（计算机软件与理论专业论文）基于wsrf的校园网格portal应用研究.pdf

摘要 随着高校信息化建设的发展和数字化校园工程的实施，校园网上运行着越来越多的 应用系统和服务系统，也积累着越来越多的各种教学资源和信息资源，校园网已经成为 各个大学业务运行的平台。然而，由于网络的异构性，各种应用系统、服务系统以及相 关资源的开发与运行都依赖于不同的操作系统和软硬件环境，造成了极大的资源浪费， 形成了许多信息孤岛。网格技术的发展为我们解决校园内和校际间信息资源共享与应用 服务共享提供了新的理论和技术手段。网格技术非常复杂，其应用范围还限制在一些专 业领域，在校园网上的应用十分有限。p o r t a l 是一种基于w e b 的应用程序，它主要提供 内容和服务整合、单点登录以及个性化定制。为了增加网格服务的易用性，使网格技术 能更好地在校园网上应用，更大范围内实现服务和资源共享，本文将网格和p o r t a l 技术 结合起来，设计了面向服务的校园网格p o r t a l 应用架构，并实现了部分功能模块，以期 为校园网用户提供一个方便、安全、可扩展、个性化的w e b 应用环境。 文章首先对数字化校园发展现状、网格体系结构、g l o b u st o o l k i t 以及w s r f 规范 进行了认真分析。其中，g l o b u st o o l k i t 是由g l o b u s 联盟开发的网格工具包，提供了大 量部署、使用以及维护网格的工具和机制，是事实上的网格标准。g l o b u st o o l k i t4 0 完 全实现了w s r f 规范，该规范由五个标准化的规范定义组成，包括w e b 服务资源生命 周期、w r e b 服务可更新引用、w e b 服务资源属性、w e b 服务服务组和w e b 服务基本错 误规范。w s r f 规定资源是有状态的，服务是无状态的，提出了w e b 服务资源的概念， 将w e b 服务与有状态相结合，允许w e b 服务对有状态属性的资源进行管理和控制，并 保存w e b 服务交互的结果。文中将网格技术引入校院信息化建设，可以有效地实现校 园内和校际间各种资源的共享与协同操作，消除信息孤岛。 校园网格应用还需要屏蔽网格服务实现细节，向用户提供一种高效方便的访问机 制。网格p o r t a l 是一种可定制、个性化使用网格服务和资源的w e b 接口，为用户提供基 于w e b 浏览器的软、硬件资源定制视图，有效解决了网格环境下资源共享的“易用性 ( u s a b i l i t y ) ”问题。用户只需要通过熟悉的w e b 页面登录校园网格p o r t a l ，即可实现单点 登陆并进行个性化设置，同时还可以通过该门户定制不同的网格服务，实现广域网范围 内的协同服务，完成局部单一环境无法完成的任务。本文对校园网格p o r t a l 的功能需求 i 和设计原则进行了认真分析，设计了基于w s r f 的校园网格p o r t a l 模型，并制定校园网 格p o r t a l 体系结构和空间部署方案，研究了校园网格p o r t a l 的运行机制和开发流程。 最后，本文部署了校园网格p o r t a l 的开发环境，设计了基于w s r f 的校园网格p o r t a l 的用户管理模块、资源监控模块、资源代理模块、作业提交模块、文件传输模块和安全 管理模块，并对校园网格p o r t a l 的局部功能进行实现。校园网格p o r t a l 在设计和实现过 程中遵循接口依赖原则，具有较高的重用性，易于维护，能实现校园网资源的有效整合， 屏蔽网络的异构性和松耦合性，提高资源利用率，为网格技术的推广和学校的信息化、 数字化建设提供了技术保障和支持。 关键词：w s r f ，网格p o r t a l ，资源共享，单点登陆，个性化服务 l i a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fu n i v e r s i t yn o r m a l i z a t i o na n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fd i g i t a lc a m p u sp r o j e c t , m o r ea n dm o r ea p p l i c a t i o ns y s t e m sa n ds e r v i c es y s t e m sr u ni nc a m p u sn e t w o r k ，w h i l em o r ea n dm o r ek i n d s o f t e a c h i n gr e s o u r c e sa n di n f o r m a t i o nr e s o u r c e sa r ea c c u m u l a t e d a sar e s u l t ，c a m p u sn e t w o r k h a sb e c o m ea b u s i n e s sp l a t f o r mf o rt e a c h e r sa n ds t u d e n t s h o w e v e r , t h ea p p