基于網格的遠程教育資源共享機制研究

摘 要:目前遠程教育資源建設還處在初步階段，各教育機構存在教育資源重復建設，質量參差不齊的現象，造成了財力、人力的重復投入。隨著網格技術的廣泛應用，在此依靠網格對分布的數據資源進行統一共享和管理。現以廣播電視大學遠程教育資源建設為原型，構建了廣播電視大學遠程教育資源網格，從而達到了共享各種教學資源，整合各種教學服務的目的。關鍵詞:遠程教育資源; 網格; WSRF; Globus; GridFTP

中圖分類號:TN915-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)18-0094-03

Grid-based Resource-sharing Mechanism for Distance Education

GUI Da-wei

(Resource Development and Modern Education Technology Center， Shaanxi Radio and TV University，Xi’an 710068，China)

Abstract: As the rapidly growing popularity of distance education in China， the distance education network resources become the teaching basis of educational institutions， educational resources and quality of the scale reflect the level of distance education institutions. At present， the construction of distance education resources are still at the initial stage， various educational institutions exist repeated construction of educational resources， the uneven quality causes financial and human resources of the duplication. With the widespread application of grid technology， relying on the sharing and unified management of grid on the distributed data resources， the long-distance education resources grid of RTVU is built by considering its construction as the prototype， so as to achieve sharing of a variety of teaching resources， integration of a variety of teaching service. Keywords: distance education resources; grid; WSRF; Globus; GridFTP

0 引 言

隨著我國遠程教育的迅速普及，遠程教育資源已成為各網絡教育機構的教學基礎，教育資源的規模和質量也體現了遠程教育機構的水平。目前遠程教育資源建設還處在初步階段，各教育機構存在教育資源重復建設，質量參差不齊的現象，造成了財力、人力的重復投入。隨著網格技術的廣泛應用，在此依靠網格對分布的數據資源進行統一共享和管理。在此以廣播電視大學遠程教育資源建設為原型，構建了廣播電視大學遠程教育資源網格，從而達到了共享各種教學資源，整合各種教學服務的目的。

1 全國廣播電視大學遠程教育資源的分布情況

目前，全國廣播電視大學(以下簡稱電大)的遠程教育資源為四級垂直分布結構，分別由中央電大的一級資源、省級分校的二級資源、地市級分校的三級資源和各縣級工作站的四級教育資源為平臺構成，其結構圖如圖1所示。這個結構覆蓋了全國44家省級電大，形成了一個覆蓋面非常廣的遠程教學環境。

圖1 全國廣播電視大學遠程教育資源分布示意圖

四級結構中教育資源建設主要依靠中央電大，教育資源依靠衛星傳送及網絡下載的方式沿垂直方向傳遞資源，這在電大遠程教育初期體現了資源統一制作、統一管理、統一使用的優勢，但隨著電大的發展，其規模不斷擴大，單靠中央電大統一建設教育資源已經遠遠不能滿足各省級電大由于地域分布造成文化需求的各異、教育資源匱乏現狀的不足，也就是說未來的遠程教育資源是分布在各省、市級電大中的，各個電大都在建設自己的教育資源，數量也在不斷擴大，這樣新的問題又隨之而來，教育資源的數量多了勢必存在一定的重復，質量勢必出現一定的下降，因此要解決的問題就是各省級電大沒有直接聯系的、教育資源分散、重復建設、質量參差不齊的現象。網格技術的特性就是對分布資源進行管理及共享，利用這種技術可以對電大遠程教育資源建設起到積極的作用。

2 網格技術與遠程教育資源網格

網格是把整個互聯網整合成一臺巨大的超級計算機，實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享。當然，也可以構造地區性的網格(如要建立的遠程教育資源網格)、企事業內部網格、局域網網格、甚至家庭網格和個人網格。網格的根本特征并不一定是它的規模，而是資源共享，消除資源孤島。

根據電大遠程教育資源的分布狀況，要實現對各省、市級電大遠程教育資源的共享，首先要構建遠程教育資源網格的體系結構，然后根據這個結構解決網格中的資源發現、資源管理、資源傳輸問題。到目前為止，主流的網格體系結構主要有3個:第一個是伊安#8226;福斯特等人在早些時候提出的五層沙漏結構(Five Level Sandglass Architecture)，最基本的思想就是:以協議為中心，強調服務與API和SDK的重要性。第二個是在以IBM為代表的工業界的影響下，考慮到Web技術的發展與影響后，結合伊安#8226;福斯特的五層沙漏結構和WebService提出的開放網格服務體系結構(open grid services architecture，OGSA)，最基本的思想就是以“服務”為中心。在OGSA框架中，將一切抽象為服務，包括各種計算資源、存儲資源、網絡、程序、數據庫等等，簡而言之，一切都是服務。這種觀念，有利于通過統一的標準接口來管理和使用網格;第三個是于2004年初由Globus[1](由美國Argonne國家實驗室與南加州大學信息科學學院ISI合作開發的Globus項目從1996年研究至今，已有8年歷史。它是一種研究網格環境中互操作的中間件技術，為科學和工程上的網格計算應用程序提供基本的支撐環境)聯盟、IBM和HP共同提出的Web服務資源框架(Web Service Resource Framework，WSRF)[2]，它采用了與網格服務完全不同的定義:資源是有狀態的，服務是無狀態的。作為OGSA最新核心規范的WSRF，它的提出加速了網格與Web服務的融合，以及科研界與工業界的接軌。

本文考慮依據OGSA來構建遠程教育資源網格架構。OGSA架構由4個主要的層構成，從下到上依次為:物理資源和邏輯資源層、Web服務及定義網格服務的WSRF擴展層、基于OGSA架構的服務層、應用程序層，依此描述了教育資源網格的層次結構，如圖2所示。

