（计算机应用技术专业论文）基于ogsi规范的基础教育知识网格平台的研究与实现.pdf

摘要 随着基础教育改革的深入，教育信息化在近几年得到了长足的发展，基础教育知识网格是基 础教育知识库的网格化，通过网格技术和业务模型的结台，能够实现基础教育领域的资源共享。 本文研究的课题“基础教育知识网格( b a s i ce d u c a t i o nk n o w l e d g eg r i d ，b e k g ) ”系国家“十五” 重大科技攻关项目“网络教育关键技术及示范1 = 程”，同时也是c n g l 中国下一代互联网示范工 程研究开发及应用示范项目。 基础教育知识网格包括底层的网格平台( b e k gp l a t f o r m ，b e k g p ) 和上层的应用两部分，而 本论文主要研究的是底层的网格平台。b e k g p 是以o g s 规范为主，以面向服务的o g s a 网格 框架体系结构为基础来构建的。通常，一个网格平台包括支持网格服务的容器，网格的安全基础 设施，网格性能监控和信息服务，网格资源调度( 属于“计算网格”的范畴) ，网格数据访问和 管理等这几大块。而b e k g 作为一个全国基础教育知识共建共享的平台，更多地属丁 “数据网格” 的范畴，所以本论文所研究的范围涉及到了除网格资源调度之外的所有模块。其中每一块的研究 都包括三个方面的内容：首先从理论上分析每个模块的需求和应该具有的功能，以及现有的标准 模型；然后阐述和比较了实际中主流的各种r 具和软件的设计思想、模型和所使用的技术：最后 根据基础教育知识网格b e k g 自身的特点讨论了每一个功能模块在该网格平台中是怎么实现的。 其中讨论的很多内容都超越了o g s i 规范的限制。 本文的篇章结构也是根据上面的功能模块进行划分和安排的。论文在每一块的研究除了在理 论上的阐述、分析和概括之外，实际成果主要包括： 1 ) 利用网格安全基础设旌g s l 3 实现了基础教育知识网格平台b e k g p 中的安全策略。解决 了基础教育知识网格环境中的身份验证，权限委托，证书生命周期管理等安全问题。 2 ) 根据项目实际需要，在g t 3 2 网格环境下开发了b e k g p 的网格性能监控和信息服务 p g m i s ( p l a i ng r i dm o n i t o r i n ga n di n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ，该服务虽然是在g t 3 2 环境下遵循o g s i 规范开发的，但是它的设计思想和其中的主要算法却不依赖于g t 3 2 和o g s i 。该服务的设计以 软状态协议的思想为基础，提出了一种新的节点生命周期管理算法，它既能减少m d s 中心节点 的负载，又能高效地进行查询。该服务简单易用，可扩展性好，广泛地被系统中其它服务所调用。 3 ) 以g l o b u s 数据网格中的g r i d f t p 服务、可靠文件传输r f f 和副本定位服务r l s 为基础 开发了两个商层的网格数据管理服务：文件访问代理服务f a a ( f i l ea c c e s sa g e n t ) 和副本选择 月务r s s ( r e p l i c as e l e c ts e r v i c e ) 。用全球唯一标志g u i d ( g l o b a l l yu n i q u ei d e n t i f i e r ) 表示逻辑 文件名，用s u r l ( s i t eu r l ) 表示物理文件名的方法解决了分布式系统中的资源逻辑标志和物 理位置的映射问题。并在这些基础之上实现了本网格平台b e k g p 中的文件传输和副本管理。事 实上该方案具有一定的通用性，可以用于解决类似的广域分布的系统中的文件传输和副本管理问 题。 关键词：基础教育知识网格平台b e k g p ，网格安全基础设施g s l ，网格监控和信息服务，网格 文件传输和副本管理，数据网格，o g s a ，o g s i ，g l o b u st o o l k i t ，p g m i s a b s t r a c t w i t h 血ei n n o v a t i n go fb a s i ce d u c a t i o n ，t h ei n f o r m a t i z a t i o no fe d u c a t i o nh a sm a d eg r e a tp r o g r e s s d u r i n gt h el a s ty e a r s t h ep u r p o s eo ft h eb a s i ce d u c a t i o nk n o w l e d g eg r i d ( b e k g ) ，w h i c h i st h e n a t i o n a lk e yp r o j e c ta s t h ed e m o n s t r a