 策略和方式。 网格技术在信息与知识资源管理中的另一个应用是语义网格( s e m a n t i c g r i d ) 。语义网格并不是最早的语义网络技术，最早的语义网络技术是“语义 w e b ”。所谓语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 是对当前w e b 资源的一种扩展，其目标是 通过本体论和标记语言等技术( 如r d f ，x m l ，d a m l ) 的使用，使w e b 资源的 内容能被机器理解，为用户提供智能索引、基于语义的内容检索和知识管理等智 能服务。语义网格是英国e s c i e n c e 项目在实际研究工作中根据需要所提出的一 个网格应用技术，是在现有网格技术上的一种扩展。在语义网格中，所有信息和 服务进行了良好的组织，而且都能够非常显明地表示其意义，以便计算机和用户 能够更好地在一起互操作。语义网格的目的在于建立全球性的知识社区 ( k n o w l e d g ec o m m u n i t i e s ) ，智能地管理知识【5 】。具体来说，语义网格具备最初网 格技术元数据语义的显明表示功能和基于知识的网格服务；还包括基于语义的元 数据集成和聚合，其具体实现包括知识表示和知识本体论、语义网格服务、基于 语义的知识建议，动态分布的社区构建等。因此，从软件实现的角度看，语义网 格是一个智能中间件( i n t e l l i g e n tg r i dm i d d l e w a r e ) ；从资源组织结构体系角度来 看，它是另一种网格技术知识网格的前身。 网格技术发展到一定阶段之后，它对自身知识管理的要求进一步提高了，知 识网格就是在这个背景下提出来的。知识网格这个概念最早是2 0 0 1 年1 1 月被提 出来的。著名信息科学家f r a nb e r m a n 在其发表的论文“f r o mt e r a g r i dt o k n o w l e d g eg r i d ”中提出了知识网格的概念，并指出知识网格的主要研究内容是： 利用网格、数据挖掘、推理等技术从大量在线数据集中抽取和合成知识，使搜索 引擎能够智能地进行推理和问题回答，并从大量数据中得出结论。c a n n a t a r o 和 第幸绪论 t a l i a 于也于2 0 0 3 年1 月提出了基于数据挖掘的知识网格，并提出进一步完善知 识网格功能的建议和设想。 总体上说，知识网格是一个智能互联环境，它使用户能够有效地获取、发布、 共享和管理知识资源，并为用户以及其它服务提供所需要的知识服务，辅助实现 知识创新、协同工作、问题解决和决策支持。知识网格的基本功能就是发掘知识， 管理知识。知识网格所要解决的主要科学问题包括：资源的规范组织、智能聚合 和语义互联。资源的规范组织解决如何规范地组织资源空间，使用户和服务能够 有效、正确地根据语义来操作各种资源，提高资源的使用效率。资源的智能聚合 解决如何使资源能够互相理解，根据用户的需求有效、动态、智能地聚合各种资 源。知识网格是本文论述的重点和核心，它是网格知识管理的平台。 1 2 2 我国的研究现状 1 网格技术方面的现状 网格技术引起我国高度重视。网格的研究和应用已被列为“8 6 3 计划 的一 个专项，通过“国家8 6 3 计划高性能计算专项”的形式在十五期问支持网格计算 的技术研究和应用工作，早期的研究项目主要有中科院计算技术研究所承担的国 家高性能计算环境项目和织女星计划( v e g a 计划) 、清华大学计算机技术系承担 的“先进计算基础设施北京一上海试点工程”，这些项目起到了培养人才、跟踪世 界先进水平的较好效果。目前国内正在进行的网格研究项目主要有： “国家网格c n g r i d ”( 科技部) ，有多家单位参加； “中国教育科研网格计划c h i n a g r i d ( 教育部) ，有多家单位参加； “e s c i e n c e 网格研究计划( 国家基金委) ； “中国空间信息网格”； “上海教育科研网格 ，多所上海的大学参加； “仿真网格”的研究，由航天二院和清华大学共同丌展； “织女星网格 ，由中科院计算所领衔开发； 另外，全国还有几十所大学和研究机构已经丌展各种网格研究，一些计算密 集、海量数据的专门机构也在建设专用网格。 可以看出，网格研究正在迅速展开。有关网格的其它一些重大战略决策也正 在积极酝酿之中。