网格技术在博物馆中的应用潜力

PAGE2PAGE5网格技术在博物馆中的应用潜力孟中元一、网格的定义及其网格技术的相关问题网格的概念产生于90年代中期，是从电力网（PowerGrid）借鉴过来的，最终目的是希望人们能够像使用电力一样方便地下载、使用分布在网络上丰富的信息、数据以及强大的计算能力。所谓网格(Grid)，是指将机群、超级计算机、大规模存储系统、数据库以及其他地理上分散的特殊仪器设备，甚至个人计算机等所有的计算资源、存储资源、软件资源、通信资源、信息资源、知识资源等连接起来作为单个统一资源使用，从而能够方便快捷地解决各种复杂的问题。就网格的本质而言，它是由网格节点、数据库、贵重仪表、可视化设备、宽带主干网和网格软件组成。在硬件方面网格能够将地理上分布在不同地方的网络、计算机、数据库、传感器等远程设备硬件资源连接起来，把分散在不同地理位置的信息资源和计算机软硬件设备资源组织成一台虚拟超级计算机，实现计算资源、存储资原、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和协同工作。在软件方面网格就像一个中间件，它将各种硬件和软件资源有机地集成起来，以便使这些不同的部件能够协同运作。网格代表下一代互联网技术，其最终目标是将万维网(WorldWideWeb)升华为全球大网格(GlobalGreatGrid)。对网格的定义中可以看出，网格是一种技术，它的目标是资源共享和分布协同工作，它是集成了计算机、数据、设备和服务等资源的基本设施。网格包括计算网格、数据网格、信息网格、知识网格、商业网格。网格满足的条件是：在非集中控制的环境中协同使用资源；使用标准的、开放的和通用的协议和接口；提供非平凡的服务。网格的技术特征包括：

