基于網(wǎng)格技術(shù)的廣西高校教育教學(xué)資源共享新模式研究

2012-08-15 00:54謝曉蘭

科技視界 2012年15期

謝曉蘭

（桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院廣西桂林 541004）

0 引言(Introduction)

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，徹底改變了人們的生活以及思維方式，也很大程度上改變了全世界的教育方式。高等學(xué)校校園網(wǎng)在教學(xué)、科研、管理等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，數(shù)字化校園的概念也全面進(jìn)入到高等院校。如同所有事物的成長(zhǎng)過(guò)程都要經(jīng)過(guò)不斷的進(jìn)化一樣，互聯(lián)網(wǎng)也在前進(jìn)的道路上一步步修正自己的不足。就功能方面來(lái)說(shuō)，第一代互聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用是收發(fā)電子郵件、發(fā)布文字新聞及言論、傳輸文件等。第二代互聯(lián)網(wǎng)在保有第一代功能的基礎(chǔ)上使用了超文本和多媒體技術(shù)，前者可以將分布在網(wǎng)上的文件采用鏈接的方式聯(lián)系在一起，而后者則使人們能夠欣賞到內(nèi)容豐富的圖片、音樂(lè)、影像等內(nèi)容。

“網(wǎng)格”（Grid）是繼Internet之后又一次重大的科技進(jìn)步，被稱(chēng)為第三代互聯(lián)網(wǎng)。它是集成的計(jì)算與資源環(huán)境，其核心是消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)包括計(jì)算資源、通信資源、軟件資源、存儲(chǔ)資源、知識(shí)資源、信息資源等資源的全面共享。但現(xiàn)有的校園網(wǎng)大多是以傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)是異構(gòu)的，教育資源不能實(shí)現(xiàn)充分地共享，重復(fù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)象非常嚴(yán)重。另外，目前的，大規(guī)模科研項(xiàng)目一般都是多個(gè)機(jī)構(gòu)合作完成，他們來(lái)自不同機(jī)構(gòu)的人員和資源協(xié)作完成，這將會(huì)形成所謂的虛擬組織（VO，Virtual Organization）。而網(wǎng)格是一種重要的支持虛擬組織的系統(tǒng)，組織中的不同成員應(yīng)該具有不同的權(quán)限。所以網(wǎng)格技術(shù)在校園網(wǎng)中的應(yīng)用，將會(huì)極大地改變現(xiàn)有校園網(wǎng)在科研與教育教學(xué)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀。[1]

利用網(wǎng)格技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全國(guó)各地的優(yōu)質(zhì)教育資源的集成和共享，提供開(kāi)放的遠(yuǎn)程協(xié)同教學(xué)的基礎(chǔ)支撐，為各高校的學(xué)生、老師提供高質(zhì)量的網(wǎng)格服務(wù)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)，節(jié)省人力、財(cái)力。所以通過(guò)本課題的研究可以提升廣西高校自主創(chuàng)新能力的發(fā)展，有力于廣西建設(shè)高水平大學(xué)的研究，有利于促進(jìn)教育均衡發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外及區(qū)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

最初的網(wǎng)格研究來(lái)源于美國(guó)聯(lián)邦政府過(guò)去十年來(lái)資助的高性能計(jì)算科研項(xiàng)目。這方面的代表性研究工作包括美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的NPACI、國(guó)家技術(shù)網(wǎng)格（NTG）、分布萬(wàn)億次級(jí)計(jì)算設(shè)施（DTF），美國(guó)宇航總署的IDG，美國(guó)能源部的ASCI Grid，以及歐盟的Data Grid，等等。在校園網(wǎng)格方面做得比較成功的有：由美國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心NCSA（National Center of Supercomputing）、美國(guó)阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、芝加哥大學(xué)、Shibboleth開(kāi)發(fā)組的成員共同開(kāi)發(fā)研究的GridShib項(xiàng)目，該項(xiàng)目整合了網(wǎng)格與高校校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使之更具拓展性和靈活性。[2]

