1网格技术

1.1网格的概念

网格是一个集成的计算与资源环境。IanFoste和CarlKesselman指出:“网格是构筑在互联网上的一组新技术,它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等等资源融为一体,为科技人员和普通百姓提供更多的资源、功能和交往互性。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览的通信功能,而网格更多更强,它还能让人们透明地使用计算、存储等其他资源”[5]。网格能够充分吸纳各种计算资源,并将其转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时也是经济的计算能力,这里的计算资源还包括网络通信能力、数据资料、仪器设备等各种相关的资源。网格给最终的使用者提供的是与地理位置和具体的计算设施无关的通用的计算能力[4]。网格是高性能计算机、数据源、因特网3种技术的有机组合和发展,主要包括网格节点、数据库、贵重仪表、可视化设备、宽带主干网和网格软件6部分。其中,网格节点是一些高性能的计算机;数据库是存储信息和数据的“仓库”;贵重仪器包括各种科学仪器和精细打印设备;网格软件包括网格操作系统、网格编程与使用环境以及网格应用程序[5]。中国科学院李国杰院士认为:“网格不同于国外正在搞的In-ternet或下一代Internet(NGI),网格可以称作是第3代In-terne,t其主要特点是不仅仅包括计算机和网页,而且包括各种信息资源,如数据库、软件以及各种信息获取设备等,它们都连接成一个整体,整个网络如同一台巨大无比的计算机,向每个用户提供一体化的服务”[4]。

1.2网格计算

1.2.1网格是一种技术,基于网格的问题求解就是网格计算。狭义的网格一般被称为计算网格(ComputationalGrid),即主要用于解决科学与工程计算问题的网格[4]。网格计算的目标是资源共享和协同工作,以指导行业和企业中各个部门的资源进行行业或企业整体上的统一规划、部署、整合和共享,而不仅仅是行业或大企业中的各个部门自己规划、占有和使用资源。这种思想的沟通和认同对行业和企业至关重要,它的实施是一个根本性的系统决策,将提升或改变整个行业或企业信息系统的规划部署、运行和管理机制[7]。为了达到多种类型的分布资源共享和协作,网格计算技术必须解决多个层次的资源共享和合作,制定网格的标准,将Internet从通讯和信息交互的平台提升到资源共享的平台。目前并行计算、分布计算中间件等现行技术研究目标和网格计算技术目标有较大的差别,远远没有解决多组织之间资源的共享问题,以及广域范围的多系统之间联合处理和计算等网格计算所面临的关键问题。因此,网格计算技术研究具有独特性、紧迫性和挑战性。

1.2.2GlobusToolkit4。Globus项目是目前国际上最有影响的网格计算项目之一。目前,Globus项目把在商业计算领域中WebService技术融合在一起,不仅仅局限于科学计算领域,而且能够对各种商业应用进行广泛的、基础性的网格环境支持,实现更方便的信息共享和互操作,从而对商业模式、工作方式和生活方式产生深远的影响。Globus对信息安全、资源管理、信息服务、数据管理以及应用开发环境等网格计算的关键理论和技术进行了广泛的研究,开发出能在多种平台上运行的网格计算工具包软件(GlobusToolkit),能够用来帮助规划和组建大型的网格试验和应用平台,开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。

1.3网格的特点

1.3.1网格是通过各种综合计算机、数据、设备和服务等资源的公用基础设施。随着网格技术逐步成熟,建立地理分布遍布全国或世界的大型资源节点,集成网络上的多个资源,联合向全社会按需提供全方位的信息服务。类似于电力网格,电网中的电力资源来自何方、使用什么原料发电的、采用哪种传输方式等,人们都可以不关心,也无需知道。但当需要使用电力时,只要把电器的标准电源插头接入标准插座就可以了。网格,这种特殊的基础设施,将使用户如同今天人们按需使用电力一样,无需在用户端配套大量的全套计算机系统和复杂软件,就可以简便地得到网格提供的各种服务。

1.3.2网格与因特网的区别[5]。网格的出现实现了网络的完全共享,通过众多结点计算机整合而成的“超级计算机”的协同工作,网格就能非常方便、迅速、准确地完成各种复杂的科学计算任务。因特网只是通过网页的形式把全球计算机联为一体,各个机构和公司可以在网上建立自己的网站,为用户提供相应的信息,但用户必须通过一定的网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复繁杂的。网格的体系结构将比因特网更能有效地利用这些资源,网格则是把这些计算机上的所有资源和知识孤岛联为一体,在逻辑上就像一台机器。用户可以方便地使用网上的各种资源,就像使用自己计算机上的资源。因特网通过网页为用户提供共享信息,或者通过专门的FTP网站共享部分软件等资源,但其适用范围却很小,而网格能够共享的资源范围则可以无限大,它包括网络服务、应用软件、数据、信息、知识以及计算机、雷达、家用电器等设备和仪器,并具有面向用户和透明性的特点,用户可以在不考虑资源物理位置的情况下,通过网格来方便的使用这些资源。

