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网格已经成为当前国际计算机技术研究的热点和前沿领域,它代表了继Internet和Web之后的第三次浪潮。随着我国教育信息化的飞速发展,网络上的教育资源日渐增多。但目前绝大部分的教育资源分散在各个学校或局部地区的资源数据库中。为了在最大限度利用已有教育资源(如课件、教案、论文、试题,素材等),避免重复开发,达到资源共享,本文结合网格技术,提出基于网格的教育资源共享系统的设计思想,有效地实现教育资源的共享。
1 网格概述
网格是借鉴电力网(electric power grid)的概念提出来的,它就是一个集成的计算与资源环境,或者说是一个计算资源池。简单地讲,网格能够把整个互联网集成为一台巨大的超级计算机,实现全球范围的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源甚至是人才等相关的广泛分布的各种资源的全面共享。共享和协作是网格的基本理念。
2 基于网格的教育资源共享体系结构
目前,在我国教育领域存在教育资源管理分散、资源重复开发购置,以及资源利用率不高和资源整合困难等问题。利用网格技术,教育资源封装成为网格服务,通过构建开放性的学习环境和广域的教育资源共享环境,可以实现教育资源的共享与协作,促进跨部门、跨行业的合作与交流,提高整体教学和科研水平。
“五层沙漏结构”和开放网格服务体系结构OGSA是2个比较重要的网格结构体系。在“五层沙漏结构”和OGSA结构的基础上,提出基于网格的教育资源共享体系结构。该体系结构模型自底向上分为5层,最底层是基础设施层,提供基本的网络支撑环境和各种需要被共享的逻辑资源和物理资源,基本面向服务体系结构层提供SOA(simple object access protocol)的基本实现环境。
网格中间件层是网络体系结构的核心。网格中间件是网格基础设施的关键部分,它屏蔽网络计算资源的异构性,支持网络计算资源的统一管理、分布调度与安全控制。网络中间件层包括基于SOA的中间件,它为共享与协作等网络特性提供支持。消息中间件(MOM)、服务聚合、数据中介服务、网格信息服务和可靠数据传输等是服务网格的核心中间件。
共享与协作是网格系统的的根本特征,跨组织广域大范围资源协调与问题解决是网格应用的主要目的。针对资源的分布性、存放的普适性以及完成大协作任务的多资源动态分配问题,需要在统一的调度框架下协调资源的使用以优化系统整体性能。协作上下文管理为群组协同任务的解决提供上下文信息共享空间。在资源共享环境中,通过语义标注和语义查询服务,借助消息中间件和服务聚合等中间件的支持,基于发布/订阅通知机制以及概念检索模型实现学习资源的推拉服务。
最上层是领域应用层,它面向特定的应用领域,如E-Learning、远程教育等。
3 实现的关键技术
实现基于网格的教育资源共享模型的关键技术是如何为用户提供一个安全可靠的协同工作环境,负责管理与调度广域异构节点的计算能力与信息资源,为用户提供单一映象的系统,保证用户透明地操作和访问网络资源,支持多编程环境的协同计算与应用服务。正如元计算专家L. Smarr和C. E. Catlett所认为的那样:最终,除了一台摆在桌面上的计算机外,用户将察觉不到对其他计算机资源的使用,因为系统拥有通过网络延伸并获得任何所需计算资源的能力。
3.1 网格标准的制定正如TCP/IP协议是因特网的核心一样,构建网格计算也需要对标准协议和服务进行定义。我国在网格计算技术方面,迄今为止还没有正式的标准,但在核心技术上,相关机构与企业已达成一致——由美国Argonne国家实验室与南加州大学信息科学学院(ISI)合作开发的Globus Toolkit软件包已成为网格计算事实上的标准。
3.2 安全控制网格环境下数据安全保障尤为重要。网格应用的最大难题是系统的安全性。由于网格的节点位于不同地区,节点间如何安全地共享数据资源,如何保证共享数据的完整性是要着重解决的问题。网格安全主要包括网格系统安全、数据传输安全、信息存储安全等。在构建完善的安全机制的同时,还要避免安全验证耗费过多的系统资源。
4 结论
综上所述,网格强调的是全面地共享资源,全面地应用服务,所以将网格技术应用到教育领域,对于构建大规模教育资源共享平台,避免重复建设,降低教育信息化的成本,推进教育信息化的发展,具有深远的社会意义。
参考文献
[1]桂小林.网格技术导论[M].北京:北京邮电大学出版社,2004
[2]许骏,等.网格计算与e-LearningGrid:体系结构、关键技术、示范应用[M].北京:科学出版社,2005:3-4
