网格技术在分布式教学中的应用研究

2009-09-28黄晓波陈敏

中国教育信息化·高教职教 2009年7期

黄晓波　陈　敏

摘要:利用网格技术可对所有教育资源进行有机融合,实现高度共享和全面协作。本文分析网格技术对分布教学模式的作用和影响,提出基于网格技术的分布式教学模型。

关键词:网格分布式教学资源共享协同

中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)13-0078-03

网格倡导的最根本的理念是实现网络资源的共享和协作,网格的目标是实现各种资源的有机集成,实现应用的互连互通,使人们可以随时随地享用网上的各种资源。网格计算技术进入教育领域以后,使教学信息资源真正实现全面共享,这对基于网格的分布式教学模式起到了重要的促进作用,更好地促进个性化学习、协作式学习。

一、网格技术概述

1.网格的概念

网格是伴随着互联网技术而迅速发展起来的,最初是专门针对复杂科学计算应用的一种新型计算模式。这种计算模式将地理上分布、异构的各种资源通过高速网络连接并集成起来,共同完成计算任务,其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”,而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”,所以这种计算方式叫网格计算。它不仅仅能够为信息资源的获取、分布、传输和有效利用带来革命性和结构性的巨大变化,而且将根本改变我们的研究方式、教育方式、生活和生产方式。

2.网格的特性

(1)异构性:网格环境由分布在广域网上不同管理域的各种不同类型的计算资源组成,并且每类资源有各自不同的属性。异构计算机间的合作和转换的实现是首要问题。

(2)分布性与共享性:一个网格系统由分布在不同地点、不同类型的计算机、外部设备、各种各样的资源库、知识库、网格服务等构成。分布性是网格最根本、最典型和最重要的特征。网格就是要把物理上分散的资源整合、协调工作,使各种资源充分共享。

(3)自相似性:网格的局部和整体之间存在着一定的相似性。

(4)动态性:网格作为一个系统,其规模、资源、服务都是在不断的变化之中。网格资源、网格规模会随着时间的变化不断调整,或充实内容、或去除不再使用的资源。

3.网格关键技术

(1)网格节点:即网格计算资源的提供者,它包括高端服务器、集群系统、MPP 系统大型存储设备和数据库等,这些资源在地理位置上是分布的,系统具有异构特性。

(2)资源管理:资源管理的关键问题是为用户有效地分配资源。高效分配涉及资源分配和调度两个问题,一般通过一个包含系统模型的调度模型来体现,而系统模型则是潜在资源的一个抽象,系统模型为分配器及时地提供所有节点上可见的资源信息,分配器获得信息后将资源合理地分配给任务,从而优化系统性能。

(3)网格中间件:目前软件界研究的热点,尤其是网格中间件正处于起步阶段。网格中间件(Grid Middleware)提供核心服务,如远程进程管理服务、资源分配服务、存储访问服务、信息服务、安全控制服务。

(4)应用层的可视化工具:网格计算的主要领域是科学计算,面对海量的数据想通过人工分析得出正确的判断十分困难。如果把计算结果转换成直观的图形信息,就能帮助研究人员理解数据,这就要研究能在网格计算中传输和读取的可视化工具。

二、网格与分布式教学

基于网格的分布式教学环境改变了传统的教育理念,可以更好地实行个性化学习、协作式学习。学习者进入网格门户后,根据自己的需要,提出学习请求,教育网格系统会按照学习者的要求,在网格系统内查找学习资源,统一协调、组织和管理,以提供给学习者友好、快速、准确的服务。网格内所有的节点构成一台巨大的虚拟的计算机,各节点的资源、知识、服务相互协调、补充,或共同为学习者提供服务,从而达到教育资源的全面共享。

1.基于网格的分布式教学环境有效地实现了信息互连互通

网格的主要任务是在动态变化的网络环境中共享资源和协同解决问题。网格把分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个信息系统,实现计算、存储、数据、信息、软件、通信、知识和专家等各种资源的全面共享。这些资源形成一个整体后,用户可以从中享受全面的信息服务,获得极大的使用方便性和超强能力。

2.基于网格的分布式教学环境彻底打破了知识获取的时空限制

网格融合网络资源后,突破了计算能力、存储能力大小的限制。教育科研网格在结构上形成纵向衔接、横向贯通、资源任意分布且全面共享的模式,便于教师和学生随时随地的接入,可在任意地点获取资源。在功能上,提供分布式的教学环境,信息查询、检索、分类、存储等,以支持教学科研的综合应用,从而最大限度地满足了教学领域的需要,为分布式教学创造了很好的环境。