2基于网格技术的农业信息共享平台

计算机网络的发展为农业信息化奠定了基础。随着计算机和GIS等信息技术应用于农业生产的宏观管理中,以及现代的集约式精细农业发展,各种现代信息技术、网络技术和数字技术都将逐步应用于农业规划、建设、生产、经营、管理和服务的全过程,最终实现农业生产精细化、自动化、远程化和虚拟化[8]。目前网络带宽成为信息高速传输的瓶颈,机器性能成为快速与大容量计算的障碍。网格技术的出现和发展打开了一个新局面,将网格技术引入农业领域会极大地促进农业中诸多问题的解决,从而实现农业信息化质的飞跃。网格技术的巨大优势是比较明显地降低建立网站和提供网络服务的成本。农业领域是一个多行业、多部门、分布广泛的大社会,农业信息网格平台建设意义深远、工程浩大,是一个有重要影响的基础设施,包括硬件、软件和网格组织[9]。网格的许多平台和资源都是共享的,它将分布在各地的计算机、数据、信息、知识等组织成一个逻辑整体,在此基础上运行各自的应用网格,提供各种一体化信息服务的信息基础设施。农业网格可以分为农业信息网格、农业科技教育网格、农业技术推广网格等。农业信息网格把各省农业信息网、地区县市农业信息网整合起来;农业科技教育网格把国家农业科技网、国家农业教育网、各省(直辖市、自治区)农业科学院网、各农业院校网、地区县市农业科教网整合起来;农业技术推广网格把国家农业技术推广网、各省(直辖市、自治区)农业技术推广网、地区县市农业技术推广网整合起来。在信息网格中,资源被统一管理和使用,用户可以通过网格操作系统透明地使用整个网络资源。网格利用现有的网络基础设施为用户提供一体化的智能信息平台,创建一种基于因特网的新一代信息平台和软件基础设施。在这个平台上,信息处理是分布式、协作和智能化的,用户可以通过单一入口访问所有信息,而不是像目前的因特网那样,用户需要自己在成千上万的网站中去寻找合适的信息。农业网络共享可实现资源共享、信息互联互通、协同工作,为农业、农村、农民提供实实在在的服务。

3基于网格技术的农业信息共享平台的构建

网格的建造必须遵照一定的原则来进行,否则就很难把网格建好。农业科学数据经几年的运作,已初具规模。当前,我国可以在已有涉农网络的基础上,构建基于服务网格的农业信息化共享平台。建议平台的建设由点及面、逐步推广,充分利用Globus等成熟网格开发平台,降低研发风险。农业信息服务网格构建研究,将为农业网格构建提供经验,并培养、造就一批农业网格研究、开发人才。

3.1平台框架模型

为基于服务网格的农业信息化服务共享平台框架。该框架符合OGSA阐述的结构,并在该基础上进行了扩展,使之成为符合农业信息化服务共享要求的框架。

3.1.1网格安全基础设施:主要处理安全认证和异常管理功能。安全认证主要包括对服务的调用和访问必须经过授权和验证以及对传递的消息和数据进行加密解密操作。网格资源分配管理:主要负责解析客户端的请求,然后完成对资源调用请求的分解处理、对任务的调度处理以及对调用任务的管理工作。网格服务部署:主要负责对的网格服务进行描述,以便其他节点可以发现该服务。由于网格的动态性,该部分必须动态地更新本地节点提供的服务。服务目录管理:主要完成对网格环境中信息地发现、注册、查询、修改等功能,为客户端提供对网格环境的一个真实、实时的动态反映。

3.2实施步骤

实施基于服务网格的农业信息化服务共享平台要突破许多障碍。一些是技术上的,另一些是非技术的,涉及到管理、体制等问题。因此,实施如下策略是必要的。

(1)从所有涉农网络机构中选择一两个来构造一个样板,采用Globus计算工具包软件开发农业信息化网格服务共享平台。其他涉农网络机构遵照Globus协议规范接入即可,无需增加硬件设备,可以降低投资风险。主要需要解决各种技术和非技术问题,并展示出实施网格后的得与失。

(2)根据样板的建设提供所用用户需求和担心问题的解决方案,并在样板中进行检验。

(3)将网格扩展到其他相关涉农网络机构。由于已经基本解决了所有问题,在扩展过程中只需要采用复制样板所采用的技术手段就能够完成。

在这个策略中,最重要的是样板的建设。一个样板的完成,需要经过4个步骤:①计划。确定构造网格时的目标、规模、代价和时间等问题。②构造。在每个节点形成一个自治系统,并相互连接他们,形成网格。这一步有很强的系统集成味道。③运行。建议由一个团队来管理、维护网格系统,并在此过程中发现并解决问题。④管理。目的是在系统中形成可管理的机制,并能够发现潜在的问题等。