（教育技术学专业论文）基于网格技术的现代远程教学系统模型研究.pdf

喜茎昆童蔓蠡善蔓耋萋羹 耋 i t 要要i 毒辜童 茎 茎雾乏 蠹夔萋i i i t 口 变鬻携积l l i 荔g i i 角研 i 薹 磊驯鄞f 拍融 蔷器午妻藿墨剜 琶赢繇瓣阳拍 鄹良痢自自 女些量寸i i 驰峨峻蒜洼郭 臻蝼蓟 e 蜓岔受豢右j 否算华冬蛩 爰戬 l l 妻召婴剡瓢引捌 元主萋a 曼国确妻 薹l 暑 蕊鋈蕊萋姜酾耋i 委薹吕 雀曲 省 耘舜 薹1 j 剁剿掣 嘣 自囊雕刖墅蠢 嗣芏囊 j 一鼋 妻 鼍淄嗡嗡缁堪堪理兹屈蓉浪2 1 i 筹妻i 缝囊 蚕l 篓筐 妻毖雾 曼i 亨e 圭i r 星静毒董 i l 蓬i i 耋禹 耋毒喜一摹 薹霎暮 耋 i 薹雾塞冀妄谲型三霉 毒害萋墓鲁 薹目萋争孝 i e i 薹i 堂薹奏霎 薹 j 主孽 辇萝 薹委l 蚕主囊霎塑霪 釜 蚕 至毫茎 墨i 暮毫 l l 萋章羹蓁 谨妻一妻章i 蔓荸i i 萋蠹爱j 第1 章绪论 第l 章绪论 1 1 选题背景 网格是互联网下一代的发展趋势 是继万维网之后出现的一种新型网络计算 平台 它是集成的计算与资源环境 其核心消除信息孤岛 实现包括计算资源 存储资源 通信资源 软件资源 信息资源 知识资源等等所有资源在内的资源 共享 教学也是一个资源共享的过程 远程教学以其能够突破时空限制的特性 一直被作为当前正规教育的补充手段 基于因特网的远程教学更是得到了人们 普遍的关注 但是由于互联网的异构性 多样性等特点 导致了基于因特网的远 程教学仍旧存在很多问题 诸如教育资源不能充分共享 重复开发现象严重等问 题 网格作为互联网的发展方向 逐渐在科学计算 社会经济等多个领域有所应 用 其在远程教学领域必然也有广泛的前景 作为一种新技术 从理论到实践 从经验到技术必将经历一个较长的探索过程 在天津市自然科学基金项目 网格计算环境下资源管理与任务调度模型研究与实现 的研究背景下 本文将 建立网格技术支持下的现代远程教学系统模型 并尝试用最新的网格技术实现 1 2 研究意义 据专家预测 在未来几年信息技术将迎来一个新的浪潮 互联网将升格为网 格 即实现互联网从3 w w b r l dw i d ew 曲 到3 g g r e a tg l o b a lg r i d 的转变 这一变化将极大地影响人们的生活 学习 工作方式 并对人类社会的各个领域 带来巨大的冲击作用 当前的教育非常依赖计算机网络和多媒体技术 那么当计 算机网络在面临新的改变时 传统远程教学系统模型也将发生改变 在新技术的 冲击下将会逐渐暴露出很多缺陷 如何消除信息孤岛 使得教学环境中能够共享 各类资源 教育站点之间能够优势互补 避免重复开发 节省开发教育资源和应 用系统的人力和财力等等 将是我们面临的新问题 因此研究网格环境下远程教 育具有理论和实际的双重意义 我们都期望不远的将来网格技术在飞速发展 逐步完善的情况下 把所有提 供教育资源的计算机都组织成一台虚拟的超级计算机 用户只要通过网格门户 就可以透明地访问整个网络提供的教育 教学资源 这样人们就可以以一种更自 第1 页 第1 章绪论 由更方便的方式使用网络资源 实现真正意义上的 广泛共享 有效聚合 充分 释放 1 3 本文研究的重点 本文在阐述基于网格技术的现代远程教学系统模型研究时 重点从以下几个 方面来讨论 1 对于网格技术以及网格体系结构的研究 在综述了网格技术的概念 性质 分类等内容基础上 总结了网格体系结构的发展过程 其中重点研究了 o g s a 提出的 网格服务 2 在分析了现代远程教学系统概念 组成的基础上 总结了基于因特网 的现代远程教学系统的缺点 展望网格技术在远程教学领域的前景 并提出了基 于网格技术的现代远程教学系统模型 3 在比较了各种网格技术和方法后 本文将采用g 1 0 b u st 0 0 1 k j t4 o 工具 包作为实现工具 在阐述了如何安装网格环境 如何开发网格服务的基础上 本 文设计了一个c 程序设计语言远程教学网站 并尝试实现以网格服务的形式编译 c 语言源程序的功能 1 4 本文的组织结构 本文组织结构如下 第一章是绪论 介绍本文的选题背景 研究意义 研究重点 并说明文章的 组织机构 第二章网格技术和网格体系结构 主要介绍网格技术的概念 性质 发展历 程 网格分类和网格体系结构等内容 重点介绍网格体系结构 并对五层沙漏结 构 开放网格服务体系结构 0 g s a o g s i 和w s r f 的做详细介绍 第三章将介绍现代远程教学的概念 组成以及基于因特网远程教学系统缺点 等内容 并在此基础上提出一种网格技术支持下的远程教学系统模型 并做详细 阐述 第四章主要介绍网格技术的一种实现平台g l o b u st o o l 虹t4 o 的相关内容 并 介绍该工具包在u n u xr e dh a t9 的安装方法 并通过开发一个简单的网格服务 第2 负 第2 章嘲格技术和网格体系结构 第2 章网格技术和网格体系结构 2 1 网格的概念 网格 是上世纪九十年代中期新出现的词汇 它用来描述继万维网之后一 种新的计算平台 该平台能够将包括计算资源 存储资源 数据资源 信息资源 等等在内的所有资源共享给用户 当用户接入计算机网络使用网格服务 就如同 电力用户利用插头接入电力网一样 可以得到 随你所需 的资源供应 而不必 知道资源来自何处 