基于網格技術的廣西高校教育教學資源共享新模式研究

謝曉蘭

（桂林理工大學信息科學與工程學院 廣西 桂林 541004）

0 引言(Introduction)

互聯網的發展，徹底改變了人們的生活以及思維方式，也很大程度上改變了全世界的教育方式。高等學校校園網在教學、科研、管理等領域發揮著越來越重要的作用，數字化校園的概念也全面進入到高等院校。如同所有事物的成長過程都要經過不斷的進化一樣，互聯網也在前進的道路上一步步修正自己的不足。就功能方面來說，第一代互聯網的典型應用是收發電子郵件、發布文字新聞及言論、傳輸文件等。第二代互聯網在保有第一代功能的基礎上使用了超文本和多媒體技術，前者可以將分布在網上的文件采用鏈接的方式聯系在一起，而后者則使人們能夠欣賞到內容豐富的圖片、音樂、影像等內容。

“網格”（Grid）是繼Internet之后又一次重大的科技進步，被稱為第三代互聯網。它是集成的計算與資源環境，其核心是消除信息孤島，實現包括計算資源、通信資源、軟件資源、存儲資源、知識資源、信息資源等資源的全面共享。但現有的校園網大多是以傳統的網絡技術為基礎，整個互聯網是異構的，教育資源不能實現充分地共享，重復開發現象非常嚴重。另外，目前的，大規模科研項目一般都是多個機構合作完成，他們來自不同機構的人員和資源協作完成，這將會形成所謂的虛擬組織（VO，Virtual Organization）。而網格是一種重要的支持虛擬組織的系統，組織中的不同成員應該具有不同的權限。所以網格技術在校園網中的應用，將會極大地改變現有校園網在科研與教育教學方面的應用現狀。[1]

利用網格技術也可以實現對全國各地的優質教育資源的集成和共享，提供開放的遠程協同教學的基礎支撐，為各高校的學生、老師提供高質量的網格服務，優勢互補，避免重復開發，節省人力、財力。所以通過本課題的研究可以提升廣西高校自主創新能力的發展，有力于廣西建設高水平大學的研究，有利于促進教育均衡發展。

1 國內外及區內外研究現狀

最初的網格研究來源于美國聯邦政府過去十年來資助的高性能計算科研項目。這方面的代表性研究工作包括美國國家科學基金會資助的NPACI、國家技術網格（NTG）、分布萬億次級計算設施（DTF），美國宇航總署的IDG，美國能源部的ASCI Grid，以及歐盟的Data Grid，等等。在校園網格方面做得比較成功的有：由美國國家超級計算應用中心NCSA（National Center of Supercomputing）、美國阿爾貢國家實驗室、芝加哥大學、Shibboleth開發組的成員共同開發研究的GridShib項目，該項目整合了網格與高校校園網絡基礎設施，使之更具拓展性和靈活性。[2]

在我國目前也已開展了 “中國國家網格”、“教育科研網格”、“織女星網格”、“先進計算基礎設施北京上海試點工程”和“上海網格”等五大網格項目的研究，參與研究的主要有中科院計算所、清華大學、聯想集團、江南計算所等幾家在高性能計算方面有較強實力的研究單位。已有20所高校完成了校園網格建設，聚合計算能力和存儲能力分別達到15萬億次和150TB，五大典型網格應用訪問量日益增加，有力促進了高校高性能計算應用和有關學科發展。目前，在廣西區還沒有見到 “使用校園網格改進高校教育資源共享模式方面”的研究。在廣西，受經濟社會發展水平、地理環境、政策支持等因素影響，廣西各高校校園網絡的建設與發展很不平衡，相當多的高校校園網的受網絡定位、建設方式、技術水平和管理模式上存在很大差異，建設與管理水平有待進一步提高。為了提高廣西的教育水平，拉近與先進的大學的教育環境、教育模式上的差距，所以，尋找一種經濟、方便、可行的高校校園的資源共享新模式勢在必行，也是一件非常有意義的事情。

2 基于網格技術的廣西高校教育教學資源共享新模式研究的意義

針對目前廣西高教教育資源庫暴露以及缺乏共享的情況，結合國內外教育資源庫研究的最新成果和發展趨勢，研究出一種在廣西高校中實用的、高效的、安全的共享教育資源的新模式，那就是利用網格技術建立教育資源共享網絡的體系架構、資源傳輸技術、異構資源庫集成技術等幾方面的應用研究。具體構想如下：

（1）分布在各個地區的基礎教育資源得以透明共享。

（2）優質教育資源通過網格傳遞給教育水平不發達地區的用戶。

（3）建成后將成為用戶群空前大、覆蓋面空前廣的應用網格。支持幾萬用戶同時在線訪問網格。

（4）為全區高校師生提供一個教育信息資源共享的平臺。

（5）整合各個知識點的網格知識庫。

（6）平臺的安全機制包括：支持，防止假冒和數據泄密；實體之間的安全通信；支持用戶的單點登錄；支持跨組織的安全；包括跨多個資源和地點的信任委托和信任轉移等。

開展該研究的意義在于充分地利用有限的軟硬資源，通過引入網格這種全新的技術，設計一種通用的、門檻不太高的、覆蓋學科廣的、可整合廣西區內外資源的網格平臺，進行優勢互補，形成一種全新的教學實踐模式，在提高資源利用率的同時，加強教學效果，并大大降低教學成本。總體來說，包括以下幾個方面：

