遠(yuǎn)程教育中網(wǎng)格分布式技術(shù)服務(wù)探討

摘 要：網(wǎng)格是21世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上以實(shí)現(xiàn)資源可控化共享為目的的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)格計(jì)算是一個(gè)新出現(xiàn)的名詞，也是近年來(lái)興起的一個(gè)研究熱點(diǎn)，本文對(duì)網(wǎng)格的概念、特點(diǎn)、進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)格技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

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

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識(shí)資源等，實(shí)現(xiàn)全面共享與協(xié)同工作，使整個(gè)Internet整合成一臺(tái)巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，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(shí)驗(yàn)研究階段，離最初設(shè)想還有很大距離，但它是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，已成共識(shí)。并且正在逐漸地由一個(gè)新興名詞轉(zhuǎn)變成為運(yùn)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(jiǎn)稱為虛擬計(jì)算環(huán)境，就是把地理上分布的各種計(jì)算資源連接成一個(gè)單一的統(tǒng)一資源即虛擬高級(jí)計(jì)算機(jī)的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)全球范圍的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)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(dòng)態(tài)多制度虛擬組織中解決問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，網(wǎng)格可以從以下描述為以下三點(diǎn)[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(dòng)。

（2）使用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、通用的協(xié)議和接口。即一個(gè)網(wǎng)格是由多用途協(xié)議和接口來(lái)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(wèn)等一些基本問(wèn)題。

（3）提供非常的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。即允許按協(xié)作方式來(lái)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(duì)于目前網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用中其運(yùn)行環(huán)境已和其他計(jì)算環(huán)境有很大的不同，已不能夠滿足網(wǎng)格計(jì)算所面臨的開發(fā)難度、排錯(cuò)、調(diào)試、修改、部署等問(wèn)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(yǔ)言開發(fā)服務(wù)，客戶端則可以使用java語(yǔ)言和C語(yǔ)言開發(fā)。開發(fā)過(guò)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(shí)現(xiàn)該服務(wù)接口，通過(guò)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(yǔ)言開發(fā)生成可執(zhí)行類。最終部署到服務(wù)運(yùn)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(tái)，通常不需要其他工具或軟件開發(fā)工具包便可完成萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)的開發(fā)。

因?yàn)?NET框架可以提供專門的文件類型.asmx，每一個(gè).asmx都包含一個(gè)WebService指令。

因此在.NET框架中，可以通過(guò)以下流程完成一個(gè)萬(wàn)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(yùn)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(yùn)行結(jié)果

（3）UNICORE。

UNICORE（UNIform Interface to Computing Resources）是把超級(jí)計(jì)算中心資源結(jié)合起來(lái)，用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)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(tái)的命令和選項(xiàng)，在執(zhí)行命令時(shí)，輸入文件和輸出文件自動(dòng)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(diǎn)間的高速數(shù)據(jù)傳輸。另外UNICORE網(wǎng)格平臺(tái)通過(guò)用戶認(rèn)證X.509證書授權(quán)，把對(duì)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(yuǎn)程教育中資源共享中的應(yīng)用

2.1 遠(yuǎn)程教育主要特點(diǎn)和網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

遠(yuǎn)程教育是由過(guò)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(dú)立產(chǎn)生的一種教學(xué)方式，它是實(shí)現(xiàn)終身教育而獲取教學(xué)資源的一種有效渠道。

學(xué)習(xí)資源豐富的最大化是遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)的最大一個(gè)特點(diǎn)。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(jī)制，使得各種異構(gòu)和孤立的資源，能夠以一個(gè)整體的形式為用戶提供各種計(jì)算和信息服務(wù)。因此，網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用能促進(jìn)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(yuǎn)程教育中的優(yōu)勢(shì)概括為以下兩點(diǎn)。

（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(lái)，聯(lián)合提供服務(wù)，最大化實(shí)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(wú)紙化習(xí)題庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)化考試系統(tǒng)以及各類論文文獻(xiàn)等海量信息資源集成起來(lái)，建立起一個(gè)集教育教學(xué)為一體的信息網(wǎng)格，覆蓋到各個(gè)地區(qū)，提供統(tǒng)一的、高效的信息服務(wù)，同時(shí)提供主動(dòng)學(xué)習(xí)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(xí)和交流成為現(xiàn)實(shí)。

