（计算机软件与理论专业论文）面向网格服务的wms适配器.pdf

论文题目：面向网格服务的w m s 适配器+ 专业：计算机软件与理论 硕士生：唐亮 指导老师：李师贤教授 摘要 地理信息系统( g i s ) 正广泛应用于各个领域，发挥着重要的作用，与人们 生产、生活的联系越来越紧密。但由于众多g i s 的异构性，人们难以用方便而 统一的方式集成这些g i s 。 网格( g r i d ) 的出现为解决“g i s 信息孤岛”问题提供了崭新而充满前途的 途径。面向服务的开放网格服务体系结构( o g s a ) 结合网格计算整合异构资源的 优势和w e b 服务把所有应用都抽象为服务的统一表示方法，通过网格服务这一 标准形式，为地理上分散的各种异构资源的共享提供了一个统一的途径。 本文分析了当前基于w m s ( w e bm a ps e r v i c e ) 的地图发布技术，指出其难 以与应用集成、无法提供服务质量控制等的局限性，由此提出一个面向网格服务 的w m s 适配器，使得现有遵循w m s 规范的地图服务器能够以网格服务的形式 在广域网上发布地图数据。这样应用系统就能够以统一的方式集成这些w e b 地 图服务。 本文参照了w m s 规范的相关内容，设计并实现了一个面向网格服务的 w m s 适配器。 关键字：g i s ，网格，o g s a ，w m s ，网格服务 + ) 本文得到广东省科技计划项目资助( 项目编号：2 0 0 3 a 1 0 3 0 4 0 3 ) t i t l e ：g r i ds e r v i c e o r i e n t e dw m s a d a p t e r m a j o r ：c o m p n t e r s o f t w a r e n a m e ：t a n gl i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f l is h i x i a n g r i ds e r v i c e - o r i e n t e dw m s a d a p t e r a b s t r a c t g i sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nm o d e ms o c i e t ya n dp e o p l e sl i v i n g i t s t i l lv e r yd i f f i c u l tf o rp e o p l et og e ta n di n t e g r a t eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nf r o mv a r y g i sa p p l i c a t i o n st h r o u g has i m p l ea n dc o i n c i d e n tw a y , b e c a u s eo ft h e d i f f e r e n t a r c h i t e c t u r e 。d i f f e r e n tp l a t f o r m ，d i f f e r e n td a t a s t r u c t u r ei nt h e s eg i sa p p l i c a t i o n s t h ee m e r g e n c eo fg r i ds e e m st oh a v ean e wa n dp e r s p e c t i v ew a y t os o l v et h i s p r o b l e m o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) p r o v i d e s as t a n d a r dw a yn a m e d g r i ds e r v i c e t oi n t e g r a t eh e t e r o g e n e o u ss y s t e m si naw i d e a r e an e t w o r k u s i n gt h e t e c h n o l o g yo f g r i dc o m p u t i n g a n dw e bs e r v i c e t h ec u r r e n tt e c h n o l o g yo fm a ps e r v i c eo nw e b ，k n o w na sw m s ( w e bm 印 s e r v i c e ) i ss t i l lh a r dt op r o v i d et h ec o n t r o lo fq o s ，a n d h a r dt oi n t e g r a t ew i t ho t h e r a d p l i c a t i o n s a g r i ds e r v i c e o r i e n t e dw m s a d a p t e ri sp r e s e n t e d i nt h i sp a p e r a l lg i s a p p l i c a t i o n s