摘 要：網(wǎng)格是21世紀發(fā)展起來的構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上以實現(xiàn)資源可控化共享為目的的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)格計算是一個新出現(xiàn)的名詞，也是近年來興起的一個研究熱點，本文對網(wǎng)格的概念、特點、進行簡要介紹，并對計算機網(wǎng)格技術(shù)在遠程教育中的應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：遠程教育 網(wǎng)格技術(shù) GridFTP協(xié)議 共享 探討

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0015-02

Discussion on service distributed grid technology in Distance Education

Hu Pei Cheng1 Fu Guo Xuan2

（1.Qinghai Radio and Television University School；

2.Qinghai the Yellow River Upstream Hydropower Development Co.Ltd，XiNing QingHai， 810008，China）

Abstract：Grid computing is developed in twenty-first Century on the Internet to achieve resource sharing for infrastructure purposes.

Grid computing is a new term， it is also a research focus in recent years， the concept of grid， features， are briefly introduced， and the application of grid technology in the distance education in the analysis.

Key words：Distance learning；Grid technology；The GridFTP protocol；Communion；Discuss

1 引言

網(wǎng)格技術(shù)旨在使互連網(wǎng)上所有資源， 包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等，實現(xiàn)全面共享與協(xié)同工作，使整個Internet整合成一臺巨大的超級計算機，為用戶提供即連即用式的服務(wù)[1]。目前，網(wǎng)格的發(fā)展更多還在實驗研究階段，離最初設(shè)想還有很大距離，但它是未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，已成共識。并且正在逐漸地由一個新興名詞轉(zhuǎn)變成為運用于商業(yè)、科研、醫(yī)藥等各行業(yè)的技術(shù)產(chǎn)物。

1.1 網(wǎng)格的定義

網(wǎng)格一詞譯自英文單詞“Grid”，簡稱為虛擬計算環(huán)境，就是把地理上分布的各種計算資源連接成一個單一的統(tǒng)一資源即虛擬高級計算機的環(huán)境，實現(xiàn)全球范圍的計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源、設(shè)備資源等的全面共享。其根本特征是資源共享。它是繼Internet、Web后的第三次互聯(lián)網(wǎng)浪潮。網(wǎng)格的核心概念是協(xié)作資源共享和在動態(tài)多制度虛擬組織中解決問題。簡而言之，網(wǎng)格可以從以下描述為以下三點[2]。

（1）協(xié)調(diào)不服從集中式控制的資源。即網(wǎng)格能集成和協(xié)調(diào)資源與用戶在不同控制域內(nèi)的活動。

（2）使用標準的、開放的、通用的協(xié)議和接口。即一個網(wǎng)格是由多用途協(xié)議和接口來構(gòu)建的，該協(xié)議將能解決諸如鑒別、授權(quán)、資源發(fā)現(xiàn)和資源訪問等一些基本問題。

（3）提供非常的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。即允許按協(xié)作方式來使用其成分資源以提供各式服務(wù)質(zhì)量。

1.2 目前網(wǎng)格技術(shù)的開發(fā)環(huán)境和工具

對于目前網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用中其運行環(huán)境已和其他計算環(huán)境有很大的不同，已不能夠滿足網(wǎng)格計算所面臨的開發(fā)難度、排錯、調(diào)試、修改、部署等問題需要構(gòu)建新的開發(fā)環(huán)境[3]。

（1）GT3開發(fā)環(huán)境。

GT3是用java語言開發(fā)服務(wù)，客戶端則可以使用java語言和C語言開發(fā)。開發(fā)過程首先需要定義服務(wù)接口。然后根據(jù)服務(wù)接口生成該服務(wù)的WSDL描述文檔，以實現(xiàn)該服務(wù)接口，通過代碼編寫完成，編譯生成可執(zhí)行的java類，其中客戶端也需要用java語言開發(fā)生成可執(zhí)行類。最終部署到服務(wù)運行容器中由客戶端調(diào)用服務(wù)。

（2）NET框架。

使用.NET框架平臺，通常不需要其他工具或軟件開發(fā)工具包便可完成萬維網(wǎng)服務(wù)的開發(fā)。

因為.NET框架可以提供專門的文件類型.asmx，每一個.asmx都包含一個WebService指令。

因此在.NET框架中，可以通過以下流程完成一個萬維網(wǎng)服務(wù)：（1）創(chuàng)建服務(wù)文件 .asmx。（2）添加服務(wù)邏輯代碼。（3）保存并運行.asmx文件。（4）根據(jù)提示輸入?yún)?shù)，提交給服務(wù)器。（5）得出服務(wù)運行結(jié)果

（3）UNICORE。

UNICORE（UNIform Interface to Computing Resources）是把超級計算中心資源結(jié)合起來，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問這些資源。UNICORE服務(wù)器在調(diào)度作業(yè)之前把抽象的作業(yè)和資源翻譯成特定平臺的命令和選項，在執(zhí)行命令時，輸入文件和輸出文件自動從用戶的文件空間讀取和向用戶的文件空間寫回，從而完成不同節(jié)點間的高速數(shù)據(jù)傳輸。另外UNICORE網(wǎng)格平臺通過用戶認證X.509證書授權(quán)，把對應(yīng)資源分配給用戶，而保留自己的自主權(quán)利。