l i c a t i o ns y s t e m sa n ds e r v i c es y s t e m sw i t h c o r r e s p o n d i n gr e s o u r c er u no n d i f f e r e n to p e r a t i n gs y s t e m si nah e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t , r e s u l t i n gi nag r e a tw a s t eo fr e s o u r c e sa n dal a r g en u m b e ro fi n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d s t h e 鲥d t e c h n o l o g yp r o v i d e san e wt h e o r e t i c a la n d t e c h n i c a lm e a n st or e a l i z et h er e s o u r c es h a r i n ga n ds e r v i c es h a r i n g i na n db e t w e e nc a m p u s e s b u tt h ea p p l i c a t i o no fg r i dt e c h n o l o g y , w h i c hi sv e r yc o m p l e x , i sl i m i t e di ns o m e p r o f e s s i o n a lf i e l d s ap o r t a li sa w e b - b a s e da p p l i c a t i o nt h a tp r o v i d e sc o n t e n ta n ds e r v i c ea g g r e g a t i o n , s i n g l e s i g n - o n ( s s o ) a n dp e r s o n a lc u s t o m i s a t i o n i no r d e rt oi n c r e a s et h eu s a b i l i t yo f g r i dt e c h n o l o g ya n da c h i e v e a w i d e rr a n g eo fs e r v i c ea n dr e s o u r c es h a r i n gi nc o l l e g e ，t h i sp a p e rd e s i g n ss e r v i c e - o r i e n t e dc a m p u s 鲥dp o r t a l a p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r ea n dr e a l i z e s s o m eo fi t sm o d u l e s ，w h i c hc a np r o v i d eu s e r sw i t hac o n v e n i e n t , s e c u r i t y , e x t e n s i b l ea n dp e r s o n a l i z e dw e be n v i r o n m e n t t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z e st h el a t e s td e v e l o p m e n ts t a t u so fd i g i t a lc a m p u s ，g d da r c h i t e c t u r e ，g l o b u s t o o l k i ta n dw s r fs p e c i f i c a t i o n g l o b u st o o l k i ti sa 鲥dt o o l k i td e v e l o p e db yt h eg l o b u sa l l i a n c e ，w h i c h p r o v i d e sal a r g en u m b e ro f t o o l sa n dm e c h a n i s m st od e p l o y , u s ea n dm a i n t a i n 面ds y s t e m s i th a s b e c o m et h e a c t u a ls t a n d a r do fg r i dc o m p u t i n g g l o b u st o o l k i t4 0f u l l yi m p l e m e n t st h ew s r fs p e c i f i c a t i o n ，w h i c hi s c o m p o s e do ff i v es t a n d a r d i z e ds p e c i f i c a t i o n s ，i n c l u d i n gt h