t i o np r o j e c to fk e yt e c h n o l o g i e si nn e t w o r ke d u c a t i o n d u r i n g t h et e n t hf i v ey e a rd e v e l o p m e n tp l a n sa n da tt h es a m et i m ei st h ed e m o n s t r a t i o np r o j e c to fc h i n an e x t g e n e r a t i o ni n t e r n e t ( c n g d ，i st od i s t r i b u t et h ek n o w l e d g eb a s eo fb a s i ce d u c a t i o nb yu s i n gt h eg a d t e c h n o l o g y , t h u st of a c i l i t a t et h es h a r i n go fr e s o u r c e sa m o n gt h eb a s i ce d u c a t i o na r e a t h eb e k gc o n s i s t so fb e k gp l a t f o r m ( b e k g p ) a n dt h ea b o v ea p p l i c a t i o n s ；t h i sr e s e a r c hp a p e r f o c u s e so nt h ef o r m e r , t h a ti st h eb e k g et h eb e k g pi sc o n s t r u c t e db a s e do nt h eo p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ( o g s a ) a n di m p l e m e n t e dm a i n l yb yu s i n gt h eo p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ( o g s i ) s p e c i f i c a t i o n s g e n e r a l l y , t h ef u n c t i o n m o d u l e sw h i c hc o m p o s eag r i dp l a t f o r mt y p i c a l l yi n c l u d e ：a c o n t a i n e rt h a ts u p p o at h eg a ds e r v i c e s ，t h es e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r eo ft h eg r i d ，t h eg r i dm o n i t o d n ga n d i n f o r m a t i o ns e r v i c e ，g r i dr e s o u r c e ss c h e d u l i n g ( w h i c hb e l o n gt ot h es c o p eo f “c o m p u t i n gg a d ”) a n dg r i d d a t aa c c e s sa n dm a n a g e m e n t t h eb e k ga s ap l a t f o r mf o rt h es h a r i n go fn a t i o n a lb a s i ce d u c a t i o n r e s o u r c e s ，m o r eb e l o n gt ot h es c o p eo f “d a t ag r i d ”，s ot h er e s e a r c hs c o p eo ft h i sa r t i c l ec o n t a i n sa l lt h e m o d u l e sm e n t i o n e da b o v ee x c e p tt h em o d u l eo ft h eg r i dr e s o u r c e ss c h e d u l i n g ，t h er e s e a r c h o fe a c h m o d u l ec o n t a i n st h ec o n t e n t so ft h r e ea s p e c t s ：f i r s t l yt oa n a l y z et h er e q u i r e m e n t so ft h em o d u l ea n dt h e f u n c t i o n st h em o d u l es h o u l dh a v e ；t h e ne x p o u n da n dc o m p a r et h ed e s i g n i n gp h i l o s o p h i e s ，m o d e sa n d t e c h n o l o g i e so fe a c hm a i nt o o l s o rs o f t w a r ei n p r a c t i c eu s e ；l a s t l yd i s c u s sh o wt h em o d u l eb e i m p l e m e n t e da c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t sa n df e a t u r e so ft h eb e k g m a n yo ft h ed i s c u s s i o n sh a v e b e y o n dt h ec o n s t r a i n t so ft h eo g s is p e c i f i c a t i o n t h ec h a p t e rs t r u c t u r eo ft h i sp a p e ri sp a r t i t i o n e da n da r r a n g e da c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o nm o d u l e s m e n t i o n e da b o v e b e s i d e st h ei n t r o d u c t i o n ，a n a l y s i sa n dg e n e r a l i z a t i o no ft h er e q u i r e m e n t s ，f u n c t i o n s ， s t a n d a r dm o d e l sa n dm a i nt e c h n o l o g i e sa n dt o o l so fe a c hm o d u l e s ，t h em a i np r a c t i c a lp r o d u c t i o n so ft h e r e s e a r c hr e s u l t sj n c l u d e ： 1 ) i m p l e m e n t e dt h es e c u r i t yp o l i c i e so ft h eb e k g pb yu s i n gt h eg s l 3 r e s o l v e dt h ep r o b l e m so f i d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o n ，r i g h t sd e l e g a t i o n ，m a n a g e m e n to ft h el i f e c y c l eo fc r e d e n t i a l ，e ta 1 2 ) a c c o r d i n g t ot h ea c t u a lr e q u i r e m e n t s ，w ed e s i g n e da n dd e v e l o p e do u ro w ng r i dm o n i t o r i n ga n d i n f o r m a t i o ns e r v i c e ”p g m i s 口l a i ng r i dm o n i t o r i n ga n di n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ”t h o u g ht h es e r v i c e d e v e l o p e di nt h eg r i de n v i r o n m e n to fg t 3 2a n dc o n f o r m e dt ot h eo g s ls p e c i f i c a t i o n ，t h ed e s i g n p r i n c i f i l ea n dn l a i na l g o f i t h m sd o n tr e l yo nt h eg t 3 2a n do g s i b a s e do nt h ei d e ao ft h es o f ts t a t e p r o t o c o l ，w eb r o u g h tf o r w a r dan e wa l g o r i t h mo fl i f e c y c l em a n a g e m e n to fg r i dn o d e s i tc a nr e d u c et h e l o a do ft h em d sc e n t e rn o d ea sw e l la si