在我國(guó)目前也已開(kāi)展了 “中國(guó)國(guó)家網(wǎng)格”、“教育科研網(wǎng)格”、“織女星網(wǎng)格”、“先進(jìn)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施北京上海試點(diǎn)工程”和“上海網(wǎng)格”等五大網(wǎng)格項(xiàng)目的研究，參與研究的主要有中科院計(jì)算所、清華大學(xué)、聯(lián)想集團(tuán)、江南計(jì)算所等幾家在高性能計(jì)算方面有較強(qiáng)實(shí)力的研究單位。已有20所高校完成了校園網(wǎng)格建設(shè)，聚合計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力分別達(dá)到15萬(wàn)億次和150TB，五大典型網(wǎng)格應(yīng)用訪問(wèn)量日益增加，有力促進(jìn)了高校高性能計(jì)算應(yīng)用和有關(guān)學(xué)科發(fā)展。目前，在廣西區(qū)還沒(méi)有見(jiàn)到 “使用校園網(wǎng)格改進(jìn)高校教育資源共享模式方面”的研究。在廣西，受經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、地理環(huán)境、政策支持等因素影響，廣西各高校校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與發(fā)展很不平衡，相當(dāng)多的高校校園網(wǎng)的受網(wǎng)絡(luò)定位、建設(shè)方式、技術(shù)水平和管理模式上存在很大差異，建設(shè)與管理水平有待進(jìn)一步提高。為了提高廣西的教育水平，拉近與先進(jìn)的大學(xué)的教育環(huán)境、教育模式上的差距，所以，尋找一種經(jīng)濟(jì)、方便、可行的高校校園的資源共享新模式勢(shì)在必行，也是一件非常有意義的事情。

2 基于網(wǎng)格技術(shù)的廣西高校教育教學(xué)資源共享新模式研究的意義

針對(duì)目前廣西高教教育資源庫(kù)暴露以及缺乏共享的情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外教育資源庫(kù)研究的最新成果和發(fā)展趨勢(shì)，研究出一種在廣西高校中實(shí)用的、高效的、安全的共享教育資源的新模式，那就是利用網(wǎng)格技術(shù)建立教育資源共享網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)、資源傳輸技術(shù)、異構(gòu)資源庫(kù)集成技術(shù)等幾方面的應(yīng)用研究。具體構(gòu)想如下：

（1）分布在各個(gè)地區(qū)的基礎(chǔ)教育資源得以透明共享。

（2）優(yōu)質(zhì)教育資源通過(guò)網(wǎng)格傳遞給教育水平不發(fā)達(dá)地區(qū)的用戶(hù)。

（3）建成后將成為用戶(hù)群空前大、覆蓋面空前廣的應(yīng)用網(wǎng)格。支持幾萬(wàn)用戶(hù)同時(shí)在線(xiàn)訪問(wèn)網(wǎng)格。

（4）為全區(qū)高校師生提供一個(gè)教育信息資源共享的平臺(tái)。

（5）整合各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的網(wǎng)格知識(shí)庫(kù)。

（6）平臺(tái)的安全機(jī)制包括：支持，防止假冒和數(shù)據(jù)泄密；實(shí)體之間的安全通信；支持用戶(hù)的單點(diǎn)登錄；支持跨組織的安全；包括跨多個(gè)資源和地點(diǎn)的信任委托和信任轉(zhuǎn)移等。

開(kāi)展該研究的意義在于充分地利用有限的軟硬資源，通過(guò)引入網(wǎng)格這種全新的技術(shù)，設(shè)計(jì)一種通用的、門(mén)檻不太高的、覆蓋學(xué)科廣的、可整合廣西區(qū)內(nèi)外資源的網(wǎng)格平臺(tái)，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成一種全新的教學(xué)實(shí)踐模式，在提高資源利用率的同時(shí)，加強(qiáng)教學(xué)效果，并大大降低教學(xué)成本。總體來(lái)說(shuō)，包括以下幾個(gè)方面：

（1）將網(wǎng)格技術(shù)創(chuàng)造性的運(yùn)用到高校教育、科研資源的大規(guī)模共享。

（2）積極探索網(wǎng)格模式下的遠(yuǎn)程協(xié)同教學(xué)和研究性自主學(xué)習(xí)；。

（3）積極探索教育網(wǎng)格的應(yīng)用模式和規(guī)范，為下一步的可持續(xù)發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。