el i f ec y c l eo fw e bs e r v i c er e s o u r c e ，u p d a t a b l e c i t a t i o no fw e bs e r v i c e ，a t t r i b u t e so fw e bs e r v i c er e s o u r c e s ，s e r v i c eg r o u po fw e bs e r v i c ea n db a s i ce r r o r c r i t e r i ao fw e bs e r v i c e w s r fp r o p o s e st h ed e f i n i t i o no fw e bs e r v i c er e s o u r c e ，c o m b i n i n gw e bs e r v i c ea n d s t a t u st os a v et h er e s u l to fw e bs e r v i c ei n t e r a c t i o n ，a n dp e r m i t t i n gw e bs e r v i c e st om a n a g es t a t u sr e s o u r c e s i nt h i sd e f i n i t i o n , r e s o u r c ei ss t a t e f u l ，w h i l es e r v i c ei ss t a t e l e s s t h i st h e s i si n t r o d u c e s 鲥dt e c h n o l o g yi n t o u n i v e r s i t yi n f o r m a t i z a t i o n ， w h i c hc a ni m p l e m e n tr e s o u r c es h a r i n ga n dc o o p e r a t i n g ，a n de l i m i n a t e i n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d t h ec a m p u s 鲥dn e e d st os h i e l dt h ed e t a i l so fc o m p l e x 鲥ds e r v i c e sa n dp r o v i d ea ne f f i c i e n ta c c e s s i i i m e c h a n i s mt ou s e r s g r i dp o r t a li sak i n do fw e bi n t e r f a c e s ，w h i c hc a np r o v i d ec u s t o m i z e di n d i v i d u a lg r i d s e r v i c e sa n dr e s o u r c e s i tp r o v i d e su s e r sw i t hav i e wt oc u s t o m i z es o f t w a r ea n dh a r d w a r er e s o u r c e sb a s e do n w e bb r o w s e ls o l v e st h eu s a b i l i t yo f r e s o u r c es h a r i n gi ng d de n v i r o n m e n ta n dp e r m i t su s e r st oa c c e s sk i n d so f g r i da p p l i c a t i o n si nau n i f o r me n v i r o n m e n t e a c hu s e rc a l lr e a l i z es i n g l es i g n - o na n dr e c e i v ep e r s o n a l i n f o r m a t i o ns e r v i c eb yl o g g i n gi nc a m p u sg d dp o r t a lt h r o u g ht h ew e bp a g e w h a t sm o r e ，e a c hu s e rc a l l c u s t o m i z ed i f f e r e n tg r i ds e r v i c e sa n dp e r f o r mc o l l a b o r a t i v ec o m p u t i n gw i t h i nw i d e a r e an e t w o r k , w h i c h c a n tb ed o n ei nas i n g l el o c a le n v i r o n m e n t t h i st h e s i sa n a l y z e st h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n t s ，d e s i g np r i n c