（计算机应用技术专业论文）web专家系统网格化的研究.pdf

摘要 网格是一种新兴的资源共享技术，它利用现有的网络基础设施、协议规范、w e b 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0 s 和w e b 之上的基于i n t e n t 的下一代资源共享平台和软件开发基础设施。随着嘲格研究的深入，与其相关的应用课题研究的 意义也变得越来越重要。当前网格应用主要集中在计算网格、数据阿格、语义网格、信息网格、 知识网格、服务网格以及着重于家庭网络的设备网格等方面。 本文以网格应用为出发点，研究了在o g s a 网格体系结构下w e b 专家系统服务集成与知识 库等资源共享问题，然后通过对专家系统网格( e x p e r ts y s t e mg r i d ) 关键技术的研究阐述了这种 思路的可行性。本文的主要工作体现在以下几个方面； ( 1 ) 提出了一种用于解决专家系统资源共享的网格体系结构模型。 ( 2 ) 提出了一种在专家系统网格环境下的信息模型，通过建立层次型与高度抽象化资源信息描述 模型，为全网格的知识库资源提供了统一的资源信息管理与视图。 ( 3 ) 通过w 曲访问方式的网格门户，用户可以看到并且选择在一个虚拟无限空间内的所有的网格 资源和服务。这样用户能通过网格门户访问到整个网格的专家系统资源，网格门户屏蔽了与 其他网格节点交互的细节，提供对网格内可利用资源的无缝访问。 ( 4 ) 建立了网格中各专家系统节点之间的数据交换与表示规范。由于各专家系统的表示逻辑与数 据逻辑存在不致性，为了在网格界面上提供一致的数据表示，所以通过硒他技术将其统 一起来。各节点只需提供) m 儿结构的数据，不需要考虑数据的表示方式，所有x m l 数据 提交到网格o s 由其处理数据表示逻辑的一致性。随应用目的的不同提供不同的通信服务， 包括可靠的点对点和不可靠的组播通信，支持各种通信协议。 关键词t 同格应用，网格门户，专家系统，x m l ，w e b 服务 a b s t r a c t g r i di sak i n do fn e wt e c h n i q u ea b o u tr e s o u r c es h a r i n g i to f f e na ni n t e g r a t e di n f o r m a t i o np l a t f o r m f o ro $ c u 3t h a ti sb a s e do na l le x i s t e n ti n f r a s t r u c t u r eo fi n t e m e t , p r o t o c o l s , w e ba n dd a t a b a s et e c h n i q u e s i ta i m st oc o n s t r u c tan e x tg e n e r a t i o ni n f o r m a t i o nr e s o u r c es h a r i n gp l a t f o r ma n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t i n f r a s t r d c t u r eb u i l d i n go l lo sa n dw e b w i t ht h ed e v e l o p m e n to fg r i dr e s e a r c h ，t h es i g n i f i c a t i o no fg r i d a p p l i c a t i o nr e s e a r c hb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t c u r r e n t l y , g r i da p p l i c a t i o nm a i n l yc o n c e n t r a t e s o nc o m p u t a t i o n a lg r i d , d a t ag r i d , s e m a n t i cg r i d , i n f o r m a t i o ng r i d , k n o w l e d g eg r i d ，s e r v i c eg r i d a n de q u i p m e n tg r i d ，e t c f o rt h ea p p l i c a t i o n so fg r i d ，t h i sp a p e rd i s c n s s e st h ep r o b l e m sa b o u tt h ei n t e g r a t i o no ft h ew e b e x p e r ts y s t e ms e r v i c ea n dt h er e s o o r e 8s h a r i n go ft h ek n o w l e d g ed a t a b a s eu n d e rt h eo g s a ( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) t h e n w eb