遠程教育中網格分布式技術服務探討

摘 要：網格是21世紀發展起來的構筑在互聯網上以實現資源可控化共享為目的的基礎設施。網格計算是一個新出現的名詞，也是近年來興起的一個研究熱點，本文對網格的概念、特點、進行簡要介紹，并對計算機網格技術在遠程教育中的應用進行分析。

關鍵詞：遠程教育 網格技術 GridFTP協議 共享 探討

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：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

網格技術旨在使互連網上所有資源， 包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等，實現全面共享與協同工作，使整個Internet整合成一臺巨大的超級計算機，為用戶提供即連即用式的服務[1]。目前，網格的發展更多還在實驗研究階段，離最初設想還有很大距離，但它是未來網絡的發展方向，已成共識。并且正在逐漸地由一個新興名詞轉變成為運用于商業、科研、醫藥等各行業的技術產物。

1.1 網格的定義

網格一詞譯自英文單詞“Grid”，簡稱為虛擬計算環境，就是把地理上分布的各種計算資源連接成一個單一的統一資源即虛擬高級計算機的環境，實現全球范圍的計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源、設備資源等的全面共享。其根本特征是資源共享。它是繼Internet、Web后的第三次互聯網浪潮。網格的核心概念是協作資源共享和在動態多制度虛擬組織中解決問題。簡而言之，網格可以從以下描述為以下三點[2]。

（1）協調不服從集中式控制的資源。即網格能集成和協調資源與用戶在不同控制域內的活動。

（2）使用標準的、開放的、通用的協議和接口。即一個網格是由多用途協議和接口來構建的，該協議將能解決諸如鑒別、授權、資源發現和資源訪問等一些基本問題。

（3）提供非常的服務質量（QoS）。即允許按協作方式來使用其成分資源以提供各式服務質量。

1.2 目前網格技術的開發環境和工具

對于目前網格技術的發展和應用中其運行環境已和其他計算環境有很大的不同，已不能夠滿足網格計算所面臨的開發難度、排錯、調試、修改、部署等問題需要構建新的開發環境[3]。

（1）GT3開發環境。

GT3是用java語言開發服務，客戶端則可以使用java語言和C語言開發。開發過程首先需要定義服務接口。然后根據服務接口生成該服務的WSDL描述文檔，以實現該服務接口，通過代碼編寫完成，編譯生成可執行的java類，其中客戶端也需要用java語言開發生成可執行類。最終部署到服務運行容器中由客戶端調用服務。

（2）NET框架。

使用.NET框架平臺，通常不需要其他工具或軟件開發工具包便可完成萬維網服務的開發。

因為.NET框架可以提供專門的文件類型.asmx，每一個.asmx都包含一個WebService指令。

因此在.NET框架中，可以通過以下流程完成一個萬維網服務：（1）創建服務文件 .asmx。（2）添加服務邏輯代碼。（3）保存并運行.asmx文件。（4）根據提示輸入參數，提交給服務器。（5）得出服務運行結果

（3）UNICORE。

UNICORE（UNIform Interface to Computing Resources）是把超級計算中心資源結合起來，用戶可以通過互聯網訪問這些資源。UNICORE服務器在調度作業之前把抽象的作業和資源翻譯成特定平臺的命令和選項，在執行命令時，輸入文件和輸出文件自動從用戶的文件空間讀取和向用戶的文件空間寫回，從而完成不同節點間的高速數據傳輸。另外UNICORE網格平臺通過用戶認證X.509證書授權，把對應資源分配給用戶，而保留自己的自主權利。

（4）其他應用開發工具。

由于目的和應用的不同，還有很多網格開發環境和工具，如：WebSubmit應用程序，CoG工具集，GPDK結構模型，GDMP客戶等等，這些技術均是在網格應用和網格技術開發中所有著不同的功能和作用。

2 網格技術在遠程教育中資源共享中的應用

2.1 遠程教育主要特點和網格技術應用的優勢

遠程教育是由過去的函授、電視廣播、網絡教育等伴隨著科學技術手段不斷發展，又非獨立產生的一種教學方式，它是實現終身教育而獲取教學資源的一種有效渠道。

學習資源豐富的最大化是遠程教育學習的最大一個特點。而網格技術應用中最為核心的是為各種網絡上的資源提供一種安全、高效的共享機制，使得各種異構和孤立的資源，能夠以一個整體的形式為用戶提供各種計算和信息服務。因此，網格技術的應用能促進教學資源的優化整合、全面共享和作業交互。網格技術應用在遠程教育中的優勢概括為以下兩點。

（1）網格技術的應用在物理上將互連的眾多資源匯聚起來，聯合提供服務，最大化實現資源的全面共享。即將分布在教育教學中將各高等院校多媒體課件、數字教學視頻、無紙化習題庫、網絡化考試系統以及各類論文文獻等海量信息資源集成起來，建立起一個集教育教學為一體的信息網格，覆蓋到各個地區，提供統一的、高效的信息服務，同時提供主動學習方法和交互式的教學方式，使教師和學生之間的學習和交流成為現實。