i p l e s ， a r c h i t e c t u r ea n dd e p l o y m e n to p t i o n so fc a m p u sg r i dp o r t a l ，a n dd e s c r i b e si t so p e r a t i o nm e c h a n i s ma n d d e v e l o p m e n tp r o c e s s i nf i n a l ，t h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to ft h ec a m p u sg r i dp o r t a li sd e p l o y e d w h a t sm o r e ，t h i sp a p e r d e s i g n st h eu s e rm a n a g e m e n tm o d u l e ，r e s o u r c em o n i t o rm o d u l e ，r e s o u r c ea g e n tm o d u l e ，j o bs u b m i s s i o n m o d u l e ，f i l et r a n s f e rm o d u l ea n ds e c u r i t ym a n a g e m e n tm o d u l eo fc a m p u sg r i dp o r t a lb a s e do i lw s r f i n a d d i t i o n ，s o m eo ft h em o d u l e sa r er e a l i z e d i nt h i sp a p e r , t h ep r i n c i p l eo fi n t e r f a c e - d e p e n d e n c yi sf o l l o w e d d u r i n gt h ep r o c e s so fd e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gc a m p u sg r i dp o r t a l ，s ot h ep o r t a lh a sh i g hm a i n t a i n a b i l i t y a n dr e u s a b i l i t y t h ep o r t a lc a ni n t e g r a t ec a m p u sr e s o u r c e se f f e c t i v e l y , s h i e l dh e t e r o g e n e i t ya n dl o o s e l y c o u p l e dn a t u r eo fn e t w o r ke n v i r o n m e n ta n di m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o nr a t e ，w h i c hw i l lp r o m o tt h e e x t e n s i o no f 鲥d t e c h n o l o g ya n dt h ei n f o r m a t i o n i z a t i o na n dd i g i t a l i z a t i o nc o n s t r u c t i o no fc a m p u s k e y w o r d s ：w s r f , g d dp o r t a l ，r e s o u r c es h a r i n g , s i n g l es i g n - o n ，p e r s o n a l i z e ds e r v i c e s i v 独创性声明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位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 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。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。 签名： 王鹈苔 、1 o 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学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，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 虢掷聊獬龆r 6 3 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，信息通信技术的快速发展和互联网的广泛应用，正在深刻改变着人类的生 产方式、生活方式、交往方式、学习方式和教育方式，为终身学习、移动学习、远程学 习、网上个性化学习等一系列新型学习方式提供了基础和可削1 1 。