u i l da na p p l i c a t i o ng r i ds y s t e m ( e x p e r ts y s t e mg r i d ) a n di t e x p o u n d st h em e t h o di sf e a s i b l e m a i nw o r ki nt h i st h e s i s ： ( 1 ) d e s i g nag r i da r c h i t e c t u r em o d e lf o r t h ee x p e r ts y s t e mr u s o u r e s h a r i n g ( 2 ) d e s i g na ni n f o r m a t i o nm o d e lb u i l d i n go nt h ee n v i r o n m e n to f t h ee x p e r ts y s t e mg r i d i tc o n s t r u c t s ah i e r a c h i c a la n da b s t r a c ti n f o r m a t i o nm o d e lt h a tc a np r o v i d eau n i f o r mr e s o u r c ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tf u n c t i o ni n t e r f a c ea n dv i e w sb a s e do nt h ek n o w l e d g ed a t a b a s ei nt h ew h o l eg r i d ( 3 ) u s i n gt h ew e b g r i dp o r t a l ，t h eu s e r sc a nb r o w s ea l lg r i di r t , s o u r c 4 a n ds e r v i c e si nav i r t u a ls p a c e t h u s t h eu s e r sc a na l s oa c c e s st h ee x p e r ts y s t e mr e s o u r c ei nt h ew h o l eg r i db yl h e 、 ，e bg r i d p o r t a l ( 4 ) t h ed a t ae x c h a n g ea n dp r e s e n t a t i o ns t a n d a r d sb e t w e e ne a c he x p e r ts y s t e mn o d ea r ep r o p o s e d b e c a u s et h ep r e s e n t a t i o nl o g i ca n dd a t al o g i co fe a c he x p e r ts y s t e mi sn o tc o n s i s t e n t ，i ta d o p t s x m l t e c h n o l o g yt op r o v i d e au n i f o r md a t ap r e s e n t a t i o no nt h eg r i di n t e r f a c e 。e a c hn o d eo f f e mt h e d a t ab a s e do nx m lt og r i do sb yw h i c ht h ep r e s e n t a t i o nl o g i co fd a t ai sd i s p o s e d a c c o r d i n gt o t h e d i f f e r e n ta p p l i c a t i o np u r p o s e s ，t h ed i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sa r es u p p l i e d t h e s e s e r v i c e si n c l u d et h er e f i a b l ep e e r - t o p e e ra n dg r o u pm u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l st h a t s u p p o r tm o s ti n t e m e tc o m m t m l c a t i o np r o t o c o l s k e yw o r d s ：g r i da p p l i c a t i o n ，g r i dp o r t a l ，e x p e r ts y s t e m ，x l w e bs e r v i c e i 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。 研究生签名嘲花 时间：喇s 年月，7 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：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) 研究生签名湖 时间：坷年月，7 日 导师签名：并i ；占时间：。