许多大学和研究机构都投入了很大资源进行研究开发。国民经 济和社会发展的很多领域已对网格技术提出了实际需求，比如生物科学中的“基 因信息处理”、运输业的“综合信息平台 、制造业的“网络化虚拟制造 、电子 政务中的“资源共享”与“协同工作”、能源业中的石油勘探和油藏模拟、资源 环境中的海量数据处理与共享、科学研究中刚络化虚拟实验室和虚拟天文台等 第一章绪论 等。 2 在知识管理应用方面的现状 我国信息网格工程进展最快、技术最为成熟的是中科院计算所研发的代号为 “织女星”的网格系统，并发表了系列的研究成果论文。 徐志伟，李晓林，游赣梅在织女星信息网格的体系结构研究【6 j 一文中论 述了信息网格的基本特征，即信息网格是以消除信息孤岛、实现信息共享、管理 和服务的系统。织女星信息网格的设计指导思想为：通用服务，辅助智能，全局 一体和自主控制，体现信息共享的新思路和共性技术。该文还描述了“织女星” 信息网格的设计框架和体系结构；介绍了面向用户行为时空模型的基本概念和特 征；并讨论了该体系结构技术和模型如何解决信息的表示、组织、获取、显示、 管理和处理中遇到的关键问题。 徐志伟，李伟等在织女星网格的体系结构研究【7 】中首次提出资源路由器 的概念。所谓资源路由器就是借助传统网络路由器的设计思想来构建网格资源管 理的总体框架。作者在分析比较现有网格技术的基础上，提出了织女星网格的体 系结构设计，并对其中的关键问题比如织女星网格的操作系统、使用模式等进行 了初步的探讨。织女星网格体系结构的基本思路是实现一台虚拟的、单一的网格 超级计算机，最终使网格成为所谓的“单一系统映像”。另外论述了织女星网格 体系结构的关键组成部分：网格硬件、网格互联系统以及网格操作系统。最后还 对网格计算协议、网格浏览器等重要概念也进行了初步分析。 张纲，李晓林，游赣梅等在基于角色的信息网格访问控制的研究【s 】中论 述了信息网格是利用网格技术实现信息资源的共享，管理和提供信息服务的系 统；结合中国科学院计算所织女星信息网格计划的研究工作，分析了信息网格访 问控制的关键问题，提出了一个基于角色的信息网格访问控制的模型；并讨论了 信息网格访问控制的通用性问题。基于角色的访问控制模型正在织女星信息网格 中实施。 蒋昌俊，曾国荪等在交通信息网格的研究【9 】一文中探讨了信息网格在交 通信息管理中的应用；指出交通信息网格通过异构计算机的整合，实现更高程度 的资源共享，是提供更强计算能力，解决交通问题的有效手段。交通信息网格原 型系统根据城市交通与网格的相似特征，融合信息网格技术，以解决智能交通系 统中的瓶颈问题。它主要体现了最优出行方案的选择，利用网格来实现资源共享 和提高计算效率。 廖华明，程伯羽，刘新周，虎篙林，刘欣等在信息网格中元数据层次化结 构模型的研究和应用【1 0 】一文中指出数据的透明访问足信息集成技术研究的重 j _ l 、u j 题之一。分布自治的动念网格环境为数掘的透明访问带来了很人挑战，因此 第一一幸绪论 网格在分布式数据的异构透明和位置透明的基础上，提出了名字透明、并行透明、 模式变更透明等更高层次的要求。这对于描述资源结构、内容、访问方式的元数 据设计也提出了更高的要求。基于知识资源空问模型的元数据层次化结构模型对 屏蔽物理资源模式差异和模式变化，实现物理资源命名和位置独立性，实现资源 透明访问的目标有很大帮助。该文最后介绍了支持这种元数据结构的元数据目录 服务在铁路信息网格中间件中的设计和实现。 中科院计算所诸葛海研究员提出了“知识网格多空间体系结构” i l l 。这项成 果将知识网格分成三个层次：最底层为资源实体层，用来存放知识资源等；中问 层为语义层，用来存放知识表示、语义规范等内容；最上面一层为人类层，这一 层为知识空间以及社会空间和社会组织规则等内容。 诸葛海研究员还提出一种新的知识流模型( k n o w l e d g ef l o wm o d e l ) 1 2 】。这种 知识流模型能够在合作研究组织的端到端的知识共享和管理中起到至关重要的 作用；提出了模型的具体构成，比如工作流的定义、规则和方法，知识流的处理 模型；在大规模研究组织中进行端到端知识共享的初步构思等。 在此基础上，诸葛海研究员等科研人员提出了知识网格的“资源空间模型 ( r e s o u r c es p a c em o d e l ) ”【l3 1 ，即按照四个步骤来设计逻辑层的资源空间：资源分 析以及组织管理严密的资源划分；设计二维资源空间，连接资源空间；资源空间 的设计策略和工具，包括：模型引用，类比和抽象策略，资源字典，独立检验工 具和萨交检验工具等。 