（1）將網格技術創造性的運用到高校教育、科研資源的大規模共享。

（2）積極探索網格模式下的遠程協同教學和研究性自主學習；。

（3）積極探索教育網格的應用模式和規范，為下一步的可持續發展提供參考和指導。

（4）以應用為本，真正滿足廣大學生、老師對優質教育資源的渴望和需求。

3 研究的具體實施

（1）密切跟蹤網格技術的最新發展，充分進行調研，最后確立方案。首先要了解網格技術本身，搜集有關情報，了解網格在校園的應用、背景、功能以及標準等各個方面。密切跟蹤國際以及國內，網格技術的最新發展，通過對走在網格建設前沿高校的深入調研，包括實施方案、實施成本、實施效果等多方面進行深入分析，論證其可行性，并進行初步實驗，確定將要實現的最終目標。[3]

（2）項目分解，分步實施。跟蹤研究進行到一定階段，應當適當開展實際的系統試驗，進一步驗證校園網格系統的可行性。

初步決定，架設網格的平臺軟件使用Globus Toolkit 4，這是一個開源軟件，無需花費大量的金錢在軟件的購買上。而且，它的主要特點之一就是不需要對現有網絡進行改造，就能提供網格服務。采用中間件OGSA-DAI（Open Grid Service Architecture-Data Access and Integration）實現數據的訪問與集成、采用OGSA-DQP（Open Grid Service Architecture-Distributed Query Processing）實現數據的分布式查詢。

（3）結合學校的實際需要，對計算量、存儲量較高的工作上先建立應用的小環境，然后再整合到一起。例如，先建設一些小的計算網格應用，一些小的文件系統管理的資源網格應用等。也可以進行一些實驗，比如試驗傳輸海量數據、分配工作負載，以及執行大規模計算等，然后逐步過渡到建設其他的網格應用上。網格并不是對現有系統的方案的替代，不需要完全拋開原有設備，重新建設全新的網格系統，因為那樣將會造成資源的巨大浪費。網格技術的核心是虛擬化——虛擬各種網絡資源。所以，我們需要做的工作是盡可能通過網格技術利用并整合現有資源，并不斷增加新的資源，以實現全廣西高校校園資源的全面共享。[3]

（4）邊研究，邊實踐，邊總結。先研究確定校園網格應用的初步實現方案，試驗運行，并加以不斷改進，特別是校園計算網格建設，資源網格建設等。

（5）探索廣西高校資源共享網格體系架構。網格技術會給高校帶來盈利或各方面的優勢，而現在缺乏的就是可以實現通用的、門檻不太高的、覆蓋學科廣的、可整合校內外資源的網格架構方案。[3,4]

（6）運行測試與評估。對新方案進行全面的測試與評估，收集、分析、研究反饋意見，統計監測數據，總結項目運行效果，提出改進辦法和措施。

（7）成果推廣應用。成果首先在我校應用，然后逐步推廣到其它院校。

①建立機制，區內外調研，廣泛收集文獻資料及其它院校在網格建設上的寶貴經驗，分析研究各種網格應用的可行性，預測其效果，確定基本目標。

②深入的了解不同網格實現技術，有針對性地收集這些技術應用后的相關經驗，并從小范圍開始實踐和應用，通過結果對比和分析論證，確定最佳的網格建設實現技術。

③針對網格技術在不同學科的應用特點，確定其相應的應用突破口，在確保原校園網正常使用的前提下，盡可能聯到我們的網格平臺上。由點到面，逐步推進項目的實施。

④全面推進項目實踐。結合學校的實際需要，對計算量、存儲量較高的工作上先建立應用的小環境，然后將各應用整合到一起。

⑤全面總結和評價新模式下應用的效果，項目總結，成果鑒定。

4 結論

廣西進行高校校園網格建設的目的是為了構建分布、異構、自治的網絡資源環境，并在其內部實現跨自治域的資源共享及協作，以滿足廣西高校教職員工、學生、科研機構研究人員對大規模計算能力和海量數據處理的需求。廣西高校資源共享網格平臺的建成，不僅能將校園內的計算、存儲等能力加以發布和共享，同時也可以將校園內其他資源和信息等加以公布。利用網格技術建立起一個統一的校園資源共享平臺（類似于企業的ERP系統），來輔助學校管理部門協調和分配校園資源，以降低整個學校的運營費用，提高整個高校的資源利用率。[5]

上述成果，是對當前形式下我區高校信息化建設的有益嘗試，預計可以較大程度地降低學校硬件設備的投入，在相同硬件設備的情況下，滿足更多教學與科研需求，同時可以增加更多教學實踐方案，使教師能更方便地進行教學與科研，使學生能在新平臺上更快更全面地掌握相關知識，更好地滿足當前高校教學的要求。成果可以首先在我校應用，成熟后也可以推廣到區內外其它院校，從而大大擴大受益學校的范圍。所以通過本課題的研究可以提升廣西高校自主創新能力的發展，有力于廣西建設高水平大學的研究，有利于促進教育均衡發展。

［1］高宏卿,王曉東.基于網格技術的校園網應用研究[J].計算機應用研究，2005-09-10.

［2］歐海峰.GridShib讓校園網更具拓展性 [J].中國教育網絡，2006，2，2006-02-05.

［3］郭豐,侯德杰,閆俊伢.網格在電信業的應用[J].現代電信科技，2007,7.

［4］楊順鈺.基于網格的現代遠程教育研究[D].武漢：華中師范大學，2006-05-01.

［5］周一，鐘劍，浦訊.基于“一卡通”系統的校園網網格服務模型[J].西南大學學報：自然科學版，2007,29（3）.