r 年月f ，日 土詈奎兰銮：竺老兰竺兰兰至= 耋箜兰 第一章绪论 1 1 研究背景 一方面，随着i n t e r n e t 带宽的增长，网络中接入的计算机数量日益增多。但i n t c r n c t 上很多节 点的使用效率并不高，大量计算机在多数时间内处于闲置或铼眠状态，或仅仅在完成文字处理这 样简单的工作。据关于计算资源利用市场的实践研究一文的分析：平均地一个机构的计算 资源的利用率仅为1 5 左右。另一方面，互联网上的内容每天都在飞速增长，不可能有哪个单一 的服务器或者搜索引擎躲够掌握所有资源。美国国家科学基金会张晓东博士估计，现在每年互联 弼都会增加2 x 1 0 “字节的内容，但大概只有3 1 0 “字节能为公众所用。只檑当于总量的 0 0 0 0 1 5 ，即便是g o o g l e 这种功能强大的搜索引擎也只能查找1 3 1 0 8 字节的内容 1 , 4 1 。 怎样充分利用网络中的现有软硬件资源、发挥网络资源的潜能是摆在我们面前的重大课题。 通过共享，我们可以将不同计算机系统上的资源联系起来。它不仅仅在于文件交换，而且包括对 计算机、软件、数据和其它资源的直接接入使用，这是工业界、科学界、机械界中大量出现的协 同解决问题和资源代理策略的需要。 而怎样解决这些问题。有许多技术可供选择，w e b 与网格正是其中之成员之一。w e b 的必起， 将信息通过网页的方式连接起来，这样计算机可以做包括电子商务在内的更多事情。但是，各行 业在应用层面上的互联互通远远没有实现，计算机的使用也远不如电话那么方便。 需求永远是技术发展的推动力。为了解决w e b 存在的不足，网格应运而生。网格技术出现于 2 0 世纪9 0 年代，它的目的是想利用高速互联网把分布于不同地理位置的计算机、数据库、存储 器和软件等资源连成整体，就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息服务，其核心思想 是：“整个因特网就是一台计算机! ”。由全球网格论坛( g g f ) 下属g l o b u s 项目组成员联合开发 的g l o b u st o o l k i t 标准工具包，已被公认为当前建立网格系统和开发网格软件事实的参考标准 h 7 1 。 网格( g r i d ) 是一种全新的基于i n t e r n e t 的应用技术，它已成为继传统因特网、w e b 之后的第 三次互联网浪潮，继w e b 应用之后的信息技术革命的主角，国家信息服务的战略性基础设施。 专家系统是人工智能应用研究的一个主要方向。专家系统作为一种求解特定领域问题的智能 计算机程序已渗透到各个领域，成为人工智能开始走向实用化的标志。传统专家系统商业上的成 功以及i n t e r n c t 所具有的高度资源共享和不受时间、地理位置限制的灵活访问的特点，使专家系 统从单机平台转向i m e m c t 成为必然趋势。w e b 技术作为一项重要技术，在i n t e r n e t 中得到了广泛 应用。因此，研究专家系统与w e b 技术的集成，开发基于w e b 的专家系统，是专家系统发展的 需要。其主要优点如下：提供基于w e b 浏览器的通用用户界面；提供不受时空限制的访问方式； 便于专家系统的维护和管理；为专家系统之闻的协作通信提供潜在支持【6 l 。 当前w e b 专家系统在资源利用与共享方面存在的主要问题如下： 一 资源的重复建设 一 资源不能共享，尤其是知识库方面 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 缺乏一种机制将其整合起来提供统一的服务入口 至于怎样解决这些问题，分析网格可以得到，网格从功能可以分为两种逻辑网格：计算网格 和访问网格m i 。 计算网格可以提供对虚拟的无限制的计算和分布式数据资源的访问 _访问网格将要提供异构合作环境，通过w e b 方式访问网格界面，用户可以看到选择在一 个虚拟无限机器空间内的所有的网格资源和服务 综上，我们不难得到，网格对于解决w e b 专家系统存在的资源利用与共享问题是一个很好的 方案，计算网格能像收集电力一样收集各节点的计算资源，访问网格可以将各个异构环境的节点 集成在一个大框架中从而提供一致的对外服务入口。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 面共享和协同。当然，嘲格并不一定非要这么大，也可以构造地区性的网格。如校园信息网格、 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。 本课题所要研究的就是：建立一个w e b 专家系统网格( e x p e r ts y s t e mg r i d ) 。通过e x p e r t s y s t e mg r i d ，可以把分散在不同地理位置的w e b 专家系统组织成一个整体“虚拟的超级w e b 专家系统平台”，实现各w e b 专家系统节点的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件 资源、通信资源、知识资源、专家资源等的全面共享，为用户提供统一透明的网格应用服务。 