tc a nq u e r ye f f i c i e n t l y , t h es e r v i c ei ss i m p l ea n de a s yt oh s ea s w e l la si ti ss c a l a b l e ，i th a sb e e nw i d e l yc a l l e db yo t h e rs e r v i c e si nt h es y s t e m 3 ) b a s e do nt h eg r i d f t ps e r v i c e ，t h er e l i a b l ef i l et r a n s f e r ( r f ds e r v i c ea n dt h er e p l i c a l o c a t i o ns e r v i c e ( r l s ) i nt h eg l o b u sd a t ag r i d ，w ed e v e l o p e dt w oh i g hl e v e ls e r v i c e sf o rg r i dd a t a i i m a n a g e m e n t ：t h ef i l ea c c e s sa g e n t ( f a a ) s e r v i c ea n dt h er e p l i c as e l e c ts e r v i c e ( r s s ) b y t h em e t h o d o fu s i n gt h eg u i d ( g l o b a l l yu n i q u ei d e n t i f i e r ) t oe x p r e s st h el o g i c a lf i l en a m ea n du s i n gt h es u r l ( s i t eu r l ) t oe x p r e s st h ep h y s i c a lf i l en a m e ，w er e s o l v e dt h ep r o b l e mo fm a p p i n gt h el o g i c a l i d e n t i f i e ro far e s o u r c et oi t sp h y s i c a ll o c a t i o n a n dw ei m p l e m e n t e dt h ef u n c t i o no ft h ef i l et r a n s f e ra n d r e p l i c am a n a g e m e n ti nt h eb e k g p i nf a c t ，t h es o l u t i o nw eu s e dh a ss o i n eg e n e r a l i z a t i o n ，i tc a ns o l v e t h ep r o b l e mo ff i l et r a n s f e ra n dr e p l i c am a n a g e m e n ti nt h es i m i l a rs y s t e mt h a ti sw i d ed i s t r i b u t e d k e yw o r d s ：b a s i ce d u c a t i o nk n o w l e d g eg r i dp l a t f o r m ( b e k g p ) ，g r i ds e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e ( g s i ) ， g r i dm o n i t o r i n ga n di n f o r m a t i o ns e r v i c e ，g r i df i l et r a n s f e ra n dr e p h c am a n a g e m e n t ，d a t ag r i d ，o g s a ， o g s i ，g l o b u st o o l k i t ，p g m i s i i i 图表清单 图1 - 1c g s p 系统的六大模块“。5 图1 - 2c g s p 每个模块掰提供瓣功“。5 霭i - 3b e k g 顼强翡蘩令系统续拣强7 图2 - 1开放网格体系结构o g s a 的架构1 1 图2 - 2w e b 服务的体系缩构和工作原趣1 2 图2 - 3w e b 服务的架构1 3 圈2 - 4w e b 鼹务应磁结构“q 1 4 圈2 - 5 瀵妇瓶餐框架”j 1 5 表2 1o g s i 规范定义盼标准接口口d j 1 8 表2 - 2g r i d s e r v i c e 接口定义的操作9 j 1 8 表2 - 3g r i d s e r v i c e 接口所提供的服务数据元素口2 ”1 8 图2 - 6 一个薅单接口中的操作和服务数据的g w s d l 定义1 9 国2 - 7o g s a 、o g s i 纂lg t 3 之蠢翦美篆潮，2 0 翻2 - 8g t 3 的体系结构o j 2 0 图3 - 1 艨拟组织策略域的交集使来自于不同域的所有用户和资源构成一个公共的信任域【”3 2 2 匿3 2c a s 允许v o 表达策略，并兔诲资源应用v o 策略和本她策略的子集o 2 8 强3 - 3 本嚣穆乎叁孛实髂蕊证书串谤耧颁发模式。