基于ＳＯＡ的三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)研究

摘要:在總結(jié)現(xiàn)有網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)所存在的問題，從網(wǎng)格資源使用和功能管理#65380;面向用戶操作以及網(wǎng)格系統(tǒng)自身特性等角度分析設(shè)計(jì)了相應(yīng)的架構(gòu)layer#65380;tier和vertical，并且全面考慮這三種架構(gòu)思想的各個(gè)作用因素，提出了基于SOA的三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(3DIGA)原型，并對(duì)其中一些關(guān)鍵技術(shù)和問題進(jìn)行了研究，提出了一些諸如網(wǎng)格服務(wù)代理器#65380;資源集成池#65380;服務(wù)工廠等重要的概念#65377;最后將該三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到海洋信息網(wǎng)格集成系統(tǒng)的軟件框架上#65377;

關(guān)鍵詞:信息網(wǎng)格; 面向服務(wù)結(jié)構(gòu); 三維網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu); vertical; 海洋信息網(wǎng)格

中圖分類號(hào):TP303文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1001-3695(2007)10-0308-05

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0引言

網(wǎng)格已經(jīng)從最初的以“計(jì)算力”資源的共享和集成為主的計(jì)算網(wǎng)格研究擴(kuò)展到能解決數(shù)據(jù)處理能力的數(shù)據(jù)網(wǎng)格;進(jìn)行信息資源無縫共享的信息網(wǎng)格;比信息網(wǎng)格具有更高一級(jí)表現(xiàn)形式的知識(shí)網(wǎng)格，以及各類面向領(lǐng)域的應(yīng)用網(wǎng)格研究，如交通信息網(wǎng)格#65380;天文網(wǎng)格#65380;制造網(wǎng)格#65380;醫(yī)療網(wǎng)格以及本文所提出的海洋信息網(wǎng)格(ocean information grid，OIG)等#65377;筆者認(rèn)為，網(wǎng)格的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是集成的系統(tǒng)，是集成現(xiàn)有各類不同功能網(wǎng)格，如計(jì)算網(wǎng)格#65380;數(shù)據(jù)網(wǎng)格#65380;信息網(wǎng)格等，并將這些資源進(jìn)行全面整合，最終形成集計(jì)算資源#65380;存儲(chǔ)資源#65380;數(shù)據(jù)資源等各類資源于一體的多功能超級(jí)虛擬服務(wù)器#65377;

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網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是構(gòu)造網(wǎng)格的基礎(chǔ)工作，是關(guān)于如何構(gòu)建網(wǎng)格的技術(shù)#65377;在不同應(yīng)用領(lǐng)域的網(wǎng)格有不同的結(jié)構(gòu)特征和功能特征，這對(duì)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的研究產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響#65377;目前為止，國(guó)外較為成熟的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)有五層沙漏結(jié)構(gòu)[1]和開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)(open grid services architecture，OGSA)[2]，以及將Web service技術(shù)與網(wǎng)格技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的WSRF(Web service resource framework)[3]#65377;WSRF的目的是要闡明怎樣將有狀態(tài)加入到Web 服務(wù)中，并已經(jīng)形成了一系列的規(guī)范接口#65377;在國(guó)內(nèi)，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所研究的織女星網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)[4，5]最具有代表性，總的特色是服務(wù)網(wǎng)格的思想，其概念及創(chuàng)新點(diǎn)所遵循的指導(dǎo)思想是VEGA#65377;