w h i c hs a t i s f yw m ss p e c i f i c a t i o nc a l lp r o v i d em a ps e r v i c eo ng r i d t h r o u g ht h i sa d a p t e r b e s i d e s ，o t h e ra p p l i c a t i o nc a ni n t e g r a t e w i t ht h e s eg i sg r i d s e r v i c ef r o mas t a n d a r dw a y t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n d r e a l i z e st h eg r i ds e r v i c e o r i e n t e dw m s a d a p t e rf o l l o w i n g t h er e l a t e dc o n t e n to f w m s s p e c i f i c a t i o n k e y w o r d s ：g i s ，g r i d ，o g s a ，w m s ，g r i d s e r v i c e i i 中山大学硕：l 论文 面向网格服务的w m s 适配器 第1 章引言 1 1 问题的提出 g i s ( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 地理信息系统) 正广泛应用于各个领 域，发挥着重要的作用：人们的日常生活和工作与地理信息的联系越来越紧密。 但是，现在一个突出的问题是不同系统间的资源共享问题，即不同系统间如何透 明地访问其他系统的信息、服务、各种设备，而无须理会实际上不同的硬件平台， 不同的软件系统，不同的数据结构? 从而能够更方便地进行信息交流，更有效地 使用服务和资源。 o g c ( o p e n g i sc o n s o r t i u m 开放g i s 协会) 在g i s 的互操作问题上做了不 少工作，提出了一系列的规范，使异构g i s 间实现了一定程度的数据共享和互操 作。但一方面o g c 的规范是为了解决不同产商间不同g i s 产品的兼容性问题：另 一方面0 g c 的这些规范并不完善。并没有解决诸如：不同组织问g i s 资源的平等 共享、不同g i s 韵协同工作、用一致的方式与其它商业应用集成等问题。 网格技术的出现为解决这些问题提供一个很好的途径。网格技术能够提供资 源共享、实现应用程序的互连互通。这与计算机网络不同，计算机网络实现的仅 仅是一种硬件的连通，而网格可以实现应用层面的连通；网格的第二个特点是协 同工作，大量的网格结点可以同时工作，共同处理一个项目；网格是基于国际上 的开放技术标准，并有统一的国际组织运作，这与以前许多行业、部门或者公司 的软件产品有很大区别：网格还可以提供动态的w e b 服务，能够便捷快速的适 应变化。 当前基于w e b 的地图服务( w m s ) 发布技术也没有解决以上g i s 面临的问 题，具体的讲就是功能较单一、无法提供服务质量控制，也无法用一致的方式集 成到其他应用系统中。本文探讨如何结合网格技术解决w m s 面临的问题。 1 2 本文的工作及贡献 本文针对如何改进原有的基于w m s 地图发布技术做了以下工作： 1 参照w m s 的相关内容，结合网格技术，定义了面向地图发布的一些核心 网格服务： 2 针对当前基于w m s 的w e b 地图实现技术，构造了一个面向网格服务的 w m s 适配器。 中山大学硕士论文 面向刊格服务的w m s 适配器 本文的贡献在于： ( 1 ) 改进了基于w e b 的地图发布技术，使这些w e b 地图服务能够以方便而一 致的方式集成到其他应用程序中； ( 2 ) 以网格服务形式实现的w m s 比起原有的w m s ，在服务质量和安全性 这两方面都具有更大的优势，这对于跨组织的资源共享而言尤为重要； ( 3 ) 该适配器使得原有的w e b 地图服务器的功能得以延伸到网格上，为更 大规模的地图共享提供了一种资源映射手段。 1 3 本文的组织 本文共分六章。 第一章是引言部分。给出本文的动机，对所做的工作和文章的组织做了简介。 第二章是有关g i s 和网格计算的简介。简要介绍g i s 应用软件的发展，特 别是现在主流w e b g i s 产品的局限性，并简介o g c 的工作；概述网格计算及其 特点。探讨网格技术和g i s 的结合。 第三章有关w m s 的地图发布技术。分析现有的基于w e b 的地图发布技术， 针对其局限性，提出一个基于网格的地图发布模式，并指出该模式的关键是构建 一个面向网格服务的w m s 适配器。 第四章是设计这个面向网格服务的适配器。内容包括服务接口定义和w m s 桩的设计。其中服务接口定义包括操作定义及服务数据定义。 第五章是有关该适配器的实现。根据g t 3 的程序设计方法，给出构建该适 配器的实现过程。 最后一章是结论，对该适配器进行总结，指出其不足之处以及进一步的工作。 