捞 圈3 _ 4 本弼格平台中围一信任域串的节点的安全访问模式3 0 图4 - 1g m a 体系结构的组件】3 4 图4 2 复合生产者，消费者j 3 7 幽4 3 攀体数据源3 7 圈4 1 4r q 3 m a 中懿寝羧数据疼瞄】3 9 图禾5r - g m a 中的三种类别的生产者脚】4 0 图牟6r * g m a 中的消赞者”1 4 l 图4 7m d s 2 的体系结构”j 4 3 表4 - 1m d s 4 现在支持秘计划之中的信息提供者”“4 3 圈垂s m d s 4 熬汐潺壤鼙提供了一令统一瓣鸯谗，谣潮秘逶角蓑叠绘备静各襻静信惑滚， w e b 服务和捌盼髓控工具”“4 4 图鹕m d s 4 聚合框架的信息流印1 4 5 图4 - 1 0p g m i s 的体系结构和运作流程4 7 图4 - 11 p g m i s 的包及冀关系4 9 囤4 - 1 2 p g m i s 豹死令援心类及萁它翻乏翔懿关系5 2 图4 - 1 3 l 磁m i s 的数据炎及其它们之间的关系5 3 表5 - 1 数据网格的功能总结【8 ”5 8 图5 - 1 f r p 使用的模型o ”6 4 图5 2 暇务器到服务器的交互模型嘲6 5 嚣5 3g l o b u sg r i d f t p 薅系缝稳【铖1 秘 翻5 4g l o b u sg r i d f r p 数据传输管道6 6 图5 - 5 个r l s 服务的西已置示例嘶6 7 图5 - 6 s u r l ，g u i d 和l f n 之间的关系 1 0 町7 0 圈5 - 7 与文件传输和副本管理相关的服务和组件之间的关系7 1 图5 - 8 与文媛：毽竣窝基本管理穗关豹羧务窥缝静静帮瓣簿 搡撵7 2 v i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它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。 研究生签名 雏槲 时间： 碗年i 月i _ c 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 裴弗域 时问： 柳年# 月廿日 导师签名：p # 建吞 时问：劫年月椭 第一章绪论 1 1研究目的和意义 1 1 。1 我国基础教育信息化的阉邋 从2 0 世纪9 0 年代后期至今，我国的基础教离信息纯已经褥劐了迅猛的靛震，值是还是存在 着备种问题。不考虑教育信息化逸系统1 1 1 中的人为因素和政策因素，单从软碗件和技术方面考 虑，主要有以下几个问题： 。垒缡往理想与鏊懿羲弯区壤稼慧纯发震不平麓戆矛霜。程毽一令餮家瓣藿 i | l 教骞营惑纯郝蹩 以面向所有学生的全纳性帮尽可能为所有学生提供均等发展机会的公平髋为前提的“l 。然箍 教育信息化是一项巨大的投资+ 我国的经济拨胺不平衡必然决定了教育信息化发展的不平榭。 遮种矛盾要求救育信息化一万薅要“按需建设” 1 】，另一方糯要打破以往封闭的教育系统， 开溪各个屡次静交流、台终与共享强。 2 效率低下，资源重复建设，现有的软硬件资源没有得到充分利用。由于缺燕有效的交流、含 作与共享机制，导致硬件资源在某些学校和地区比较闲置，而在另一些学校和地区又比较紧 张；同时相周的软 牛资源比呶课侔等在不同的学技和地区熏簸建设，一些饿秀的教学软髂和 潆俘没法最大敝疫豹转援帮蘩攀翻。 3 在进行资源按率时缺乏一种有效的安全机制。教育资源网站磷临着诸如服务拒绝攻击( d o s ) 、 闯入保密区域以及计算机病毒等的各种安全闻题【4 j 。目前的激育信息化系统的开发尚不能从 成用编程环境嬲底层平台上疆供访海燕割般务每通讯安全黢务。 1 i 2 两格技术的特点 ( 1 ) 传统的客户端，服务器系统釉目前的对等计算技术的特点潮不足 在砖统翡客户臻，攮务器系统( 龟葱c s 期b s 攘式) 中，鬏务器递零是县毒较强计算辘力靼 较好网络连接的计算橇，它b l 够长时闻运行，并怒大量存储、计舞资源分发绘许多客户。因藏， 服务器遇到了性能、可靠性的瓶颞pj 。 对等计算( p e e r - t o p e e r , p 2 p ) 系统就是去搏了客户端，服务器的不对称因索并对其进行改避； 冀孛，窖户撬逛霹娃竞墨援务器，羧受霹其资源谤瓣浆诲袁。