（2）通過(guò)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(xí)資源得到充分的利用，并且極大的提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量，為遠(yuǎn)程教育教學(xué)的信息化發(fā)展提供了更廣闊的空間。同時(shí)網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用在遠(yuǎn)程教育資源中，也能夠大大縮減教師個(gè)體的備課時(shí)間，將這些時(shí)間用做擴(kuò)充知識(shí)領(lǐng)域，豐富授課的內(nèi)容容量，突出授課內(nèi)容的重難點(diǎn)方面。而且還會(huì)加強(qiáng)了教師與教師之間，教師與學(xué)生之間的互動(dòng)性，擴(kuò)展了教師思維的廣度與深度，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的興趣與效率，從根本上進(jìn)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(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的網(wǎng)格系統(tǒng)面向用戶使用的入口，遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)通常具有是一個(gè)開放的Web入口界面，通過(guò)這個(gè)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(tái)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)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(jī)構(gòu)（教育受體）通過(guò)教育資源訪問(wèn)口，訪問(wèn)現(xiàn)有資源管理系統(tǒng)中的教育資源數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，從資源庫(kù)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(kù)中。

其次，為了實(shí)現(xiàn)教育資源的共享，必須要針對(duì)高帶寬廣域網(wǎng)環(huán)境進(jìn)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(shí)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(jī)制，對(duì)GSI（Grid Security Infrastructure，網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施）和Kerberos提供支持，在實(shí)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(dòng)協(xié)商、出錯(cuò)重傳等機(jī)制。各資源分支機(jī)構(gòu)通過(guò)設(shè)計(jì)開發(fā)統(tǒng)一接口，在上傳數(shù)字資源的同時(shí)，自動(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)之上，再由網(wǎng)格教學(xué)資源服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(wèn)和集成的虛擬化界面，最終網(wǎng)格服務(wù)簡(jiǎn)化了用戶或客戶端程序?qū)Ψ植际浇虒W(xué)資源的訪問(wèn)過(guò)程，實(shí)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(diǎn)播平臺(tái)

通過(guò)網(wǎng)格技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)將原來(lái)的分散管理和維護(hù)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)集中和調(diào)度方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(diǎn)播服務(wù)，而且提供了能同時(shí)支持成千上萬(wàn)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(tái)（CGSP）之上，通過(guò)Realcourse為用戶提供“一站式”服務(wù)，將每個(gè)學(xué)校各自維護(hù)自己的資源，自動(dòng)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(shí)間內(nèi)聚集大量課程資源。分布式視頻發(fā)布和點(diǎn)播平臺(tái)的最終目標(biāo)為了實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)上支持全國(guó)各所重點(diǎn)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(duì)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(guò)點(diǎn)播平臺(tái)點(diǎn)播不同學(xué)校不同專業(yè)的不同課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。

因此，網(wǎng)格技術(shù)在遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)（包括機(jī)群）、數(shù)據(jù)庫(kù)、各類設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備等，形成對(duì)用戶相對(duì)透明的虛擬的高性能計(jì)算環(huán)境，應(yīng)用包括了分布式計(jì)算、高吞吐量計(jì)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(diǎn)播平臺(tái)，更好的解決了目前遠(yuǎn)程教育中存在的資源共享不對(duì)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)布局中的差異最終實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)機(jī)器或機(jī)群之間的協(xié)作和轉(zhuǎn)換，達(dá)到教學(xué)資源最大化利用這一目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)格技術(shù)在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用將是其中非常重要的一個(gè)方向，到目前為止網(wǎng)格的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)還比較少，建立一個(gè)以網(wǎng)格為核心技術(shù)的遠(yuǎn)程教育教學(xué)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，需要更進(jìn)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(huì)極大地影響現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。未來(lái)的遠(yuǎn)程教育將更加突出學(xué)習(xí)過(guò)程中的協(xié)作學(xué)習(xí)和知識(shí)管理，虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)將成為網(wǎng)格環(huán)境下遠(yuǎn)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(qiáng)大的支持力，不同的網(wǎng)格應(yīng)用類型將滿足遠(yuǎn)程教育的需求，特別是知識(shí)網(wǎng)格的實(shí)現(xiàn)，將對(duì)遠(yuǎn)程教育產(chǎn)生巨大的影響。

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