中国政府高度重视教 育信息化工作，从1 9 9 4 年起开始投资建设中国教育和科研计算机网络( c h i n ae d u c a t i o n a n dr e s e a r c hn e t w o r k ，简称c e r n e t ) ，利用计算机技术和网络通信技术，实现了校园 内计算机联网、信息资源共享，为高效的教学、科研和行政管理建立起了计算机信息网 络平台。2 0 0 8 年1 2 月7 日由计算机世界传媒集团及计算机世界报社主办的中国i t 两会 ( 中国i t 财富( c e o ) 年会和中国信息主管( c i o ) 年会) 顺利召开，来自全国高校及 中小学网络信息中心、网络教育学院、高校图书馆的信息主管、教育信息化专家以及相 关的教育行业i t 人员出席了论坛。本次教育信息化论坛以“理顺管理体制，重视应用 实践为主题，分别就高校教育信息化建设与实践、教育信息化平台作为新型服务业、 数字化校园等议题进行了深入探讨，并指出我国教育信息化建设已经进入数字校园2 0 时代。2 0 0 9 年1 月1 3 日，中国互联网络信息中，t 二, ( c n n i c ) 发布第2 3 次中国互联网络 发展状况统计报告。报告显示，截至2 0 0 8 年底，我国互联网普及率以2 2 6 的比例首 次超过2 1 9 的全球平均水平。同时，我国网民数达到2 9 8 亿，宽带网民数达到2 7 亿， 国家c n 域名数达1 3 5 7 2 万个，三项指标继续稳居世界排名第一。同时，随着3 g 时代 的到来，无线互联网将呈现出爆发式的增长趋势。而在网络求职、网络购物等实用型互 联网应用率大幅增长的同时，网络音乐、网络视频等娱乐型应用的使用率则呈现下行趋 势，我国互联网正经历着由娱乐化应用向价值应用时代的转变【2 j 。 数字化校园是以数字化信息为依托而建构的集教学、管理、娱乐为一体的新型数字 化的工作、学习和生活环境，是学校和教育管理部门通过信息化手段，实现对各种资源 的有效集成、整合和优化，实现资源的有效配置和充分利用，实现教育和校务管理过程 的优化、协调，使教学资源得到充分优化利用的一种虚拟教育环境，使现实的校园环境 在时间和空间上得到延伸【3 j 。数字化校园用层次化、整体性的观点来实施校园信息化建 基于w s r f 的校园网格p o r t a l 应用研究 设，将校园网上信息更好地组织分类，让用户在网上快速发现自己需求的信息，并让师 生快捷、方便、准确地学习和应用当今世界上已有的科技成果及正在进行的科研、工程 技术进展，学校的教学和科研才能始终跟踪世界先进水平，取得原创性的成果，同时也 可以让管理人员科学、规范地管理自己的数据，并将这些信息快捷地发布出去，通过应 用系统的紧密联结实现校园之间的信息传递和信息服务，从而提高教学质量、科研水平 和管理水平。 数字化校园不单单是信息技术在校园中的应用，更加重要的是要全面建立起信息时 代的教育理念、教育体制和教学模式【4 】。以现实的校园为依托，建立起虚拟化校园，全 面整合、协调各种资源，借助网络对用户请求的各种个性化服务进行快速反馈，迅速处 理庞大的科研计算处理程序，节省大量的运算时间和数据运算成本，并能大幅降低数据 中心能耗。这是一项需要长期建设并且不断完善的系统工程，涉及到学校的各方面工作， 其内容主要分为三个方面：高性能校园网络及软件基础设施建设；“数字化 教学、科 研和管理资源建设；各类应用系统的开发与集成。 我国高校信息化建设的主要目的是为了提高教育质量和教育效率，培养学生的创新 精神和实践能力，而且可以实现面向全社会的高等教育，这些对培养新世纪创新人才具 有极其重要的意义。到目前为止，高校的信息化建设一般而言经历了如下几个过程： 基础网络建设时期，以网络基础建设为主，时间大约从1 9 9 4 年到2 0 0 0 年。期间高 校应用的网络技术主要有：以太网技术，f d d i ，a t m 网络技术等。这一阶段，主要解 决各种不同网络技术的连通性和兼容性问题，保证校园网的连通，校园网组网的技术比 较繁杂，但业务相对单一。因此，这一时期的校园网基本孤立，信息资源非常贫乏，受 众多是学校的教授和科研人员。 应用系统建设时期，随着网络技术的发展和资源需求的增加，孤立的计算机系统已 经不能满足教育发展的需要，各高校跟据自身的情况开始搭建校园网络平台，时间大约 是从2 0 0 0 年到2 0 0 5 年。期间，以太网技术迅猛发展，千兆以太网在2 0 0 0 年即开始步 入校园。随之，网络应用( 包括w w w 、f t p 、e m a i l 、b b s 、各种视音频业务等) 也 迅速发展起来，学校的教学、科研、管理等工作也都转移到网络上进行，校园信息化进 入应用系统迅速普及阶段，各种应用都对带宽提出了很高的要求，校园网络管理任务也 日益繁重。 信息资源建设与信息集成时期，时间从2 0 0 5 年至今，乃至今后几年时间内。随着 2 第一章绪论 应用系统的蓬勃发展，信息资源也更加丰富，万兆以太网已经开始在高校校园网中规模 化应用，下一代以太网标准也已经确立为1 0 万兆标准。同时，随着c e r n e t 2 的开通， i p v 6 技术也已经在校园网中实验并逐步应用。校园网建设开始进入到了成熟应用和持续 运行的阶段，信息资源的丰富程度和信息的整合程度决定了校园网络的真正价值。用户 能够从各个应用系统中获得丰富的资源，与此同时对信息化的需求也更高。 