基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)共享機(jī)制

覃遠(yuǎn)霞

摘要：由于互聯(lián)網(wǎng)的異質(zhì)性（包括軟件和硬件），各類教育組織各自開發(fā)教育資源而不能充分共享，形成資源“孤島”，資源利用率較低。將網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域，可以為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)，在保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前提下共用教育資源，避免盲目重復(fù)開發(fā)。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有三個(gè)層次：基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)的硬件和資源數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)格服務(wù)器系統(tǒng)和用戶門戶，建設(shè)內(nèi)容包括元數(shù)據(jù)、資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制和資源收集及發(fā)布機(jī)制。

關(guān)鍵詞：教育資源網(wǎng)格資源發(fā)現(xiàn)資源收集及發(fā)布

中圖分類號(hào)：G40-057文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.引言

教育信息化的快速發(fā)展使互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)字化教育資源以指數(shù)方式增長(zhǎng)。龐大的教育資源為師生的教與學(xué)提供了便利條件，同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。教育資源管理面臨以下問(wèn)題：

（1）缺乏有效的教育資源。雖然市場(chǎng)上的教學(xué)資源庫(kù)產(chǎn)品豐富多樣，但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師們又感覺(jué)無(wú)序、無(wú)效的資源太多，難以找到真正需要的有效資源。

（2）無(wú)法有效保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。每一個(gè)優(yōu)秀的教學(xué)資源都是教師的勞動(dòng)成果，具有原創(chuàng)性，應(yīng)當(dāng)受到知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)?，F(xiàn)有存在的抄襲或盜用他人作品的情況嚴(yán)重打擊了原創(chuàng)資源建設(shè)者的積極性，造成當(dāng)前教育資源總體質(zhì)量不高。

（3）信息孤島。各類教育組織紛紛耗費(fèi)了大量的人力和財(cái)力開發(fā)教育資源，絕大部分的教育資源都自行管理，有自己選擇的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)、自行開發(fā)的應(yīng)用軟件和用戶界面，完全是獨(dú)立的體系。軟、硬件的異質(zhì)性和多樣性使大量信息被鎖在各個(gè)小島的數(shù)據(jù)庫(kù)中，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器猶如信息孤島，資源不能充分共享，利用率低。

（4）搜索困難。由于互聯(lián)網(wǎng)的異質(zhì)性（包括軟件和硬件），很多搜索引擎沒(méi)有覆蓋所有教育資源，資源搜索的智能化程度不高，使得在網(wǎng)上搜索到有用資源變得比較困難。用戶必須知道所需教育資源所在的位置，才能通過(guò)各種接口進(jìn)行訪問(wèn)。

整合分散、無(wú)序的教育資源，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)，在保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前提下實(shí)現(xiàn)資源共享，避免盲目重復(fù)開發(fā)，是教育信息化發(fā)展的新要求。

2.網(wǎng)格及其優(yōu)勢(shì)

網(wǎng)格的實(shí)質(zhì)是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模分布資源（包括帶寬資源、軟件資源、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、信息資源、數(shù)據(jù)資源、知識(shí)資源等）進(jìn)行管理，它是集成的計(jì)算與資源環(huán)境，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)（存儲(chǔ)、計(jì)算、訪問(wèn)等）；作為一種重要的支持虛擬組織的系統(tǒng)，網(wǎng)格組織中的不同成員具有不同的權(quán)限，最終實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行資源共享和協(xié)同工作，徹底消除信息孤島，最大程度地實(shí)現(xiàn)資源共享。

網(wǎng)格的優(yōu)勢(shì)有：

（1）實(shí)現(xiàn)資源全面共享：網(wǎng)格能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用程序的互連互通，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)資源全面共享。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的是一種硬件的連通，那么網(wǎng)格則能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的互聯(lián)互通。