1 2 专家系统概述 专家系统是人工智能应用研究的主要领域。7 0 年代中期，专家系统的开发获得成功。正如专 家系统的先驱费根鲍姆 i g c n b 姗m ) 所说：专家系统的力量是从它处理的知识中产生的，而不是 从某种形式主义及其使用的参考模式中产生的。这正符合一句名言：知识就是力量。8 0 年代，专 家系统在全世界得到迅速发展和广泛应用【6 】。 1 2 1 专家系统定义 所谓专家系统就是一种在相关领域中具有专家解决问题能力的智能计算机程序系统；它能运 用内部包含的大量领域专家水平级的知识与经验，模拟领域专家解决问题的思维过程进行推理判 断，求解那些需要人类专家才能处理的复杂问题即当由知识库、推论引擎及接口为基础而组成 的计算机化的信息系统所能处理的问题，其复杂性、对专业知识的需求、以及其执行的信度及效 度足可与专家相匹敌时可称为专家系统p 棚。 2 ：量变些銮兰2 圭兰些篓三兰= 量兰兰 1 2 2 专家系统的基本结构 田1 1 专家系统的基本结构 数据库( d a t a b a s e ) ：又称为“动态数据库”、“黑板”等。其基本任务是用于存放用户输入的问 题求解的初始事实，以及求解过程中得到的中间结果、推理过程、最终结论等有关系统运行 信息。 _ 知识库( k n o w l e d g eb a s e ) 知识库是知识的存储机构，用于存储领域专家经验、领域基础知 识等。通常用于存放规则；其基本任务是为推理机提供问题求解以及解释机构问题解释所需 的知识。 _ 推理机构( h 疵n e n g i n e ) ：推理机构又称为推理机、控制机构、求解器等，是专家系统的 “思维机构”，由一组程序组成。其基本任务是模拟领域专家求解的思维过程，控制知识库、 数据库执行对问题求解。它能根据数据库中用户提供的当前已知事实，利用知识库中的知识， 按照一定的推理方法和求解策略进行推理求得问题的答案。它和知识库构成了专家系统核 心框架。 - 知识获取机构( k n o w l e d g e a c q u i s i t i o ne a g i n e ) 知识获取机构由一组程序组成。其基本任务是 从某些知识源中搜索、提炼系统所需的专门知识，并把知识输入到知识库中。转化为推理机 所适宜的形式，建立起性能良好的知识库。 一 解释机构( e x p l a n a t i o ns y s t c m ) ：解释机构是专家系统有别于一般程序的重要特征之一其基 本任务是跟踪并纪录推理过程，回答用户提出的“为什么? ”等问题，并通过对自身行为的 解释帮助知识工程师发现知识库及推理机中的错误，有助于对系统的调试聂维护。 人机接口( u s e ri n t e r f a c e ) 人机交互接口又称为工作和用户界面，是专家系统与领域专家、 知识工程师、一般用户之间进行联系的部分。其基本任务用来进行数据、信息或命令的输入， 结果的输出和信息的显示等。 1 2 3 专家系统的开发框架 1 )基于规则的：使用事实和规则推理技术。 3 中霉农业大学硕士学位论文第一章绪论 田1 - 2 基于规则的专家系统 基于框架的：与语义网络类似遵循匹配和继承的原则。框架是一种通用的知识表达形式，对 于运用基于框架的专家系统还没有一种统一的形式，常常由各种问题的不同需要来决定。 3 )基于模型的：采用基于模型的推理方法。基于模型的推理方法是根据反映事物内部规律的客 观世界的模型进行推理。 1 2 4 设计专家系统的步骤 建立系统的一般步骤如下： ( 1 ) 设计初始知识库 ( a ) 问题知识化，即辨别所研究问题的实质，如要解决的任务是什么，它是如何定义的，可 否把它分解为子问题或子任务，它包含哪些典型数据等。 ( b ) 知识概念化，即概括知识表示所需要的关键概念及其关系，如数据类型、已知条件( 状态) 和目标( 状态) 、提出的假设以及控制策略等。 ( c ) 概念形式化，即确定用来组织知识的数据结构形式，应用人工智能中各种知识表示方法 把与概念化过程有关的关键概念、子问题及信息流特性等变换为比较正式的表达，它包括假设空 间、过程模型和数据特性等。 ( d ) 形式规则化，即编制规则、把形式化了的知识变换为由编程语言表示的可供计算机执行 的语句和程序。 ( e ) 规则合法化，即确认规则化了知识的合理性，检验规则的有效性。 c 2 ) 原型机 r o t o t y p e ) 的开发与试验 在选定知识表达方法之后。即可着手建立整个系统所需要的实验子集。它包括整个模型的典 型知识，而且只涉及与试验有关的足够简单的任务和推理过程。 ( 3 ) 知识库的改进与归纳 反复对知识库及推理规则进行改进试验。归纳出更完善的结果。经过相当长时间使系统在一 定范围内达到人类专家的水平。这种设计与建立步骤，如图所示。 4 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 网格概述 图1 3 知识库的设计 网格是一种新兴的资源共享技术，它利用现有的网络基础设施、协议规范、w e b 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o s 和w e b 之上的基于i n t e m e t 的下一代资源共享平台和软件开发基础设施。