網(wǎng)格早期的許多研究工作致力于提供網(wǎng)格中間件，以提高網(wǎng)格應(yīng)用的開發(fā)#65380;部署和管理效率來解決網(wǎng)格應(yīng)用的一些共性問題#65377;但是不同的中間件系統(tǒng)使得各類網(wǎng)格應(yīng)用難以互操作而導(dǎo)致彼此之間互相獨(dú)立，逐漸背離了網(wǎng)格計(jì)算的全球統(tǒng)一的資源池這個(gè)最終目標(biāo)#65377;另外，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的研究大多基于網(wǎng)格的功能和性能的角度，忽略了用戶作為網(wǎng)格服務(wù)主體的影響因素#65377;在網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)于所需的網(wǎng)格資源，用戶需要知道該資源的情況，進(jìn)行配置才可以使用[6，7]#65377;這樣，每個(gè)用戶均可能要保存一張龐大的資源情況庫(kù)，使用戶對(duì)資源使用非常不方便#65377;目前，已經(jīng)有很多網(wǎng)格項(xiàng)目將最新的技術(shù)，比如Web service技術(shù)#65380;SOA(service-oriented architecture)技術(shù)等結(jié)合到網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的研究中，但是傳統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的思想考慮不夠#65377;各類應(yīng)用網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)在不斷研究完善中，對(duì)綜合的因素考慮也有所欠缺#65377;正是基于以上網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)研究過程中存在的這些問題，本文從網(wǎng)格資源使用和功能管理#65380;面向用戶操作以及網(wǎng)格系統(tǒng)自身特性等角度分析了相應(yīng)的架構(gòu)，并且綜合考慮這三種架構(gòu)思想的各個(gè)因素，提出了基于SOA的三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(3-dimensional information grid architecture，3DIGA)#65377;

1基于SOA的信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)

SOA的目標(biāo)在于融合全球范圍內(nèi)協(xié)同服務(wù)，這與網(wǎng)格的目標(biāo)是一致的#65377;雖然SOA可能成為軟件系統(tǒng)應(yīng)用層不斷加強(qiáng)敏捷性的概念性框架結(jié)構(gòu)，但是模塊化服務(wù)的實(shí)施要求對(duì)資源進(jìn)行比現(xiàn)今典型架構(gòu)更好的控制;雖然SOA也可以使用常用Web服務(wù)協(xié)議(如XML#65380;SOAP#65380;WSDL和UDDI)來分配流程，但是它卻無法自行描述資源的分配與管理，而這正是網(wǎng)格計(jì)算與SOA軌跡的交匯處[8，9]#65377;網(wǎng)格允許有效地收集分布式資源，定義了數(shù)據(jù)和資源的虛擬化以及彈性機(jī)制，包括監(jiān)控#65380;資源與數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)及安全#65377;在基于SOA的網(wǎng)格系統(tǒng)中，服務(wù)的概念將更廣泛，包括計(jì)算資源#65380;存儲(chǔ)資源#65380;網(wǎng)絡(luò)#65380;程序#65380;數(shù)據(jù)庫(kù)等均以網(wǎng)格服務(wù)[1，5，8]的形式出現(xiàn)#65377;

1.1SOA在信息網(wǎng)格應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

SOA在信息網(wǎng)格中應(yīng)用具有如下的一些優(yōu)勢(shì)[10~12]:

a)支持多種客戶類型#65377;借助精確定義的服務(wù)接口和對(duì)XML#65380;Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的支持，可以支持多種客戶類型，包括PDA#65380;手機(jī)等，這也符合網(wǎng)格作為全球資源池的要求#65377;

b)編碼靈活性#65377;通過對(duì)模塊化的低層服務(wù)采用不同組合方式來創(chuàng)建高層的網(wǎng)格服務(wù)， 從而實(shí)現(xiàn)重用#65377;

c)更好的伸縮性#65377;依靠服務(wù)設(shè)計(jì)#65380;開發(fā)和部署所采用的架構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)伸縮性，達(dá)到網(wǎng)格互操作的目的#65377;

d)更高的可用性#65377;網(wǎng)格服務(wù)提供者和使用者的松散耦合關(guān)系允許使用者無須了解提供者的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，服務(wù)的位置對(duì)網(wǎng)格客戶保持透明， 只有在運(yùn)行時(shí)才需要知道具體的位置#65377;

1.2基于SOA的網(wǎng)格服務(wù)調(diào)用模型

基于SOA的網(wǎng)格調(diào)度模型，如圖1所示#65377;定義了對(duì)資源服務(wù)映射創(chuàng)建#65380;服務(wù)發(fā)現(xiàn)與綁定#65380;身份認(rèn)證授權(quán)三個(gè)方面的調(diào)用流程，并針對(duì)網(wǎng)格環(huán)境中大量臨時(shí)性的短暫服務(wù)，通過定義其接口來解決動(dòng)態(tài)服務(wù)實(shí)例創(chuàng)建#65380;服務(wù)發(fā)現(xiàn)#65380;生命周期管理#65380;事件通知#65380;引用管理和安全性等問題#65377;