（2）網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境下的協(xié)同工作：能夠?yàn)榭绲赜?、跨學(xué)科的大型研究活動(dòng)提供協(xié)同工作支撐環(huán)境，多個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)可以共同處理一個(gè)項(xiàng)目。

（3）檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：Ian Foster提出的網(wǎng)格檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是使用通用的、開放的和標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議，在地理分布的非集中控制的環(huán)境中協(xié)同使用資源，并提供非平凡的服務(wù)質(zhì)量。

（4）具有高度可擴(kuò)展性的動(dòng)態(tài)服務(wù)：網(wǎng)格可以實(shí)現(xiàn)具有高度可擴(kuò)展性的、能夠適應(yīng)變化的動(dòng)態(tài)服務(wù)。

網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)有：

（1）網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)就是網(wǎng)格計(jì)算資源的提供者，包括在地理位置上是分布的、具有異構(gòu)特性的集群系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、高端服務(wù)器、MPP系統(tǒng)大型存儲(chǔ)設(shè)備資源等。

（2）寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)格計(jì)算提供性能影響很大，在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中，要想獲得計(jì)算能力“即連即用”、通信服務(wù)延遲小且高可靠，都需要有高質(zhì)量、高速度寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持。

（3）資源管理。主要解決資源的描述、組織和管理等關(guān)鍵問(wèn)題。

（4）任務(wù)調(diào)度。根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的負(fù)載情況，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的任務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（5）監(jiān)測(cè)工具。網(wǎng)格環(huán)境下，資源和服務(wù)的添加、更新及退出等信息變化非常頻繁，需要有一個(gè)發(fā)現(xiàn)機(jī)制來(lái)匯總以便在任務(wù)調(diào)度進(jìn)程中能找出最優(yōu)組合，監(jiān)測(cè)工具承擔(dān)了此項(xiàng)功能。監(jiān)測(cè)工具是資源發(fā)現(xiàn)和任務(wù)分配的基礎(chǔ)，為其它的網(wǎng)格中間件提供了必要的與資源有關(guān)的性能數(shù)據(jù)。

（6）可視化應(yīng)用層工具。網(wǎng)格計(jì)算的主要領(lǐng)域是科學(xué)計(jì)算，但想要從海量數(shù)據(jù)中通過(guò)人工分析的方式得出正確的判斷并非易事。如果把計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成直觀的圖形信息，就能幫助研究人員擺脫理解數(shù)據(jù)的困難，能在網(wǎng)格計(jì)算中傳輸和讀取的可視化工具變得尤為重要。

3.基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有三個(gè)層次：硬件和資源數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)格服務(wù)器系統(tǒng)和用戶門戶，如圖1所示。

圖1：基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

第一層，分屬于不同組織、大學(xué)或其他資源所有者的硬件和資源數(shù)據(jù)庫(kù)。包括計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)和其它軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)分布在不同的地理位置，通過(guò)校園網(wǎng)進(jìn)行連接。

第二層，對(duì)用戶是透明的網(wǎng)格服務(wù)系統(tǒng)。它包括網(wǎng)格軟件和電網(wǎng)接口，用戶通過(guò)網(wǎng)格門戶接口搜索資源，應(yīng)用軟件使用網(wǎng)格服務(wù)器通過(guò)將參數(shù)轉(zhuǎn)換為軟件。

第三層，用戶門戶系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間的接口。它指示網(wǎng)格服務(wù)器啟動(dòng)，并根據(jù)服務(wù)情況暫停服務(wù)器。

4.基于網(wǎng)格的教育資源共享系統(tǒng)的建立

基于網(wǎng)格的教育資源共享系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括元數(shù)據(jù)、資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制和資源收集及發(fā)布機(jī)制。

A教育資源中的學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)