随着网格研究的深入，与其相关的应用课题研究的 意义也变得越来越重要。当前网格应用主要集中在计算两格、数据网格、语义网格、信息网格、 知识阿格、服务阿格以及者重于家庭网络的设备阿格等方面f 捌。 第一代网格大致是1 9 9 5 年以前的网格，典型代表是f a f n e r 和i - w a y 两个项目，这个时期 的网格都是把超级计算机节点连接起来，为高性能应用共享计算资源 第= 代网格的大致时间是从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年，典型代表是g l o b u s 和l e g i o n 等项目。这个 时期建立了面向协议和模式的网格体系结构，解决了网格的异构性、可扩展性、适应性、安全性 等问题，可实现各种资源的共享。 第三代网格的典型代表是2 0 0 2 年2 月发布的开放网络服务结构( o g s a ) 把互联网和网格结 合起来，建立资源体化和服务一体化的网格结构。 1 3 1 网格定义 1 ) 网格( g r i d ) 是- - 信息基础设施。 2 )互联网主要为人们提供网页浏览、电子邮件等信息服务功能，而网格能提供计算资源、存储 资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源等的全面共享。 3 )建立在资源共建基础上的资源共享。互联网没有提供访问网络中各种资源的统接口和共享 资源的机制。网格定义了一系列的标准接口，所有资源只要遵循网格定义的标准接口就可 以方便地接入网络，成为网格的部分。 4 )网格( g r i d ) 技术是近年来国际上兴起的一种重要信息技术，它的目标是实现网络虚拟环境 上的高性能资源共享和协同工作，消除信息孤岛和资源孤岛。 5 ) 阿格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、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、功能和交互性。互 联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更多更强，让人们透明 地使用计算、存储等其他资源 2 2 , 6 9 1 。 5 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 2 网格的系统软件 建立大规模的网格系统的关键技术是网格系统软件，特别是网格o s ，其核心技术包括以下 几个方面； 月格资源的管理：全网格资源目录的统一用户的帐户管理。动态地收集处理网格中各种资源 的状态信息是统一调度管理的基础。 信息优化使用技术：提供目录和缓存技术，可以大大提高网格信息查询和浏览速度。用户、 管理员和系统软件协同工作将零散的原始数据组织成一体化的信息和知识。 网格中作业调度技术；网格中的信息将动态监测，网格中的作业将根据资源状况进行负载平 衡，实现优化运行。 网格安全技术：通过身份认证等安全技术防止非法用户通过网络使用或获取网格的任何资 源，保障数据的安全性。同时通过权限控制和数据隐藏技末使用户只能获取允许的信息和知识， 而不能窃取未授权的信息。 在这些核心技术中重点要解决的软件问题包括性能与精度的不可预见性与鲁棒性，实时资源 管理与动态算法选择，支持程序环境的多样性，容忍延迟和节约带宽的新算法设计，以及支持 长时间运算等。 1 3 3 网格体系结构 1 五层沙漏模型 由l a nf o s t e r 等提出的网格体系结构是一种层次式的协议体系结构，共有五层。五层沙漏结 构是一种抽象层次结构，以“协议”为中心，强调协议在嘲格的资源共享和互操作中的地位。通 过协议实现一种机制，使得虚拟组织的用户与资源之间可以进行资源使用的协商、建立共享关系， 并且可以进一步管理和开发新的共享关系。这一标准化的开藏结构对弼格的扩展性、互撮作性、 一致性以及代码麸享都很有好处旧捌。模型结构如下图： 增鬃畹m 基垮i 建 一t 一q - 谗簟蹬 封麓鼍舞餐蠢舒震赣纛谴群 糖热赫静瓣b 繁摧 t t _ _ _ _ o - - - _ _ 一 _ 餐羹瞪 连接嚓 鬻鼍j 鬈； 黝驾审。穗州 蜘德燃 铸茹羹盏嘉嚣羹萋毒拳 田卜4 五晨沙渭模型 五层结构之所以形如沙演，是出各部分协议数量的分布不均匀引起的。考虑到核心的移楂、 升级的方便性核心部分的协议数量相对比较少( 例如i n t e r n e t 上的t c p 和h 兀p ) 。对于其最核 心的韶分，要实现上层协议( 沙漏的项层) 向核心协议的映射，同时实现核心协议向下层协议( 沙 漏的底层) 的映射。按照定义。核心协议的数量不能太多，这样核心协议就成了一个协议层次结 6 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 构的瓶颈。在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部分，它促进了单独的资源 共享。 2 开放网格服务结构 ；疆+ a 即 i 1 1 0 n s 媳 o g s a a r c h l t e c t e ds l _ w i c e s 菩 o g s i - o p e ng r i ds e r c e $ i n f r a s b u c t u r e s 蒿 翳 l v bs e g e s 尊捌i l 警1i 篇等扩忡f i e l s y s 蚓l e m sl o 母群_ 自4 睡“黼； k e c l o e t i m e s s , 刎 ； l 。 ，4 嘲 , s e r v e r s s t o r a g e n e h 吣 圈1 - 5o q s a 体系结构 _ 物理和逻辑资源层：资源的概念是o g s a 以及通常意义上的网格计算的中心部分。构成网 格能力的资源并不仅限于处理器。物理资源包括服务器、存储器和网络。物理资源之上是逻 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。通用的中间件，比如文件 系统、数据库管理员、目录和工作流管理人员，在物理网格之上提供这些抽象服务。 _w e b 服务层：o g s a 架构中的第二层是w e b 服务。这里有一条重要的o g s a 原则：所 有阚格资源( 逻辑的与物理的) 都被建模为服务。o g s i 规范定义了网格服务并建立在标准 w e b 服务技术之上。o g s i 利用诸如x m l 与w e b 服务描述语言( w e b s e r v i c e s d e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，w s d l ) 这样的w e b 服务机制，为所有网格资源指定标准的接口、行为与交互。 o g s i 进一步扩展了w e b 服务的定义，提供了动态的、有状态的和可管理的w e b 服务的能 力，这在对网格资源进行建模时都是必需的。 一 基于o g s a 架构的网格服务层：w e b 服务层及其o g s i 扩展为下一层提供了基础设施：基 于架构的网格服务。g g f 目前正在致力于在诸如程序执行、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。o g s a 将变成更加有用的面向 服务的架构( s o a ) 。 一 网格应用程序层：随着时问的推移，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亦将出现。这些应用程序构成了o g s a 架构的第四个主要的层。 1 4 研究内容 本课题所要研究的就是：建立一个专家系统网格( e 印瞰s y s t e mo d d ) 。通过e x p e r ts y s t e m g r i d ，可以把分散在不同地理位置的专家系统组织成一个整体一“虚拟的超级专家系统平台”， 实现各专家系统节点的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、通信资源、知识 7 霉u手静一日5，器窘巳也 一 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 资源、专家资源等的全面其享，为用户提供统一透明的网格应用服务。 怎样在专家系统之间建立一种知识库等资源的共享机制? 以及怎样有效的管理各个异构系 统之间的资源，从而可以通过网格技术将处于不同网络与地区的w e b 专家系统整合为一个能协同 对外提供服务的统一体? 1 e x p e r ts y s t e mg r i d 的体系结构模型的研究网格体系是三层结构，即资源层，中间件层和 应用层。 围1 - 6e x p e r ts y s t e mg ri d 的体系结构 资源层：网格资源层是构成网格系统的硬件基础，由所有的地理上分布的和从i n t e r a c t 任 何地方接入的资源组成，它包括各种计算资源，如超级计算机、贵重仪器、可视化设备、现 有应用软件等，这些计算资源通过阿络设备连接起来。 中间件层：网格中间件层是指一系列工具和协议软件。其功能是屏蔽网格资源层中计算资 源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接口。 应用层：网格应用层是用户需求的具体体现。在网格o s 的支持下，网格用户可以使用其 提供的工具或环境开发各种应用系统。能否在网格系统上开发应用系统以解决各种大型计算 问题是衡量网格系统优劣的关键。 2 e x p e r ts y s t e mg r i d 的网格信息模型的研究 1 )建立一种层次结构，提供全网格统一的资源信息模型和视图，以及全网格统一的资源信 息管理，包括资源信息的组织，资源信息的查询，网格资源的分配等。 2 ) 信息表示和信息存储分开，从用户角度看到的信息视图是逻辑的，全局一致的，这些信 息包括资源( 物理主机) 信息，服务( 可完成特定功能的计算任务) 信息，用户信息等。 3 ) 信息存储模式按照静态信息和动态信息分别采取不同的策略处理，如静态信息可采取复 制、镜像等方式。 4 ) 动态信息则采取分布方式，定时转储等方式处理。 3 e x p e r t s y s t e m g r i d 的网格门户( 整个网格服务入口) 网格门户提供异构合作环境，通过w e b 方式访问鼹格界面，用户可以看到并且选择在一 个虚拟无限空间内的所有的网格资源和服务。这样用户眦通过网格门户访问到整个网格的资 源，网格门户屏蔽了与其他网格节点交互的细节，提供对网格内可利用资源的无缝访问。 