用戶調(diào)用服務(wù)的過程有:a)網(wǎng)格用戶向網(wǎng)格門戶提出服務(wù)請(qǐng)求，門戶提供用戶身份的證書認(rèn)證，然后將服務(wù)的請(qǐng)求和證書提交給GSP(grid service proxy)，GSP根據(jù)WSDL定義生成一個(gè)用戶代理(proxy);b)代理在虛擬組織所維護(hù)的注冊(cè)中心UDDI中查找滿足要求的服務(wù)，查找過程中用戶可以對(duì)性能#65380;服務(wù)提供地點(diǎn)等各個(gè)方面提出相應(yīng)的要求;c)網(wǎng)格注冊(cè)服務(wù)根據(jù)用戶的要求，在眾多的服務(wù)提供者中進(jìn)行篩選，最后返回滿足要求的服務(wù)提供者，獲取一個(gè)網(wǎng)格服務(wù)句柄(grid service handle，GSH);d)GSP通過得到GSH 的WSDL 選項(xiàng)向資源映射器(resource mapper)提出使用相應(yīng)資源的請(qǐng)求;e)資源映射器根據(jù)提供的資源GSH在資源集成池(resource integration pool，RIP)中調(diào)用該資源返回f)g);h)代理服務(wù)器獲得該資源后提交給網(wǎng)格用戶進(jìn)行綁定使用#65377;

對(duì)于服務(wù)的創(chuàng)建過程，本文通過定義一系列的接口，如factory#65380;registry等來支持服務(wù)實(shí)例的創(chuàng)建#65377;當(dāng)用戶資源提供服務(wù)時(shí)只要對(duì)資源映射器提出加入申請(qǐng)a)，通過在接口factory上使用create service的操作b)，創(chuàng)建一個(gè)新的網(wǎng)格服務(wù)實(shí)例，并在UDDI中注冊(cè)c)，UDDI將全局惟一GSH返回給資源映射器d)供映射資源時(shí)使用，得到用戶服務(wù)標(biāo)志后該用戶資源便被加入到RIP中e)#65377;

在身份認(rèn)證過程中，網(wǎng)格門戶根據(jù)用戶的資源請(qǐng)求信息進(jìn)行認(rèn)證#65377;首先，門戶通過授權(quán)服務(wù)(authorization service)判斷此用戶的注冊(cè)信息是否已經(jīng)在認(rèn)證中心(authorization center)注冊(cè)授權(quán)過，如果有便直接返回該用戶的授權(quán)證書;如果沒有歷史注冊(cè)記錄，便會(huì)生成臨時(shí)用戶的安全證書#65377;這種認(rèn)證證書會(huì)通知網(wǎng)格服務(wù)代理GSP查找#65380;綁定服務(wù)的權(quán)限范圍，保證分布式資源的合理使用#65377;

2三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)

2.1三種網(wǎng)格體系架構(gòu)思想

為了更完善#65380;更周全地考慮網(wǎng)格系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)SOA以服務(wù)為中心的思想以及分層模型的優(yōu)勢(shì)，本文從幾個(gè)不同的角度對(duì)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，從而體現(xiàn)服務(wù)網(wǎng)格和以人為本的思想，更好地將網(wǎng)格及其資源作為一種服務(wù)提供給用戶進(jìn)行全面共享和協(xié)同工作#65377;

2.1.1第一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的主要思想

網(wǎng)格的根本特征是實(shí)現(xiàn)資源共享，消除資源孤島，本質(zhì)是對(duì)大規(guī)模分布資源進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)，因此資源管理在網(wǎng)格系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用和意義#65377;本文首先從網(wǎng)格資源的使用和功能管理的角度，對(duì)網(wǎng)格體系自底而上進(jìn)行劃分，建立layer層體系結(jié)構(gòu)思想，如圖2所示#65377;

1)構(gòu)造層(fabric layer)它是網(wǎng)格功能應(yīng)用的基礎(chǔ)層，向上提供各類最基本的資源，由各種不同類型資源構(gòu)成#65377;其中包括主機(jī)#65380;存儲(chǔ)設(shè)備#65380;大型儀器等有形的物理資源和軟件程序#65380;應(yīng)用服務(wù)#65380;網(wǎng)絡(luò)帶寬等邏輯資源#65377;