（4）其他應(yīng)用開發(fā)工具。

由于目的和應(yīng)用的不同，還有很多網(wǎng)格開發(fā)環(huán)境和工具，如：WebSubmit應(yīng)用程序，CoG工具集，GPDK結(jié)構(gòu)模型，GDMP客戶等等，這些技術(shù)均是在網(wǎng)格應(yīng)用和網(wǎng)格技術(shù)開發(fā)中所有著不同的功能和作用。

2 網(wǎng)格技術(shù)在遠程教育中資源共享中的應(yīng)用

2.1 遠程教育主要特點和網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

遠程教育是由過去的函授、電視廣播、網(wǎng)絡(luò)教育等伴隨著科學(xué)技術(shù)手段不斷發(fā)展，又非獨立產(chǎn)生的一種教學(xué)方式，它是實現(xiàn)終身教育而獲取教學(xué)資源的一種有效渠道。

學(xué)習資源豐富的最大化是遠程教育學(xué)習的最大一個特點。而網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用中最為核心的是為各種網(wǎng)絡(luò)上的資源提供一種安全、高效的共享機制，使得各種異構(gòu)和孤立的資源，能夠以一個整體的形式為用戶提供各種計算和信息服務(wù)。因此，網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用能促進教學(xué)資源的優(yōu)化整合、全面共享和作業(yè)交互。網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用在遠程教育中的優(yōu)勢概括為以下兩點。

（1）網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用在物理上將互連的眾多資源匯聚起來，聯(lián)合提供服務(wù)，最大化實現(xiàn)資源的全面共享。即將分布在教育教學(xué)中將各高等院校多媒體課件、數(shù)字教學(xué)視頻、無紙化習題庫、網(wǎng)絡(luò)化考試系統(tǒng)以及各類論文文獻等海量信息資源集成起來，建立起一個集教育教學(xué)為一體的信息網(wǎng)格，覆蓋到各個地區(qū)，提供統(tǒng)一的、高效的信息服務(wù)，同時提供主動學(xué)習方法和交互式的教學(xué)方式，使教師和學(xué)生之間的學(xué)習和交流成為現(xiàn)實。

（2）通過分布式資源的協(xié)作與共享，把大量的教育資源匯聚在網(wǎng)絡(luò)上，這樣使學(xué)習資源得到充分的利用，并且極大的提高學(xué)習者的學(xué)習效率和質(zhì)量，為遠程教育教學(xué)的信息化發(fā)展提供了更廣闊的空間。同時網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用在遠程教育資源中，也能夠大大縮減教師個體的備課時間，將這些時間用做擴充知識領(lǐng)域，豐富授課的內(nèi)容容量，突出授課內(nèi)容的重難點方面。而且還會加強了教師與教師之間，教師與學(xué)生之間的互動性，擴展了教師思維的廣度與深度，提高學(xué)習者學(xué)習的興趣與效率，從根本上進一步提升整體教學(xué)質(zhì)量。

2.2 網(wǎng)格技術(shù)下教學(xué)資源分布式應(yīng)用分析

2.2.1 分布式網(wǎng)格教學(xué)資源服務(wù)系統(tǒng)

遠程教學(xué)系統(tǒng)的網(wǎng)格系統(tǒng)面向用戶使用的入口，遠程教學(xué)平臺通常具有是一個開放的Web入口界面，通過這個界面用戶可以使用網(wǎng)格系統(tǒng)提供各種功能，如安裝新的網(wǎng)格程序、提交網(wǎng)格作業(yè)、使用網(wǎng)格程序提供的功能。

首先，可以根據(jù)利用GT3開發(fā)平臺技術(shù)構(gòu)建一個分布式網(wǎng)格教學(xué)資源服務(wù)系統(tǒng)ERSDG（Education Resource Service Data Grid）[4]，為不同分支機構(gòu)（教育受體）通過教育資源訪問口，訪問現(xiàn)有資源管理系統(tǒng)中的教育資源數(shù)據(jù)庫服務(wù)，從資源庫獲取所需要的教育資源數(shù)據(jù)，并同步到本地環(huán)境中的資源庫中。

其次，為了實現(xiàn)教育資源的共享，必須要針對高帶寬廣域網(wǎng)環(huán)境進行優(yōu)化以便解決網(wǎng)格環(huán)境下數(shù)據(jù)的統(tǒng)一傳輸，于是就需要一種基于FTP協(xié)議基礎(chǔ)上的文件傳輸協(xié)議即GridFTP協(xié)議。