中山大学硕十论文面向网格服务的w m s 适配器 第2 章g i s 应用及网格计算概述 2 1g i s 应用 g i s 是以采集、存储、管理和分析与地球表面及空间地理分布有关的数据的 信息系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空阳j 相关数据进行采集、管理、操作、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时 提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决 策服务而建立的一类计算机应用系统。g i s 软件是功能强大的用于建立、编辑图 形和地理数据库并对其进行空间分析的工具集合，是十分重要而又特殊的信息系 统【1 。地理信息的产生和发展以社会需求为基础，具有广泛的社会性。国际上 g i s 的广泛应用及其社会经济效益足以证明，g i s 同电力、通讯系统一样是现代 社会必不可少的基础设施，它既服务于社会经济建设，又服务于人民生活，是现 代社会赖以运转和发展的条件和保障。 2 1 1g i s 软件的发展 1 9 6 3 年加拿大建成世界上第一个g i s ( 加拿大地理信息系统c g i s ) ，并用 于自然资源的管理和规划：不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件 s y m a p 。这可算是g i s 的起步。进入7 0 年代以后，由于计算机软硬件水平的提 高，g i s 朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的 g i s ，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。如，从1 9 7 0 年到1 9 7 6 年间， 美国国家地质调查局就建成5 0 多个g i s 信息系统。其他国家如加拿大、德国、 瑞典和日本等国了相继发展了自己的g i s 。8 0 年代后兴起的计算机网络技术使地 理信息的传输时效得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复 杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成，涌现出了 一些有代表性的g i s 软件。并且这些g i s 系统也越来越复杂，功能越来越强大。 传统意义上的g i s 是利用一个功能强大、价格昂贵的专业g i s 软件( 例如 m a p l n f o g i s ) ，为用户提供完整的地理信息解决方案，实现数据的可视化，满足专业 g i s 用户的各种要求。这些g i s 应用系统基本上都是在单机环境下开发的，是一 种桌面g i s 。随着计算机技术的发展，基于组件的和基于客户机，服务器的体系 结构的g i s 软件也相继出现，大大增强了g i s 软件的能力。 随着国际互联网的普及和g i s 在各个领域越来越广泛的应用，人们希 望通过国际互联网也能进行g i s 信息的查洵。而国际互联网的迅猛发展和 广泛应用，使得它必将成为g t s 软件的运行环境，基于w e b 的g i s 应用也发 中山大学硕士论文 面向网格服务的w m s 适配器 展起来。w e b g i s 技术是g i s 与因特网有机结合的成果，它支持用户可通过w e b 浏览器获取w e b 服务器上存储的各种地理空间数据及属性数据、图像、文件等 信息，并执行诸如空间数据处理、空间查询与分析等操作。w e b g i s 与传统的 g i s 相比具有以下优势【2 j ：更广泛的用户群体：更普及的访问设施；更优秀的性 能价格比：更简单的操作方式；更有效的计算负载。 基于w e b 浏览器的操作模式虽然适合终端用户以手工方式查询信息与共享 数据，但却无法作为一种有效手段支持企业应用共享数据或服务，即在企业应用 或电子政务应用中无法通过w e b g i s 实现地理空间信息与服务的无缝集成。 为此，又出现了g i sw e b s e r v i c e ，它是一种自包含的、自描述的、模块化的 g i s 构件和应用，这些g i s 构件和应用可在w e b 上发布、查找和动态调用。基 于面向服务体系结构的w e b 服务技术为实现g i s 应用集成提供了一种崭新的途 径。拥有g i s 数据资源或计算资源的部门或企业成为服务供应商，基于w e b 对 外提供各类g i s 信息服务或分析计算服务：而各行各业则可通过标准的方式发现 与使用服务，将这些g i s 服务集成到自己的企业应用中。 2 1 2o g c 的工作 在g i s 的发展过程中，面临的一个主要的问题是地理数据处理无交互性，这 种现状促使了0 g c 的出现。0 g c 是一个公益的行业协会，致力于促进地理数据处 理方法的新技术和商业方法的互操作。它成立于1 9 9 4 年，当时入们已经广泛认 识到了无交互性问题以及它对行业、政府和学术界的许多负面影响。0 g c 的成员 都有一个有关全球信息基础设施的乐观设想：地理数据和地理处理数据源能自由 访问、完全与最新的分布式计算机技术集成、每个人都可以自由访问这些资源。 地理数据处理软件厂家、数据库软件厂家、可视化软件厂家、系统集成者、计算 机厂家、通讯公司、大学、信息提供者和正版软件经销商都加入了协会，共同制 定软件规范、进行新的商业策划来帮助解决这些问题，实现g i s 潜在的功能。 