4 e x p e r ts y s t e mg r i d 中各专家系统节点之间的数据交换与表示规范( x m l ) 由于各专家系统的表示逻辑与数据逻辑存在不一致性，为了在网格界面上提供一致的数 据表示，所以通过x m l 技术将其统一起来。各节点只需提供x m l 各式的数据，不需要考 虑数据的表示方式，所有咀。数据提交到网格o s 由其处理数据表示逻辑的一致性。随应 8 圣2 | | | 竺 一应二中篓资一 中国农业大学碗士学位论文第一章绪论 用目的的不i 司提供不同的通信服务，包括可靠的点对点和不可靠的组播通信，支持各种通信 协议，提供通信链路延迟、带宽和可靠性等指标。 5 e x p e r t s y s t c m g r i d 中各专家系统节点上运行的中间件规范( 网格o s 层) 1 1 提供资源的远程进程管理、资源分配、存储访问、登录和认证、安全性和服务质量( q o s ) 等核心服务。 2 1提供用户编程接口和相应的环境。 允许网格枢纽能够管理或者调度跨网络资源的计算。 6 e x p e r ts y s t e mg r i d 中各专家系统节点服务发布与管理规范 通过服务发布协议，网格内的节点可以通过群插方式告诉其他节点有新节点加入以及提 供的服务接口。网格门户通过服务管理协议收集网格内资源，同时在网格界面上对用户显示 网格当前可利用的服务。 _ 提供方便可靠的机制，获得不断变化的各结点信息和状态 一 提供全局统一的名字服务 一 提供一种计算资源的交易机制，使系统能动态地取得最好的性价比资源 1 5 国内外相关研究方向 国外一些相关的基础性研究项目： g l o b u sp r o j e c t g l o b u s 是一个网格相关技术的基础研究项目，由美国a r g o n n e 国家实验室及多所大学和研 究机构联合开发，它对资源与数据管理、安全、通讯、策略及q o s 等网格计算的关键理论进行研 究，力图实现计算网格结构。来提供对高性能远程计算资源普遍的、可靠的、一致性的访问。g l o h u s 项耳对网格技术进行了深入的研究，并开发了比较成熟的软件g l o b u st o o l k i t s ，目前，它正致力 于开发标准的网格架构和其它技术。 目前的g l o b u s 可被视为计算网格技术的典型代表和事实上的规范。它力图实现计算网格结 构，以提供对高性能远程计算资源普遗的、可靠的、一致性的访问。g l o b u s 提供了一个软件构架 馊应用能将分布式、异构的计算资源作为单个虚拟机器处理。也就是说g l o b u s 可以集成分散的 异构资源，形成单一的计算环境。g l o b u s 构建了下图所示的虚拟元计算机。 翥鼍器务匡量囫 g h n 元计算抽鼙机 一国圆圈圆园圃圆 元计算试鼍疼 田卜7 虚拟元计算机 虚拟元计算机的核心是g l o b u s 元计算工具包，它定义了构建计算网格所需的基础服务和功 9 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 能，包含了实现基本服务的组件集( 如安全、资源分配、资源管理和通信) 。它是构筑网格计算 环境的中间件，提供基本的资源定位、软件开发包( s d k ) ，以及上层协议调用下层协议的服务f “。 _ e u r o p e a nd a t a g r i d 欧洲数据网格e u r o p e a n d a t a g r i d ( e d g ) 是一个国际性大型研究和技术发展项目于2 0 0 0 年1 2 月由欧盟提供一千万欧元资金启动，项目完成期限为3 年。e u r o p e a nd a t a g f i d 项目主要完 成者除了c e r n 外，还有法国国家科学研究中心c n r s ( f r e n c hn a t i o n a lc e n t r eo fs c i e n t i f i c r e s e a r c h ) 、欧洲空间研究中心意大利分部e s a e s r i n ( c e n t r eo ft h ee u r o p e a ns p a t i a la g e n c yi n i 诅l y ) 、意大利国家原子物理研究所i n f n ( i t a l i a nn a t i o n a li n s t i t u t eo f n u c l e a rp h y s i c s ) 、荷兰国家 原子物理和高能研究所n i k h e f ( d u t c h n a t i o n a l i n s t i t u t e o f n u c l e a r p h y s i c sa n d h i g h e n e r g i e s ) 和 英国粒子物理和天文研究委员会p p a r c ( b r i t i s hc o u n c i lo fr e s e c hi np a r t i c l ep h y s i c sa n d a s t r o n o m y ) 。d a t a c - r i d 主要针对c e r n 的高能物理应用，解决海量数据的分解存贮和处理问题， 提供一种突破地理局限，允许分布在世界各地的工作者交互、共享数据和设备，共同开展科学研 究的合作环境，同时将之扩展到其他应用，如地球观察应用和生物应用p i 。 