（4）以應(yīng)用為本，真正滿(mǎn)足廣大學(xué)生、老師對(duì)優(yōu)質(zhì)教育資源的渴望和需求。

3 研究的具體實(shí)施

（1）密切跟蹤網(wǎng)格技術(shù)的最新發(fā)展，充分進(jìn)行調(diào)研，最后確立方案。首先要了解網(wǎng)格技術(shù)本身，搜集有關(guān)情報(bào)，了解網(wǎng)格在校園的應(yīng)用、背景、功能以及標(biāo)準(zhǔn)等各個(gè)方面。密切跟蹤國(guó)際以及國(guó)內(nèi)，網(wǎng)格技術(shù)的最新發(fā)展，通過(guò)對(duì)走在網(wǎng)格建設(shè)前沿高校的深入調(diào)研，包括實(shí)施方案、實(shí)施成本、實(shí)施效果等多方面進(jìn)行深入分析，論證其可行性，并進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)，確定將要實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)。[3]

（2）項(xiàng)目分解，分步實(shí)施。跟蹤研究進(jìn)行到一定階段，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)開(kāi)展實(shí)際的系統(tǒng)試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證校園網(wǎng)格系統(tǒng)的可行性。

初步?jīng)Q定，架設(shè)網(wǎng)格的平臺(tái)軟件使用Globus Toolkit 4，這是一個(gè)開(kāi)源軟件，無(wú)需花費(fèi)大量的金錢(qián)在軟件的購(gòu)買(mǎi)上。而且，它的主要特點(diǎn)之一就是不需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，就能提供網(wǎng)格服務(wù)。采用中間件OGSA-DAI（Open Grid Service Architecture-Data Access and Integration）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)與集成、采用OGSA-DQP（Open Grid Service Architecture-Distributed Query Processing）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式查詢(xún)。

（3）結(jié)合學(xué)校的實(shí)際需要，對(duì)計(jì)算量、存儲(chǔ)量較高的工作上先建立應(yīng)用的小環(huán)境，然后再整合到一起。例如，先建設(shè)一些小的計(jì)算網(wǎng)格應(yīng)用，一些小的文件系統(tǒng)管理的資源網(wǎng)格應(yīng)用等。也可以進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，比如試驗(yàn)傳輸海量數(shù)據(jù)、分配工作負(fù)載，以及執(zhí)行大規(guī)模計(jì)算等，然后逐步過(guò)渡到建設(shè)其他的網(wǎng)格應(yīng)用上。網(wǎng)格并不是對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的方案的替代，不需要完全拋開(kāi)原有設(shè)備，重新建設(shè)全新的網(wǎng)格系統(tǒng)，因?yàn)槟菢訉?huì)造成資源的巨大浪費(fèi)。網(wǎng)格技術(shù)的核心是虛擬化——虛擬各種網(wǎng)絡(luò)資源。所以，我們需要做的工作是盡可能通過(guò)網(wǎng)格技術(shù)利用并整合現(xiàn)有資源，并不斷增加新的資源，以實(shí)現(xiàn)全廣西高校校園資源的全面共享。[3]

（4）邊研究，邊實(shí)踐，邊總結(jié)。先研究確定校園網(wǎng)格應(yīng)用的初步實(shí)現(xiàn)方案，試驗(yàn)運(yùn)行，并加以不斷改進(jìn)，特別是校園計(jì)算網(wǎng)格建設(shè)，資源網(wǎng)格建設(shè)等。

（5）探索廣西高校資源共享網(wǎng)格體系架構(gòu)。網(wǎng)格技術(shù)會(huì)給高校帶來(lái)盈利或各方面的優(yōu)勢(shì)，而現(xiàn)在缺乏的就是可以實(shí)現(xiàn)通用的、門(mén)檻不太高的、覆蓋學(xué)科廣的、可整合校內(nèi)外資源的網(wǎng)格架構(gòu)方案。[3,4]

（6）運(yùn)行測(cè)試與評(píng)估。對(duì)新方案進(jìn)行全面的測(cè)試與評(píng)估，收集、分析、研究反饋意見(jiàn)，統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)項(xiàng)目運(yùn)行效果，提出改進(jìn)辦法和措施。