o g c 的软件规范就是开放g i s 规范( o p e n g i s ) 。开放g i s 的目的就是网络 环境中对不同种类地理数据和地理处理方法的透明访问。它提供一套具有开放界 面规范的通用组件，开发者根据这些规范开发出交互式组件，这些组件可以实现 不同种类地理数据和地理处理方法间的透明访问。开放g i s 框架包括： 数学上、概念上用数字表示地球和地球现象的通用方法。 执行访问、管理、处理、表示以及在信息协会间共享地理数据的通用模式。 使用开放地理数据模型和开放g i s 服务模式解决技术和制度上无交互性问题 的框架。 开放g i s 总体规范为在不同层次上解释地理信息表达、发现、访问和处理定 4 三兰生釜塑生望竺兰一 耍塑璺鳖翌墨箜! 坚! 堕! ! 登 义了一个“基本模型”。从个高层摘要开始，分层列出要求直到编程界面，基 本模型提供一个足够通用、足够详细的框架达到以上三个广泛通讯的目的。这个 基本模型是开发开放g i s 执行规范的关键，它把严格分析用于地理处理的基本过 程，将构建g i s 的“现实世界一概念世界一抽象世界”抽象过程划分为9 个层次 3 1 ，见图2 1 。 图2 - 1g i s 的九个抽象层次 现实世界( r e a lw o r l d ) 概念世界( g e o s p a t i a lw o r l d ) t g 理空间世界( g e o s p a t i a lw o r l d ) 维度世界( d i m e n s i o n a lw o r d ) 项目世界( p r o j e c tw o r l d ) o o p e n g i s 点世界( o p e n g i sp o i n t sw o r l d ) o o p e n g i s 几何世界( o p e n g i sg e o m e t r yw o r l d ) o p e n g i s 特征世界( o p e n g i sf e a t u r ew o r l d ) o p e n g i s 特征集世界( o p e n g i sf e a t u r ec o l l e c t i o nw o r l d ) 从第二层到第九层，每一层是由它上一层派生出来。九层中的前五层( 实际、 概念、地理空间、三维和对象地球) 处理真实地球的抽象，不在软件中模拟。后 四层( 开放g i s 点、几何、属性和属性集) 处理地球的数学和符号模型，这些专 题在软件中模拟。 o g c 还开发了基于x m l 的地理信息编码工具地理标注语言 ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ，g m l ) 4 1 ，g m l 可用于地理信息的建模、传输 和储存。它在o p e n g i s 体系里扮演一个重要的角色。 中山人学硕士论文面向| 叫格服务的w m s 适配器 g m l 所关注的是地理数据内容的表现。g m l 将地理信息世界中内容及其 表现形式分离开来。g m l 是建立在o g c 的地理抽象模型基础之上的，它用地 理实体( 又称为特征) 来描述世界。本质上讲，特征只是一系列的属性和几何体。 g m l 可以对很复杂的地理实体进行编码。一个地理实体是由很多的几何体所构 成的。一个的几何体又是由很多的点、线、多边形等几何体类型所构成。一个简 单的地理实体如：广播发射塔会有一个点的属性( 位置) 和一个区属性( 多边形， 指它的发射覆盖范围) 。 2 1 3 网络中g i s 软件面临的问题 尽管o g c 为解决g i s 软件的互操作问题提出了不少规范，但这些众多的 g i s 系统在网络中还是没有很好的解决资源共享的问题。这里的资源是指地理信 息、地理信息服务功能以及地理测量处理设备等在内的广义资源。共享不仅是数 据的共享、传输，更指数据的进一步互操作性：对数据的处理、安全的使用计算 资源、各种地理测量处理设备。这些是以前g i s 系统难以实现的，因为网络中的 各个g i s 系统具有以下特征”。： ( 1 ) 系统异构性。异构性是指存储和管理空间数据的系统可以是文件系统或 各种类型的数据库系统。空间信息资源处理系统可以是基于不同操作系 统的不同厂家生产的地理信息系统。总之，硬件体系的不同、操作系统 的各异、数据库系统和地理信息系统的差异，导致了网络中空间信息资 源系统的异构性。空间数据的异构性决定未来的g i s 不可能是一个独立 的平台，而是一个开放的系统。 ( 2 ) 空间分布性。网络化的发展导致空间信息资源在空间分布上越来越走向 分布，空间信息资源分散在网络中的各个结点，没有一个资源的拥有 者会拥有地球上全部的海量空间信息资源。数据的分布性决定了未来 g i s 在服务上的分布性。 ( 3 ) 时间动态性。空间信息是与时间密切相关的资源，空间信息会随着时间 的演化而改变，所以空问信息是时态数据。要满足时态数据存储和处理 的需求，需要尽可能地整合分布式存储资源和计算资源为一个虚拟统 一系统环境。 ( 4 ) 空间信息的多源性。空问信息来源是多种多样的，有不同遥感平台不同 传感器采集的不同分辨率的遥感图像数据，有地图扫描矢量化数据，有 野外利用各种测量仪器直接测绘数据。