教育信息化进入资源集成阶段后，由于存在大量纷繁复杂的应用系统和海量数据， 用户迫切需要能实现资源聚集并进行单点登陆的个性化服务，高校需要建立“以用户为 核心的结构化信息资源组织结构 。这就是新一代教育信息化目标建设数字校园 2 0 。通过一体化的设计、规划和搭建，为高校构筑一个“统一的信息资源平台，做到 网络融合、资源整合和统一身份，不断推动高校发展【5 】。 数字校园2 0 将以标准化建设、资源共享与应用为目标，体现新时期“以人为本 的理念。它将从传统的以系统和应用为核心，转向以用户为核心；根据用户需求，组织 资源发布；根据用户权限，管理访问资源。用户登录后，看到的是个性化的用户环境和 友好的使用界面。数字校园2 0 制定了高质量的信息标准，规范化地实施数据整合、内 容整合、流程整合、用户整合、权限整合和应用整合，目的是创建一个为学校教学、科 研和管理服务的一体化数字校园，初步形成全方位、多层次的“中国教育信息化公共服 务体系”。 尽管我国高校信息化建设近年来取得了巨大的成就，所有高校都接入了i n t e m e t ， 绝大多数高校建成了自己的校园网，主干网络达到千兆以上，并且建设了大量信息管理 系统，极大地提高了学校的管理水平和管理效率。但我们也应当清醒地认识到，在数字 化校园的建设过程中，尚存在着以下一些问题亟待解决，下面对这些问题进行具体分析 并提出可行性解决方案。 ( 1 ) 标准化的研究和应用还不够，资源共享和信息共享存在诸多困难。数字化校 园的最终目标就是实现学校内部、校际之间资源共享，这就要求全校的信息化建设采用 统一的接口和标准，其中包括基础设施规范、应用系统规范、信息规范、用户规范和信 息化管理规程等。许多高校在信息化建设中，各院、系、职能机构都建立了自己的信息 管理系统，由于所采用的数据标准不统一，院系之间资源共享和协同工作缺少可行性方 案，在全校范围内形成了一个个信息孤岛，各种单一资源的利用率相对较低，给教学、 科研带来了极大的麻烦，无法发挥校园网内资源整合的优势1 6 j 。同时，很多高校在建设 基于w s r f 的校园网格p o r t a l 应用研究 校园网时仅仅考虑自身情况就开始招标，缺乏对校外的资源进行收集和整理，成为“封 闭型”的网络校园，仅能满足自身应用，无法适应未来远程教育和与更大范围内信息化 发展的要求。文中把网格技术引入到数字化校园建设中开发校园网格，这种校园网格将 以服务为核心，可以通过网格服务接口为本校师生提供网格服务；同时，通过资源代理 为校际间资源共享和信息共享提供技术支持。最终的用户不必了解服务的实现过程，只 需要通过网格服务接口就能方便的共享资源，并实现广域网范围内的协同计算，完成局 部单一环境无法完成的任务。 ( 2 ) 忽视应用集成和服务集成，无法提供单点登陆与个性化定制。在目前校园信 息化建设中，各个部门都开发有各自的应用系统或服务系统，并且各种应用系统、服务 系统以及相应资源的开发与运行都依赖于不同的操作系统和软硬件环境，即使我们运用 网格技术解决校园内和校际间信息资源共享与应用服务共享问题，琳琅满目的资源和应 用系统也会让用户眼花缭乱，多个用户帐号和密码也对用户的记忆力提出了挑战，这就 需要用一种新的技术来向用户提供一种高效的访问机制和方便的个性化服务。网格 p o r t a l 是一种可定制、个性化使用网格服务和资源的w e b 接口，它能够为用户提供基于 w e b 浏览器的软、硬件资源定制视图，有效解决了网格环境下资源共享的“易用性 ( u s a b i l i t y ) 问题，使得用户只需要通过熟悉的w 曲页面登录校园网格p o r t a l 就可以访 问多种不同的网格应用。用户只需登录p o r t a l 服务器一次，在代理证书有效期内使用其 他网格服务，服务器会主动代理用户进行验证，避免重复输入用户帐号和密码的麻烦； 同时，用户还可以通过门户进行个性化设置，定制自己常用的网格服务，这样用户下次 登陆网格门户后，无需重新查找自己常用的网格服务，有效地提高用户的工作效率。 ( 3 ) 网络安全和信息安全工作任重而道远。高校进入数字化校园后，加强了校内 与外界的信息交流，网络安全隐患也日益突出，网络安全事故频繁发生。普通的垃圾邮 件、木马、蠕虫几乎每日发生；个别校园网用户浏览非法网站、滥用p 2 p 带宽、导致 d d o s 攻击等；恶意的、指向明确的网络攻击，以及采用高科技手段实施盗窃的事件也 在部分院校发生【7 1 。从法律的角度看，无论是国际还是国内，都应重视相关的立法工作， 制订保护个人权益的相关法规，包括相关的电子授权、电子签名法等；从技术的角度看， 应该从校园网用户的防护和个人行为的控制等方面提供一些有效的措施，才能保证数字 化校园建设的可持续性发展。( g s i ) 是g t 4 工具包中的安全组件，它为网格应用提供了 基础安全服务。g s i 使用网关对基于x 5 0 9 的身份证书和部署其它安全体系的系统进行 4 第一章绪论 交互，支持分布式安全技术，并通过实现各种不同的标准、协议来保证安全通信。