网格将从根本上改变用户使用计算机 互联网的模式 结构 和方法 从 网格 一词的提出到现在已有十多年的历史 但是对网格概念的界定还 存在很多分歧 到目前为止 网格出现过以下定义 1 网格是下一代互联网 2 j 0 2 网格是基于硬件支持的各种服务和功能的提供者 3 网格是方便资源管理 有效支持广域分布的 多领域的科学与工程问 题解决的中间系统 射 4 网格是建造分布式科学计算环境的一种一体化集成方法 这一环境包 括计算 数据管理 科学仪器以及人类的写作 5 网格是一种无缝的 集成的计算与协作环境 上述几种定义分别从网格的影响 网格的功能 网格的存在形式 网格提供 的计算环境等角度描述什么是网格 但是这些抽象的定义并不能使我们对网格有 一个清晰的认识 我们可以借鉴一下有 网格之父 之称的加g o 皿e 国家实验室 首席科学家i a i lf o s t e r 在 t 1 l eg r i d b l u e p r i n tf o rn e wc o m p u t i n gi n f r a s t r u c t u r e 一书中对 网格 的描述 网格是构筑在互联网上的一组新兴技术 它将高速 互联网 计算机 大型数据库 传感器 远程设备等融为一体 为科技人员和普 通老百姓提供更多的资源 功能和服务 互联网主要为人们提供电子邮件 网页 浏览等通信功能 而网格则能提供更多更强的功能 它能让人们共享计算资源 存储资源和其他资源 5 第4 页 第2 章网格技术和网格体系结构 2 2 网格的性质和分类 2 2 1 网格的性质 网格作为一种新出现的技术 具有其他技术无法比拟的特性 我们可以通过 了解网格的这些特性 更深入地认识和把握网格 1 分布性与共享性 网格的硬件组成包括各种计算能力不同的计算机 各种类型的数据库以及其 他各种设备和资源 这些网格硬件资源是分布在不同地理位置上 而不是集中在 一起 这使得分布性成为网格的最大特性 虽然网格资源是分布的 但是它们却 是可以充分共享的 建立网格的目的就是要使网格上任何资源都可以提供给网格 的任何使用者 如果说分布性是网格表现在物理上的特征 那么共享性就是网格 在网格软件支持下在逻辑上的特征体现 2 自相似性 自相似性大量存在于许多自然现象和社会现象中 一些复杂系统也具有这种 特征 网格一方面可以被看作是一种技术 我们也可以抽象的把它看成一个系统 或者环境 从某种意义上讲 网格也具有明显的自相似性 网格的局部和整体之 问存在着一定的相似性 局部往往在许多地方具有全局的某些特征 而全局的特 征也在局部有一定的体现 3 动态性与异构性 网格的动态性表现在网格资源 网格规模和网格服务会随时间的变化丽动态 变化 原来拥有的资源或者服务 在下一时刻可能不可用 而原来没有的资源 可能随着时间的变化不断加入到网格系统中来 网格的动态性体现在动态增加和 动态减少两个方面 网格中的资源种类繁多 功能各异 不同的操作系统 不同的体系结构的计 算机系统 不同的访问接口等等 这就对网格系统中不同结构 不同类别资源之 问的通信以及相互操作提出更高的要求 4 自治性与统一性 网格资源的拥有者拥有对本地资源的最高管理权限 但是同时网格资源作为 一个整体 必须接受网格的统一管理 否则就无法使网格平台上的各种资源建立 第5 页 第2 章网格技术和网格体系结构 联系 无法实现真正的共享 因此网格资源的管理具有自治性与统一性的特点 二者存在矛盾 在大多数时候 网格系统管理者必须尊重本地管理者的策略 不 能把网格系统管理者的意愿强加给本地管理者 2 2 2 网格的分类 由于网格的分布范围广 功能强 用户群数量巨大 网格功能丰富 我们可 以从不同的角度出发 对网格进行分类 按照网格客体的对象不同 可以把网格分为计算网格 数据网格 知识网格 和信息网格 矾 1 计算网格 计算网格是将网络中计算资源作为基本的共享资源 计算网格的目的是为用 户提供计算资源共享的良好接口和机制 伴随着人们对高性能计算应用需求的不 断增长 单一的计算机能力不能解决超大规模应用问题所需要的计算能力 将地 理上分散的各种高性能计算机 数据服务器等通过高速互联网连接并集成起来 形成对用户来说相对透明的虚拟的高性能计算环境成为一种趋势 计算网格系统 c o m p u t a t i o n a lg r i d 由此应运而生 计算网格系统融合了目前高效可扩展的分布 式并行计算技术 计算机网络技术 可视化技术和高效的程序编译模型等诸多方 面的最新研究成果 实现一个高性能的计算网格是各种技术的集成 存在很多具 有挑战性的问题 如 动态自适应性问题 高效的程序编译模型和安全管理问题 等 2 数据网格 数据是数据网格共享的基本单位 建立数据网格的目的是为了解决数据的共 享问题 随着社会文化 经济领域的快速发展 在现代科学研究和应用领域中往 往需要处理海量数据 其数据量将达到t e r a b y t e 至p e t a b y t e 的级别 现有的数据 管理体系结构 方法和技术己经不能满足人们对高性能 大容量分布存储和分布 处理能力的要求 科研工作者和用户都希望能够拥有千亿次或万亿次规模的计算 能力的处理能力 因此 在计算网格的技术上人们提出了数据网格 d a t a g r i d 的 构想 以解决上述应用所面临的问题 数据网格的研究内容包括元数据管理 信 息服务 数据访问 