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1網(wǎng)格技術(shù)

1.1網(wǎng)格的概念

網(wǎng)格是一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境。IanFoste和CarlKesselman指出:“網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新技術(shù),它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等等資源融為一體,為科技人員和普通百姓提供更多的資源、功能和交往互性?；ヂ?lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁(yè)瀏覽的通信功能,而網(wǎng)格更多更強(qiáng),它還能讓人們透明地使用計(jì)算、存儲(chǔ)等其他資源”[5]。網(wǎng)格能夠充分吸納各種計(jì)算資源,并將其轉(zhuǎn)化成一種隨處可得的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)的計(jì)算能力,這里的計(jì)算資源還包括網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)資料、儀器設(shè)備等各種相關(guān)的資源。網(wǎng)格給最終的使用者提供的是與地理位置和具體的計(jì)算設(shè)施無(wú)關(guān)的通用的計(jì)算能力[4]。網(wǎng)格是高性能計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)源、因特網(wǎng)3種技術(shù)的有機(jī)組合和發(fā)展,主要包括網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫(kù)、貴重儀表、可視化設(shè)備、寬帶主干網(wǎng)和網(wǎng)格軟件6部分。其中,網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是一些高性能的計(jì)算機(jī);數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)信息和數(shù)據(jù)的“倉(cāng)庫(kù)”;貴重儀器包括各種科學(xué)儀器和精細(xì)打印設(shè)備;網(wǎng)格軟件包括網(wǎng)格操作系統(tǒng)、網(wǎng)格編程與使用環(huán)境以及網(wǎng)格應(yīng)用程序[5]。中國(guó)科學(xué)院李國(guó)杰院士認(rèn)為:“網(wǎng)格不同于國(guó)外正在搞的In-ternet或下一代Internet(NGI),網(wǎng)格可以稱作是第3代In-terne,t其主要特點(diǎn)是不僅僅包括計(jì)算機(jī)和網(wǎng)頁(yè),而且包括各種信息資源,如數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件以及各種信息獲取設(shè)備等,它們都連接成一個(gè)整體,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)如同一臺(tái)巨大無(wú)比的計(jì)算機(jī),向每個(gè)用戶提供一體化的服務(wù)”[4]。

1.2網(wǎng)格計(jì)算

1.2.1網(wǎng)格是一種技術(shù),基于網(wǎng)格的問(wèn)題求解就是網(wǎng)格計(jì)算。狹義的網(wǎng)格一般被稱為計(jì)算網(wǎng)格(ComputationalGrid),即主要用于解決科學(xué)與工程計(jì)算問(wèn)題的網(wǎng)格[4]。網(wǎng)格計(jì)算的目標(biāo)是資源共享和協(xié)同工作,以指導(dǎo)行業(yè)和企業(yè)中各個(gè)部門(mén)的資源進(jìn)行行業(yè)或企業(yè)整體上的統(tǒng)一規(guī)劃、部署、整合和共享,而不僅僅是行業(yè)或大企業(yè)中的各個(gè)部門(mén)自己規(guī)劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認(rèn)同對(duì)行業(yè)和企業(yè)至關(guān)重要,它的實(shí)施是一個(gè)根本性的系統(tǒng)決策,將提升或改變整個(gè)行業(yè)或企業(yè)信息系統(tǒng)的規(guī)劃部署、運(yùn)行和管理機(jī)制[7]。為了達(dá)到多種類型的分布資源共享和協(xié)作,網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)必須解決多個(gè)層次的資源共享和合作,制定網(wǎng)格的標(biāo)準(zhǔn),將Internet從通訊和信息交互的平臺(tái)提升到資源共享的平臺(tái)。目前并行計(jì)算、分布計(jì)算中間件等現(xiàn)行技術(shù)研究目標(biāo)和網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)目標(biāo)有較大的差別,遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有解決多組織之間資源的共享問(wèn)題,以及廣域范圍的多系統(tǒng)之間聯(lián)合處理和計(jì)算等網(wǎng)格計(jì)算所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。因此,網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)研究具有獨(dú)特性、緊迫性和挑戰(zhàn)性。

1.2.2GlobusToolkit4。Globus項(xiàng)目是目前國(guó)際上最有影響的網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目之一。目前,Globus項(xiàng)目把在商業(yè)計(jì)算領(lǐng)域中WebService技術(shù)融合在一起,不僅僅局限于科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域,而且能夠?qū)Ω鞣N商業(yè)應(yīng)用進(jìn)行廣泛的、基礎(chǔ)性的網(wǎng)格環(huán)境支持,實(shí)現(xiàn)更方便的信息共享和互操作,從而對(duì)商業(yè)模式、工作方式和生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。Globus對(duì)信息安全、資源管理、信息服務(wù)、數(shù)據(jù)管理以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境等網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)鍵理論和技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究,開(kāi)發(fā)出能在多種平臺(tái)上運(yùn)行的網(wǎng)格計(jì)算工具包軟件(GlobusToolkit),能夠用來(lái)幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格試驗(yàn)和應(yīng)用平臺(tái),開(kāi)發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大型應(yīng)用程序。