不同来源的数据信息可以互相补 充，但由于标准化工作的滞后，导致信息孤岛的存在。信息的多源性要 求未来g i s 必须提供一套元数据管理工具。 6 中山大学硕二l 论文 面向网格服务的w m s 适配器 ( 5 ) 信息容量的海量性。空间信息每天都在以t b 级的速度在增长，未来g i s 需要提供分布式协同计算的能力以满足海量空间信息处理的需求。 ( 6 ) 存储格式的多样性。数据生产者手中的空间数据存储格式五花) k f 5 ，有 几十种不同的格式。 由上可见，要实现网络中的g i s 的信息共享，光是g i $ w e b s e r v i c e 还不能 很好的解决这个难题。一个新的架构的g i s 服务系统需要被提出来，而且这个系 统将不再是种孤立的软件，丽是一个依存于互联网的分布式服务系统。 2 2 网格计算 2 2 1 什么是网格计算 网格( g r i d ) 概念产生于9 0 年代中期【6 j 【7j ，是从电力网( p o w e r g r i d ) 概念 借鉴过来的。在早期，网格的最终目标是期望能够像使用电力一样方便地使用分 布在网络上强大而丰富的计算能力，而不用理会这种计算力是在哪个地点、以何 种形式产生的。 i f o s t e r 发表了一篇经典的文章网格解剖学支持可伸缩的虚拟组织 ( t h ea n a t o m yo f t h eg r i d ：e n a b l i n gs e a l a b l ev i r t u a lo r g a n i z a t i o n s ) m j ，该文对 网格进行了定义： 网格就是动态地在多个虚拟组织间的资源共享和协同解决问题。 可是关于网格的界限划分还是很不清晰。2 0 0 2 年，i f o s t e r 撰写的什么 是网格? 三点检验标准( w h a ti st h eg r i d ? at h r e ep o i n tc h e c k l i s t ) 一j 提出判断 一个系统是否是一个网格的3 点原则： 1 ，不以中央控制方式协调资源； 2 、采用标准的、开放的、通用的协议与接口； 3 、提供能满足复杂应用需求的服务质量。 可见网格计算是一种利用互联网把广泛分布的各种计算资源互连在一起的 新型技术，这些计算资源可以包括各种实体对象，比如超级计算机、计算机集 群、存储系统以及可视化系统等等。目前，网格技术被看作是继传统因特网、w e b 之后的第3 次互联网浪潮，也被称为第3 代因特网应用，其主要特点是通过提供 资源级的共享，从而消除信息孤岛、实现应用程序在更高层次上的交互与协作。 目前，在网格计算的研究上对信息与知识孤岛的消除、实现对它们的共享也已成 为一个研究的侧重点。因此，目前网格计算主要可以分为计算网格、信息网格与 知识网格3 个层次。 中山大学硕上论文 面向网格服务的w m s 适配器 2 2 1 1 网格的应用与研究情况 网格技术的出现很大程度上是现代各种科技共同发展的一种必然结果。网格 计算的概念一经提出，很快就受到了世界各国政府及相关组织的高度重视。在政 府方面，目前很多发达国家都己在这方面投入了大量的研究资金来资助相应的 研究计划，比如美国的“全球信息网格”和英国的“英国国家网格”等。而在企 业方面，i b m 和s u n 等商业公司则期望能将这种超级计算能力引入到众多企业 的日常办公领域，使在这些企业中由传统计算机独立计算无法胜任的关键性计 算任务能够得以实现。目前，在已有的成果中，比较重要的是由欧美的4 大计算 机中心和6 大高能物理计算机基地共同组建的国际性的网络技术环境，它们之间 以1 g b p s 以上的带宽通道互相连接。我国在网格方面的研究也加大了相应的投入， 科技部将通过8 6 3 计划“高性能计算”专项的形式，在“十五”期间支持网格的 研究和应用工作| 1 0 】。 用户使用网格的情况如图2 2 所示【“j 。 图2 - 2用户使用列格门户 用户只要登陆j = f q 户网站( 也许只要代理，甚至多重代理) ，就可以使用各 种计算资源，而无需关心这些资源在哪里，它们是如何工作的等一系列细节问题， 这样就可以完成单台计算机难以完成，甚至不可镌完成的任务，而且可以充分使 用各种计算资源。 中山大学硕士论文面向时格服务的w m s 适配器 2 2 2o g s a 简介 2 2 2 1 几个相关概念 一个网格包含了一大批异构的资源，重要的是，这些资源以众所周知并且一 致的方式进行交互和运转。正是这种交互以及不同资源所提供的组件之间的互操 作性，爿是开放标准的需要，并因此促进了开放网格服务体系结构( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c h u r e 。o g s a ) 【i2 】的出现。在介绍o g s a 之前，我们先解释几个基 本概念及其相互关系，如图2 3 【i 。 图2 3o g s a 、o g s i 及g t 3 的关系 1 ) o g s a 定义网格服务：o g s a 定义了什么是网格服务，网格服务能做什么， 网格服务是基于什么技术的，但o g s a 并没有给出实现的详细定义。 2 ) o g s i 1 4 1 详细定义网格服务：o g s i ( o 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 ) 为o g s a 中的概念给出正式和详细的定义，当然也包含了对网格服务的详 细定义。 