[3]林昌意.网格环境下资源共享的关键技术[J].微计算机信息,2007(02):133-135
[4]刘保国,刘新.基于网格的资源共享系统研究[J].制造业自动化,2007(08):33-36
[5]都志辉,陈渝,刘鹏.网格计算[M].北京:清华大学出版社,2002:1-19
1 网格概述
网格是借鉴电力网(electric power grid)的概念提出来的,它就是一个集成的计算与资源环境,或者说是一个计算资源池。简单地讲,网格能够把整个互联网集成为一台巨大的超级计算机,实现全球范围的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源甚至是人才等相关的广泛分布的各种资源的全面共享。共享和协作是网格的基本理念。
2 基于网格的教育资源共享体系结构
目前,在我国教育领域存在教育资源管理分散、资源重复开发购置,以及资源利用率不高和资源整合困难等问题。利用网格技术,教育资源封装成为网格服务,通过构建开放性的学习环境和广域的教育资源共享环境,可以实现教育资源的共享与协作,促进跨部门、跨行业的合作与交流,提高整体教学和科研水平。
“五层沙漏结构”和开放网格服务体系结构OGSA是2个比较重要的网格结构体系。在“五层沙漏结构”和OGSA结构的基础上,提出基于网格的教育资源共享体系结构。该体系结构模型自底向上分为5层,最底层是基础设施层,提供基本的网络支撑环境和各种需要被共享的逻辑资源和物理资源,基本面向服务体系结构层提供SOA(simple object access protocol)的基本实现环境。
网格中间件层是网络体系结构的核心。网格中间件是网格基础设施的关键部分,它屏蔽网络计算资源的异构性,支持网络计算资源的统一管理、分布调度与安全控制。网络中间件层包括基于SOA的中间件,它为共享与协作等网络特性提供支持。消息中间件(MOM)、服务聚合、数据中介服务、网格信息服务和可靠数据传输等是服务网格的核心中间件。
共享与协作是网格系统的的根本特征,跨组织广域大范围资源协调与问题解决是网格应用的主要目的。针对资源的分布性、存放的普适性以及完成大协作任务的多资源动态分配问题,需要在统一的调度框架下协调资源的使用以优化系统整体性能。协作上下文管理为群组协同任务的解决提供上下文信息共享空间。在资源共享环境中,通过语义标注和语义查询服务,借助消息中间件和服务聚合等中间件的支持,基于发布/订阅通知机制以及概念检索模型实现学习资源的推拉服务。
最上层是领域应用层,它面向特定的应用领域,如E-Learning、远程教育等。
3 实现的关键技术
实现基于网格的教育资源共享模型的关键技术是如何为用户提供一个安全可靠的协同工作环境,负责管理与调度广域异构节点的计算能力与信息资源,为用户提供单一映象的系统,保证用户透明地操作和访问网络资源,支持多编程环境的协同计算与应用服务。正如元计算专家L. Smarr和C. E. Catlett所认为的那样:最终,除了一台摆在桌面上的计算机外,用户将察觉不到对其他计算机资源的使用,因为系统拥有通过网络延伸并获得任何所需计算资源的能力。
3.1 网格标准的制定正如TCP/IP协议是因特网的核心一样,构建网格计算也需要对标准协议和服务进行定义。我国在网格计算技术方面,迄今为止还没有正式的标准,但在核心技术上,相关机构与企业已达成一致——由美国Argonne国家实验室与南加州大学信息科学学院(ISI)合作开发的Globus Toolkit软件包已成为网格计算事实上的标准。
3.2 安全控制网格环境下数据安全保障尤为重要。网格应用的最大难题是系统的安全性。由于网格的节点位于不同地区,节点间如何安全地共享数据资源,如何保证共享数据的完整性是要着重解决的问题。网格安全主要包括网格系统安全、数据传输安全、信息存储安全等。在构建完善的安全机制的同时,还要避免安全验证耗费过多的系统资源。
4 结论
综上所述,网格强调的是全面地共享资源,全面地应用服务,所以将网格技术应用到教育领域,对于构建大规模教育资源共享平台,避免重复建设,降低教育信息化的成本,推进教育信息化的发展,具有深远的社会意义。
参考文献
[1]桂小林.网格技术导论[M].北京:北京邮电大学出版社,2004
[2]许骏,等.网格计算与e-LearningGrid:体系结构、关键技术、示范应用[M].北京:科学出版社,2005:3-4
[3]林昌意.网格环境下资源共享的关键技术[J].微计算机信息,2007(02):133-135
[4]刘保国,刘新.基于网格的资源共享系统研究[J].制造业自动化,2007(08):33-36
[5]都志辉,陈渝,刘鹏.网格计算[M].北京:清华大学出版社,2002:1-19