基于網格技術的遠程教育平臺的構建

□齊 悅

( 太原廣播電視大學，山西 太原 030002)

隨著計算機水平不斷的提高和信息大爆炸時代的到來，當我們揭開世界新計算面紗的時候，出現在我們面前的是一種新型的計算方法，我們稱之為“網格計算”(Grid Computing)或者“云計算”(Cloud Computing)。世界范圍內的網格計算科學涉及到一個網格內可能有無限數量的計算機的實際相互連接，而且可以最簡單地看作一個具有巨大能量的“效用”網格。網格計算對大多數人來說仍然是一個嶄新的概念，然而我們相信它很快就會到來，并對我們的生活產生巨大的影響。

一、電大教育發展背景

網絡教育、終身教育已經成為時代的旋律，各個遠程教學系統平臺上各具特色的教學資源成為大家學習的主要方式。身為太原廣播電視大學一名教師，筆者深深地體會到遠程教育的特殊作用。因此，筆者針對遠程教育的問題進行了系統的研究。目前，在眾多的網絡學院中，每所學校都有自己的教育特色，有自己的優質資源和精品課程，有自己相對獨立的遠程教學平臺,但這些資源的使用僅能供本校內部使用。同樣，在電大系統也存在這樣的問題，分布在各級平臺上的資源是非常豐富，各個地區都有著自己獨特的優秀資源，但由于無法相互共享交流，使得很多資源重復建設。這些數量龐大且紛繁復雜的內容占用了大量的存儲、計算資源，造成了人力物力的浪費。

二、資源整合技術

網格技術就是將地理上分布、異構的多種計算資源通過高速網絡連接起來共同完成計算問題。其核心思想是：“整個因特網就是一臺計算機！”，每臺參與計算的計算機就是一個“節點”，成千上萬的節點組合起來，成為一張“網格”。因而，資源共享是網格的根本特征，消除資源孤島是網格的奮斗目標。此技術一經提出，立即引起世界上許多國家和科研組織的廣泛關注與重視，成為當前計算機技術研究中的一個熱點問題。人們普遍認為，網格研究的蓬勃發展，正在產生繼因特網和萬維網之后的第三個信息技術大浪潮，網格計算環境將成為21世紀國家信息技術的戰略性基礎設施。

本文的研究內容是利用網格技術，以太原廣播電視大學現有的軟硬件資源為基礎，構建了一個CTORG模型，整合物理上分布的各個教學資源，建立一個虛擬環境，來更好地為電大教學服務。

三、CTORG的體系結構與信息資源管理

(一)CTORG總體設計

我們構建的CTORG系統，是基于開放網系統結構的理論，通過使用Globus Toolkit 4.0.2平臺及相關開發工具包來建構系統框架，并用Java作為編程開發語言，再結合該系統的模型設計、系統模型架構設計和系統模型功能設計三部分要求來實現各級電大遠程教學平臺信息與資源的統一描述和發布。這其中包括對各級電大教學平臺上網絡教學資源進行動態管理、調度及資源數據的傳輸等，從而創建一個虛擬的、網絡化的教學資源分布應用環境平臺。

(二)CTORG層次模型設計

CTORG分為四層結構，由高到低如圖1所示：

圖1 CTORG的分層模型

1.應用層：本層面對的對象是全體學生和教師用戶，他們通過CTORG系統的各種應用程序完成對學習資源的共享和使用。在此層中數據的傳輸、查詢、瀏覽都可以得到很好的界面服務支持。

2.網絡服務層：它工作的對象是被抽象成服務的教育資源，通過對各種服務的管理來實現資源的交流傳輸、策略的管理以及安全的檢測。

3.WEB服務層：這一層的功能是通過利用web service技術將已有的教學資源服務化，為各級電大系統的教師和學生提供各種資源接口。這些服務包括服務的創建、服務的注冊、生命周期的管理、服務的狀態的查詢。

4.資源層：本層要提供的就是地方各級電大的基礎性資源，構建CTORG就是要利用現有的這些各種分布式資源，并對這些資源進行有效的組織，將他們統一在一個邏輯系統中，供大家使用。

(三)CTORG的系統模型設計

從圖2中可以看出各地的學生、教師和教學管理人員，通過互聯網訪問現有的資源管理中心接口，對已有的資源進行查詢服務；接口中的資源來自中央電大網格系統，本系統利用網格資源管理分配GRAM對CTORG系統提出的各種任務要求進行統一的指揮調度，通過監控與服務發現MDS來查詢各個任務所需要的資源。同時，MDS則不斷為資源目錄表中更新新的資源信息，配合協調各種系統完成需要的各種任務；然后通過網格傳輸系統GridFTP將各種需要的資源信息或者需要使用的文件傳輸到各級電大系統平臺中去，或傳輸到需求使用的客戶中，從而達到各種信息資源同步共享的功能；各地方電大及中央電大通過統一的資源描述服務XML，將現有資源通過WSDL描述為可請求的服務，這些服務由MDS統一管理提供給學生或教師使用。

(四)CTORG的系統架構設計

CTORG系統想要將各級電大系統的資源整合在一個具有統一管理方式的資源服務體系中，這個系統必須具有如圖3所示的幾個部分：開放網格資源接口Portal、開放網格系統數據庫DB(DataBase)、全局命名服務器GNS(Global Name Server)、認證服務中心CAS(Certificate Authority Service)、開放網格資源服務代理SA(Service Agent)和資源傳輸客戶端等。

在整個系統執行的過程中有兩個系統的執行至關重要： 首先是系統數據的同步，數據庫系統將已有的資源信息和文件與CTORG主系統同步(步驟0)。只有不斷的更新數據庫中的內容，客戶才能用到真正有用的，可用的信息；其次是用戶訪問資源的流程:用戶先訪問系統的入口Portal接口(步驟1)，再利用Portal接口訪問CAS，取得認證(步驟2)，當通過認證后，再利用Portal接口訪問GNS獲得可用的資源信息(步驟5)，繼而依據取得的資源信息，利用Portal接口訪問SA(步驟4)，最后由SA給用戶提供訪問資源的服務(步驟5)。

圖2 CTORG系統模型圖

圖3 開放資源網格CTORG系統架構

(五)CTORG的系統功能模型設計

CTORG功能具體如圖4所示。

圖4 開放資源網格CTORG系統功能模塊

總結：通過以上分析，我構建了一種CTORG模型，并對模型中的每個模塊進行詳細的設計，來實現廣播電視大學網格建設。相信通過這種模型的應用，能夠起到資源整合的作用，來更好地為教學服務。

參考文獻：

[1]Ian Foster and Carl Kesselman. Globus:A Meta-computing Infrastructure Toolkit. International Journal of Supercomputer Applications, 1997.

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