1.3網(wǎng)格的特點(diǎn)

1.3.1網(wǎng)格是通過(guò)各種綜合計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)、設(shè)備和服務(wù)等資源的公用基礎(chǔ)設(shè)施。隨著網(wǎng)格技術(shù)逐步成熟,建立地理分布遍布全國(guó)或世界的大型資源節(jié)點(diǎn),集成網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)資源,聯(lián)合向全社會(huì)按需提供全方位的信息服務(wù)。類似于電力網(wǎng)格,電網(wǎng)中的電力資源來(lái)自何方、使用什么原料發(fā)電的、采用哪種傳輸方式等,人們都可以不關(guān)心,也無(wú)需知道。但當(dāng)需要使用電力時(shí),只要把電器的標(biāo)準(zhǔn)電源插頭接入標(biāo)準(zhǔn)插座就可以了。網(wǎng)格,這種特殊的基礎(chǔ)設(shè)施,將使用戶如同今天人們按需使用電力一樣,無(wú)需在用戶端配套大量的全套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和復(fù)雜軟件,就可以簡(jiǎn)便地得到網(wǎng)格提供的各種服務(wù)。

1.3.2網(wǎng)格與因特網(wǎng)的區(qū)別[5]。網(wǎng)格的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的完全共享,通過(guò)眾多結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)整合而成的“超級(jí)計(jì)算機(jī)”的協(xié)同工作,網(wǎng)格就能非常方便、迅速、準(zhǔn)確地完成各種復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算任務(wù)。因特網(wǎng)只是通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式把全球計(jì)算機(jī)聯(lián)為一體,各個(gè)機(jī)構(gòu)和公司可以在網(wǎng)上建立自己的網(wǎng)站,為用戶提供相應(yīng)的信息,但用戶必須通過(guò)一定的網(wǎng)址或搜索引擎查找自己所需要的信息,且找到的信息往往是重復(fù)繁雜的。網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)將比因特網(wǎng)更能有效地利用這些資源,網(wǎng)格則是把這些計(jì)算機(jī)上的所有資源和知識(shí)孤島聯(lián)為一體,在邏輯上就像一臺(tái)機(jī)器。用戶可以方便地使用網(wǎng)上的各種資源,就像使用自己計(jì)算機(jī)上的資源。因特網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)為用戶提供共享信息,或者通過(guò)專門(mén)的FTP網(wǎng)站共享部分軟件等資源,但其適用范圍卻很小,而網(wǎng)格能夠共享的資源范圍則可以無(wú)限大,它包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)以及計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、家用電器等設(shè)備和儀器,并具有面向用戶和透明性的特點(diǎn),用戶可以在不考慮資源物理位置的情況下,通過(guò)網(wǎng)格來(lái)方便的使用這些資源。

2基于網(wǎng)格技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息共享平臺(tái)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)信息化奠定了基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)和GIS等信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的宏觀管理中,以及現(xiàn)代的集約式精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展,各種現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)都將逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃、建設(shè)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)的全過(guò)程,最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化和虛擬化[8]。目前網(wǎng)絡(luò)帶寬成為信息高速傳輸?shù)钠款i,機(jī)器性能成為快速與大容量計(jì)算的障礙。網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展打開(kāi)了一個(gè)新局面,將網(wǎng)格技術(shù)引入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域會(huì)極大地促進(jìn)農(nóng)業(yè)中諸多問(wèn)題的解決,從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化質(zhì)的飛躍。網(wǎng)格技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)是比較明顯地降低建立網(wǎng)站和提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的成本。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是一個(gè)多行業(yè)、多部門(mén)、分布廣泛的大社會(huì),農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格平臺(tái)建設(shè)意義深遠(yuǎn)、工程浩大,是一個(gè)有重要影響的基礎(chǔ)設(shè)施,包括硬件、軟件和網(wǎng)格組織[9]。網(wǎng)格的許多平臺(tái)和資源都是共享的,它將分布在各地的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)等組織成一個(gè)邏輯整體,在此基礎(chǔ)上運(yùn)行各自的應(yīng)用網(wǎng)格,提供各種一體化信息服務(wù)的信息基礎(chǔ)設(shè)施。農(nóng)業(yè)網(wǎng)格可以分為農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格、農(nóng)業(yè)科技教育網(wǎng)格、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)格等。農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格把各省農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)整合起來(lái);農(nóng)業(yè)科技教育網(wǎng)格把國(guó)家農(nóng)業(yè)科技網(wǎng)、國(guó)家農(nóng)業(yè)教育網(wǎng)、各省(直轄市、自治區(qū))農(nóng)業(yè)科學(xué)院網(wǎng)、各農(nóng)業(yè)院校網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)科教網(wǎng)整合起來(lái);農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)格把國(guó)家農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)、各省(直轄市、自治區(qū))農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)整合起來(lái)。在信息網(wǎng)格中,資源被統(tǒng)一管理和使用,用戶可以通過(guò)網(wǎng)格操作系統(tǒng)透明地使用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)格利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施為用戶提供一體化的智能信息平臺(tái),創(chuàng)建一種基于因特網(wǎng)的新一代信息平臺(tái)和軟件基礎(chǔ)設(shè)施。在這個(gè)平臺(tái)上,信息處理是分布式、協(xié)作和智能化的,用戶可以通過(guò)單一入口訪問(wèn)所有信息,而不是像目前的因特網(wǎng)那樣,用戶需要自己在成千上萬(wàn)的網(wǎng)站中去尋找合適的信息。農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)共享可實(shí)現(xiàn)資源共享、信息互聯(lián)互通、協(xié)同工作,為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民提供實(shí)實(shí)在在的服務(wù)。