复制管理 安全技术 高速数据传输机制 资源调度优化与 远程执行等多方面的内容f6 1 第6 页 第2 章网格技术和网格体系结构 3 知识网格 知识网格侧重的是智能信息处理 它主要研究如何消除信息孤岛和知识孤 岛 实现信息资源和知识资源的智能共享 主要包括语义网 s e m a i l t i cw 曲 知 识管理 k n o w l e d g em a i l a g e m e n t 知识主体 o n t o l o g y 智能主体 a g e n t s 一体 化智能信息平台等等 4 信息网格 我们正处于信息量成指数增长的信息爆炸时代 现有的w 曲信息服务器就 是h n e m e t 世界上的信息节点 彼此联系又相互孤立 各个w e b 信息服务器之间 有充足的带宽资源彼此沟通 但是大量的信息还是被孤立得存储在各自的数据库 中 彼此之间不能按照用户的指令进行有意义的交流 解决这一问题的关键是建 立超越i n t c m e t 的信息网格 信息网格是要利用现有的网格基础设施 协议 规 范 w 曲技术和数据库技术 为用户提供一体化的智能信息平台 其目标是创建 一种架构在操作系统和w 曲之上的基于i n t e m e t 的新一代信息平台和软件基础设 施 在这个平台上 信息的处理是分布式 协作和智能化的 用户可以通过单一 入口访问所有信息 信息网格追求的最终目标是能够做到按需服务 s e r v i c eo n d e m a n d 和一站式服务 o n ec l i c ki se n o u g h 如果按网格用户分类 网格还可以分成科学研究网格 游戏网格 地球系统 网格 军事网格 物理网格 教育网格 制造网格 访问网格等 2 3 网格的发展历程 研究现状及应用前景 2 3 1 网格的发展历程 网格是在人类社会对计算能力的高需求 计算资源的有效利用和共享的基础 上发展起来的 网格的发展经历了三个阶段 8 j 第一阶段是网格的萌芽阶段 开始于2 0 世纪9 0 年代早期 研究内容主要是 是千兆位网试验床以及一些元计算方面的工作 第二阶段是早期实验阶段 时间在2 0 世纪9 0 年代中期到晚期 此时出现了 一些具有开创意义和奠基意义的研究项目 比如 i w a y g l o b u s k g i o n 等 第三阶段也是目前我们所处的阶段即迅速发展阶段 以g l o b u st o o l k i t 为代 表的网格工具包的发布 吸引了包括i b m m i c r o s o f t s u n 等公司在内的知名 第7 页 第2 章网格技术和网格体系结构 商业公司的加入 迅速促进了网格的研究 开发 提出了开放网格服务体系结构 o g s a o p e n g r i ds e i c e sm c h i t e c t u r e 把w c b 服务和计算网格结合起来 建立了以服务为核心的网格结构 它的提出对网格发展影响深远 因为o g s a 已经成为网格事实上的标准 2 3 2 网格的研究现状 目前 网格的研究已经从它的发源地美国发展到世界各地 网格技术对复杂 的计算任务支持使得很多国家和地区都投入大量的资金和设备进行网格技术的 研究和网格基础设施的建设 网格技术现在有了很好的生长土壤 以及广阔的发 展前景 美国自然科学基金于1 9 9 7 年底 丌始实施 分布式网格 研究项目 其目标 是在美国建立遍及全国的计算网格 支持重大科学与工程计算 为用户提供桌面 上的虚拟高性能计算环境 美国国家航空和宇宙航行局 n a s a 的i p g 1 n f o m a t i o np o w e rg 谢 项 目 这是一个2 0 年的研究计划 目的是构造一个网格计算试验床 它可以让n a s a 分布在各地的资源通过网络连接起来 解决n a s a 目前无法解决的科学与工程 计算与数据管理等问题 美国能源部和三个国家重点实验室共同开发的a s c i 网格已经投入生产性 使用 其主要用途是用于军事目的的高性能计算发展计算 目的是通过计算模拟 来开展核武器的全方位研究 美国国防部的全球信息网格 g l g 项目是最庞大的网格计划 用于美军新 世纪作战支撑 预计2 0 2 0 年完成 欧洲网格研究和建设也值得关注 其中影响力最大的有欧洲共同体的e u r o 网格和d a t a 网格 用于高能物理 生物计算 气候模拟等多个领域的应用 日本是亚洲国家中最早研究网格的国家之一 n i n f 是日本正在实施的全球计 算基础设施项目 它能够支持用户对包括硬件 软件和数据在内的资源的访问 网格技术在我国正处于快速发展的时期 比较有影响的项目有中国科学院牵 头的 国家高性能计算环境 简称n h p c e 建立该项目的目的是提高计算网 格系统的性能 可扩展性及可应用性 另一个是清华大学牵头 国家教育部支持 的重点项目 先迸计算基础设施北京上海试点 程 该项目目的是建立一个主 第8 页 第2 章网格技术和网格体系结构 要为教育系统提供资源共享的科研 教育 培训等高性能计算基础设施 实现跨 学科 跨地域合作与人才的培养 网格技术现在已经引起了广泛关注 并在分布式超级计算 高吞吐率计算以 及数据密集型计算等方面得到广泛应用 促进了社会经济 教育 电子商务 环 境保护 行业资源共享等诸多领域的发展 这都预示着网格将会有一个很好的应 用前景 