g t 4 通过w s s e c u r i t y 标准与w s s e c u r ec o n v e r s a t i o n 协议提供对s o a p 消息的安全保护； 使用m y p r o x y 在线证书库作为用户证书的第三方存储机制，实现用户的单点登陆；通过 x 5 0 9 代理证书的t l s 来提供认证及加密服务以保证传输层安全，有效地避免保密信息 的外泄，免受非法信息的干扰，确保网络的健康使用。 数字化校园建设是高等学校建设的重要组成部分，目的是为了集成校园网内部的各 种应用系统，有效改善学生的培养环境，提供高效规范的科研协作平台，为学校的教学、 科研和管理起到不可替代的作用。文中通过构建各种网格服务应用来加快数字化校园建 设，这就需要制定合理的、符合学校发展和师生员工需求的整体规划，分阶段实旋信息 化项目建设，抓好信息人才培养。网格服务有强大的功能，用户只需通过网格服务接口 提供了网格服务的地址、所需要的参数以及返回结果的形式和内容，就可以得到预期的 结果，但使用网格技术对普通用户来说有一定的难度f s 】。网格p o r t a l 是基于w r e b 方式的 网格资源访问入口，用户能够通过传统的w e b 浏览器编写、访问网格资源和服务，并 执行和监控网格应用程序。网格p o r t a l 的易用性体现在它是基于w e b 的，用户无需安装 任何特殊的软件，拥有很好的跨平台性：安全性体现在用户可以通过h t t p s 方式传输 用户证书，并且使用g l o b u s 的网格安全基础设施( g s i ) 技术进行用户认证和权限管理1 9 】。 在功能上，网格门户实现信任关系管理、启动任务、文件管理等，使用“实时”动态的 页面为授权用户提供服务，能将用户定制的多种资源的个性化信息显示在一个页面中， 为用户提供一组资源集合的集中接入，用户无需分别访问多个站点获取资源。并能够向 用户提供搜索引擎、日程管理等功能，使得用户能够共享文档，协调工作等。 1 2 研究目的和意义 目前，国内各高等院校已基本完成数字化校园综合布线和校园局域网建设，实现了 千兆校园网主干和高速出口带宽，搭建了稳定、高效、安全的应用系统平台，陆续建成 了办公自动化、教学管理系统、数字图书馆、视频会议系统、网络教学和电子图书期刊 等一大批信息系统。但大多数院校普遍存在着校园网建设缺乏标准、规划缺少创新、没 有i t 全局战略和方向、信息资源整合与共享不够、没有统一标准、规范接口，导致信 息平台多样化，不同部门建立的信息系统不能很好地内合外联，部门之间资源不能共享， 形成了一个个信息“孤岛”，数字化校园建设变成了一个个管理信息系统( m i s ) 的重复性 基于w s r f 的校园网格p o r t a l 应用研究 开发和购置。这种现状迫切需要通过建设校园门户系统来改善，文中将网格和p o r t a l 技 术结合起来，设计了面向服务的校园网格p o r t a l 应用架构，以期为校园网用户提供一个 方便、安全、可扩展、个性化的w e b 应用环境。 数字化校园是对一系列独立系统的有机整合，因此必须制定一系列标准和接口，通 过这些标准和接口将各个部门的信息系统集合成为一个整体。从设计的角度来看，一般 将其分为设备层、资源层、数据管理层、应用支撑层、信息服务层和用户界面层，下层 为上层提供支持和接口，上层使用下层的接口为用户或更上层提供服务。如图1 1 所 示。 用户接口 应用接口 数据接口 数据标准 个性化门户 信息服务系统 管理信息系统( m i s ) 公共应用平台 数据库管理系统 用户信息办公信息管理信息教学资源科研数据图书资源 网络基础设施 用户界面层 信息服务层 应用支撑层 数据管理层 资源层 设备层 图1 - l 数字化校园层次图 最上层的网格f - j p ，是用户进入网格系统、享受网格服务的界面。门户的作用是集 成各应用系统的认证信息，为客户提供一个高度集成的认证平台，提供统一的机构部门 设置、用户管理、权限管理等功能，独立于任何下层系统而存在，为上层用户资源访问 提供唯一的接口。它主要由资源发布页面、资源管理中心组成，形成统一的身份认证和 资源发布平台，使整个数字化校园的已有资源或新增资源能够有机集成【1 1 1 。校园内外用 户登录网格门户后，展现在其面前的是其希望看到和有权看到的资源，最终用户能够很 轻松地共享和查找资源，还可以根据自身需求在资源发布中心定制个人感兴趣的新增资 源。个性化的用户环境，友好的使用界面，按需访问的用户权限控制，个性化的贴心服 务，方便、快捷的登录访问，使用户不受时间、地点、环境、方式等的制约，准确高效 地获得其想要的资源服务。 本文基于面向服务架构的思想，使用p o r t a l 技术对网格服务进行封装，用户通过校 6 第一章绪论 园网格门户提供的w e b 页面方便地使用各类网格服务，也可以在服务项目中设置自己 的偏好，定制个性化的网格门户。同时，用户还可以通过校园网格门户实现单点登陆， 只需登录p o r t a l 服务器一次就可以访问用户定制的所有其它应用，无需分别登录。该门 户设计遵循接口依赖原则，可以有效整合校园网内各种资源，屏蔽网络的异构性和松耦 合性，满足用户的资源共享需求和个性化服务需求，为网格技术的推广和学校的信息化、 数字化建设提供了技术保障和支持。 