目前，該協(xié)議是由Globus工作組開發(fā)的一種安全可靠的高性能網(wǎng)格文件傳輸協(xié)議。為了實際使用的需要，GridFTP協(xié)議的安全性方面采用了RFC 2228（FTP Security Extensions）中提出的機制，對GSI（Grid Security Infrastructure，網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施）和Kerberos提供支持，在實現(xiàn)高效傳輸上它支持第三方控制的數(shù)據(jù)傳輸、并行數(shù)據(jù)傳輸、條狀數(shù)據(jù)傳輸、部分文件傳輸、緩沖區(qū)大小自動協(xié)商、出錯重傳等機制。各資源分支機構(gòu)通過設(shè)計開發(fā)統(tǒng)一接口，在上傳數(shù)字資源的同時，自動調(diào)用GridFTP協(xié)議，從而將相關(guān)教學(xué)資源文件同步上傳到網(wǎng)格的各個節(jié)點之上，再由網(wǎng)格教學(xué)資源服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)自動分布和同步傳輸功能。

因此，具備了這一資源共享的能力，就可以構(gòu)建教學(xué)資源訪問和集成的虛擬化界面，最終網(wǎng)格服務(wù)簡化了用戶或客戶端程序?qū)Ψ植际浇虒W(xué)資源的訪問過程，實現(xiàn)了教學(xué)資源的的發(fā)現(xiàn)、組織、管理、發(fā)布、分發(fā)和交換等方面的整合和集成（如圖1）。

2.2.2 分布式視頻發(fā)布和點播平臺

通過網(wǎng)格技術(shù)，可以實現(xiàn)將原來的分散管理和維護方式，轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣蛹泻驼{(diào)度方式，實現(xiàn)無障礙資源共享。它不僅能夠提供內(nèi)容最為豐富的大學(xué)課程視頻點播服務(wù)，而且提供了能同時支持成千上萬路視頻流的服務(wù)能力。大學(xué)課程在線網(wǎng)格系統(tǒng)（Realcourse）應(yīng)該建立在ChinaGrid公共支撐平臺（CGSP）之上，通過Realcourse為用戶提供“一站式”服務(wù)，將每個學(xué)校各自維護自己的資源，自動納入到系統(tǒng)管理中，這種分布式管理方式可以在較短的時間內(nèi)聚集大量課程資源。分布式視頻發(fā)布和點播平臺的最終目標為了實現(xiàn)在系統(tǒng)上支持全國各所重點院校的服務(wù)器，可以提供并發(fā)不同專業(yè)的不同課程的可靠視頻流服務(wù)。對于用戶可以獲取所有的視頻教案資源，只是根據(jù)自己的需求和喜好通過點播平臺點播不同學(xué)校不同專業(yè)的不同課程進行學(xué)習。

因此，網(wǎng)格技術(shù)在遠程教育應(yīng)用中，可以將不同的教育資源連接地理上分布的各類計算機（包括機群）、數(shù)據(jù)庫、各類設(shè)備和存儲設(shè)備等，形成對用戶相對透明的虛擬的高性能計算環(huán)境，應(yīng)用包括了分布式計算、高吞吐量計算、協(xié)同工程和數(shù)據(jù)查詢等諸多功能[5]。

總之，由網(wǎng)格技術(shù)構(gòu)建下的教學(xué)資源服務(wù)系統(tǒng)和分布式視頻發(fā)布和點播平臺，更好的解決了目前遠程教育中存在的資源共享不對稱導(dǎo)致的資源建設(shè)重復(fù)，利用率低下等不足。根本上解決了計算機體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)布局中的差異最終實現(xiàn)了異構(gòu)機器或機群之間的協(xié)作和轉(zhuǎn)換，達到教學(xué)資源最大化利用這一目標。

3 結(jié)語

網(wǎng)格技術(shù)在遠程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用將是其中非常重要的一個方向，到目前為止網(wǎng)格的實際應(yīng)用系統(tǒng)還比較少，建立一個以網(wǎng)格為核心技術(shù)的遠程教育教學(xué)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，需要更進一步的研究[6]。隨著網(wǎng)格技術(shù)的不斷發(fā)展完善，必然會極大地影響現(xiàn)代遠程教育的發(fā)展。未來的遠程教育將更加突出學(xué)習過程中的協(xié)作學(xué)習和知識管理，虛擬學(xué)習社區(qū)將成為網(wǎng)格環(huán)境下遠程教育的非常重要的教育形態(tài)。在這方面，網(wǎng)格技術(shù)具有強大的支持力，不同的網(wǎng)格應(yīng)用類型將滿足遠程教育的需求，特別是知識網(wǎng)格的實現(xiàn)，將對遠程教育產(chǎn)生巨大的影響。

參考文獻

[1] 史文翀.網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)與資源管理框架的研究[D].碩士論文：廈門大學(xué)，2008.

[2] 劉立群.網(wǎng)格計算與網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)綜述[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2011（2）.

[3]郁志輝，陳渝，劉鵬.網(wǎng)格計算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002：9-12.

[4] 吳永和，馬曉玲，肖君，等.基于數(shù)據(jù)網(wǎng)格的教育資源服務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006（3）.

[5] 張慧鵬，盧晴，顧文樂，等.分布式點播平臺本地內(nèi)容注入方法初探[J].廣播電視信息，2011（9）.

[6]應(yīng)宏.網(wǎng)格系統(tǒng)基礎(chǔ)及其應(yīng)用展望[J].微機發(fā)展，2003，13（11）：99-103.