2 3 3 网格的应用前景 近些年在一些商业机构的参与和支持下 网格技术开始在社会多个领域大规 模应用 例如美国能源部的山地亚国家实验室的 先进战略计算创新计划网格 a s c ig r i d i b m 宝马 爱立信等公司正在进行的内部网格研究 这都预 示着网格将会有一个很好的应用前景 目前网格技术已经在如下领域有了大规模 的应用 1 0 l 电子商务 互联网使电子商务飞速发展 目前电子商务从技术上采用的是集 中服务模式 网格的出现将会改变这种集中服务模式 将分布在世界各地的服务 节点构成一张巨大无形的商业网 以达到共享信息 统一管理 降低销售成本 提供更快更可靠的商业服务的目的 分布式超级计算 和高性能计算类似 但高性能计算主要是集中式的 主要 靠一台或数台集中起来的高性能计算机来完成计算任务 随着人们对计算要求的 提高 很多问题靠单个超级计算机己无法解决 需要将分布的超级计算机联合起 来 协调工作 以解决大规模问题的求解 高吞吐计算 高吞吐计算主要是为了解决那些数据量巨大 但对求解时间不 太敏感的问题 将大量空闲的计算资源集中协调起来 来共同完成任务 数据密集型计算 数据密集型计算主要指那些数据的采集 存放 分析 处 理等问题 这类问题往往对通信的要求很高 同时也对计算能力有很高的要求 天气预报 地理勘探等是比较典型的数据密集计算问题 网格除了在科学计算领域的应用之外 在社会经济 教育等领域也有着广泛 的应用前景 环境保护 环境保护己经是全球性的问题 利用网格技术建立全球范围内的 有关环境的数据 大型知识库 可以使得全世界的研究人员 共享知识 合作研 第9 贞 第2 章嘲格技术和网格体系结构 究 解决环境保护中更多的复杂问题 行业资源共享 曙光公司已经和铁路部门联合开发铁路网格系统 以实现对 员的信息 全国乃至全世界的警务人员可以协调起来 共同破案 实际上 每个 行业都可以建立自己行业特有的网格系统 以进行信息共享和协同工作 2 4网格体系结构 2 4 1网格体系结构的概念 网格所能容纳的资源和用户的数量巨大 因此了解网格体系结构显得非常必 要 目前关于网格体系结构描述的文献不是很多 i a nf o s t e r 将网格体系结构定 义为 划分系统基本组件 指定系统组件的目的与功能 说明组件之间如何相互 作用的技术 1 这一定义强调组件与组件之间的相互作用 后来网格体系结构 更强调组成网格的各个部分如何集成为一个统一的网格体系 从而对外提供服 务 网格体系结构被认为是关于如何建造网格的技术 网格体系结构规划了网格 的基本组成与功能 描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法 刻画了支持网格有效运转的机制 网格的体系结构随着网格应用需求的增长不断演化 其演化历程如图2 1 所 调以 服务 为中心的体系结构演化 图2 1网格体系结构发展历程图 在网格技术的发展历程中 有两个比较重要的网格体系结构 一个是 i a n f o s t e r 等人在早些时候提出的五层沙漏结构 1 另一个是在以i b m 为代表的 工业界影响下 考虑到w c b 技术的发展与影响后 i a n f o s t e r 等结合w 曲s e i c e 提出的开放网格服务体系结构 ogsa 13 以下将对它们作详细介绍 第10页 第2 章网格技术和刚格体系结构 2 4 2 五层沙漏结构 1 基本思想 五层沙漏结构是一种影响十分广泛的结构 它强调以 协议 为中心 核心 思想体现在 共享 互操作 协议 服务以及a p i a p p l i c a t i o np r o g r a m m 证g i n t e r f a c e s s d k s o f 蛔a r ed e v e l o p m e n ti i t s 的重要性等方面 它对网格系统中 各部分组件的通用要求进行定义 并且将这些组件形成一定的层次关系 上层组 件可以在任何一个底层组件的基础上建造 为此根据与底层具体物理资源的距 离 从下到上将网格划分为五层 分别是构造层 f a b f i c 连接层 c o 肌e c 廿v i t y 资源层 r e s o u r c e 汇聚层 c o l l e c t j v e 和应用层 a p p l i c a t i o n i l j o 2 具体结构 五层沙漏网格体系结构如图2 2 所示 i构造联i j 图2 2 五层沙漏网格体系结构 处于最底层的构造层 f a 晰c 主要包括可以被网格共享出来的各种物理资 源 比如计算机 存储资源 传感器 分布式文件系统等等 构造层为构建整个 网格体系结构提供了物理基础 为网格体系结构高层提供资源接口 第二层是连接层 c o n n e c t i v i t y 该层主要是为构造层的物理资源提供数据 通信 它是网格中处理通信与授权控制的核心协议层 资源间的授权验证 安全 控制也在这里实现 第三层资源层 r e s o u r c e 该层主要表示独立的资源或者局部资源特征 该层可以对单个资源实施控制 与可用资源进行安全握手 对资源进行初始化 监测资源运行状况 统计与付费有关的资源使用数据 第四层汇集层 c o l l e c t i v e 的作用是将资源层提交的单个受控资源汇集在一 起 协调解决多个资源之间的问题 供应用程序使用 第2 