2)集成層(integration layer)該層中本文提出了資源集成池RIP的概念，它借鑒了網(wǎng)格計(jì)算池的基本思想#65377;當(dāng)沒有構(gòu)成資源池時(shí)，各類資源只能供給某一領(lǐng)域的應(yīng)用程序使用，而并沒有真正達(dá)到所有資源共享的目的#65377;RIP對(duì)物理資源和邏輯資源進(jìn)行匯集和抽象，可以在屏蔽某些異構(gòu)數(shù)據(jù)和資源后，將所有的資源進(jìn)行抽象化而得到資源池#65377;在RIP中，資源以形成抽象資源(abstract resource)的形式存在#65377;

3)領(lǐng)域?qū)?domain layer)這是該體系結(jié)構(gòu)中最重要的一層，該層主要實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的各類資源管理功能;實(shí)現(xiàn)由抽象資源向服務(wù)轉(zhuǎn)變的過程，提供給上層統(tǒng)一的服務(wù)形式，并引入面向服務(wù)的工作流，實(shí)現(xiàn)工作流管理;實(shí)現(xiàn)資源的分配以及任務(wù)的映射(mapping)等#65377;采用面向服務(wù)的安全機(jī)制和系統(tǒng)管理機(jī)制實(shí)現(xiàn)管理全局的服務(wù)發(fā)現(xiàn)#65380;動(dòng)態(tài)服務(wù)創(chuàng)建#65380;通知#65380;注冊(cè)和生命周期管理等功能#65377;

4)表示層(presentation layer)該層主要實(shí)現(xiàn)資源服務(wù)對(duì)用戶的表現(xiàn)形式，通過網(wǎng)格門戶(grid portal)和API使用戶在權(quán)限范圍內(nèi)，通過不同的方式調(diào)用不同表現(xiàn)類型的服務(wù)，為應(yīng)用層提供服務(wù)請(qǐng)求的統(tǒng)一入口#65377;

5)應(yīng)用層(application layer)從下層各類服務(wù)資源得到支持，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理#65380;分析#65380;信息挖掘#65380;決策支持等應(yīng)用#65377;

2.1.2第二種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的主要思想

SOA是一種面向服務(wù)的架構(gòu)，而服務(wù)的對(duì)象就是系統(tǒng)的各類用戶和資源服務(wù)請(qǐng)求者#65377;在基于SOA的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)中，用戶通過網(wǎng)格系統(tǒng)能夠真正實(shí)現(xiàn)全面共享網(wǎng)格中的各類資源和服務(wù)#65377;本文從用戶的視角定義另一種體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)各層視圖進(jìn)行劃分建立tier層體系結(jié)構(gòu)，如圖3所示#65377;

1)資源層(resource tier)資源層是用戶使用網(wǎng)格資源的基礎(chǔ)層，是由用戶能夠?qū)嶋H使用的各類同構(gòu)#65380;異構(gòu)資源組成的功能層#65377;其主要功能與第一種體系中的構(gòu)造層相似#65377;

2)虛擬層(virtual tier)對(duì)資源層提供的異構(gòu)資源進(jìn)行虛擬化過程，其目的是屏蔽底層資源的異構(gòu)性，為上層提供統(tǒng)一形式的資源，并為進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成各類服務(wù)提供給用戶提供支持#65377;該層中的虛擬組織(virtual organization)既提供了對(duì)資源層的虛擬化，又能協(xié)同各類資源的工作#65377;

3)業(yè)務(wù)層(business tier)該層是重要的核心管理層，包括服務(wù)的創(chuàng)建#65380;維護(hù)#65380;服務(wù)生命周期(circle life)管理等業(yè)務(wù)性功能#65377;本文使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中的工廠(factory)模式來形成一個(gè)服務(wù)工廠(service factory)#65377;它根據(jù)需求對(duì)資源池中的抽象資源進(jìn)一步抽象，形成可以直接使用和調(diào)用的各項(xiàng)服務(wù)#65377;同時(shí)對(duì)外公開各項(xiàng)服務(wù)的接口以便用戶進(jìn)行調(diào)用訪問#65377;

4)交互層(interaction tier)該層提供基于公鑰的網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施(grid security infrastructure，GSI)協(xié)議#65380;一次登錄(single sign-on，SSO)的身份驗(yàn)證#65380;通信保護(hù)和一些對(duì)受限托管的初始支持#65377;SSO允許用戶只進(jìn)行一次身份認(rèn)證，隨后建立代理證書，便可被程序用于任何遠(yuǎn)程服務(wù)的身份驗(yàn)證#65377;