學(xué)習(xí)對(duì)象是指一切可為教學(xué)和培訓(xùn)目的服務(wù)的對(duì)象，包括實(shí)訓(xùn)設(shè)備、教材等物理對(duì)象，也包括網(wǎng)絡(luò)課件、教學(xué)軟件等數(shù)字對(duì)象。學(xué)習(xí)對(duì)象不論大小，可以小到一張圖片，大到一門課程。典型的學(xué)習(xí)對(duì)象包括人、組織機(jī)構(gòu)、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)目標(biāo)、多媒體教學(xué)資源、工具軟件、教學(xué)內(nèi)容和動(dòng)畫課件等。學(xué)習(xí)對(duì)象可以在交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等不同的教學(xué)系統(tǒng)中使用、重用或引用。

根據(jù)CELTS-3教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范，教育資源中的學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)有9種元素，如圖2所示。

通用信息（General）：包括所有的學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的通用信息。

生存期信息（Lifecycle）：包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)，也包括影響學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的人或組織。

元數(shù)據(jù)描述信息（Meta MetaData）：定義學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)符、創(chuàng)建信息、語(yǔ)言等。

技術(shù)信息（Technical）：包括技術(shù)要求和特點(diǎn)。

教育信息（Educational）：包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的教育特性。

權(quán)利信息（Rights）：包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息。

關(guān)系信息（Relation）：包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

評(píng)注信息（Annotation）：包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)信息。

分類信息（Classification）：包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)和分類體系之間的關(guān)系。

元素連接到子卷，子卷再連接到元數(shù)據(jù)。如圖3所示。

B資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制

資源發(fā)現(xiàn)是根據(jù)資源請(qǐng)求者的資源請(qǐng)求描述，從網(wǎng)格上為請(qǐng)求者找到滿足請(qǐng)求描述要求的合適資源的過(guò)程。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)資源所有者的工作是獨(dú)立的，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)資源所有者接收到檢索本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)資源的請(qǐng)求時(shí)，若局部網(wǎng)絡(luò)中存在所需資源，則資源路由器返回該資源的節(jié)點(diǎn)地址；當(dāng)所需資源不存在該局部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則將請(qǐng)求傳遞給他的鄰居節(jié)點(diǎn)。所以每一個(gè)資源節(jié)點(diǎn)所有者都有一個(gè)鄰居名單，并定期檢查，刪除不作為鄰居和添加新的鄰居。

關(guān)鍵點(diǎn)是計(jì)算信號(hào)的傳遞，包括：記錄鄰居的行動(dòng)、判斷好鄰居、判斷資源請(qǐng)求的規(guī)律并存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或得到它的映像。

C.資源收集及發(fā)布機(jī)制

根據(jù)資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制的資源請(qǐng)求規(guī)律，將資源存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或得到它的映像，是一種非常有效的資源收集機(jī)制。另一種收集資源的方式是檢查收錄進(jìn)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)中或從網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)中剔除的資源，通過(guò)目錄監(jiān)控程序檢查在網(wǎng)格中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的變化，保持每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居列表更新。

5.基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)應(yīng)用效果

下面的圖表顯示了基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)應(yīng)用之后每個(gè)月教育資源的利用情況，表1中的利用率指的是數(shù)據(jù)庫(kù)資源的訪問(wèn)率。第一個(gè)月的利用率很低，僅0.095；但20個(gè)月之后教育資源利用率達(dá)0.865。

圖4基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)利用率

從圖4可以看出，反映基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)利用率的曲線圖比較陡峭，隨著時(shí)間的不斷推移，利用率越來(lái)越接近0.9，體現(xiàn)這個(gè)機(jī)制確實(shí)有效。

6.結(jié)論

網(wǎng)格技術(shù)可以幫助解決教育資源共享問(wèn)題。通過(guò)網(wǎng)格技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)廣泛共享異構(gòu)學(xué)習(xí)資源和地理上分布的系統(tǒng)的目標(biāo)，不同的用戶可以相互合作，資源可以重復(fù)使用，用戶可以得到透明的網(wǎng)格服務(wù)而不需要知道如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)及由誰(shuí)提供服務(wù)。

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