大多数 l 擎况下，溶鳖p 2 p 嚣络节点 会形成个自组织网络；这个自缀织网络位于传统i n t e r n e t 协议潞上层且没存中心化的结构特征 f s o p 2 p 与网格计算有着共同的特点，它们都强调疆为分布在不同地点的人们提供资源共享服务， 但媳出于这两种技术有着不同的前提假设，导致了他们有着截然不同的需求背最j f 1 技术发展方向 搿，藩考主要瘸予镪禽鼗班百万诤硝户夔太型蓼壤，其重点在予骞密技拳帮大篾搂扩震菽拳。疆 属脊主要用于规模褶对较小的用户组织和协作，并提供更加丰寓多彩的共享资源。基于非信任环 境中的p 2 p 系统的缺陷是很明显的，比如没法保障知识产权：低激的带宽利用，无法阻止交通堵 塞 松散的安全傺护，无法阻止黪意代码的传播；薏撼保证安全可靠的服务疑凝( q o s ) 等答。 ( 2 ) 砖格技术瓣优势 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 相比而言，网格技术是建立在一种可信任环境中，通过强人的虚拟计算系统来对箨种异构资 源进行安全、灵活和高效的访问。网格技术的发起人i a nf o s t e r 将网格定义为一种系统，该系统 通过标准、开放的通用协议和接口来协调分布式的资源以提供最好的服务质量”1 。该定义有如f 几个关键成分，也是能够集中概括网格技术的优势： 专协调分布的资源。网格集成和协调存在于不同控制域内的资源和用户，例如，用户的桌面计 算与集中计算，同一学校的不同管理单元，以及不同学校的不同管理单元。并且网格也处理 安全、政策、付费和成员资格等在协调分布资源场景中出现的问题。 使用标准、开放的通用协议和接口。网格建立在多目标协议和接口之上。这些协议和接口用 来处理这些基本问题，如认证、授权、资源发现和资源访问。这样创建出的系统不同于不兼 容的、不能互操作的巴尔干化( b a l k a n i z e d ) 分布式系统”j 。 专交付最好的服务质量。网格允许协调使用它的组成资源，以便提供各种服务质量，如响应时 间、吞吐量、可用性和安全性。网格还可能协同分配多种资源类型来满足复杂的用户需求， 这样的组合系统效用将远大于它的各部分效用之和。 本课题的研究目的就是要用网格技术来解决上面提到的基础教育信息化中出现的各种问题， 通过使用标准、开放的通用协议和接口提供可靠安全的服务，协调分布的资源，负载均衡，优化 性能，最大限度的利用各种软硬件资源，实现最有效和安全的资源共享。从最初儿个学校的资源 交流与共享，再到跨城市或地区的资源共享，最终实现所有地区和学校的资源共享，进而最后实 现基础教育知识面向所有学生的的全纳性理想。 1 2国内外研究现状 1 2 1 网格应用的分类 根据网格所管理的资源类型，网格通常可以分为计算网格、数据网格、设备网格与应用网格， 其中麻用网格从实现技术上来说需要借助于计算网格、数据网格等。如果再将它们细分层次的话， 可以说麻用网格位于其他网格之上。在这四大类网格中，可根据实际应用更有针对性地将网格应 用分为分布式高性能计算、海量信息处理与服务、分布式交互协同、信息获取与融合等m 。r 面 分别加以阐述。 1 ) 分布式高性能计算是指将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，通过网格 软件实现有效的组织与管理，形成一个比单台超级计算机强大得多的计算平台。此类计算适合于 多个并行任务、没有通信或通信很少的应用。在相互间通信量较大的时候，如何利用网格平台来 解决将是一个挑战性的课题具有代表性的两个典型应用是军事仿真项目s fe x p r e s s 数字相对论 8 , 9 1 。 2 ) 针对海量信息处理与服务的数据网格主耍功能是对海量数据进行存储、传输和处理，并 提供远程访问机制a 海量信息的处理比高性能计算的需求更多也更新。这一领域面l 临的主要问题 是如何解决海量数据的异地存储、异地计算和异地显示。特别在网络状况还不够令人满意的今天， 如何解决海量数据的传输问题唧。这里的两个有影响的项目是由美国国家科学基金( n s f ) 资助 的物理网格g r i p h y n ( g r i dp h y s i c sn e t w o r k ) 州和由欧洲粒子物理研究所( c e r n ) 建设的用于 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 海最数据处理网格项目d a t a g r i d 1 。 3 ) 分布式交互协同，是指利用网格技术实现异地用户的交互与合作，完成以前不能完成的 上作。典型的应用为贵重仪器共享、远程沉浸、远程医疗”1 。分布式仪器系统( d i s t r i b u t e d i n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m ) 是指用网格管理分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备的 手段，提高仪器的利用率，大人方便用户的使用，网格将分布式仪器系统变成了一个非常易于管 理和有弹性的系统。