該層提出了網(wǎng)格服務(wù)代理器(GSP)的概念，GSP主要功能是代理用戶取得所需的網(wǎng)格服務(wù)#65377;代理包括門戶代理和服務(wù)器代理#65377;GSP是介于網(wǎng)格門戶與grid服務(wù)器之間的一臺(tái)服務(wù)器#65377;通過GSP，網(wǎng)格門戶不是直接到grid服務(wù)器去取想要的服務(wù)，而是向代理服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，request信號(hào)會(huì)先送到代理服務(wù)器，由代理服務(wù)器來取回網(wǎng)格門戶所需要的服務(wù)并傳送或通知給網(wǎng)格門戶#65377;這樣既保證網(wǎng)格服務(wù)的統(tǒng)一化管理，又可以容易保證服務(wù)提供的安全性#65377;網(wǎng)格服務(wù)代理器的具體工作原理如圖4所示#65377;從整體的工作過程來看，GSP實(shí)質(zhì)上代理完成服務(wù)的注冊(cè)#65380;查找#65380;綁定和使用過程#65377;

5)用戶層(client tier)該層主要提供網(wǎng)格門戶#65377;網(wǎng)格門戶源自于Web門戶，它允許網(wǎng)格用戶或網(wǎng)格服務(wù)請(qǐng)求者通過門戶提供的接口來訪問網(wǎng)格中的資源和服務(wù)#65377;

2.1.3第三種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的主要思想

網(wǎng)格系統(tǒng)具有其自身的特性，如異構(gòu)性#65380;可擴(kuò)展性和動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性等#65377;從優(yōu)化#65380;管理網(wǎng)格系統(tǒng)及體現(xiàn)網(wǎng)格系統(tǒng)自身特性等角度出發(fā)，本文給出了信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的第三種體系結(jié)構(gòu)(vertical)#65377;Vertical體系架構(gòu)將分散在前兩種體系中的特性要點(diǎn)抽象綜合出來，作為獨(dú)立的一個(gè)體系#65377;其核心思想在前兩種各自功能層次中均有對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，主要包括:

a)安全性(security)#65377;實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)格中大規(guī)模分布式異構(gòu)資源有效的#65380;一致的管理和共享，保證資源不被非法破壞和獲取，網(wǎng)格的安全性必須作為第一要素考慮，并在體系結(jié)構(gòu)中得到體現(xiàn)#65377;網(wǎng)格系統(tǒng)需要全部或部分的標(biāo)準(zhǔn)安全功能，包括身份及權(quán)限認(rèn)證#65380;訪問控制#65380;保密性和抗抵賴性等#65377;

b)可維護(hù)性(maintainability)#65377;在網(wǎng)格系統(tǒng)中，某個(gè)或某些資源與服務(wù)出現(xiàn)故障或問題，不應(yīng)該影響整個(gè)服務(wù)的質(zhì)量，因此需要有系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)來監(jiān)視和管理整個(gè)網(wǎng)格資源#65377;在出現(xiàn)問題時(shí)能夠有相應(yīng)的策略維持其他服務(wù)的正常提供，而不影響整個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)#65377;

c)可擴(kuò)展性(scalability)#65377;網(wǎng)格作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其規(guī)模是動(dòng)態(tài)變化的#65377;可擴(kuò)展性就是要求在資源(物理資源和邏輯資源)規(guī)模不斷擴(kuò)大#65380;應(yīng)用功能不斷增長(zhǎng)的情況下，不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格共享性能的降低#65377;

d)可管理性(manageability)#65377;網(wǎng)格系統(tǒng)中，資源#65380;服務(wù)#65380;用戶等均是分布存在的，雖然沒有集中式服務(wù)器的統(tǒng)一管理，但是如果整個(gè)網(wǎng)格沒有一個(gè)有效管理，如用戶及權(quán)限管理#65380;各項(xiàng)服務(wù)管理#65380;異構(gòu)資源管理等，系統(tǒng)就很容易出現(xiàn)問題#65377;

e)QoS機(jī)制(QoS mechanism)#65377;QoS是一組服務(wù)集合的性能，該性能決定用戶對(duì)服務(wù)的滿意程度，是網(wǎng)格區(qū)別基礎(chǔ)設(shè)施或中間件的一個(gè)關(guān)鍵要素#65377;它包括通信延遲#65380;帶寬#65380;可靠性#65380;容錯(cuò)能力以及抖動(dòng)控制等因素#65377;

