網(wǎng)格技術(shù)在分布式教學(xué)中的應(yīng)用研究

黃曉波　陳　敏

摘 要:利用網(wǎng)格技術(shù)可對所有教育資源進(jìn)行有機(jī)融合,實現(xiàn)高度共享和全面協(xié)作。本文分析網(wǎng)格技術(shù)對分布教學(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:G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-8454(2009)13-0078-03

網(wǎng)格倡導(dǎo)的最根本的理念是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和協(xié)作,網(wǎng)格的目標(biāo)是實現(xiàn)各種資源的有機(jī)集成,實現(xiàn)應(yīng)用的互連互通,使人們可以隨時隨地享用網(wǎng)上的各種資源。網(wǎng)格計算技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域以后,使教學(xué)信息資源真正實現(xiàn)全面共享,這對基于網(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)展起來的,最初是專門針對復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的一種新型計算模式。這種計算模式將地理上分布、異構(gòu)的各種資源通過高速網(wǎng)絡(luò)連接并集成起來,共同完成計算任務(wù),其中每一臺參與計算的計算機(jī)就是一個“節(jié)點”,而整個計算是由成千上萬個“節(jié)點”組成的“一張網(wǎng)格”,所以這種計算方式叫網(wǎng)格計算。它不僅僅能夠為信息資源的獲取、分布、傳輸和有效利用帶來革命性和結(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算資源組成,并且每類資源有各自不同的屬性。異構(gòu)計算機(jī)間的合作和轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)是首要問題。

(2)分布性與共享性:一個網(wǎng)格系統(tǒng)由分布在不同地點、不同類型的計算機(jī)、外部設(shè)備、各種各樣的資源庫、知識庫、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)動態(tài)性:網(wǎng)格作為一個系統(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)模會隨著時間的變化不斷調(diào)整,或充實內(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:即網(wǎng)格計算資源的提供者,它包括高端服務(wù)器、集群系統(tǒng)、MPP 系統(tǒng)大型存儲設(shè)備和數(shù)據(jù)庫等,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)度兩個問題,一般通過一個包含系統(tǒng)模型的調(diào)度模型來體現(xiàn),而系統(tǒng)模型則是潛在資源的一個抽象,系統(tǒng)模型為分配器及時地提供所有節(jié)點上可見的資源信息,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,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)、存儲訪問服務(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)格計算的主要領(lǐng)域是科學(xué)計算,面對海量的數(shù)據(jù)想通過人工分析得出正確的判斷十分困難。如果把計算結(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,可以更好地實行個性化學(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)請求,教育網(wǎng)格系統(tǒng)會按照學(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)點構(gòu)成一臺巨大的虛擬的計算機(jī),各節(jié)點的資源、知識、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)境有效地實現(xiàn)了信息互連互通

網(wǎng)格的主要任務(wù)是在動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中共享資源和協(xié)同解決問題。網(wǎng)格把分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個信息系統(tǒng),實現(xiàn)計算、存儲、數(shù)據(jù)、信息、軟件、通信、知識和專家等各種資源的全面共享。這些資源形成一個整體后,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)境徹底打破了知識獲取的時空限制

網(wǎng)格融合網(wǎng)絡(luò)資源后,突破了計算能力、存儲能力大小的限制。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)生隨時隨地的接入,可在任意地點獲取資源。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)庫技術(shù),為用戶提供一體化的智能信息平臺。在這個平臺上,信息的處理是分布式、協(xié)作式和智能化的,教師或?qū)W生可以通過單一入口訪問所有信息。信息網(wǎng)格可以科學(xué)地描述信息、存儲信息、發(fā)布信息和查找信息;可以將異構(gòu)平臺、不同格式、不同語義的信息進(jìn)行規(guī)范和轉(zhuǎn)換,從而實現(xiàn)信息的無障礙交換;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,可以將各個領(lǐng)域的專家和各種資源充分結(jié)合起來,動態(tài)建立各種虛擬組織,協(xié)同解決問題。教育科研網(wǎng)格不僅能將國內(nèi)的院?？蒲袡C(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)連接成為一個龐大的組織。在網(wǎng)格技術(shù)的支撐下,帶來全新的協(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,主要由下面幾個部分組成。

1.網(wǎng)絡(luò)平臺

網(wǎng)格以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺,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)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將會成為未來網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.網(wǎng)格節(jié)點

網(wǎng)格節(jié)點是網(wǎng)格系統(tǒng)中最為重要的部分,網(wǎng)格功能的實現(xiàn)從根本上來講依賴于網(wǎng)格節(jié)點。網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)含了網(wǎng)格資源、網(wǎng)格服務(wù)的實現(xiàn)。網(wǎng)格服務(wù)是通過網(wǎng)格服務(wù)描述語言(GSDL)或WEB服務(wù)描述語言(WSDL)來定義服務(wù)接口,學(xué)習(xí)者和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)者可以通過這些服務(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)各個網(wǎng)格節(jié)點的資源容量來決定將新進(jìn)資源分配到哪個網(wǎng)格節(jié)點,并將此信息提交給資源注冊服務(wù)器以便進(jìn)行更新,還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬情況、用戶點播的頻率對教學(xué)資源進(jìn)行調(diào)度管理。

4.用戶管理服務(wù)器

對教學(xué)網(wǎng)格的用戶進(jìn)行注冊管理、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)器中注冊登記并接受統(tǒng)一管理,登錄教學(xué)系統(tǒng)時經(jīng)過該系統(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UDDI (Universal Description,Discovery and Integration)注冊到網(wǎng)格服務(wù)注冊服務(wù)器。各種教學(xué)資源信息如資源類型、所在網(wǎng)格節(jié)點編號等在此登記,并將這些資源按照統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,以提供給用戶一個標(biāo)準(zhǔn)、快捷、友好的資源查詢服務(wù)。當(dāng)注冊服務(wù)器內(nèi)容更新時,能夠定時將更新日志傳送給上一級網(wǎng)格系統(tǒng)的網(wǎng)格服務(wù)的注冊服務(wù)器,以保證在整個教學(xué)網(wǎng)格系統(tǒng)內(nèi)教育資源信息的實時性?？蛻舳嘶蛘哒f學(xué)習(xí)者通過服務(wù)注冊中心可以查找到所有在此注冊的網(wǎng)格教學(xué)服務(wù)的信息。對于教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)者,可以把在注冊中心查到的網(wǎng)格服務(wù)直接嵌入到教學(xué)軟件的開發(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頁面。用戶或?qū)W習(xí)者通過網(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)的對象或者說學(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,也可以利用網(wǎng)格資源和服務(wù),來構(gòu)建自己的應(yīng)用。

四、總結(jié)

網(wǎng)格技術(shù)為教育帶來了機(jī)遇,同時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場合看到網(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

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