3 ) g t 3 是o g s i 的实现：g t 3 ( g l o b u st o o l k i t3 ) 是对o g s i 所定义的概念的 全部实现。 4 ) 网格服务基于w e b 服务：网格服务是对w e b 服务的扩展。 2 2 2 2o g s a 的体系结构 o g s a 是由g l o b a lg r i df o r u m ( g g f ) 制定的，下面介绍一下o g s a 的目标，结 构，它与w e b 服务以及面向服务的体系结构之间的关系，通过这些来说明为什么 中山大学颁十论文 面向网格胜务的w m s 适配器 o g s a 可能解决g i s 中遇到的信息共享的问题，甚至更高层次的应用。 o g s a 的目标： 跨分布式异构平台管理资源。 交付无缝的服务质量。网格的拓扑结构通常十分复杂，而且网格资源的交互 往往是动态的。有一点很重要，即网格可以提供健壮的后台服务，比如授权、 访问控制和委托。 为自治管理解决方案提供公共基础。网格可以包含许多资源，还有大量的配 置组合、交互以及状态与故障模式的改变。对于这些资源来说，一些智能自 动调节与自治管理方式是必不可少的。 定义开放的、已公布的接口。o g s a 是一种由g g f 标准集团进行管理的开放式 标准。为了不同资源的互操作性，网格必须构建在标准接口及协议上。 利用行业标准的集成技术。o g s a 的创始者很有远见的利用了现有的解决方 案。使用w e b 服务作为o g s a 的基础。 o g s a 的体系结构主要分为四个层次：物理与逻辑资源、定义网格服务的w e b 服务与o g s i 扩展、基于o g s a 架构的服务与网格应用程序( 如图2 4 ) 【1 5 】。 图2 4o g s a 的主要架构 下面介绍这些层： 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，物理资源还包括服务器、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 1 0 中山大学硕十论文 面向嘲格服务的w m s 适配器 这里有一条重要的0 g s a 原则：所有网格资源( 逻辑的与物理的) 都被建模 为服务。0 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。0 g s i 利 用诸如x m l 与w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ， w s d l ) ，为所有网格资源指定标准的接口、行为与交互。0 g s i 进一步扩展了w e b 服务的定义，使其具有提供了动态的、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。 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 基于架构的网格服务。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 ) 。 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。 从这里我们可以看到，o g s a 设计的核心思路就是结合网格计算整合异构 资源的优势* 日w e b 服务把一切应用都抽象为服务的统一表示方法，为分布式应 用的设计人员透明地解决分布式异构环境下发现、动态服务创建、生命周期管理、 通知、可管理性、命名、可升级、认证和可靠调用等一系列与其体业务逻辑无关 的问题，从而使开发人员能集中精力解决特定的商务逻辑。 o g s a 是面向服务的体系结构，在o g s a 中所有的计算资源、存储资源、 网络、程序、数据库以及其他类似的资源都被表示为服务。这其实是一种抽象， 将资源、信息、数据等统一起来，有利于灵活的、一致的实现动态共享，也使得 分布式管理有了标准的接口和行为。 为了使服务的思想更加明确和具体，o g s a 定义了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 。 网格服务是一种w e b 服务，该服务提供了一组接口，这些接口的定义明确并且 遵守特定的惯例，解决服务发现、动态服务创建、声明周期管理、通知等问题。 这种以服务为中心的模型具有如下好处： 由于网格环境中所有的组件都是虚拟的( 这里具体是指对相同接口不同实 现的封装) ，因此通过提供一组相对统一的核心接口，所有的网格服务都 是基于这些接口实现，就可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别 的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。 虚拟化也使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为可能，在 服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以底层资源组成为基础在虚拟 组织中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化，可以将通用的服务语义和 行为无缝地映射到本地平台的基础设施之上。 