2.2構(gòu)造三維網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)

綜合三種體系結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，vertical體系中的各項(xiàng)要素影響著layer體系和tier體系的各功能層#65377;在功能實(shí)現(xiàn)上，前兩種體系結(jié)構(gòu)又均包含著vertical體系中全部或部分的特性思想#65377;比如QoS機(jī)制，在layer體系上，網(wǎng)格服務(wù)作為廣泛#65380;分布的服務(wù)，必須為用戶提供異構(gòu)網(wǎng)格資源的單一系統(tǒng)映像，因此透明地滿足用戶需求及用戶和其他服務(wù)的交互決定了QoS是網(wǎng)格的內(nèi)在需求#65377;在tier體系上，不同的用戶，甚至同一用戶對(duì)服務(wù)的功能#65380;性能#65380;成本等均有不同考慮，因而QoS要為不同用戶提供不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量，如響應(yīng)時(shí)間#65380;吞吐率#65380;可用性等#65377;結(jié)合三種體系結(jié)構(gòu)，可以得到一個(gè)如圖5所示的架構(gòu)#65377;可以看到，三種體系結(jié)構(gòu)的結(jié)合產(chǎn)生相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，各層或各種特性的關(guān)系描述非常繁雜，不易于體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，違背了軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求#65377;

為了得到清晰緊湊體系結(jié)構(gòu)的整體框，本文將三種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的思想進(jìn)行重構(gòu)，提出了基于SOA的三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(3DIGA)，如圖6所示#65377;所謂三維架構(gòu)是指將上文闡述的三種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)思想進(jìn)行重新組合，即從網(wǎng)格功能考慮的第一種思想作為第一維layer體系，從用戶角度考慮的第二種架構(gòu)作為第二維tier體系，而把第三種從網(wǎng)格特性和管理角度的思想作為第三維vertical體系，從而構(gòu)造出三維架構(gòu)原型#65377;圖6的架構(gòu)原型圖顯然比圖5要簡(jiǎn)單清晰#65377;從復(fù)雜到簡(jiǎn)單，三維架構(gòu)并沒有對(duì)其各功能層相互聯(lián)系進(jìn)行縮減，反而更突出了相互之間作用的關(guān)系#65377;

3DIGA基于SOA架構(gòu)，并以組件為驅(qū)動(dòng)，具有多層#65380;多列的特性，各層功能清晰，同時(shí)通過三維架構(gòu)來充分體現(xiàn)vertical體系的各項(xiàng)特性對(duì)layer體系和tier體系各功能層的影響#65377;由于三維體系結(jié)構(gòu)具有傳統(tǒng)分層模式高內(nèi)聚#65380;低耦合的優(yōu)點(diǎn)，并且在各層次中，使用了許多經(jīng)典的軟件設(shè)計(jì)模式，如工廠模式#65380;MVC模式等，將傳統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)中的技術(shù)融入到網(wǎng)格技術(shù)中，有利于信息網(wǎng)格系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用#65377;

33DIGA應(yīng)用:海洋信息網(wǎng)格

3.1海洋信息網(wǎng)格的提出

海洋信息集成系統(tǒng)已經(jīng)從最初的單一海洋要素采集器#65380;海洋監(jiān)測(cè)站的多要素觀測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展到區(qū)域#65380;國(guó)家級(jí)和全球性的海洋信息集成系統(tǒng)#65377;但從已經(jīng)用于實(shí)踐的數(shù)據(jù)庫(kù)型#65380;辦公自動(dòng)化型#65380;決策型等三類海洋管理信息系統(tǒng)來看，還普遍存在著一些問題#65377;其中最關(guān)鍵的問題就是從各種途徑得到的寶貴海洋數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行有效的管理和共享，以及海洋數(shù)據(jù)資源的分散特性，導(dǎo)致信息服務(wù)的完整性#65380;系統(tǒng)性存在問題，而網(wǎng)格可以實(shí)現(xiàn)海洋分布式數(shù)據(jù)資源的共享#65377;因此本文提出建立海洋信息網(wǎng)格集成系統(tǒng)來解決海洋信息化存在的問題#65377;

