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1網(wǎng)格技術

1.1網(wǎng)格的概念

網(wǎng)格是一個集成的計算與資源環(huán)境。IanFoste和CarlKesselman指出:“網(wǎng)格是構筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新技術,它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設備等等資源融為一體,為科技人員和普通百姓提供更多的資源、功能和交往互性?；ヂ?lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽的通信功能,而網(wǎng)格更多更強,它還能讓人們透明地使用計算、存儲等其他資源”[5]。網(wǎng)格能夠充分吸納各種計算資源,并將其轉化成一種隨處可得的、可靠的、標準的同時也是經(jīng)濟的計算能力,這里的計算資源還包括網(wǎng)絡通信能力、數(shù)據(jù)資料、儀器設備等各種相關的資源。網(wǎng)格給最終的使用者提供的是與地理位置和具體的計算設施無關的通用的計算能力[4]。網(wǎng)格是高性能計算機、數(shù)據(jù)源、因特網(wǎng)3種技術的有機組合和發(fā)展,主要包括網(wǎng)格節(jié)點、數(shù)據(jù)庫、貴重儀表、可視化設備、寬帶主干網(wǎng)和網(wǎng)格軟件6部分。其中,網(wǎng)格節(jié)點是一些高性能的計算機;數(shù)據(jù)庫是存儲信息和數(shù)據(jù)的“倉庫”;貴重儀器包括各種科學儀器和精細打印設備;網(wǎng)格軟件包括網(wǎng)格操作系統(tǒng)、網(wǎng)格編程與使用環(huán)境以及網(wǎng)格應用程序[5]。中國科學院李國杰院士認為:“網(wǎng)格不同于國外正在搞的In-ternet或下一代Internet(NGI),網(wǎng)格可以稱作是第3代In-terne,t其主要特點是不僅僅包括計算機和網(wǎng)頁,而且包括各種信息資源,如數(shù)據(jù)庫、軟件以及各種信息獲取設備等,它們都連接成一個整體,整個網(wǎng)絡如同一臺巨大無比的計算機,向每個用戶提供一體化的服務”[4]。

1.2網(wǎng)格計算

1.2.1網(wǎng)格是一種技術,基于網(wǎng)格的問題求解就是網(wǎng)格計算。狹義的網(wǎng)格一般被稱為計算網(wǎng)格(ComputationalGrid),即主要用于解決科學與工程計算問題的網(wǎng)格[4]。網(wǎng)格計算的目標是資源共享和協(xié)同工作,以指導行業(yè)和企業(yè)中各個部門的資源進行行業(yè)或企業(yè)整體上的統(tǒng)一規(guī)劃、部署、整合和共享,而不僅僅是行業(yè)或大企業(yè)中的各個部門自己規(guī)劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認同對行業(yè)和企業(yè)至關重要,它的實施是一個根本性的系統(tǒng)決策,將提升或改變整個行業(yè)或企業(yè)信息系統(tǒng)的規(guī)劃部署、運行和管理機制[7]。為了達到多種類型的分布資源共享和協(xié)作,網(wǎng)格計算技術必須解決多個層次的資源共享和合作,制定網(wǎng)格的標準,將Internet從通訊和信息交互的平臺提升到資源共享的平臺。目前并行計算、分布計算中間件等現(xiàn)行技術研究目標和網(wǎng)格計算技術目標有較大的差別,遠遠沒有解決多組織之間資源的共享問題,以及廣域范圍的多系統(tǒng)之間聯(lián)合處理和計算等網(wǎng)格計算所面臨的關鍵問題。因此,網(wǎng)格計算技術研究具有獨特性、緊迫性和挑戰(zhàn)性。

1.2.2GlobusToolkit4。Globus項目是目前國際上最有影響的網(wǎng)格計算項目之一。目前,Globus項目把在商業(yè)計算領域中WebService技術融合在一起,不僅僅局限于科學計算領域,而且能夠對各種商業(yè)應用進行廣泛的、基礎性的網(wǎng)格環(huán)境支持,實現(xiàn)更方便的信息共享和互操作,從而對商業(yè)模式、工作方式和生活方式產(chǎn)生深遠的影響。Globus對信息安全、資源管理、信息服務、數(shù)據(jù)管理以及應用開發(fā)環(huán)境等網(wǎng)格計算的關鍵理論和技術進行了廣泛的研究,開發(fā)出能在多種平臺上運行的網(wǎng)格計算工具包軟件(GlobusToolkit),能夠用來幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格試驗和應用平臺,開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應用程序。