中山大学硕_ l 论文 面向刚格服务的w m s 适配器 2 3 g i s 与网格的结合 从前面对o g s a 的介绍可以知道，o g s a 的设计结合了以下两点：一是利 用了网格计算整合异构资源的能力；二是利用w e b 服务将一切应用都抽象为服 务的统一表示方法。由此解决异构环境下的资源共享，实现程序间高层次的交互 与协作。对于o g s a 来说，同样也可以将g i s 应用抽象成服务。 我们可以将g i s 系统包装成网格服务，本文称之为g i s 网格服务( 取自文 献 2 的叫法) 。这些g i s 网格服务处于o g s a 的应用程序层，利用g w s d l ( g r i d w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 描述g i s 功能，对外发布；利用w e bs e r v i c e 的技术与其他应用系统交互和集成，解决了异构系统通信和互操作问题：而这些 g i s 网格服务用g m l 来交流信息，实现相互间的信息理解。图2 - 5 展示了服务使 用者与g i s 网格服务的信息交流方式。 l 匿囊鎏鋈图ll 匿鋈誓墨霞 l 圈r 圈| l r 置 l 重：= = ：蚕! 巨：至l 沁 娥骚v 溢_ i !| | ：i 黼。：舔舔舔_ j i | | + “硅三三二三三至“ 图2 - 5 服务使用者与g i s 网格服务的信息交流 通过将6 i s 系统包装成网格服务，且使用g m l 作为信息编码方式，可以解决 前面提到的g i s 应用面临的问题，实现网络中的g i s 的资源共享。由于是网格服 务，可以利用基于0 g s a 的网格基础设施，如工作流、安全性保证、数据服务等 功能强大的网格服务，更好的解决g i s 中的问题。 利用网格技术，不但6 i s 系统可以包装成网格服务，各种昂贵的传感设备， g p s 定位仪器等各种g i s 设备都可以抽象成网格服务，集成到各种应用中，有利 于实现6 i s 与r s 、g p s 的一体化，从而推出各种创新性的g i s 应用。 更进一步，我们可以重新设计g i s 的体系结构，将需要超级计算能力、超级 存储能力的部分从原有g i s 系统分拆出来，用网格服务来完成这些功能，那么可 以想象，g i s 应用必然发展到一个新的境界，创造出更大的经济效益与社会效益。 1 2 中山大学硕上论文 面向网格服务的w m $ 适目b 器 第3 章基于w m s 的地图发布技术 3 1w e b m a p s e r v i c e 3 1 1o w s 为了能创建可互操作的空间信息服务，与其他商业应用集成，o g c 提出了 o w s 规范集，图3 1 展示了0 w s 框架中的组件及其交互【”1 。 图3 to g cw e bs e r v i c e 框架中的组件 在o w s 框架中，o g c 把所有在w w w 环境下的空间服务分为三类： 数据服务( d a t as e r v i c e s ) 图像服务( p o r t r a y a l s e r v i c e s ) 处理服务( p r o c e s s i n g s e r v i c e ) 在这些空间服务的基础上，o w s 定义了一个注册服务( r e g i s t r y s e r v i c e s ) ， 其功能是支持空间服务的发布。位于图3 1 的最上层的是应用集成客户端( i n t e g r - a t e d a p p l i c a t i o n c l i e n t ) ，它集成了多源的空间服务，为最终用户实现具体的应用 逻辑。此外，o w s 对于服务之间所传递的信息的格式也进行了规范化，这些子 规范被包括在e n c o d i n g s 模块当中。 到目前为止，上述o w s 框架中已经定义完全的模块主要包括以下三个服务 规范子集： 中山大学碗士论文 面向嘲格服务的w m s 适配器 w e b 地图服务( w e bm a ps e r v i c e ，w m s ) w e b 覆盖服务( w e b c o v e r a g es e r v i c e ，w c s ) * w e b 特征服务( w e bf e a t u r es e r v i c e ，w f s ) 图3 - 2 描述了这些规范的包继承关系1 9 1 。 6 e i , c a p a b l i d l a 3 1 2w m s 图3 - 2o w s 中三个主要规范的包继承关系 在o w s 框架中，w m s 是图像服务( p o r t r a y a ls e r v i c e s ) 中的一种。它的功 能是根据地理信息数据构造地图的服务。这里我们说的“地图”是地理信息数据 的一种可视化的表现形式，而不是指这些数据本身。