基于網(wǎng)格技術的廣西高校教育教學資源共享新模式研究

謝曉蘭

（桂林理工大學信息科學與工程學院 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。高等學校校園網(wǎng)在教學、科研、管理等領域發(fā)揮著越來越重要的作用，數(shù)字化校園的概念也全面進入到高等院校。如同所有事物的成長過程都要經(jīng)過不斷的進化一樣，互聯(lián)網(wǎng)也在前進的道路上一步步修正自己的不足。就功能方面來說，第一代互聯(lián)網(wǎng)的典型應用是收發(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上使用了超文本和多媒體技術，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、影像等內(nèi)容。

“網(wǎng)格”（Grid）是繼Internet之后又一次重大的科技進步，被稱為第三代互聯(lián)網(wǎng)。它是集成的計算與資源環(huán)境，其核心是消除信息孤島，實現(xiàn)包括計算資源、通信資源、軟件資源、存儲資源、知識資源、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)絡技術為基礎，整個互聯(lián)網(wǎng)是異構的，教育資源不能實現(xiàn)充分地共享，重復開發(fā)現(xiàn)象非常嚴重。另外，目前的，大規(guī)?？蒲许椖恳话愣际嵌鄠€機構合作完成，他們來自不同機構的人員和資源協(xié)作完成，這將會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該具有不同的權限。所以網(wǎng)格技術在校園網(wǎng)中的應用，將會極大地改變現(xiàn)有校園網(wǎng)在科研與教育教學方面的應用現(xiàn)狀。[1]

利用網(wǎng)格技術也可以實現(xiàn)對全國各地的優(yōu)質教育資源的集成和共享，提供開放的遠程協(xié)同教學的基礎支撐，為各高校的學生、老師提供高質量的網(wǎng)格服務，優(yōu)勢互補，避免重復開發(fā)，節(jié)省人力、財力。所以通過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，有力于廣西建設高水平大學的研究，有利于促進教育均衡發(fā)展。

1 國內(nèi)外及區(qū)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

最初的網(wǎng)格研究來源于美國聯(lián)邦政府過去十年來資助的高性能計算科研項目。這方面的代表性研究工作包括美國國家科學基金會資助的NPACI、國家技術網(wǎng)格（NTG）、分布萬億次級計算設施（DTF），美國宇航總署的IDG，美國能源部的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：由美國國家超級計算應用中心NCSA（National Center of Supercomputing）、美國阿爾貢國家實驗室、芝加哥大學、Shibboleth開發(fā)組的成員共同開發(fā)研究的GridShib項目，該項目整合了網(wǎng)格與高校校園網(wǎng)絡基礎設施，使之更具拓展性和靈活性。[2]

在我國目前也已開展了 “中國國家網(wǎng)格”、“教育科研網(wǎng)格”、“織女星網(wǎng)格”、“先進計算基礎設施北京上海試點工程”和“上海網(wǎng)格”等五大網(wǎng)格項目的研究，參與研究的主要有中科院計算所、清華大學、聯(lián)想集團、江南計算所等幾家在高性能計算方面有較強實力的研究單位。已有20所高校完成了校園網(wǎng)格建設，聚合計算能力和存儲能力分別達到15萬億次和150TB，五大典型網(wǎng)格應用訪問量日益增加，有力促進了高校高性能計算應用和有關學科發(fā)展。目前，在廣西區(qū)還沒有見到 “使用校園網(wǎng)格改進高校教育資源共享模式方面”的研究。在廣西，受經(jīng)濟社會發(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)絡的建設與發(fā)展很不平衡，相當多的高校校園網(wǎng)的受網(wǎng)絡定位、建設方式、技術水平和管理模式上存在很大差異，建設與管理水平有待進一步提高。為了提高廣西的教育水平，拉近與先進的大學的教育環(huán)境、教育模式上的差距，所以，尋找一種經(jīng)濟、方便、可行的高校校園的資源共享新模式勢在必行，也是一件非常有意義的事情。