圖2 基于OGSA遠程教育資源網格架構

根據這個結構層次，明確了目前的主要工作:對資源的管理及資源的描述及發現;資源的傳輸等。

3 資源的管理及資源的描述和發現

電大遠程教育資源的種類較多，目前使用較多的包括各種文本、PPT、音頻、視頻、多媒體課件等，當然還有其他的應用服務，例如論文、電子圖書查詢系統、視頻點播系統、即時通訊系統等，OGSA，WSRF對所有這些存儲資源、信息資源、數據庫等都抽象為服務，要實現遠程教育資源共享就要先在教育資源網格中管理這些服務。

網格資源管理的任務就是把網格中分散的各種資源管理起來，使多個資源請求者可以共享使用網格中的同一個資源，資源請求者可以根據業務需要同時或先后使用網格中的多個資源，而不需要資源請求者付出額外的勞動。資源管理的目的包括以下3個:

(1) 為用戶提供訪問資源的簡單接口。實際使用資源管理模塊隱藏資源的復雜技術細節，將物理資源抽象為邏輯資源，并向用戶提供。

(2) 協調資源的共享使用。資源管理模塊采用排隊策略、分時共享策略或其他策略，用以決定多個請求者如何使用同一個資源，這些策略是根據資源本身的特性和擁有者制定的策略來確定。同時資源管理模塊還應支持一個請求者請求使用多個資源的需要。

(3) 代替請求者去使用資源，并建立安全的網格資源使用機制。資源管理器作為超級用戶，代替網格用戶在資源上進行工作，用戶請求時，資源管理器為該用戶在資源本地建立一個進行活動的場所——用戶容器，讓用戶在容器內使用資源。容器嚴格定義了用戶擁有的權限和可進行的操作等。通過這種方式避免了多個網格用戶在資源的同一個本地賬號下活動的隱患。容器可在請求時動態地建立并在請求結束后撤銷，同一資源上用戶容器的數目很少，不會帶來大的管理負擔。

資源管理模塊除了管理資源的使用過程以外，更重要的是管理資源的整個生命周期，即資源的注冊及共享到注銷的整個過程。此時，資源管理器需要具備的基本功能包括:資源注冊、資源發現、資源部署、資源代理和資源注銷。

目前的服務發現機制主要有UDDI(UniversalDescription，Discovery，andIntegration，統一描述、發現和集成)[3]。UDDI是UDDI.org制定的一套基于Web的、分布式的、為Web服務提供的信息注冊中心實現標準規范，同時也包含一組使服務提供者能將自身提供的Web服務注冊，以便服務使用者能夠發現這些服務的訪問協議的實現標準。UDDI的核心組件是注冊中心，它使用WSDL[4](Web Service Description Language)Web服務器描述語言(一種XML文檔)來描述Web服務，是Web服務的接口定義語言，可描述Web服務的3個基本屬性:

(1) 服務做些什么:服務所提供的操作(方法);

(2) 如何訪問服務:和服務交互的數據格式以及必要協議;

(3) 服務位于何處:協議相關的地址，如URL。

圖3是簡單的服務提供者、服務注冊中心、服務使用者之間構建的服務關系結構示意圖。

圖3 服務關系結構示意圖

4 資源的傳送

在資源有效管理的基礎上，使用資源必不可少的就是把資源從提供者傳送到使用者手里。網格環境需要一種快捷、安全、有效而且可靠的傳輸機制。GridFTP[5]是Globus網格計算環境中數據管理的一個通用的數據傳輸協議，具有支持GSI的安全機制、三方控制、并行傳輸等功能，其支持下列功能:

(1) 并行數據傳輸:使用多個TCP流比使用單個TCP流的帶寬大，并行數據傳輸由FTP命令擴展和數據通道擴展提供支持。

(2) 網格安全性基礎設施(Grid Security Infrastructure，GSI)[6]和Kerberos認證支持:由用戶控制各種數據完整性和機密性級別的設置[7]。這種功能為傳送文件提供了健壯且靈活的認證、完整性和機密性機制。

(3) 數據傳輸的第三方控制:支持為大型分布式社區管理大型數據集。它使第三方能夠對存儲服務器之間的傳送進行控制。

(4) 分塊數據傳輸:能夠將數據分割放置在多個服務器上，從而提高聚集帶寬。GridFTP是通過定義在網格論壇(GridForum)[8]草案中的擴展來支持分塊數據傳輸的。

(5) 部分文件傳送:與標準FTP要求應用程序傳送整個文件不同，新型FTP命令支持傳送文件的某些區域。

(6) 可靠的數據傳輸:故障恢復方法可以處理瞬態網絡故障和服務器故障，同時可以重新啟動失敗的傳送。

(7) 手工控制TCP緩沖區大小:支持獲取最大TCP/IP帶寬。

(8) 集成檢測(Instrumentation)[9]:支持返回重新啟動和性能標記。

這里依據GridFTP，采用Java編寫了客戶端，并配置在各省級電大，這樣就可以將資源在各用戶端高效地傳輸。

5 電大遠程教育資源網格

根據以上的網格技術，以電大遠程教育資源為基礎，構造一個教育資源網格[10]，其邏輯結構如圖4所示。

圖4 電大教育資源網格結構圖

6 結 語

電大遠程教育資源網格的構建還有許多細節要實現，比如在資源的安全性、資源使用的認證、資源的存儲結構等方面都需更多的研究。基于網格的電大遠程教育資源共享機制，將對全國遠程教育資源的共享產生積極的作用。

參考文獻

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