1.3網(wǎng)格的特點

1.3.1網(wǎng)格是通過各種綜合計算機、數(shù)據(jù)、設備和服務等資源的公用基礎設施。隨著網(wǎng)格技術逐步成熟,建立地理分布遍布全國或世界的大型資源節(jié)點,集成網(wǎng)絡上的多個資源,聯(lián)合向全社會按需提供全方位的信息服務。類似于電力網(wǎng)格,電網(wǎng)中的電力資源來自何方、使用什么原料發(fā)電的、采用哪種傳輸方式等,人們都可以不關心,也無需知道。但當需要使用電力時,只要把電器的標準電源插頭接入標準插座就可以了。網(wǎng)格,這種特殊的基礎設施,將使用戶如同今天人們按需使用電力一樣,無需在用戶端配套大量的全套計算機系統(tǒng)和復雜軟件,就可以簡便地得到網(wǎng)格提供的各種服務。

1.3.2網(wǎng)格與因特網(wǎng)的區(qū)別[5]。網(wǎng)格的出現(xiàn)實現(xiàn)了網(wǎng)絡的完全共享,通過眾多結點計算機整合而成的“超級計算機”的協(xié)同工作,網(wǎng)格就能非常方便、迅速、準確地完成各種復雜的科學計算任務。因特網(wǎng)只是通過網(wǎng)頁的形式把全球計算機聯(lián)為一體,各個機構和公司可以在網(wǎng)上建立自己的網(wǎng)站,為用戶提供相應的信息,但用戶必須通過一定的網(wǎng)址或搜索引擎查找自己所需要的信息,且找到的信息往往是重復繁雜的。網(wǎng)格的體系結構將比因特網(wǎng)更能有效地利用這些資源,網(wǎng)格則是把這些計算機上的所有資源和知識孤島聯(lián)為一體,在邏輯上就像一臺機器。用戶可以方便地使用網(wǎng)上的各種資源,就像使用自己計算機上的資源。因特網(wǎng)通過網(wǎng)頁為用戶提供共享信息,或者通過專門的FTP網(wǎng)站共享部分軟件等資源,但其適用范圍卻很小,而網(wǎng)格能夠共享的資源范圍則可以無限大,它包括網(wǎng)絡服務、應用軟件、數(shù)據(jù)、信息、知識以及計算機、雷達、家用電器等設備和儀器,并具有面向用戶和透明性的特點,用戶可以在不考慮資源物理位置的情況下,通過網(wǎng)格來方便的使用這些資源。

2基于網(wǎng)格技術的農(nóng)業(yè)信息共享平臺

計算機網(wǎng)絡的發(fā)展為農(nóng)業(yè)信息化奠定了基礎。隨著計算機和GIS等信息技術應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的宏觀管理中,以及現(xiàn)代的集約式精細農(nóng)業(yè)發(fā)展,各種現(xiàn)代信息技術、網(wǎng)絡技術和數(shù)字技術都將逐步應用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃、建設、生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務的全過程,最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細化、自動化、遠程化和虛擬化[8]。目前網(wǎng)絡帶寬成為信息高速傳輸?shù)钠款i,機器性能成為快速與大容量計算的障礙。網(wǎng)格技術的出現(xiàn)和發(fā)展打開了一個新局面,將網(wǎng)格技術引入農(nóng)業(yè)領域會極大地促進農(nóng)業(yè)中諸多問題的解決,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化質(zhì)的飛躍。網(wǎng)格技術的巨大優(yōu)勢是比較明顯地降低建立網(wǎng)站和提供網(wǎng)絡服務的成本。農(nóng)業(yè)領域是一個多行業(yè)、多部門、分布廣泛的大社會,農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格平臺建設意義深遠、工程浩大,是一個有重要影響的基礎設施,包括硬件、軟件和網(wǎng)格組織[9]。網(wǎng)格的許多平臺和資源都是共享的,它將分布在各地的計算機、數(shù)據(jù)、信息、知識等組織成一個邏輯整體,在此基礎上運行各自的應用網(wǎng)格,提供各種一體化信息服務的信息基礎設施。農(nóng)業(yè)網(wǎng)格可以分為農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格、農(nóng)業(yè)科技教育網(wǎng)格、農(nóng)業(yè)技術推廣網(wǎng)格等。農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格把各省農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)整合起來;農(nóng)業(yè)科技教育網(wǎng)格把國家農(nóng)業(yè)科技網(wǎng)、國家農(nóng)業(yè)教育網(wǎng)、各省(直轄市、自治區(qū))農(nóng)業(yè)科學院網(wǎng)、各農(nóng)業(yè)院校網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)科教網(wǎng)整合起來;農(nóng)業(yè)技術推廣網(wǎng)格把國家農(nóng)業(yè)技術推廣網(wǎng)、各省(直轄市、自治區(qū))農(nóng)業(yè)技術推廣網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)技術推廣網(wǎng)整合起來。在信息網(wǎng)格中,資源被統(tǒng)一管理和使用,用戶可以通過網(wǎng)格操作系統(tǒng)透明地使用整個網(wǎng)絡資源。網(wǎng)格利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎設施為用戶提供一體化的智能信息平臺,創(chuàng)建一種基于因特網(wǎng)的新一代信息平臺和軟件基礎設施。在這個平臺上,信息處理是分布式、協(xié)作和智能化的,用戶可以通過單一入口訪問所有信息,而不是像目前的因特網(wǎng)那樣,用戶需要自己在成千上萬的網(wǎng)站中去尋找合適的信息。農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡共享可實現(xiàn)資源共享、信息互聯(lián)互通、協(xié)同工作,為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民提供實實在在的服務。