2 基于網(wǎng)格技術的廣西高校教育教學資源共享新模式研究的意義

針對目前廣西高教教育資源庫暴露以及缺乏共享的情況，結合國內(nèi)外教育資源庫研究的最新成果和發(fā)展趨勢，研究出一種在廣西高校中實用的、高效的、安全的共享教育資源的新模式，那就是利用網(wǎng)格技術建立教育資源共享網(wǎng)絡的體系架構、資源傳輸技術、異構資源庫集成技術等幾方面的應用研究。具體構想如下：

（1）分布在各個地區(qū)的基礎教育資源得以透明共享。

（2）優(yōu)質教育資源通過網(wǎng)格傳遞給教育水平不發(fā)達地區(qū)的用戶。

（3）建成后將成為用戶群空前大、覆蓋面空前廣的應用網(wǎng)格。支持幾萬用戶同時在線訪問網(wǎng)格。

（4）為全區(qū)高校師生提供一個教育信息資源共享的平臺。

（5）整合各個知識點的網(wǎng)格知識庫。

（6）平臺的安全機制包括：支持，防止假冒和數(shù)據(jù)泄密；實體之間的安全通信；支持用戶的單點登錄；支持跨組織的安全；包括跨多個資源和地點的信任委托和信任轉移等。

開展該研究的意義在于充分地利用有限的軟硬資源，通過引入網(wǎng)格這種全新的技術，設計一種通用的、門檻不太高的、覆蓋學科廣的、可整合廣西區(qū)內(nèi)外資源的網(wǎng)格平臺，進行優(yōu)勢互補，形成一種全新的教學實踐模式，在提高資源利用率的同時，加強教學效果，并大大降低教學成本?？傮w來說，包括以下幾個方面：

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

（2）積極探索網(wǎng)格模式下的遠程協(xié)同教學和研究性自主學習；。

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

（4）以應用為本，真正滿足廣大學生、老師對優(yōu)質教育資源的渴望和需求。

3 研究的具體實施

（1）密切跟蹤網(wǎng)格技術的最新發(fā)展，充分進行調研，最后確立方案。首先要了解網(wǎng)格技術本身，搜集有關情報，了解網(wǎng)格在校園的應用、背景、功能以及標準等各個方面。密切跟蹤國際以及國內(nèi)，網(wǎng)格技術的最新發(fā)展，通過對走在網(wǎng)格建設前沿高校的深入調研，包括實施方案、實施成本、實施效果等多方面進行深入分析，論證其可行性，并進行初步實驗，確定將要實現(xiàn)的最終目標。[3]

（2）項目分解，分步實施。跟蹤研究進行到一定階段，應當適當開展實際的系統(tǒng)試驗，進一步驗證校園網(wǎng)格系統(tǒng)的可行性。

初步?jīng)Q定，架設網(wǎng)格的平臺軟件使用Globus Toolkit 4，這是一個開源軟件，無需花費大量的金錢在軟件的購買上。而且，它的主要特點之一就是不需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行改造，就能提供網(wǎng)格服務。采用中間件OGSA-DAI（Open Grid Service Architecture-Data Access and Integration）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問與集成、采用OGSA-DQP（Open Grid Service Architecture-Distributed Query Processing）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式查詢。

（3）結合學校的實際需要，對計算量、存儲量較高的工作上先建立應用的小環(huán)境，然后再整合到一起。例如，先建設一些小的計算網(wǎng)格應用，一些小的文件系統(tǒng)管理的資源網(wǎng)格應用等。也可以進行一些實驗，比如試驗傳輸海量數(shù)據(jù)、分配工作負載，以及執(zhí)行大規(guī)模計算等，然后逐步過渡到建設其他的網(wǎng)格應用上。網(wǎng)格并不是對現(xiàn)有系統(tǒng)的方案的替代，不需要完全拋開原有設備，重新建設全新的網(wǎng)格系統(tǒng)，因為那樣將會造成資源的巨大浪費。網(wǎng)格技術的核心是虛擬化——虛擬各種網(wǎng)絡資源。所以，我們需要做的工作是盡可能通過網(wǎng)格技術利用并整合現(xiàn)有資源，并不斷增加新的資源，以實現(xiàn)全廣西高校校園資源的全面共享。[3]