章网格技术和列格体系结构 1 基本思想 被称为下一代网格结构的o g s a 最突出的思想就是以 服务 为中心 1 3 它定义了 网格服务 g r i ds e n r i c e 的概念 网格服务其实是一种特殊的w 曲 服务 该服务提供了一组接口 这些接口的定义明确并且遵守特定的规则 解决 服务发现 动态服务创建 生命周期管理 通知等问题 在0 g s a 中 网格就 是可扩展的网格服务的集合 网格服务可以以不同的方式聚集起来满足虚拟组织 的需要 虚拟组织自身也可以部分的根据他们操作和共享的服务来定义 图2 4 网格服务示意图 从图2 4 网格服务示意图中可以看出在一个网格服务的下层是支持和构建网 格服务的平台 比如c j a v a n e t 环境 之上是建立在该平台上的服务接口 的具体实现 最上层是网格服务的接口 用户使用网格服务就是通过它们实现的 由此我们可以看出 网格服务 接口 行为 服务数据 下面我们来看一下网格服务的一些主要接口及其功能 服务接口 在o g s a 体系结构中 g r i d s e i c e 接口是必须的 其他的接口是可选的 其 功能是进行服务数据的访问 显示撤销 软状态生命周期等管理 在o g s a 体系 结构中 服务是由临时服务完成的 当有用户通过g 瑚s e r v i c e 接口请求服务时 对应的网格服务会创建网格服务实例来响应用户的请求 服务结束时就会撤销并 释放资源 当服务能够按照正常的服务程序结束时 g r i ds e r v i c e 接口就用显示撤 销操作结束该服务 并释放资源 但是如果网格服务因为某些原因不能正常结束 服务时 g r i ds e i c e 接口利用软状态生命周期操作管理来管理该服务 第1 3 页 第2 章网格技术和网格体系结构 o g s a 提供的接口如表2 1 所示 表2 1g r i ds e r v i c e 接口表 p o r 田p o 操作 描述 查询网格服务实例的各种信息 包括 基本的内部信息向柄 引用 主键 f i n d s e r v i c e d a t a 本地句柄映射 大量的关于每个接口 g r i d s e r v i c e的信息以及与特定服务有关的信息 设置 并得到 网格服务实例的中止时 s e i t e 眦i a t i o n t i m e 间 d e s l f o v中止网格实例 根据消息类型和感兴趣的语句订阅 s u b s c 曲e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c 服务相关事件的通知 允许通过第三 n o t i f i c a t i o n s o u r c e 方消息服务传递 u n s u b s c r i b e t o n o t i 丘c a 石0 n t o p i c 取消登记 n o i i f i c a t i o n s i n kd e l i v e r n o 伽c a t i o nt 0 p i 异步发送信息 r e g i s i e r s e r v i c e 网格服务句柄的软状态注册 r c g i s i r y u r e g i s t e r s e i c e 取消注册的网格服务句柄 f a c l o r vc r e a t e s e r v i c e创建新的网格服务实例 返回根据特定键值创建的网格服务 弛d b y p r 岫a r y k e y 旬柄 p r j m a r y k e y 撤销根据特定键值创建的网格服务 d e s t t o y b y p t i m y k e y 句柄 返回与网格服务句柄相联系的网格 h d l e m a p f i n d b y h d l e 服务实例 句柄映射 网格服务可以动态创建和撤销 这样就需要通过一种方式来将一个动态创建 的服务与另外一个服务区别开 因此 每一个网格服务都被赋予一个全局唯一的 名字 即网格旬柄 g s h g r i ds e i c eh a n d l e 它将网格服务实例区别开 由于 网格服务可以在生命周期内被升级 网格旬柄不携带与网格实例或者具体网格协 第2 章网格技术和网格体系结构 议相关的信息 比如网络地址 支持的协议绑定等 开放网格服务体系采取的方法就是把网格旬柄所有相关的信息都封装起来 和网格服务实例相关的信息一起 构成网格服务引用g s r g r i ds e r v i c e r e f e f e n c e 的抽象实体 在o g s a 体系结构中 网格句柄和网格服务引用区别是 相当明显的 网格服务引用既可以由网格服务句柄通过旬柄映射口 h 柚d l e m a p 得到 另一种是使用h t t pg e t 操作得到网格服务引用 如图2 5 所示 图2 5 获得g s r 示意图 注册服务 支持服务发现的网格服务叫做注册 r e g i s t e r 在网格系统中 提供什么服 务 怎样发现服务 是由注册服务来完成的 一个注册服务根据两方面的内容定 义 一是注册接口 用于进行g s h 的注册操作 二是相关的服务数据元素 包括 注册的g s h 的信息 创建临时服务 0 g s a 对用户的服务最终是由临时服务完成的 与w 曲s e r v i c e 