（7）成果推廣應(yīng)用。成果首先在我校應(yīng)用，然后逐步推廣到其它院校。

①建立機(jī)制，區(qū)內(nèi)外調(diào)研，廣泛收集文獻(xiàn)資料及其它院校在網(wǎng)格建設(shè)上的寶貴經(jīng)驗(yàn)，分析研究各種網(wǎng)格應(yīng)用的可行性，預(yù)測(cè)其效果，確定基本目標(biāo)。

②深入的了解不同網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)技術(shù)，有針對(duì)性地收集這些技術(shù)應(yīng)用后的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并從小范圍開(kāi)始實(shí)踐和應(yīng)用，通過(guò)結(jié)果對(duì)比和分析論證，確定最佳的網(wǎng)格建設(shè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

③針對(duì)網(wǎng)格技術(shù)在不同學(xué)科的應(yīng)用特點(diǎn)，確定其相應(yīng)的應(yīng)用突破口，在確保原校園網(wǎng)正常使用的前提下，盡可能聯(lián)到我們的網(wǎng)格平臺(tái)上。由點(diǎn)到面，逐步推進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施。

④全面推進(jìn)項(xiàng)目實(shí)踐。結(jié)合學(xué)校的實(shí)際需要，對(duì)計(jì)算量、存儲(chǔ)量較高的工作上先建立應(yīng)用的小環(huán)境，然后將各應(yīng)用整合到一起。

⑤全面總結(jié)和評(píng)價(jià)新模式下應(yīng)用的效果，項(xiàng)目總結(jié)，成果鑒定。

4 結(jié)論

廣西進(jìn)行高校校園網(wǎng)格建設(shè)的目的是為了構(gòu)建分布、異構(gòu)、自治的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境，并在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)跨自治域的資源共享及協(xié)作，以滿(mǎn)足廣西高校教職員工、學(xué)生、科研機(jī)構(gòu)研究人員對(duì)大規(guī)模計(jì)算能力和海量數(shù)據(jù)處理的需求。廣西高校資源共享網(wǎng)格平臺(tái)的建成，不僅能將校園內(nèi)的計(jì)算、存儲(chǔ)等能力加以發(fā)布和共享，同時(shí)也可以將校園內(nèi)其他資源和信息等加以公布。利用網(wǎng)格技術(shù)建立起一個(gè)統(tǒng)一的校園資源共享平臺(tái)（類(lèi)似于企業(yè)的ERP系統(tǒng)），來(lái)輔助學(xué)校管理部門(mén)協(xié)調(diào)和分配校園資源，以降低整個(gè)學(xué)校的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，提高整個(gè)高校的資源利用率。[5]

上述成果，是對(duì)當(dāng)前形式下我區(qū)高校信息化建設(shè)的有益嘗試，預(yù)計(jì)可以較大程度地降低學(xué)校硬件設(shè)備的投入，在相同硬件設(shè)備的情況下，滿(mǎn)足更多教學(xué)與科研需求，同時(shí)可以增加更多教學(xué)實(shí)踐方案，使教師能更方便地進(jìn)行教學(xué)與科研，使學(xué)生能在新平臺(tái)上更快更全面地掌握相關(guān)知識(shí)，更好地滿(mǎn)足當(dāng)前高校教學(xué)的要求。成果可以首先在我校應(yīng)用，成熟后也可以推廣到區(qū)內(nèi)外其它院校，從而大大擴(kuò)大受益學(xué)校的范圍。所以通過(guò)本課題的研究可以提升廣西高校自主創(chuàng)新能力的發(fā)展，有力于廣西建設(shè)高水平大學(xué)的研究，有利于促進(jìn)教育均衡發(fā)展。

［1］高宏卿,王曉東.基于網(wǎng)格技術(shù)的校園網(wǎng)應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2005-09-10.

［2］歐海峰.GridShib讓校園網(wǎng)更具拓展性 [J].中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)，2006，2，2006-02-05.

［3］郭豐,侯德杰,閆俊伢.網(wǎng)格在電信業(yè)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電信科技，2007,7.

［4］楊順鈺.基于網(wǎng)格的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2006-05-01.