（4）邊研究，邊實踐，邊總結。先研究確定校園網(wǎng)格應用的初步實現(xiàn)方案，試驗運行，并加以不斷改進，特別是校園計算網(wǎng)格建設，資源網(wǎng)格建設等。

（5）探索廣西高校資源共享網(wǎng)格體系架構。網(wǎng)格技術會給高校帶來盈利或各方面的優(yōu)勢，而現(xiàn)在缺乏的就是可以實現(xiàn)通用的、門檻不太高的、覆蓋學科廣的、可整合校內(nèi)外資源的網(wǎng)格架構方案。[3,4]

（6）運行測試與評估。對新方案進行全面的測試與評估，收集、分析、研究反饋意見，統(tǒng)計監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結項目運行效果，提出改進辦法和措施。

（7）成果推廣應用。成果首先在我校應用，然后逐步推廣到其它院校。

①建立機制，區(qū)內(nèi)外調研，廣泛收集文獻資料及其它院校在網(wǎng)格建設上的寶貴經(jīng)驗，分析研究各種網(wǎng)格應用的可行性，預測其效果，確定基本目標。

②深入的了解不同網(wǎng)格實現(xiàn)技術，有針對性地收集這些技術應用后的相關經(jīng)驗，并從小范圍開始實踐和應用，通過結果對比和分析論證，確定最佳的網(wǎng)格建設實現(xiàn)技術。

③針對網(wǎng)格技術在不同學科的應用特點，確定其相應的應用突破口，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)格平臺上。由點到面，逐步推進項目的實施。

④全面推進項目實踐。結合學校的實際需要，對計算量、存儲量較高的工作上先建立應用的小環(huán)境，然后將各應用整合到一起。

⑤全面總結和評價新模式下應用的效果，項目總結，成果鑒定。

4 結論

廣西進行高校校園網(wǎng)格建設的目的是為了構建分布、異構、自治的網(wǎng)絡資源環(huán)境，并在其內(nèi)部實現(xiàn)跨自治域的資源共享及協(xié)作，以滿足廣西高校教職員工、學生、科研機構研究人員對大規(guī)模計算能力和海量數(shù)據(jù)處理的需求。廣西高校資源共享網(wǎng)格平臺的建成，不僅能將校園內(nèi)的計算、存儲等能力加以發(fā)布和共享，同時也可以將校園內(nèi)其他資源和信息等加以公布。利用網(wǎng)格技術建立起一個統(tǒng)一的校園資源共享平臺（類似于企業(yè)的ERP系統(tǒng)），來輔助學校管理部門協(xié)調和分配校園資源，以降低整個學校的運營費用，提高整個高校的資源利用率。[5]

上述成果，是對當前形式下我區(qū)高校信息化建設的有益嘗試，預計可以較大程度地降低學校硬件設備的投入，在相同硬件設備的情況下，滿足更多教學與科研需求，同時可以增加更多教學實踐方案，使教師能更方便地進行教學與科研，使學生能在新平臺上更快更全面地掌握相關知識，更好地滿足當前高校教學的要求。成果可以首先在我校應用，成熟后也可以推廣到區(qū)內(nèi)外其它院校，從而大大擴大受益學校的范圍。所以通過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，有力于廣西建設高水平大學的研究，有利于促進教育均衡發(fā)展。

［1］高宏卿,王曉東.基于網(wǎng)格技術的校園網(wǎng)應用研究[J].計算機應用研究，2005-09-10.

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

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

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

［5］周一，鐘劍，浦訊.基于“一卡通”系統(tǒng)的校園網(wǎng)網(wǎng)格服務模型[J].西南大學學報：自然科學版，2007,29（3）.