（2）通過分布式資源的協作與共享，把大量的教育資源匯聚在網絡上，這樣使學習資源得到充分的利用，并且極大的提高學習者的學習效率和質量，為遠程教育教學的信息化發展提供了更廣闊的空間。同時網格技術應用在遠程教育資源中，也能夠大大縮減教師個體的備課時間，將這些時間用做擴充知識領域，豐富授課的內容容量，突出授課內容的重難點方面。而且還會加強了教師與教師之間，教師與學生之間的互動性，擴展了教師思維的廣度與深度，提高學習者學習的興趣與效率，從根本上進一步提升整體教學質量。

2.2 網格技術下教學資源分布式應用分析

2.2.1 分布式網格教學資源服務系統

遠程教學系統的網格系統面向用戶使用的入口，遠程教學平臺通常具有是一個開放的Web入口界面，通過這個界面用戶可以使用網格系統提供各種功能，如安裝新的網格程序、提交網格作業、使用網格程序提供的功能。

首先，可以根據利用GT3開發平臺技術構建一個分布式網格教學資源服務系統ERSDG（Education Resource Service Data Grid）[4]，為不同分支機構（教育受體）通過教育資源訪問口，訪問現有資源管理系統中的教育資源數據庫服務，從資源庫獲取所需要的教育資源數據，并同步到本地環境中的資源庫中。

其次，為了實現教育資源的共享，必須要針對高帶寬廣域網環境進行優化以便解決網格環境下數據的統一傳輸，于是就需要一種基于FTP協議基礎上的文件傳輸協議即GridFTP協議。

目前，該協議是由Globus工作組開發的一種安全可靠的高性能網格文件傳輸協議。為了實際使用的需要，GridFTP協議的安全性方面采用了RFC 2228（FTP Security Extensions）中提出的機制，對GSI（Grid Security Infrastructure，網格安全基礎設施）和Kerberos提供支持，在實現高效傳輸上它支持第三方控制的數據傳輸、并行數據傳輸、條狀數據傳輸、部分文件傳輸、緩沖區大小自動協商、出錯重傳等機制。各資源分支機構通過設計開發統一接口，在上傳數字資源的同時，自動調用GridFTP協議，從而將相關教學資源文件同步上傳到網格的各個節點之上，再由網格教學資源服務系統實現自動分布和同步傳輸功能。

因此，具備了這一資源共享的能力，就可以構建教學資源訪問和集成的虛擬化界面，最終網格服務簡化了用戶或客戶端程序對分布式教學資源的訪問過程，實現了教學資源的的發現、組織、管理、發布、分發和交換等方面的整合和集成（如圖1）。

2.2.2 分布式視頻發布和點播平臺

通過網格技術，可以實現將原來的分散管理和維護方式，轉變為自動集中和調度方式，實現無障礙資源共享。它不僅能夠提供內容最為豐富的大學課程視頻點播服務，而且提供了能同時支持成千上萬路視頻流的服務能力。大學課程在線網格系統（Realcourse）應該建立在ChinaGrid公共支撐平臺（CGSP）之上，通過Realcourse為用戶提供“一站式”服務，將每個學校各自維護自己的資源，自動納入到系統管理中，這種分布式管理方式可以在較短的時間內聚集大量課程資源。分布式視頻發布和點播平臺的最終目標為了實現在系統上支持全國各所重點院校的服務器，可以提供并發不同專業的不同課程的可靠視頻流服務。對于用戶可以獲取所有的視頻教案資源，只是根據自己的需求和喜好通過點播平臺點播不同學校不同專業的不同課程進行學習。

因此，網格技術在遠程教育應用中，可以將不同的教育資源連接地理上分布的各類計算機（包括機群）、數據庫、各類設備和存儲設備等，形成對用戶相對透明的虛擬的高性能計算環境，應用包括了分布式計算、高吞吐量計算、協同工程和數據查詢等諸多功能[5]。

總之，由網格技術構建下的教學資源服務系統和分布式視頻發布和點播平臺，更好的解決了目前遠程教育中存在的資源共享不對稱導致的資源建設重復，利用率低下等不足。根本上解決了計算機體系結構、操作系統、網絡布局中的差異最終實現了異構機器或機群之間的協作和轉換，達到教學資源最大化利用這一目標。

3 結語

網格技術在遠程教育系統中的應用將是其中非常重要的一個方向，到目前為止網格的實際應用系統還比較少，建立一個以網格為核心技術的遠程教育教學系統是非常復雜的，需要更進一步的研究[6]。隨著網格技術的不斷發展完善，必然會極大地影響現代遠程教育的發展。未來的遠程教育將更加突出學習過程中的協作學習和知識管理，虛擬學習社區將成為網格環境下遠程教育的非常重要的教育形態。在這方面，網格技術具有強大的支持力，不同的網格應用類型將滿足遠程教育的需求，特別是知識網格的實現，將對遠程教育產生巨大的影響。

參考文獻

[1] 史文翀.網格體系結構與資源管理框架的研究[D].碩士論文：廈門大學，2008.

[2] 劉立群.網格計算與網格體系結構綜述[J].農業網絡信息，2011（2）.

[3]郁志輝，陳渝，劉鵬.網格計算[M].北京：清華大學出版社，2002：9-12.

[4] 吳永和，馬曉玲，肖君，等.基于數據網格的教育資源服務系統的實現[J].華東師范大學學報：自然科學版，2006（3）.

[5] 張慧鵬，盧晴，顧文樂，等.分布式點播平臺本地內容注入方法初探[J].廣播電視信息，2011（9）.

[6]應宏.網格系統基礎及其應用展望[J].微機發展，2003，13（11）：99-103.