那样提供的永 久服务是不同的 网格系统就是利用f a c t o r y 接口来实现临时服务的创建 如图2 6 所示 该接口屏蔽了网格服务实例的创建过程 网格服务的客户端对网格系统提 出服务要求 在网格服务服务器端就会由f a c t o r y 接口调用c r e a l e s e r v i c e 操作 根 据用户的请求 创建相应的网格服务 并返回给用户相应服务旬柄和初始的网格 服务引用g s r 第1 5 页 第2 章网格技术和网格体系结构 l l 网格服务请求 l l lf 黼 o 搿接 匝亚巫圃一 亘困 2 基本结构 图2 6 创建网格服务实例示意图 o g s a 架构由四个主要的层次构成 如图2 7 所示 从下到上依次为 物 理与逻辑层 定义网格服务的w 曲服务与o g s i 提高扩展层 基于o g s a 架构 的服务 网格应用程序层 圈围圈 图2 7o g s a 结构图 物理与逻辑资源层 构成网格能力的资源包括物理资源和逻辑资源 物理资 源包括服务器 存储器和网络 物理资源之上的是逻辑资源 它们通过虚拟化和 聚合物理层的资源来提供额外的功能 逻辑资源在物理网格之上提供了文件系 统 数据库 目录和工作流管理等抽象服务 w 曲服务层 包括w 曲服务和o g s i o g s i 规范定义了网格服务并建立在 标准的 第2 章刚格技术和网格体系结构 服务的定义 提供了动态的 有状态的和可管理的w 曲服务的能力 这在对网 格资源进行建模时都是必需的 基于o g s a 架构的网格服务层 w 曲服务及其o g s i 扩展为上一层提供了基 础设施 基于架构的网格服务 g g f 目前正在致力于诸如程序执行 数据服 务和核心服务等领域中定义基于网格架构的服务 随着这些新架构的服务开始出 现 0 g s a 将变成更加有用的面向服务的架构 网格应用程序层 随着时间的推移 一组丰富的基于网格架构的服务不断被 开发出来 使用一个或多个基于网格架构的服务的新网格应用程序不断出现 比 较有代表性的开发工具有m p i c h g 2 c o n d o 卜g m y p r o x y 等 这些应用程序构 成了0 g s a 架构的第四层 3 网格服务和w e bs e r v i c e 的关系 网格服务和w 曲s e i c e 之间相互联系又有区别 我们可以从以下几个方面 对两者进行区别 1 5 1 首先网格服务是对w 曲s e n r i c e 的扩展 仍然是一种w 曲s e f v i c e 网格服务 提供了一组接口 这些接口的定义明确并且遵守特定的惯例 解决服务发现 动 态服务创建 生命周期管理 通知等问题 具备了原来w e bs e i c e 的所有有利 因素 网络服务描述语言 w s d l w e bs e i c c sd e s c r i p t i o nl a n g i l a g e 提供的标准机 制支持在异构的动态网格环境里 用于注册和发现接口的定义和端点实现的描 述 以及基于特定的接口绑定动态产生代理 网格服务基于w e bs e r v i c c 机制 所以可以开发大量的工具和服务 其次w e bs e r v i c e 针对的是永久服务 而网格服务支持的是临时服务 w e b s e n r i c c 解决了发现和激发永久服务的问题 网格中大量存在的是临时服务 因 此0 g s a 对w 曲s e n r i c e 进行了扩展 提出了网格服务的概念 网格服务可以支 持临时服务实例 可以动态的创建和删除服务 0 g s a 专门定义了一类网格服务 用于实现创建网格服务实例的f a c t o r y 接 口 f a c t o r y 接口并不规定网格服务是如何创建的 它在具体的运行环境中 f a c t o r y 接口根据运行环境所前僚釜醪酎髑型鼎美剑罄婴参圜惫厕楚训幕 向蛰 x 第2 章网格技术和网格体系结构 来说是透明的 再次是网络中的工作能力 w e bs e f v i c c 的核心是在大的异构网络上将各种 应用连接起来 借助于 b 标准统一描述 发现和集成协议 u d d l u 血v e 巧a i d e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n w s d l 和可扩展标志语言 简单对象访问协 议 x m l s o a p e x t e n s i b l em a r k u pl a n g l l a g es i m p l e0 b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 等 将 i n t e m e t 从一个通信网络发展到一个应用平台 一旦w e bs e r v i c e 要在更大的范围 内得以实现 那么应用连接标准的制定就会成为一个突出问题 由于w 曲s e r v i c e 当初在设计时就是为了能够在熬个异构网络上工作 并为 考虑其他方面的复杂性 比如不同操作系统之间的通信 访问基于不同文件系统 的文件等问题 而网格已经解决了这些问题 因此网格服务给w 曲s e i c e 提供 了下层的协议支持 网格服务中利用一些高级的协议 可以使w 曲s e r v i c e 可扩 展 更安全 更可靠 而且具有高性能 在w 