在情报学方面，武汉大学信息管理学院焦玉英教授和指导的博士生李进华的 两篇论文：论网格技术及其信息服务的机制【1 4 】及网格( g r i d ) 技术在信息资 源管理中的应用【i5 】系统研究了网格技术在信息服务领域的作用机理；在信息 资源管理中如何充分发挥网格技术的优势以及网格环境下信息资源管理的发展 趋势。 1 3 论文研究的目的与内容 1 3 1 论文研究的目的 ( 1 ) 分析网格技术的设计思想、发展阶段、应用领域以及实现技术；阐明网 格作为一种全新的网络技术具有的广阔发展前景，揭示网格技术在知识管理领域 的应用意义。 ( 2 ) 围绕网格技术对于知识管理的影响，指出基于w e b 的传统知识资源管理 技术的各种弊端。在此基础上，利用网格技术的理沦与方法讨论改进和消除这些 弊端的策略。 第一幸绪论 ( 3 ) 从知识网格技术的两个主要功能( 即知识发现与知识服务) 着手，提出网 格知识发现与服务的具体方法、模型、框架；阐明网格知识管理技术的设计原理 与具体实现技术，为构建网格知识管理系统提供理论依据。 ( 4 ) 通过将最新研究成果( 资源空f n j 模型、网格知识流等) 引入网格知识管理 应用，进一步提高网格知识管理的可行性和效率。 ( 5 ) 通过油田科研组织应用示例分析，给出知识密集型科研组织应用网格知 识管理分析、规划模型，为今后应用打下基础。 1 3 2 论文研究的内容 本文共分为五章 第一章，绪论。主要介绍本文所研究课题的背景以及国内外相关研究的现状， 最后简要介绍了本文的结构。 第二章，网格、知识网格及知识管理概述。主要对网格、知识网格、网格知 识管理从其概念、结构框架、主要内容等方面进行概要介绍。 第三章，网格环境下的知识组织方式。分析对比了网格与传统知识组织方式 的差异，着重介绍了网格特有的知识组织方式。 第四章，网格知识管理相关技术。从知识发现和知识共享两个方面论述了基 于网格的知识管理技术，其中包括它们的原理、方法、和框架。 第五章，网格知识管理在油田科研组织中的应用模型。给出了网格知识管理 应用的拓扑结构，从资源空间模型、知识流和虚拟组织等方面论述了油田科研组 织网格知识管理的建模方法。本章最后以一个实际项目为例从全面描述了上述建 模方法的作用及模型实例。 第一：章网 各、知识叫 各及m 格知识管胖概述 第二章网格、知识网格及网格知识管理概述 2 1 网格技术概述 2 1 1 什么是网格 简单地讲，网格是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资 源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。当然， 网格并不一定非要这么大。我们也可以构造地区性的网格( 如中科院计算所网 格) 、企事业内部网格、局域网网格、甚至家庭网格和个人网格。网格的根本特 征并不一定是它的规模，而是资源共享，消除了资源孤岛。 网格( g r i d ) 是近年来在学术界和产业界逐渐兴起的一个研究领域，当前的 i n t e r n e t 技术实现了计算机硬件的连通，w e b 技术实现了网页的连通，而网格技 术将把整个i n t e r n e t 整合成一台巨大的超级计算机，实现资源的全面连通。随着 网络化和智能化趋势的发展，网格计算已经成为越来越重要的研究方向。 随着高性能计算应用需求的迅猛发展，单台高性能计算机己经不能很好胜任 一些超大规模应用问题的解决，同时，大量已经存在的计算资源和科学仪器的利 用率还不高。这就需要将地理上分布的、系统异构的多种计算资源通过高速网络 连接起来，以共同解决科学计算等大型应用问题，即需要广域的高性能的网格技 术，网格有时也称为网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 、计算网格( c o m p u t a t i o n a lg r i d ) 或元 计算技术( m e t a c o m p u t i n g ) 等。 网格计算技术在产生的初期主要集中在高性能科学计算领域中，现在网格计 算不局限于此，出现了使用于不同应用领域的网格技术。图2 1 中根据不同类型 的应用给出了对现有网格技术的分判1 6 】。 