国内一些相关的基础性研究项目： 一c n g r i d c n g r i d 系统软件是2 0 0 3 年启动的国家8 6 3 重点项目。高性能计算机及其核心软件专项的 网榕软件子课题，对网格系统软件提出五层结构( 自下丽上分别为：基础层，连接层，资源层， 集合层，应用层) 简化为资源层，系统层和应用层这三层结构。如图所示，网格系统层在应用层 和资源层的中间起到桥梁和汇聚的作用。系统层对应用层屏蔽网格资源的细节( 数量，地址，调 用方法) ，提供一个统一的入口，和统一的互操作接口。系统层对资源层起到抽象的作用。在系 统层，对网格资源的描述可以抽象为虚拟资源，用来表示一类功能相f 习的网格资源。 豳1 吨同格软件都圈 _中科院织女星网格 织女星网格( v e g ag r i d ) 其研究重点在于网格体系结构和网格操作系统上。织女星网格体 1 0 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 系结构设计继承了已有计算机系统的设计方法，即将网格看成是一台虚拟的、具有单一系统映像 的计算机系统。与现有的计算机系统类似，织女星网格也将包括硬件、系统软件和应用三个组成 部分。下图中给出了微机与网格、织女星网格之间的对比1 1 5 捌。 砬带 黼 撩作豢统 硬阵 徽饥两梅织娌 办公、喃、游戏鞯 命令行i 襁、w e b b 口i c j0j a v a , c o ! t i n d o _ h a o s jl i n 盈晦黜 i n t e l 血晒处理龋 1 6 论文结构 圈捂应用 目略界面 圈格操作系坑 廊培硬件 知识网格 信息网梧 两格计箨协 ：；i 性 ( a c p ) 鼬蝤e 网格操怍系统 ( v e z ag o s ) b 咣高性能计算机 面向丽格懈级暇务器 圈卜9 织女墨同撸单一虚拟超级计算机 第一章主要介绍田内外专家系统与网格领域的相关研究；第二章主要分析w e b 专家系统的资 源特点以及服务集成策略。第三章主要介绍了e x p e i ts y s t e mg r i d 的体系结构模型。第四章提出 了e x p e r ts y s t e mg r i d 中的信息模型，对其几个重要的研究内容进行了阐述。第五章主要介绍了 e x p e r ts y s t e mg r i d 的门户功能设计的内容。第六章对e x p c f ts y s t e mg r i d 的关键技术进行了详细 的分析。第七章对论文的研究内容总结。 1 1 ：苎奎些查兰罂老兰竺兰兰翌三差：至至釜耋鎏堡皇苎2 堑 第二章专家系统资源特点的分析 2 1w e b 专家系统的信息访问模型 w e b 专家系统是基于i n t e r n e t 技术的，它采用w e b 发布方式。对信息发布模型的选择也就是 对w e b 发布模型的选择，它直接关系到信息在系统中的使用效率和文档的存在方式。其信息模型 主要有静态w e b 信息发布模型、动态交互式w e b 信息发布模型、企业级w e b 信息发布模型。不 同信息模型的实现方式是不同的，其信息发布的方法也是不同的。 2 1 1 静态w e b 信息发布模型 静态w e b 信息发布模型采用静态w e b 文档将信息存储于w e b 服务器内。静态文档的作者 在写作的时候决定文档的内容，文档的内容在不被重建时不会发生变化，所以静态文档在每次访 问后都返回相同结果。其模型如下图所示。 田2 _ 1 静态w e b 信息发布横型 静态w e b 模型的主要优点在于它的简单可靠和稳定性。由于静态文档是一种捧版语言，它可 以由非专业编程人员用h t m l 仓q 建。在创建和测试后，静态文档的使用次数是无限制的。客户方 用微软的m 浏览器或n e t s c a p en a v i g a t o r 浏览器快速读取文档，同时可以把文档放于本地缓冲 区内，以加快以后访问这些文档的速度 2 1 2 动态交互式w e b 信惠发布模型 动态w e b 信息发布模型采用动态文档存储信息。动态w e b 文档不存在一个预先定义的格 式，相反地一动态文档在客户浏览器访问w e b 服务器时创建。当一个请求到达时，w e b 服务器 运行一个应用程序刨建动态文档， 服务器返回程序的输出作为浏览器访问的回答。由于每次访 问都要创建新的文档，动态文档的内容是变化的。其模型如下图所示 田2 - 2 动态交互式h b 信息发布模型 处理动态文档的w e b 服务器需要3 个特性：首先，w e b 服务器程序必须扩展，当每次请求 到达时，能执行一个单独的刨建文档的应用程序， 服务器必须能够捕获应用程序的输出，并且 将文档返回浏览器；其次，必须为每个动态文档写一个单独的应用程序；最后， 服务器必须设 中国农业大学硕士学位论文第二章专家系统资源特点的分析 置成能够知道动态文档反馈回的统一资源定位器哪r l ) 地址和对静态文档作出的反应，对每个 动态文档设置，必须说明产生该文档的应用程序，每个申请包含着对应动态或静态文档的u r l ，服务器使用设置信息和收到请求的ur l 后决定如何进行。如果设置信息说明申请的ur l 地址对应着一个静态文档，则服务器取出对应的文件；如果设置信息说明申请的ur l 地址对 应着一个动态文档，则服