曲s e r v i c c 中与网格服务有关的三个标准分别是s o a p w s d l 和u d d i 网格服务与w e bs e i c e 之间的界限逐渐模糊 由于网格服务是从w 曲 s e j c e 基础上扩展出来 所以用w 曲s e r v i c e 来开发网格系统就具有了一些无可 比拟的优势 比如增强的兼容性 通过消除数据交换的复杂性 使跨平台开发成 为可能 很容易部署在己有的w 曲服务器上 很容易通过已有的h 几甲安全机 制与防火墙的支持来提供安全性 通过i n t r a i l e t 或i n t e m e t 访问网格组件的难度 降低 这样就使得通信变得容易 可访问性增强等等 因此 w 曲s e r v i c e 已经 逐渐成为新的网格服务标准的一个组成部分 2 4 4 开放网格服务基础结构 o g s i 自从2 0 0 2 年6 月g l o b u s 联盟在全球网格论坛 g g f 上提出0 g s a 理念之后 网格服务的研究开始走上正确的方向 0 g s a 试图实现网格体系结构的标准化 采用标准通用的 服务 模式 对各种类型应用提供统一的支持 但是o g s a 是 一个抽象的东西 并没有具体的内容 在0 g s a 刚刚提出不久 g g f 及时推出了 开放网格基础架构 o g s i 草案 并成立了0 g s i 工作组 负责该草案的进一步 完善和规范化 o g s l 是作为0 g s a 核心规范提出的 它的第一个版本在2 0 0 3 年7 月发布 o g s i 规范通过扩展w e b 揉撂墨荡涮狴r 屠霪囊蘩琴薹孵孽耋2 埔 片沪防i 在位嚣 囊 嘣 第2 章网格技术和网格体系结构 实施 2 5 本章小结 本章主要总结了有关网格理论的理解和分析 研究了网格体系结构的发展历 史 着重介绍了两种网格体系结构 五层沙漏体系结构和开放网格服务体系结 构 o g s a 并深入分析了网格服务的接口和功能 以及网格服务和w 曲s e r v i c e 的关系 第3 章基于网格技术的现代远程教学系统建模 第3 章基于网格技术的现代远程教学系统建模 由于远程教学可咀突破学校教育对间 空间的限制 多年来这种教育方式一 直被作为正规教育的补充手段 近年来随着计算机网络的普遍应用 终身学习概 念的确立等等因素的原因 远程教学的重要性越发突出出来 并有可能成为未来 教育的重要发展方向 特别是在成人教育 高等教育领域 本章将在着重介绍远 程教学相关内容的基础上 提出基于网格技术的远程教学系统模型 3 1 现代运程教学概述 3 1 1 远程教学的概念 远程教学是指受教育者不受教师直接和持续的指导 师生处于地理分离状态 的 种教育形式 2 0 2 1 在远程教学过程中 师生间处于因时空距离限制而分开的 环境中 学生通过参加一个地理上处于异地的教育机构进行学习 或者参加提供 时间上不同步学习的教育机构进行学习 远程教学通常采用印刷材料 电影 电 视 计算机等书本的或者非书本的传播介质实现教学功能 远程教学因其形式多 样有时也被称为通信学习 在家学习或者远距学习 3 1 2 远程教学发展历程 一般认为 远程教学的发展时至今日已经经历了四代i 删 每一代的发展都与 所用的教学传播媒体技术密切相关 第一代的远程教学主要是以函授教育的形式存在的 当时采用教学传播媒体 主要是印刷品 第二代远程教学的主要形式是开放大学 其标志是英国开放大学 的出现 此阶段采用整体的系统方法来设计教学系统 并且综合运用了函授 广 播录音 电视录像等教学方法 第三代主要采取了以电视广播和录像为主的教学 方法 并逐步采用卫星电视和有线电视 i s d n 综合业务数字网 来发送 接 受信息 第四代则主要采用计算机会议系统 双向视频会议系统 网络多媒体工 作站等媒体技术 第2 2 页 第3 章基于网格技术的现代远程教学系统建模 才 技术 课程 设备等优势资源 为学习者提供自主选择信息的余地 使更多 的人能够同时获得更高水平的教育 提高了教育资源使用效率 降低了教学成本 现代远程教育的学习方式打破了时空限制 方便了学生学习 节约了教育成本 3 1 4 远程教学系统的组成 组成现代远程教学系统的各个要素具有不同的功能 剖析该系统诸要素的基 本特性能够让我们深入了解该系统的运作原理 进而更全面地了解现代远程教 学 本文将着重介绍摩尔与基思雷 m g m o o r k c a r s l e y 1 9 9 6 提出的现代远程 教学系统 如图3 1 所示 该模型将远程教学系统分为资源 设计 发送 交互 学习环境五个子系统 2 2 1 n 丽 资源 爿设计h 发送h 交点h 学习辉境 学舡 瓣求 讯织渤辫求 蝇论 埘史 教疗规念 内 辞 辩 教攀设汁 赚体段计 张 摩设计 并价 叫蜥品 崭熊 税龋 插州0 援 汁贽机技剌 爵蛾套波襄 隧嫉 浪最 辨机嘲络 救螂 辅导稍 诲蜘五l 赣理 髓 野外的学g i l 作地点 象瞄 鞔糍 学习 心 蝌j 舷 l 坪 图3 1 远程教学系统一般构成 1 资源 资源子系统中包括学生需求 组织的需求 内容专家 教育观念等要素 学 生的学习需求是决定远程教学组织者思想和使命的依据 组织者由此决定要求内 容专家教授什么内容 2 课程设计 远程教学的课程设计一般包括教学设计 媒体设计 程序设计及评价 制作 远程教学课程需要各种设计专家的协同工作 