3基于網(wǎng)格技術的農(nóng)業(yè)信息共享平臺的構建

網(wǎng)格的建造必須遵照一定的原則來進行,否則就很難把網(wǎng)格建好。農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)經(jīng)幾年的運作,已初具規(guī)模。當前,我國可以在已有涉農(nóng)網(wǎng)絡的基礎上,構建基于服務網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化共享平臺。建議平臺的建設由點及面、逐步推廣,充分利用Globus等成熟網(wǎng)格開發(fā)平臺,降低研發(fā)風險。農(nóng)業(yè)信息服務網(wǎng)格構建研究,將為農(nóng)業(yè)網(wǎng)格構建提供經(jīng)驗,并培養(yǎng)、造就一批農(nóng)業(yè)網(wǎng)格研究、開發(fā)人才。

3.1平臺框架模型

為基于服務網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化服務共享平臺框架。該框架符合OGSA闡述的結構,并在該基礎上進行了擴展,使之成為符合農(nóng)業(yè)信息化服務共享要求的框架。

3.1.1網(wǎng)格安全基礎設施:主要處理安全認證和異常管理功能。安全認證主要包括對服務的調(diào)用和訪問必須經(jīng)過授權和驗證以及對傳遞的消息和數(shù)據(jù)進行加密解密操作。網(wǎng)格資源分配管理:主要負責解析客戶端的請求,然后完成對資源調(diào)用請求的分解處理、對任務的調(diào)度處理以及對調(diào)用任務的管理工作。網(wǎng)格服務部署:主要負責對的網(wǎng)格服務進行描述,以便其他節(jié)點可以發(fā)現(xiàn)該服務。由于網(wǎng)格的動態(tài)性,該部分必須動態(tài)地更新本地節(jié)點提供的服務。服務目錄管理:主要完成對網(wǎng)格環(huán)境中信息地發(fā)現(xiàn)、注冊、查詢、修改等功能,為客戶端提供對網(wǎng)格環(huán)境的一個真實、實時的動態(tài)反映。

3.2實施步驟

實施基于服務網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化服務共享平臺要突破許多障礙。一些是技術上的,另一些是非技術的,涉及到管理、體制等問題。因此,實施如下策略是必要的。

(1)從所有涉農(nóng)網(wǎng)絡機構中選擇一兩個來構造一個樣板,采用Globus計算工具包軟件開發(fā)農(nóng)業(yè)信息化網(wǎng)格服務共享平臺。其他涉農(nóng)網(wǎng)絡機構遵照Globus協(xié)議規(guī)范接入即可,無需增加硬件設備,可以降低投資風險。主要需要解決各種技術和非技術問題,并展示出實施網(wǎng)格后的得與失。

(2)根據(jù)樣板的建設提供所用用戶需求和擔心問題的解決方案,并在樣板中進行檢驗。

(3)將網(wǎng)格擴展到其他相關涉農(nóng)網(wǎng)絡機構。由于已經(jīng)基本解決了所有問題,在擴展過程中只需要采用復制樣板所采用的技術手段就能夠完成。

在這個策略中,最重要的是樣板的建設。一個樣板的完成,需要經(jīng)過4個步驟:①計劃。確定構造網(wǎng)格時的目標、規(guī)模、代價和時間等問題。②構造。在每個節(jié)點形成一個自治系統(tǒng),并相互連接他們,形成網(wǎng)格。這一步有很強的系統(tǒng)集成味道。③運行。建議由一個團隊來管理、維護網(wǎng)格系統(tǒng),并在此過程中發(fā)現(xiàn)并解決問題。④管理。目的是在系統(tǒng)中形成可管理的機制,并能夠發(fā)現(xiàn)潛在的問題等。