黃曉波　陳　敏

摘 要:利用網(wǎng)格技術(shù)可對(duì)所有教育資源進(jìn)行有機(jī)融合,實(shí)現(xiàn)高度共享和全面協(xié)作。本文分析網(wǎng)格技術(shù)對(duì)分布教學(xué)模式的作用和影響,提出基于網(wǎng)格技術(shù)的分布式教學(xué)模型。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)格 分布式教學(xué) 資源共享 協(xié)同

中圖分類號(hào):G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-8454(2009)13-0078-03

網(wǎng)格倡導(dǎo)的最根本的理念是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和協(xié)作,網(wǎng)格的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種資源的有機(jī)集成,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的互連互通,使人們可以隨時(shí)隨地享用網(wǎng)上的各種資源。網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域以后,使教學(xué)信息資源真正實(shí)現(xiàn)全面共享,這對(duì)基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)模式起到了重要的促進(jìn)作用,更好地促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、協(xié)作式學(xué)習(xí)。

一、網(wǎng)格技術(shù)概述

1.網(wǎng)格的概念

網(wǎng)格是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來(lái)的,最初是專門針對(duì)復(fù)雜科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的一種新型計(jì)算模式。這種計(jì)算模式將地理上分布、異構(gòu)的各種資源通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)連接并集成起來(lái),共同完成計(jì)算任務(wù),其中每一臺(tái)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”,而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬(wàn)個(gè)“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”,所以這種計(jì)算方式叫網(wǎng)格計(jì)算。它不僅僅能夠?yàn)樾畔①Y源的獲取、分布、傳輸和有效利用帶來(lái)革命性和結(jié)構(gòu)性的巨大變化,而且將根本改變我們的研究方式、教育方式、生活和生產(chǎn)方式。

2.網(wǎng)格的特性

(1)異構(gòu)性:網(wǎng)格環(huán)境由分布在廣域網(wǎng)上不同管理域的各種不同類型的計(jì)算資源組成,并且每類資源有各自不同的屬性。異構(gòu)計(jì)算機(jī)間的合作和轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)是首要問(wèn)題。

(2)分布性與共享性:一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)由分布在不同地點(diǎn)、不同類型的計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、各種各樣的資源庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、網(wǎng)格服務(wù)等構(gòu)成。分布性是網(wǎng)格最根本、最典型和最重要的特征。網(wǎng)格就是要把物理上分散的資源整合、協(xié)調(diào)工作,使各種資源充分共享。

(3)自相似性:網(wǎng)格的局部和整體之間存在著一定的相似性。

(4)動(dòng)態(tài)性:網(wǎng)格作為一個(gè)系統(tǒng),其規(guī)模、資源、服務(wù)都是在不斷的變化之中。網(wǎng)格資源、網(wǎng)格規(guī)模會(huì)隨著時(shí)間的變化不斷調(diào)整,或充實(shí)內(nèi)容、或去除不再使用的資源。

3.網(wǎng)格關(guān)鍵技術(shù)

(1)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn):即網(wǎng)格計(jì)算資源的提供者,它包括高端服務(wù)器、集群系統(tǒng)、MPP 系統(tǒng)大型存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)等,這些資源在地理位置上是分布的,系統(tǒng)具有異構(gòu)特性。

(2)資源管理:資源管理的關(guān)鍵問(wèn)題是為用戶有效地分配資源。高效分配涉及資源分配和調(diào)度兩個(gè)問(wèn)題,一般通過(guò)一個(gè)包含系統(tǒng)模型的調(diào)度模型來(lái)體現(xiàn),而系統(tǒng)模型則是潛在資源的一個(gè)抽象,系統(tǒng)模型為分配器及時(shí)地提供所有節(jié)點(diǎn)上可見(jiàn)的資源信息,分配器獲得信息后將資源合理地分配給任務(wù),從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。

(3)網(wǎng)格中間件:目前軟件界研究的熱點(diǎn),尤其是網(wǎng)格中間件正處于起步階段。網(wǎng)格中間件(Grid Middleware)提供核心服務(wù),如遠(yuǎn)程進(jìn)程管理服務(wù)、資源分配服務(wù)、存儲(chǔ)訪問(wèn)服務(wù)、信息服務(wù)、安全控制服務(wù)。

(4)應(yīng)用層的可視化工具:網(wǎng)格計(jì)算的主要領(lǐng)域是科學(xué)計(jì)算,面對(duì)海量的數(shù)據(jù)想通過(guò)人工分析得出正確的判斷十分困難。如果把計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成直觀的圖形信息,就能幫助研究人員理解數(shù)據(jù),這就要研究能在網(wǎng)格計(jì)算中傳輸和讀取的可視化工具。

二、網(wǎng)格與分布式教學(xué)