2 1 2 网格技术特征 网格系统具有分布式系统和并行系统的特征，但是又与分布式系统和并行系 统有着非常重要的区别。与分布式系统类似，位于多个管理域下的超级计算机通 过不可靠的网络进行连接，并且需要对广域分布的动态资源进行集成。但是网格 系统对高性能的要求使其编程模型及接口与分布式系统有极大的差别。同时，网 格系统作为并行系统还需要进行超级讨算机之间的通信调度以满足应用对性能 的要求。然而，由于网格系统的异构性以及动态性使得现有的并行计算技术的应 第一二章纠格、知l 识网格及州格知识管理概述 用受到很大的限制。为此美国从9 0 年代初丌始进行国家计算网格的预研。目前 美国正在兴建的网格项目包括：n a t i o n a lt e c h n o l o g yg r i d ，n a s ai n f o r m a t i o n p o w e rg r i d ，a s c id i s t r i b u t e dr e s o u r c em a n a g e m e n t ( d r m ) t e s t b e d 等。同时，美 国军方也有一个由美国国防部支持的网格项目一一g l o b a li n f o r m a t i o n g r i d ( g i g ) ，这是一个全球连通的端到端信息系统，联合了各种过程和人员以收 集、处理、存储、发布和管理信息，以满足战场人员、决策者和支持人员的需求。 图2 1 网格技术分类 网格所解决的关键问题是“在动态、多机构的虚拟组织中协作式的资源共享 和求解问题”。网格关心的共享并不仅仅指是文件交换，而是对计算机、软件、 数据和其它资源的直接访问，这正是出现在工业、科学、工程中的许多合作式解 决问题和资源代理策略所需要的。这种共享必须被高度控制：资源提供者和消费 者清楚并小心的定义共享什么，允许谁共享及共享发生的条件。这样的共享规则 定义的一组个人及机构形成了所谓的一个“虚拟组织”( v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ，简 称v o ) t 1 7 1 。 以下是虚拟组织的例子：汽车厂商为规划建造一个新工厂而进行的方案评估 所雇佣的应用服务提供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，简称a s p ) 、存储服务提 供商( s t o r a g es e r v i c ep r o v i d e r s ，简称s s p ) 、c p u 周期提供商和顾问们；一个工业 财团的成员们投标一架新飞机；一个危机处理组和他们在紧急情况下做出反应时 使用的数据库和模拟系统；一个庞大的、具有多年历史的困际高能物理合作组织 的成员们。这里的每个例子都表现了基于计算和数据密集型环境中的合作的一种 计算和求解闷题的方式。 f 如这些例子说明的，虚拟组织的f 1 的、范围、大小、持续时问、结构、成 第：章刚格、知识网格及网格知l 识管理概述 员和组织方式等方面差别很大。但是，通过仔细研究我们可以确定虚拟组织许多 共同关心的问题和需求。比如况，需要高度灵活的共享关系，范围从客户机一服 务器到对等模式( p 2 p ) 年i 代理模式；需要共享资源使用上复杂和高级的控制，包 括细粒度的访问控制和本地及全局共享策略的应用；需要共享各种资源，从程序、 文件到计算机、传感器和网络的数据：及需要不同的使用方式，从单用户到多用 户，从关心性能到关心成本，而且还包括服务质量、调度、共同分配和记账。 当前的各种分布式计算技术并没有具有针对性的处理解决上文列出的这些 问题和需求。例如，当前的i n t e m e t 技术所关心的是计算机间的通信和信息交换， 而不是在多个站点上以计算目的而协同使用资源。电子商务( b u s i n e s s t o b u s i n e s s l 交易注意力主要集中在信息的共享( 通常通过集中式的服务器) 。虚拟企q l ，( v i r t u a l e n t e r p r i s e ) 技术也是这样，尽管这里的共享可能最终扩展到应用程序和物理设备。 企业分布式计算技术比如c o r b a 和e n t e r p r i s ej a v a 的注意力集中在实现单个组 织内的资源共享。s s p 和a s p 允许一些机构满足其他合作伙伴的存储和计算需 求，但使用的是很勉强的方式：比如，s s p 的资源一般通过