3.基于网格的分布式教学环境为师生提供了全面的信息资源服务

教育科研网格利用现有的网络基础设施、协议规范、网络技术和数据库技术,为用户提供一体化的智能信息平台。在这个平台上,信息的处理是分布式、协作式和智能化的,教师或学生可以通过单一入口访问所有信息。信息网格可以科学地描述信息、存储信息、发布信息和查找信息;可以将异构平台、不同格式、不同语义的信息进行规范和转换,从而实现信息的无障碍交换;能够将网格环境中众多的服务功能,按照用户的需求进行有机集成,形成自动完成的工作流程,向用户提供一步到位的服务。

4.基于网格的分布式教学环境真正实现了协同式学习

教育科研网格打破了传统的共享协作限制,可以将各个领域的专家和各种资源充分结合起来,动态建立各种虚拟组织,协同解决问题。教育科研网格不仅能将国内的院校科研机构连接在一起,而且还可以将分布在世界上的所有教育机构连接成为一个庞大的组织。在网格技术的支撑下,带来全新的协同式教学模式,让分布在各地的学生根据特定的学习目的组成学习共同体,在沟通、交流和分享中共同完成学习任务。

三、基于网格技术的分布式教学模型

基于网格的分布式教学的核心是教学资源的共享和教学服务系统的建立,其模型如图1所示,主要由下面几个部分组成。

1.网络平台

网格以计算机网络为传输平台,在传输中仍然使用了传统的网络传输协议。因此现有的计算机网络将会成为未来网格系统的基础。

2.网格节点

网格节点是网格系统中最为重要的部分,网格功能的实现从根本上来讲依赖于网格节点。网格节点内含了网格资源、网格服务的实现。网格服务是通过网格服务描述语言(GSDL)或WEB服务描述语言(WSDL)来定义服务接口,学习者和网络系统的开发者可以通过这些服务接口使用网格服务。

3.资源管理服务器

这是整个教学网格系统的核心,它负责资源的接收、登记、调度分配等任务,根据各个网格节点的资源容量来决定将新进资源分配到哪个网格节点,并将此信息提交给资源注册服务器以便进行更新,还可以根据网络的带宽情况、用户点播的频率对教学资源进行调度管理。

4.用户管理服务器

对教学网格的用户进行注册管理、登录管理、安全认证管理、授权管理等。用户必须在用户管理服务器中注册登记并接受统一管理,登录教学系统时经过该系统的合法性安全认证以后才能有权使用系统资源。

5.网格服务注册中心

其功能是为用户提供网格教学服务的查询。网格教学服务通过UDDI (Universal Description,Discovery and Integration)注册到网格服务注册服务器。各种教学资源信息如资源类型、所在网格节点编号等在此登记,并将这些资源按照统一的分类标准进行分类,以提供给用户一个标准、快捷、友好的资源查询服务。当注册服务器内容更新时,能够定时将更新日志传送给上一级网格系统的网格服务的注册服务器,以保证在整个教学网格系统内教育资源信息的实时性。客户端或者说学习者通过服务注册中心可以查找到所有在此注册的网格教学服务的信息。对于教学系统的开发者,可以把在注册中心查到的网格服务直接嵌入到教学软件的开发当中。

6.网格门户

网格门户网站可以看作是为用户或学习者提供网格服务的WEB页面。用户或学习者通过网格门户网站进入网格系统,得到所需要的服务。

7.客户端

在教学网格中,客户端代表服务的对象或者说学习者。他不仅可以使用网格资源,享受网格服务,同时,也可以利用网格资源和服务,来构建自己的应用。

四、总结

网格技术为教育带来了机遇,同时也使其面临着巨大的挑战。目前,人们只能在科研和不多的几个场合看到网格的零星应用案例,网格在教育领域的应用没有达到预期的效果。主要原因是网格相关软件以开源软件为主,缺乏统一的标准和协议,网格安全和管理技术不够成熟,在这些方面还需要进行深入的研究。?筅

参考文献:

[1]Ian Foster.What is the Grid?A Three Point Checklist[J].Grid Today-daily News and information for Global Grid Community,2002,1(6).

[2]桂小林.网格技术导论[M].北京:北京邮电大学出版社,2005.

[3]傅晓兴,郭红.网格技术及教育领域应用展望[J].中国信息技术教育,2008(11).

[4]苗燕春.网格技术在教育领域中的应用[J].软件导刊,2008(8).

[5]莫秋云.网格技术在中国教育科研平台上的应用[J].中国科技信息,2006(4).