远程沉浸( t e l e - i m m e r s i o n ) 是一种特殊的网络化虚拟现实环境，这个环境可 以是对现实或历史的逼真反映，可以是对高性能计算结果或数据库的可视化，也可以是个纯粹虚 构的空间。 4 ) 信息网格就是对广域网上的异构海量信息源进行集成与融合，为用户提供透明方便的信 息服务。信息网格研究的中心问题有：如何描述信息、存储信息、发布信息和查找信息；如何充 分利用现有网络技术，如h t i p 、x m l 、w s d l 、u d d i 、s o a p 等，构成一个完整的服务链；信 息的语义表示，即如何赋予信息以内涵，以及如何避免信息的：义性：如何对信息加密，防止信 息泄露等。这方面有代表性的应用项目有由斯坦福大学和圣地亚哥超级计算中心领导的“生物信 息学大规模分析系统”项目，由宾夕法利亚大学领导的n d m a ( n a t i o n a ld i g i t a lm a m m o g r a p h y a r c h i v e ) 项目 1 2 i 以及美国军方的全球信息网格g i g ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) “”。 本课题所研究的基础教育知识网格所属的范畴即是数据网格与信息网格。它以数据网格技术 为基础解决课件的存储、传输和远程访问，同时管理分布的基础教育知识库，对异构的信息源进 行集成与融合，提供给用户统一的访问和检索界面。 1 2 2 国内几个大型的两格应用项目介绍 网格技术这几年在国内发展得很快，各种大大小小的网格项目如雨后春笋般地发展起来，但 规模比较大的，比较有影响的网格项目主要有中国国家网格c n g r i d 、中国教育科研网格 c h i n a g r i d 、e - s c i e n c e 网格研究计划、上海交通信息网格和中国空间信息网格。在这儿个网格应 用项目中又属中国国家网格c n g r i d 、中国教育科研网格c h i n a g r i d 和上海交通信息网格的研究和 开发进行得比较快一点，下面分别阐述。 1 ) 中国国家网格受国家8 6 3 计划重大专项支持，聚合了高性能计算和事务处理能力的新一 代信息基础设施的试验床。通过资源共享、协同_ 作和服务机制，有效支持科学研究、资源环境、 先进制造和信息服务等应用。中国国家网格装备了自主研制的面向网格的高性能计算机( 联想深 腾6 8 0 0 、曙光4 0 0 0 a ) ，包括香港在内的8 个节点联合构成了开放的网格环境，通过自主开发的 网格软件，支撑网格环境的运行和应用网格的开发建设“m 。目前基于该网格运行环境应用网格项 目主要有中国气象应用网格c m a g ( c h i n am e t e o r o l o g i c a la p p l i c a t i o ng r i d ) 、航空制造网格、科 学数据网格、新药研发网格、生物信息网格、国家地质调奄应用网格n g g 、森林资源与林业生 态工程信息应用网格d f g ( d i g i t a lf o r e s t r yg r i d ) 等h 4 1 。 2 ) 中国教育科研网格c h i n a g r i d 计划是教育部“卜五”2 1 1 工程公共服务体系建设的重大专 项。它利用中国国家教育科研网c e r n e t 和高校的大量计算资源和信息资源，开放相应的网络 软件，配合网络计算机的使用，将分布在教育和科研网上自治的分布异构的海量资源集成起来， 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 实现c e r n e t 环境卜- 资源的有效共享1 。目前在c h i n a g r i d 计划第一期上开展的专业应用f 日格包 括图像处理网格，生物信息网格、大学课程在线网格、海量信息处理网格和计算流体力学网 格”。c h i n a g r i d 是迄今为止由政府推出的最宏大的网格工程，该项目开发的网格中间件c g s p 是国际上第一个遵循o g s a 架构，参照w s r f 规范实现的网格中间件”。在卜_ 一小节中将有更 加详细的阐述。 3 ) 上海交通信息两格是由同济人学牵头，并与上海城市交通信息中心，上海华博科技集团 有限公司，上海科臻投资咨询有限公司联合申请的。其目的是用先进的网格技术解决上海由铁路、 水路、公路、航空、管道等5 种运输方式组成的、具有相当规模的综合交通运输问题。为出行者 提供交通信息服务，使其能够提前获得出行路线的交通状况信息，优化出行决策，进而改善上海 这座拥有1 千8 百多万人口的特大型城市的交通状况】。 1 2 3 中国教育科研网格c h i n a g r i d 及其网格支撑平台c g s p 介绍 c h i n a g d d 计划于2 0 0 2 年8 月开始筹备，2 0 0 3 年1 月进入实施阶段，2 0 0 5 年底完成了第一 阶段建设。i t 前参加c h i n a g r i d 计划第一期建设的是国内2 0 所重点高校。 