3基于網(wǎng)格技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息共享平臺(tái)的構(gòu)建

網(wǎng)格的建造必須遵照一定的原則來(lái)進(jìn)行,否則就很難把網(wǎng)格建好。農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)幾年的運(yùn)作,已初具規(guī)模。當(dāng)前,我國(guó)可以在已有涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建基于服務(wù)網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化共享平臺(tái)。建議平臺(tái)的建設(shè)由點(diǎn)及面、逐步推廣,充分利用Globus等成熟網(wǎng)格開(kāi)發(fā)平臺(tái),降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)業(yè)信息服務(wù)網(wǎng)格構(gòu)建研究,將為農(nóng)業(yè)網(wǎng)格構(gòu)建提供經(jīng)驗(yàn),并培養(yǎng)、造就一批農(nóng)業(yè)網(wǎng)格研究、開(kāi)發(fā)人才。

3.1平臺(tái)框架模型

為基于服務(wù)網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)共享平臺(tái)框架。該框架符合OGSA闡述的結(jié)構(gòu),并在該基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展,使之成為符合農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)共享要求的框架。

3.1.1網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施:主要處理安全認(rèn)證和異常管理功能。安全認(rèn)證主要包括對(duì)服務(wù)的調(diào)用和訪問(wèn)必須經(jīng)過(guò)授權(quán)和驗(yàn)證以及對(duì)傳遞的消息和數(shù)據(jù)進(jìn)行加密解密操作。網(wǎng)格資源分配管理:主要負(fù)責(zé)解析客戶端的請(qǐng)求,然后完成對(duì)資源調(diào)用請(qǐng)求的分解處理、對(duì)任務(wù)的調(diào)度處理以及對(duì)調(diào)用任務(wù)的管理工作。網(wǎng)格服務(wù)部署:主要負(fù)責(zé)對(duì)的網(wǎng)格服務(wù)進(jìn)行描述,以便其他節(jié)點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)該服務(wù)。由于網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)性,該部分必須動(dòng)態(tài)地更新本地節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。服務(wù)目錄管理:主要完成對(duì)網(wǎng)格環(huán)境中信息地發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)、查詢、修改等功能,為客戶端提供對(duì)網(wǎng)格環(huán)境的一個(gè)真實(shí)、實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)反映。

3.2實(shí)施步驟

實(shí)施基于服務(wù)網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)共享平臺(tái)要突破許多障礙。一些是技術(shù)上的,另一些是非技術(shù)的,涉及到管理、體制等問(wèn)題。因此,實(shí)施如下策略是必要的。

(1)從所有涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)中選擇一兩個(gè)來(lái)構(gòu)造一個(gè)樣板,采用Globus計(jì)算工具包軟件開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)信息化網(wǎng)格服務(wù)共享平臺(tái)。其他涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)遵照Globus協(xié)議規(guī)范接入即可,無(wú)需增加硬件設(shè)備,可以降低投資風(fēng)險(xiǎn)。主要需要解決各種技術(shù)和非技術(shù)問(wèn)題,并展示出實(shí)施網(wǎng)格后的得與失。

(2)根據(jù)樣板的建設(shè)提供所用用戶需求和擔(dān)心問(wèn)題的解決方案,并在樣板中進(jìn)行檢驗(yàn)。

(3)將網(wǎng)格擴(kuò)展到其他相關(guān)涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)。由于已經(jīng)基本解決了所有問(wèn)題,在擴(kuò)展過(guò)程中只需要采用復(fù)制樣板所采用的技術(shù)手段就能夠完成。

在這個(gè)策略中,最重要的是樣板的建設(shè)。一個(gè)樣板的完成,需要經(jīng)過(guò)4個(gè)步驟:①計(jì)劃。確定構(gòu)造網(wǎng)格時(shí)的目標(biāo)、規(guī)模、代價(jià)和時(shí)間等問(wèn)題。②構(gòu)造。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)自治系統(tǒng),并相互連接他們,形成網(wǎng)格。這一步有很強(qiáng)的系統(tǒng)集成味道。③運(yùn)行。建議由一個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)管理、維護(hù)網(wǎng)格系統(tǒng),并在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。④管理。目的是在系統(tǒng)中形成可管理的機(jī)制,并能夠發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題等。