1 3 主要研究内容 本文基于数字化校园的发展趋势和网格p o r t a l 技术的发展现状，采用面向服务架构 ( s o a ) 的思想，在校园网环境下建立网格平台，研究基于w s r f 的网格p o r t a l 应用模型 并设计了部分功能模块后，主要研究内容安排如下： 第二章，简要介绍网格的概念和网格产生的背景，深入学习网格体系结构、g t 4 工 具包、w s r f 规范、p o r t a l 技术、g r i d s p h e r e 框架和h i b e r n a t e 框架等，并对比现有p o r t a l 开发工具和开发框架的优劣。 第三章，对校园网格p o r t a l 进行需求分析，制定设计时所需遵循的原则，完成了基 于w s r f 的校园网格p o r t a l 的总体设计，阐述其空间部署方案，并详细介绍其运行机制。 第四章，利用开源的网格基础平台g t 4 构建校园网格平台，实现安全代理证书库 m y p r o x y 等网格平台支撑软件的安装、配置和调试，设计基于w s r f 的校园网格p o r t a l 部分功能模块，对校园网格p o r t a l 的局部功能进行实现。 第五章，总结了主要研究内容，提出了校园网格p o r t a l 设计下一步要做的工作以及 研究计划。 7 第二章校园网格p o r t a l 设计的相关技术 第二章校园网格p o r t a l 设计的相关技术 2 1 网格技术 2 1 1 网格发展与应用现状 网格技术的权威i a nf o s t e 在2 0 0 2 年7 月发表的论文“w h a ti sg r i d ”中提出了网格 的三个根本特征：要协调而非集中控制资源，要使用标准、开放、通用的协议和接口， 要有良好的服务质量，如系统响应时间、流通量、有效性、安全性等。网格主要分为信 息网格、计算网格、数据网格和知识网格，其中信息网格的出现是为了解决“信息孤岛 的问题，追求的最终目标是做到按需服务( s e r v i c eo nd e m a n d ) 和一步到位服务( o n ec l i c k i se n o u g h ) 1 2 】。 目前网格的研究主要集中在美国和欧洲，亚洲的日本和印度也启动了大型网格研究 计划。国外的网格研究项目主要有：由美国自然科学基金资助的p a c i 项目、由阿贡国 家实验室等主持的地球系统网格项目、g l o b u s 、国际虚拟数据网格实验室等。美国正在 进行的网格计算研发项目还包括美国航空航天局( n a s a ) 的信息动力网格( i n f o r m a t i o n p o w e rg r i d ，i p g ) 、美国国家技术网格( n a t i o n a lt e c h n o l o g yg r i d ) 、虚拟实验室项目 ( v i r t u a ll a b o r a t o r yp r o j e c t ) 、天体物理仿真合作实验室( a s t r o p h y s i c ss i m u l a t i o n c o l l a b o r a t o r y ，a s c ) 等。美国典型的大学网格项目主要包括威斯康星大学麦迪逊分校 的c o n d o r 、弗杰尼亚大学的l e g i o n 、田纳西大学的可伸缩的校园内部研究网格( s c a l a b l e i n s t r a c o m p u sr e s e a r c hg r i d ，s i n r g ) 和宾夕尼亚大学网格。c o n d o r 项目的目标是开发 支持高吞吐量计算的分布式计算资源的收集机制和工作负荷管理系统；l e g i o n 项目可以 把不同体系结构、不同操作系统和不同物理位置的计算机资源连接成为一个系统；s i n r g 则用于田纳西大学k n o x v i l l e 校区内部的医学图像处理、交互式分子设计、高级机械设 计等跨学科研究领域的校园高性能计算基础设施。2 0 0 2 年8 月，设在爱丁堡大学的“英 国国家e 科学中心”成立，该中心将协调英国全国以及国际网格技术工作，使上网的计 算机能合力进行复杂的科学运算【l3 1 。 国内的网格研究主要集中于中科院计算所、国防科大、江南计算所、清华大学等几 家在高性能计算方面有较强实力的科研单位，研究项目主要有：“国家高性能计算环境”、 q 基于w s r f 的校园网格p o r t a l 应用研究 “先进计算基础设施a c i 工程”、织女星网格等。2 0 0 3 年4 月，中国国家教育部启动了 一项构建下一代国家教育领域分布式计算平台计划中国教育网格计划( c h i n a g r i d ) ， 为各所大学的科研和教学服务。教育网格建设的具体时间表如下：2 0 0 3 年完成1 5 个节 点，2 0 0 4 年完成3 5 个节点，2 0 0 5 年完成5 0 个节点，2 0 1 0 年完成1 0 0 个节点。教育部 计划投资1 - 3 亿元，首期2 5 0 0 万元，计算平台采用英特尔奔腾2 处理器，建成后可以实 现每秒1 5 2 0 万亿次计算能力，成为全球性能最高的网格计算平台之一f 1 4 】。中国教育 科研网格将大大简化学生与研究人员共享全国教育与计算资源的方式，应用领域包括从 生命科学、图象处理到远程教育等众多领域，从而发挥国内高校优秀教育科研资源的共 享，大大节省投资。网格技术在未来网络中的应用前景广泛，值得继续研究。 技术层面上，网格开发工具箱已经发展到g l o b u s