c h i n a g r i d 非常注重网格应用，所部署的5 个虑用( 生物信息学，计算力学，图像处理，海 量信息处理，大学课程在线) 均取得了良好进展，其中“生物信息学网格”每天接纳用户访问约 5 万人次，“海最信息处理网格”实现了4 个人学的数字博物馆的互连，“大学课程在线网格”的 规模已经达到2 0 个服务节点，其中总共近3 0 0 0 小时的课程视频，每天接纳近万人次的开放式点 播访问，已经成为我国规模最大、提供7 2 4 水平的非盈利课程视频服务。图像处理网格是基于 c h i n a g r i d 之上，直接利用其广域的大规模计算资源和软件资源充分实现网格互操作特性，以安 全、透明的方式为用户提供图像处理相关服务的应用平台。计算流体力学( c f d ) 网格平台基于 c h i n a g r i d 公共支撑平台( c g s p ) ，利用其计算资源管理、用户管理、系统安全、数据访问和传输 等功能，针对c f d 应用的不同工程背景而在网格环境中进行c f d 应用的集成”“。 c h i n a g r i d 为各种网格应用提供基础支撑的网格核心中间什c h i n a g 瑚公共支撑平台 ( c h i n a g r i ds u p p o r t p l a t f o r m ，c g s p ) 。c g s p 的第一期开发= 作已经完成，第一版本已于2 0 0 5 年 1 月正式发布，这是全球第一个基于目前w s r f 技术开发的网格支撑平台，也是国际上第一个遵 循o g s a 架构，参照w s r f 规范实现的网格中间件。它提供了一套完整的网格服务支撑平台， 对教育和科研系统中的并种资源进行整合，屏蔽网格资源的异构性和动态性，为各种科学计算与 二程研究提供高性能的、高可靠的、安全方便的透明网格服务，形成一套公共网格服务体系。目 前已经有生物信息学、图像处理、计算力学等的应用在该平台上调试通过m 】。 4 围1 - 1c g q p 系统的六夫模块i 如图卜1 所示，c g s p 共划分为六个功能模块：网格门户( p o a a l ) ：作为c h i n a o r i d 的网格服 务展现方式，网格门户是最终用户使用网格的入口。网格开发环境：乓主要功能是提供资源嘲格 化封装的工具包和阿格构建管理亡具包，以及提供面向网格环境的编稗模型用十复杂网格作业 的开发。信息中心：其主要功能是负责网格环境中各类资渊信息的管理，实现一个全局的资源视 图，提供网格信息服务，并实时更薪网格资源信息。统一管理层：其丰耍功能是为刚格环境中各 类作业操作提供基础支持。网格安全：所提供的功能包括用户身份的认证、资源和服务的授权、加 密传输、以及用、身份到资源授权的映射等。计算节点层：真正提供时恪服务的节点，可以是集 群等大型计算设备，也可以是普通微机和上作站等。 其中c o s p 系统的每个模块所提供的功能如卜图1 - 2 所示。 图12c g s p 每个模块眼疆供的功能f o 5 1 2 4 建设中国基础教育网格的可行性 建立网格应用项目需要有以下三个前提条件： 1 良好的网络基础设施。网络基础设施是网格应用项目的基本硬件条件，只有有了一个比 较快速而健壮的网络，才可能有架于之上的先进的网格应用。 2 广域分布的计算资源。如果计算资源只是局部分布而没有广域分布，那么从本质上就不 是网格应用，而是别的什么局域网应用了。 3 持续增长的对资源共享的需求。网格应用的目的就是为了解决来自各种用户和终端的对 资源共享的需求，如果没有持续增长的对资源共享的需求，网格麻用也就失去了它的意 义。 中国基础教育的现状已经具备了建立网格应用项目的前提条件。 首先，在硬件基础设施上，中小学“校校通”上程、中小学现代远程教育工程等项目也取得 了很大进展。至1 j 2 0 0 2 年底，全国中小学计算机拥有量达5 8 4 万台，平均每3 5 个学生拥有一台计 算机。“。在北京地区，已将“联网计算机进入教室，力争做到班班通”作为其发展目标：实 现了农村中一t m , 学以上中小学“校校有计算机机房”；全市中小学校园网总数达n s o o 个，开通 1 9 个区域性中小学信息技术教育传播中心，建成北京教育资源网”“。“校校通工程”、“国家 基础教育课程改革项目”、“农村中小学现代远程教育上程”等大大促进了基础教育信息化进程。 这说明了基础教育具备建立网格应用项目的硬件条件，包括网络基础设施与“域分布的计算资 源。 然后，在对资源共享的需求方面，由于中国人口的众多，教育规模为世界之最”“，这就必然 会对教育资源有着巨大的需求。同时基础教育信息化发展不平衡，为了促进中西部地区基础教育 和信息化的发展，必然要求东部有条件的地区和学校把资源拿出来共享。同时，信息化发展得比 较成熟的地区和学校为了互相交流与合作，也有强烈的对资源共享的需求。 最后，在政府投资上，中国政府把教育作为国民经济和社会发展全局中具有基础性、先导性、 全局性的事业，不断加大对教育事业的投入，估计在2 0 0 6 年能够实现国家财政性教育经费占国内 生产总值的比例达n 4 5 的水平。基础教育网格应用项