选择媒体材料时需要懂得教学原理 又懂得技术的媒体专家 当对课程进行教学设计时 需要既有教学设计能力 又 有专业知识的教学设计专家 图像设计者 制作者和另外的媒体专家应当把内容 专家和教学设计的思想转换成高质量的课程材料和程序 并且决定哪部分内容用 什么样的媒体来传递最好 2 3 最后 评价专家必须计划怎样评价学生学习远程课 第2 4 页 第3 章基于网格技术的现代远程教学系统建模 程的效果 并且保证它能有效地工作 3 发送 在整个教育范围内存在教师与教师 学生与学生 以及师生之间的交流 在 远程教育中 同样需要用技术手段来保证他们的交流 采用的技术手段一般有印 刷媒体 广播 电视 计算机软件 音频 视频会议或者计算机网络等等 4 交互 在远程教学中 一旦课程被设计好并通过函授 广播 电视 卫星 计算机 来传递 那么学生就将被教学组织分配给教师 教师在设计好的教材基础上 给 学生提供个别指导 教师可以利用电视会议技术 电子邮件 音频 视频等现代 教育技术手段与学生交互 可以为学生提供教学内容 并收集学生反馈意见 学 生同学习顾问进行交互 学习顾问针对学生在学习中遇到的技术和其他问题提供 建议 当学生注册和检查他们的进步时 学生和管理机构发生接触 一个理想的 远程教学课程应给学生提供通过视频会议的同步方式和通过电子公告牌的异步 方式 5 学习环境 在任何远程教学系统中 学习环境是至关重要的 对于远程教学来说 学生 的学习环境是自由的 可能是工作地点 家中 课堂等等 6 管理 管理工作渗透于远程教育的各个子系统 在资源子系统中 管理工作包括对 学生需求的评估 课程方向的确定 内容专家的物色等 在课程设计子系统中 管理工作涉及学生的注册和传输媒体的经济而有效的利用 保证学习材料快捷到 达学生面前 在交互子系统中 管理工作涉及如何提供便利条件 支持学生 教 师 辅导员等人员之间的通讯 特别是要保证为学习者提供有效的反馈 在学习 环境子系统中 管理者要考虑学习中心和辅导站的布局 设施的配置与利用 更 重要的是远程教育系统的全局管理 3 1 5 基于因特网的现代远程教学系统存在的问题 二十世纪后期 因特网的飞速发展加速了人与人之间的信息交流 因特网在 教育中应用也更为人们关注 因特网逐渐成为教学传递的一种手段 随之网上教 学逐渐成为教育领域中最受关注 发展最快的新的教学传递模式 从1 9 9 8 年9 第2 5 面 第3 章基于网格技术的现代远程教学系统建模 月教育部批准清华大学 浙江大学 湖南大学和北京邮电大学试点远程教育至今 全国已有6 7 所现代远程教育试点学校 除此之外 全国高等院校自行建立的教 育站点数量更多i 现代远程教育已经成为中国构建终身学习体系的重要教育手 段 中国教育部在1 9 9 8 年1 2 月2 8 日颁布的 面向2 1 世纪教育振兴行动计划 中指出 现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式 是构筑知识经济时代人们终生学习体系的主要手段 中国政府还将加大远程教 育投入 本着 统一规划 需求推动 扩大开发 提高质量 的原则 争取在 2 0 1 0 年建成有中国特色的多层次 多形式 多功能的远程教育网 提供更好的 学习条件 为更多的学习者提供学习机会 经过这些年的发展 基于因特网的远 程教学确实为我国的教育事业做出了巨大贡献 但是随着远程教育在全世界范围 内的飞速发展 也暴露出很多问题 现将问题总结如下 1 缺乏完善的现代远程教育标准 冽 现代远程教育是以因特网为支撑的 网络的异构性使不同的远程教学系统之 间在资源存储 信息通讯 学习模型等方面存在很大差异 兼容性差等诸多问题 使得大量的网上学习资源难以实现共享 不同的远程教育系统相互间也难以实现 沟通 解决这类问题最好的办法就是制定网络教育技术标准 用标准来保障网上 学习资源的共享程度 我们国家对远程教育标准的制定问题十分重视 教育部在 2 0 0 0 年成立了现代远程教育标准化委员会 以求在国际远程教育标准的基础上 制定出符合我国国情的远程教育标准 2 资源共享的广度和深度不足 现代远程教育的核心和精髓是教育资源的共享 可以共享的教育资源包括师 资 教学内容和教学思想等等 但是目前大部分的远程教学系统根本做不到这一 点 他们共享的也仅仅是部分教学或者学习资源 缺乏在课程知识和教学管理水 平层次的交流 同时 现有网络为学习资源的共享 学习活动的合作所提供的技 术条件还处在较低水平 资源的重复建设 资源检索技术的智能化水平不高 资 源的获取和应用及更新速度较慢 动态适应性较差等 都影响着资源的有效共享 3 远程教育技术的复杂性制约现代远程教学的发展 3 0 现代远程教学的最高目标是实现任何人在任何时间 任何地点都可以进行任 何内容的学习 但现在的远程教育站点对学习者的学习服务支持远远不能达到上 第2 6 页 第3 章摹于刚格技术的现代远程教学系统建模 述目标 例如开发的教育资源严重依赖操作系统 运行环境 无法跨平台运行 无法进行更大范围内的共享 教育资源的组织基本上都还处于信息层次 远远没 有达到知识的水平等等 同时由于计算机 因特网等相关网络技术的不断发展 不同时期的技术会在网络中同时存在 比如不同的机型 不同的操作系统 不同 的计算机编程语言等等 这就要求远程教学系统的可移植性和适应性要好 当一 个远程