地图可以渲染成p n g ( p o r t 曲l en e t w o r k g r a p h i c s ) 、j p g ( j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p ) 等标量图 形的形式，也可以是s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 、c g m ( c o m p u t e rg r a p h i c s m e t a f i l e ) 等矢量图形的形式。w 曲地图服务实现规范规定了客户端应该如何 发送请求，服务器端如何将数据表达出来。w 曲地图服务实现规范定义了三种基 本的操作l 2 2 1 ： g e t c a p a b i l i t i e s 获得服务级的元数据，这些元数据可以被机器和人阅读( 通常是x m l 的 形式) ，描述了服务提供的数据，以及服务接受的请求参数： 1 4 中山大学硕士论文 面向网格服务的w m s 适配器 g e t m a p 获得地图图象 g e t f e a t u r e l n f o 获得地图上某一特定位置的特征数据 在这三个操作里，前两个操作是w e b 地图服务所必须，而最后一个操作是 可选的。客户端可以通过发送u r l 请求的方式来调用这些操作获得服务。 w e b 地图服务需要将它所保存的地理信息数据进行分类，划分成不同的层 ( l a y e r ) ，并预定义一系列的样式( s t y l e ) 来显示这些层。在大多数的情况下， 这些层和样式是在服务器端定义好的，并对外发布供用户访问。o g c 的定制层 描述符规范( s t y l e dl a y e rd e s c r i p t o rs p e c i f i c a t i o n ，s l d ) 允许用户使用自己的特 征符号来访闯数据，丽不是用服务定制好的层。换句话说，s l d 允许w m s 根 据用户的要求，从w e b 特征服务( w e bf e a t u r es e r v i c e ，w f s ) 中获得特征数据， 并进行渲染显示。 3 2 基于w m s 的地图发布技术 前面我们已经提到，o w s 已经完成了三个规范的定义：w m s 、w c s 和w f s 。 这其中以w m s 最为简单并且易于实现，同时它又能提供强大的地图服务功能， 因此得到行业里的广泛使用。l m e r g r a p h 公司和e s r i 公司都分别实现了w m s 。 考察当前的w m s 实现技术，主要包括两种形式： 1 通过基于h t t p 协议的w e b 页面，实现地图浏览； 2 通过w e b 服务的方式在应用程序里集成地图服务的各种相关功能。 但是，采取这两种途径的w m s 实现都存在着一定的局限性： 1 w e b 页面的形式其使用功能比较单一，不能在应用程序里进行集成。 2 w 曲s e r v i c e 的形式则由于其自身的体系结构，使得它在服务质量 ( q o s ) 、安全控制和动态变更等方面存在很大的局限，从而不利于在应 用程序旱进行集成使用。 3 至今w m s 只绘出使用h t t pg e t 方式访问w m s 服务器的规范，该方 式存在一些影响其功能的缺陷：难以向服务器发出结构化的参数；由于 h t t p 的u r l 有长度限制，所以可能无法将所有的请求参数表示出来。 4 用户集成w m s 时只能自己编写桩代码，十分不利于与其他应用的集成。 因此，我们在w m s 的基础上，针对现有的实现技术，提出了一种改进的地 图发布技术。这种技术主要是通过提供一个地阁服务适配器，把原有的w e b 地 图服务器升级为g r i d 地图服务器，通过一个统一的接口向网格内的其他节点提 中山大学硕士论文 面向刚格服务的w m s 适配器 供该服务器原有的地图服务功能。同时，由于这些接口被封装成g r i d 服务的形 式，因此它可以进一步通过实现现有网格工具的接口而利用网格环境里的基础设 施，从而在服务质量( q o s ) 、安全认证和动态变更等方面对地图发布服务进行 有效控制，从而便于在应用系统中对这些服务进行集成。同时也使得原有的w e b 地图服务器的功能得以延伸到网格上，为更大规模的地图共享提供了一种资源映 射手段。图3 3 显示了该适配器的一个具体应用场景。 图3 - 3g i s 网格应用体系结构 现在简单说明一下该应用中有关的各个部分。 客户端：是用户与系统直接交互的部分。该客户端或者是网络浏览器，或者是客 户端程序，它提供操作g i s 网格服务的界面。用户可以进行各种查询地图、浏览 1 6 中山大学硕+ 论文 面向网格服务的w m s 适配器 地图、更新地图等操作，而无需理会实际的实现细节。 g i s 应用系统e ：这是表示不同的g i s 遗留系统，他们提供基础的g i s 服务。在 本系统中，他们只是提供图层，以及相关的操作服务，但我们要求它是符合 o p e n g i s 规范的，以利于不同系统的信息共享和互操作性。这些遗留系统与上层 的网格服务通过s o a p 或d c o m 等技术进行交互，上层的网格服务调用这些遗 留系统的功能。 g i sw e b 服务f ，g ：这是表示那些提供o g cw e bs e r v i c e 的系统，上层网格服 务通过h t t p 协议跨越w w w 对该服务进行访问。 遥感器和g p s 定位系统：这里表示