3.2海洋信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)海洋信息化的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出海洋信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(ocean information grid architecture，OIGA)，如圖7所示#65377;

OIGA體系整體上仍然按照傳統(tǒng)的分層模型去設(shè)計(jì)，結(jié)合3DIGA和SOA思想，從而為更好地實(shí)施和實(shí)現(xiàn)海洋信息網(wǎng)格集成系統(tǒng)奠定架構(gòu)基礎(chǔ)#65377;OIGA體系結(jié)構(gòu)總體上分為三層:

a)計(jì)算節(jié)點(diǎn)層#65377;實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格構(gòu)造層功能，主要負(fù)責(zé)機(jī)群配置#65380;數(shù)據(jù)庫(kù)管理#65380;設(shè)備儀器的組織和管理，以及根據(jù)制訂的通信機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)和傳送，對(duì)監(jiān)測(cè)的海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和獲取等#65377;該層提供的資源包括計(jì)算資源#65380;存儲(chǔ)資源#65380;監(jiān)測(cè)設(shè)備資源#65380;分布式數(shù)據(jù)庫(kù)#65380;海洋檢測(cè)數(shù)據(jù)#65380;網(wǎng)絡(luò)資源等#65377;主要涉及海洋網(wǎng)格基礎(chǔ)平臺(tái)的搭建和數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸接收，即信息采集工作#65377;

b)核心管理層#65377;它是整個(gè)架構(gòu)的中間層，也是核心層#65377;該層搭建以網(wǎng)格中間件為基礎(chǔ)的網(wǎng)格平臺(tái)，并在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)3DIGA第三維思想的管理功能和基礎(chǔ)性功能#65377;該層工作原理如圖7所示，整體框架是SOA在系統(tǒng)核心管理層中的體現(xiàn)#65377;任務(wù)管理器接收用戶的任務(wù)請(qǐng)求，通過用戶管理功能得到身份認(rèn)證后到OIG服務(wù)目錄中尋找相應(yīng)服務(wù)的注冊(cè)信息，然后通過調(diào)用機(jī)制得到相應(yīng)的資源服務(wù)#65377;在這之前就已經(jīng)將所有可用的資源，包括邏輯資源和物理資源創(chuàng)建成服務(wù)在OIG服務(wù)目錄中注冊(cè)便于任務(wù)管理器查找#65377;

e)應(yīng)用層#65377;該層主要功能有兩方面:(a)對(duì)分布的海洋各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收，并將異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理和存儲(chǔ);另外，還提供了基于Web的用戶界面，提供門戶入口，完成對(duì)收集的海洋信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)#65380;發(fā)布#65380;查詢等應(yīng)用和實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行狀況等基本功能#65377;(b)對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)用層的高級(jí)擴(kuò)展，將基礎(chǔ)應(yīng)用層收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行信息挖掘，為決策分析等的應(yīng)用提供接口，這也是信息網(wǎng)格上升為知識(shí)網(wǎng)格的必要途徑#65377;

4結(jié)束語

網(wǎng)格是一種實(shí)現(xiàn)資源廣泛共享與協(xié)同使用的新模型#65377;本文提出的基于SOA的三維信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(3DIGA)綜合考慮了現(xiàn)有各類網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，將最新的軟件體系結(jié)構(gòu)和面向服務(wù)的思想融入到信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)中，這有助于提高網(wǎng)格的各方面性能，滿足用戶對(duì)網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)服務(wù)的需求#65377;該原型融合了各項(xiàng)最新的Web服務(wù)技術(shù)，為信息網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了一個(gè)新的思路，能夠?qū)讉€(gè)不同視角結(jié)合到一個(gè)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)中，并充分體現(xiàn)相互作用關(guān)系#65377;

網(wǎng)格系統(tǒng)還在不斷地研究和發(fā)展中，最新的架構(gòu)和技術(shù)思想也必將被融入進(jìn)來#65377;同時(shí)，以應(yīng)用推動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展也是網(wǎng)格發(fā)展的一個(gè)指導(dǎo)思路#65377;課題下一步的工作包括完善3DIGA體系的理論基礎(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)海洋信息網(wǎng)格集成系統(tǒng)，對(duì)海洋信息進(jìn)行整合#65380;發(fā)布并提供高層決策#65377;

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