资源共享，消除资源孤岛；协同工作；通用开放标准，非集中控制，非平凡服务质量；动态功能、开放系统、单一系统映像。（一）网格与互联网的关系：第一代Internet通过TCP/IP协议使全世界的计算机连接在一起，实现了计算机之间的数据通信；第二代Internet则通过Web信息服务，实现了全球网页的连通；被称为是第三代互联网的网格实现了互联网上所有资源的全面连通；网格在作为操作系统的网格中间件的作用下，形成虚拟计算组织，用户可以在全球任何地方透明地使用计算、存储、通信、软件、信息、知识、专家等资源。互联网通过电子邮件、网页浏览等通信功能为人们提供信息服务，网格技术强调实现计算资源、存储资原、数据资源、信息资源、软件资源、通信资源、知识资源、专家资源资源广泛共享，并且这种共享具有互操作性，是高度可控的。（二）网格计算的架构：正如互联网的核心是TCP/IP协议一样，网格技术也有标准协议和服务。在核心技术上，由美国开发的GlobusToolkit已成为网格计算事实上的标准。目前比较有影响的网格体系结构有五层沙漏结构、开放网格服务体系结构OGSA(OpenGridServicesArchitecture)、开放网格服务基础结构OGSI(OpenGridServicesInfrastructure)和我国的织女星网格体系结构。其中开放网格服务体系结构OGSA最具影响。由Globus联盟定义的开放式网格服务架构（OGSA）是一个有四层的模型：•用户应用层•集群服务层：它包括目录处理，诊断和监测•资源和协议层：和服务器、网络进行连接的资源和连接协议•构造层：网络上的所有设备―存储、计算机、连接、传感器等。用户应用层和构造层是我们比较熟悉的，中间的两层被定义为网格。一台微机系统可以分成三个层次，即硬件、操作系统、界面和应用三层。网格也有这三层，我们可以把网格系统自下而上地分为三个基本层次：硬件层面（资源层）、网络操作系统层面（中间件层）以及应用层面。网格资源层是构成网格系统的硬件基础，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，这些计算资源透过网络设备连接起来。网格资源层实现了计算资源在物理上的连通，从逻辑上看这些资源仍然是孤立的，资源共享问题仍然没有得到解决。因此，必须在网格资源层的基础上透过网格中间件层来完成广域计算资源的有效共享。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。网格中间件层也称为网格操作系统，它同时需要提供用户编程接口和相应的环境，以支持网格应用的开发。网格应用层是用户需求的具体体现。在网格操作系统的支持下，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。（三）网格技术的研究现状：网格技术研究起源于美国，全球应用最广、最成熟的网格操作系统Globus源于美国。Globus项目旨在开发一个面向科学计算的基本软件基础设施，把不同地理位置上的计算资源和信息资源集成起来。该项目还包括研究网格计算的关键理论，如资源管理、网格安全、信息服务、数据管理等，开发支持网格计算的工具软件和网格应用程序，帮助规划和组建大型的网格试验平台。我国对于网格的建设从1995年开始，中国科学院计算所就建立了专门的网格研究队伍，开始研究与网格相关的技术，并成功开发了多个版本的信息一体化平台。计算所网格研究的最大特色是“服务网格”的思想，而国际上的网格研究目前主要面向科学计算。目前，我国已开展了“中国国家网格”、“教育科研网格”、“织女星网格”和“先进计算基础设施北京、上海试点工程”等5大网格项目的研究。尽管网格的概念、技术及应用还不成熟，但建设、发展网格业已成为热点。（四）网格技术的特点及优势：网格在技术上的优势是很明显的，网格对信息的巨大处理能力为全球范围的信息一体化服务构建了平台。网格不仅能够实现资源的高度共享，避免大量的重复建设，同时将大幅提升网络的性能和信息服务工作效率。网格的根本特征并不在于它的规模，而是通过资源共享消除资源孤岛。（1）高性能。网格比现在的互联网带宽更高，网格采用的广域缓存技术能自动地把用户最需要的信息放在离用户最近的服务器上。网格能高效使用存在于互联网上的各种资源。（2）一体化。网格通过众多网格节点将所有资源联成一个整体，用户使用的是一个网格整体，所有服务请求向网格发出，而不是某个网站或某台服务器。网格在逻辑上就像一台机器，用户使用网格上的各种资源，就像使用个人计算机那样方便。(3)信息、知识生产。互联网只是信息传递和共享的工具，用户只能获取和使用有限的信息资源，而不能通过互联网本身进行知识再加工，而网格支持信息和知识的自动生产，并且可以进行知识的再生基于网格技术的大学数字博物馆项目为我国博物馆之间通过网格技术进行互通、互联、资源共享积累了经验，为今后我国实现网格环境下的数字博物馆资源共建、共享指明了方向。未使用网格技术的数字博物馆都是独立在一个个空间中，每个数字博物馆无论从内容上还是形式上都是独立的，单独存在的，没有实现资源的有机互连互通和信息的有效整合与共享，存在资源孤岛现象，需要登录到一个个博物馆的网站的网址才能浏览。使用了网格技术后的数字博物馆系统，可以对信息资源进行有效的整合，实现了网上各个博物馆之间的资源共享。通过数字博物馆网格，将分散在各个数字博物馆的大量资源整合起来，实现资源的有机互连，互通、共享，用统一的一站式的统一的界面进行登录，使用者不用了解背后的技术就可以很方便地检索和浏览各个数字博物馆中的内容，大大节约了时间。5.网格GIS在考古学研究及文化遗产管理中的应用：地理信息系统(GIS)是地理信息科学研究的一个重要手段。它是一个集采集、存储、管理、查询、分析和显示为一体的计算机综合信息系统。GIS是以数字化的形式反映人类社会赖以生存的地球空间的现势和变迁的各种空间数据以及描述这些空间数据特征的属性，以模型化的方法来模拟地球空间对象的行为，在计算机软、硬件的支持下，以特定的格式支持输入/输出、存储、显示以及进行地理空间信息查询、综合分析、辅助决策的有效工具。将GIS应用于考古学研究开始于20世纪80年代初，主要集中于欧洲和北美。我国GIS技术在考古领域里的主要成果均集中在与遥感技术结合应用方面，以期从宏观上准确地把握文物埋藏地点的空间分布规律。目前国内外考古应用GIS技术主要有四个发展趋势：一是把虚拟现实、可视域分析等技术应用于考古研究，解决如何快速获取面对的研究区域的大量三维空间数据问题；二是将三维可视化技术应用于考古研究，根据已有的散乱的、片面的、局部的三维空间数据构建出研究区域的三维空间模型，恢复古人类活动的古地形、古环境；三是将遥感与GIS相结合应用于考古研究，用遥感技术解决大范围的、宏观的考古学问题；四是将网格技术与GIS结合起来，在网格环境下分析、管理考古调查与考古发掘信息进行考古学研究。随着网络技术和地理信息技术的发展，GIS经历了基于Client/Server模式的GIS，基于Browser/Server模式的WebGIS和基于网格环境的GridGIS的发展阶段。第三代网络技术—网格技术的提出和发展对GIS的发展更带来了长远的影响。GIS的发展需要对大量的地理信息进行并行计算处理，由于WebGIS的数据分布在Internet上是高度异构的，且在并行计算处理表现出不足，因而发展到网格技术与GIS的结合的GridGIS。GridGIS能够在网格环境通过硬件和软件技术上操作实现空间信息网格化。GIS通过网格技术使功能得到了延伸和拓展，从网格上的任意一个节点，可以访问网格上的各种分布式的、具有超媒体特性的地理空间数据及属性数据，进行地理空间分析、查询，并能对复杂空间问题进行并行计算，以辅助和支持决策。GridGIS是利用现有的网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。GridGIS是基于网格计算的，对涉及到大量空间分析计算的问题，GridGIS具有并行计算的能力，它可存储和管理更大数量的空间信息，并有能力在大量用户同时通过网格对其进行访问时能快速响应，具有更强的地理空间信息共享、地理信息发布、空间分析、模型分析的功能。通过对空间信息网格化和超媒体技术的集成，GridGIS提供给用户的信息不仅仅是矢量化的空间信息，还有动态视频、遥感影像、文字说明等多种信息。参考文献[1]刘军华，刘圆圆：《网格技术在图书馆的应用研究》，《情报杂志》，2006年第11期[2]王铮，吴兵：《GridGIS—基于网格计算的地理信息系统》，《计算机工程》，2003年3月[3]张宏伟，张振海：《CNKI网格资源共享平台—基于知识网格的门户式数字图书馆解决方案》，《现代图书情报技术》，2005.4[4]中国IT实验室:《网格技术的构架、特点及其管理》，/2007/0916/509881.shtml[5]胡太元：《基于网格的数字图书馆信息资源管理研究热》，/Article_Show.asp?ArticleID=7328[6]《中国缘何要建教育科研网格》，/o/2004-11-10/08564194586s.shtml，2004年11月10日新华网[7]《网格的硬件机遇》，/roll/2004-04-01/1338342602.shtml，2004年04月日，

赛迪网-中国计算机报[8]程杰，李江，陈宇玺：《网格技术