基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)環(huán)境改變了傳統(tǒng)的教育理念,可以更好地實(shí)行個(gè)性化學(xué)習(xí)、協(xié)作式學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者進(jìn)入網(wǎng)格門戶后,根據(jù)自己的需要,提出學(xué)習(xí)請(qǐng)求,教育網(wǎng)格系統(tǒng)會(huì)按照學(xué)習(xí)者的要求,在網(wǎng)格系統(tǒng)內(nèi)查找學(xué)習(xí)資源,統(tǒng)一協(xié)調(diào)、組織和管理,以提供給學(xué)習(xí)者友好、快速、準(zhǔn)確的服務(wù)。網(wǎng)格內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一臺(tái)巨大的虛擬的計(jì)算機(jī),各節(jié)點(diǎn)的資源、知識(shí)、服務(wù)相互協(xié)調(diào)、補(bǔ)充,或共同為學(xué)習(xí)者提供服務(wù),從而達(dá)到教育資源的全面共享。

1.基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)環(huán)境有效地實(shí)現(xiàn)了信息互連互通

網(wǎng)格的主要任務(wù)是在動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中共享資源和協(xié)同解決問(wèn)題。網(wǎng)格把分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個(gè)信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、信息、軟件、通信、知識(shí)和專家等各種資源的全面共享。這些資源形成一個(gè)整體后,用戶可以從中享受全面的信息服務(wù),獲得極大的使用方便性和超強(qiáng)能力。

2.基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)環(huán)境徹底打破了知識(shí)獲取的時(shí)空限制

網(wǎng)格融合網(wǎng)絡(luò)資源后,突破了計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力大小的限制。教育科研網(wǎng)格在結(jié)構(gòu)上形成縱向銜接、橫向貫通、資源任意分布且全面共享的模式,便于教師和學(xué)生隨時(shí)隨地的接入,可在任意地點(diǎn)獲取資源。在功能上,提供分布式的教學(xué)環(huán)境,信息查詢、檢索、分類、存儲(chǔ)等,以支持教學(xué)科研的綜合應(yīng)用,從而最大限度地滿足了教學(xué)領(lǐng)域的需要,為分布式教學(xué)創(chuàng)造了很好的環(huán)境。

3.基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)環(huán)境為師生提供了全面的信息資源服務(wù)

教育科研網(wǎng)格利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、協(xié)議規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),為用戶提供一體化的智能信息平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上,信息的處理是分布式、協(xié)作式和智能化的,教師或?qū)W生可以通過(guò)單一入口訪問(wèn)所有信息。信息網(wǎng)格可以科學(xué)地描述信息、存儲(chǔ)信息、發(fā)布信息和查找信息;可以將異構(gòu)平臺(tái)、不同格式、不同語(yǔ)義的信息進(jìn)行規(guī)范和轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)障礙交換;能夠?qū)⒕W(wǎng)格環(huán)境中眾多的服務(wù)功能,按照用戶的需求進(jìn)行有機(jī)集成,形成自動(dòng)完成的工作流程,向用戶提供一步到位的服務(wù)。

4.基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)環(huán)境真正實(shí)現(xiàn)了協(xié)同式學(xué)習(xí)

教育科研網(wǎng)格打破了傳統(tǒng)的共享協(xié)作限制,可以將各個(gè)領(lǐng)域的專家和各種資源充分結(jié)合起來(lái),動(dòng)態(tài)建立各種虛擬組織,協(xié)同解決問(wèn)題。教育科研網(wǎng)格不僅能將國(guó)內(nèi)的院校科研機(jī)構(gòu)連接在一起,而且還可以將分布在世界上的所有教育機(jī)構(gòu)連接成為一個(gè)龐大的組織。在網(wǎng)格技術(shù)的支撐下,帶來(lái)全新的協(xié)同式教學(xué)模式,讓分布在各地的學(xué)生根據(jù)特定的學(xué)習(xí)目的組成學(xué)習(xí)共同體,在溝通、交流和分享中共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

三、基于網(wǎng)格技術(shù)的分布式教學(xué)模型

基于網(wǎng)格的分布式教學(xué)的核心是教學(xué)資源的共享和教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的建立,其模型如圖1所示,主要由下面幾個(gè)部分組成。

1.網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

網(wǎng)格以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái),在傳輸中仍然使用了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。因此現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)成為未來(lái)網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)格系統(tǒng)中最為重要的部分,網(wǎng)格功能的實(shí)現(xiàn)從根本上來(lái)講依賴于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)內(nèi)含了網(wǎng)格資源、網(wǎng)格服務(wù)的實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)格服務(wù)是通過(guò)網(wǎng)格服務(wù)描述語(yǔ)言(GSDL)或WEB服務(wù)描述語(yǔ)言(WSDL)來(lái)定義服務(wù)接口,學(xué)習(xí)者和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)這些服務(wù)接口使用網(wǎng)格服務(wù)。

3.資源管理服務(wù)器

這是整個(gè)教學(xué)網(wǎng)格系統(tǒng)的核心,它負(fù)責(zé)資源的接收、登記、調(diào)度分配等任務(wù),根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的資源容量來(lái)決定將新進(jìn)資源分配到哪個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),并將此信息提交給資源注冊(cè)服務(wù)器以便進(jìn)行更新,還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬情況、用戶點(diǎn)播的頻率對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行調(diào)度管理。

4.用戶管理服務(wù)器

對(duì)教學(xué)網(wǎng)格的用戶進(jìn)行注冊(cè)管理、登錄管理、安全認(rèn)證管理、授權(quán)管理等。用戶必須在用戶管理服務(wù)器中注冊(cè)登記并接受統(tǒng)一管理,登錄教學(xué)系統(tǒng)時(shí)經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)的合法性安全認(rèn)證以后才能有權(quán)使用系統(tǒng)資源。

5.網(wǎng)格服務(wù)注冊(cè)中心

其功能是為用戶提供網(wǎng)格教學(xué)服務(wù)的查詢。網(wǎng)格教學(xué)服務(wù)通過(guò)UDDI (Universal Description,Discovery and Integration)注冊(cè)到網(wǎng)格服務(wù)注冊(cè)服務(wù)器。各種教學(xué)資源信息如資源類型、所在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)編號(hào)等在此登記,并將這些資源按照統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,以提供給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、快捷、友好的資源查詢服務(wù)。當(dāng)注冊(cè)服務(wù)器內(nèi)容更新時(shí),能夠定時(shí)將更新日志傳送給上一級(jí)網(wǎng)格系統(tǒng)的網(wǎng)格服務(wù)的注冊(cè)服務(wù)器,以保證在整個(gè)教學(xué)網(wǎng)格系統(tǒng)內(nèi)教育資源信息的實(shí)時(shí)性。客戶端或者說(shuō)學(xué)習(xí)者通過(guò)服務(wù)注冊(cè)中心可以查找到所有在此注冊(cè)的網(wǎng)格教學(xué)服務(wù)的信息。對(duì)于教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者,可以把在注冊(cè)中心查到的網(wǎng)格服務(wù)直接嵌入到教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)當(dāng)中。

6.網(wǎng)格門戶

網(wǎng)格門戶網(wǎng)站可以看作是為用戶或?qū)W習(xí)者提供網(wǎng)格服務(wù)的WEB頁(yè)面。用戶或?qū)W習(xí)者通過(guò)網(wǎng)格門戶網(wǎng)站進(jìn)入網(wǎng)格系統(tǒng),得到所需要的服務(wù)。

7.客戶端

在教學(xué)網(wǎng)格中,客戶端代表服務(wù)的對(duì)象或者說(shuō)學(xué)習(xí)者。他不僅可以使用網(wǎng)格資源,享受網(wǎng)格服務(wù),同時(shí),也可以利用網(wǎng)格資源和服務(wù),來(lái)構(gòu)建自己的應(yīng)用。

四、總結(jié)

網(wǎng)格技術(shù)為教育帶來(lái)了機(jī)遇,同時(shí)也使其面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前,人們只能在科研和不多的幾個(gè)場(chǎng)合看到網(wǎng)格的零星應(yīng)用案例,網(wǎng)格在教育領(lǐng)域的應(yīng)用沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果。主要原因是網(wǎng)格相關(guān)軟件以開(kāi)源軟件為主,缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,網(wǎng)格安全和管理技術(shù)不夠成熟,在這些方面還需要進(jìn)行深入的研究。?筅

參考文獻(xiàn):

[1]Ian Foster.What is the Grid?A Three Point Checklist[J].Grid Today-daily News and information for Global Grid Community,2002,1(6).

[2]桂小林.網(wǎng)格技術(shù)導(dǎo)論[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2005.

[3]傅曉興,郭紅.網(wǎng)格技術(shù)及教育領(lǐng)域應(yīng)用展望[J].中國(guó)信息技術(shù)教育,2008(11).

[4]苗燕春.網(wǎng)格技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊,2008(8).

[5]莫秋云.網(wǎng)格技術(shù)在中國(guó)教育科研平臺(tái)上的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息,2006(4).

[6]企業(yè)介入云計(jì)算對(duì)網(wǎng)格發(fā)展是利好.http://www.topoint.com.cn.2008-10-13

[7]網(wǎng)格成長(zhǎng),最新動(dòng)態(tài)——訪ChinaGrid專家組組長(zhǎng)金海教授.http://grid.hust.edu.cn.2007-12-20.