浅谈加强网格技术在高校石油地质专业的教学地位

2010-04-09鲁光银中南大学信息物理工程学院湖南长沙410083

长江大学学报(自科版) 2010年1期

鲁光银,熊瑛 (中南大学信息物理工程学院,湖南长沙410083)

网格技术是将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体,把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。网格技术的根本特征是资源共享,消除资源孤岛。具体体现在通过互连、组合和协作来解决用户需要解决的问题,产生具有附加值的数据、信息等资源,满足用户需求。近几年来,网格技术在石油勘探行业大规模应用,例如地震资料三维叠前深度偏移技术、大规模油藏数值模拟技术等,已经成为各大石油公司必备的技术手段。因此,在石油地质专业中加强网格技术方面的教学地位,对于促进学生及时掌握该行业新技术、提高其解决工程实际问题的能力具有重要现实意义。

1 网格的体系结构

图1 网格协议体系结构与网络协议体系结构对比

网格体系是一种开放式的网格服务体系(OGSA)[1],如图1所示。其具体体系结构如下:

1)构造层其功能是向上提供网格中可供共享的资源。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、网格资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。

2)连接层该层是网格中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各种资源间的数据交换都在这一层的控制下实现。各资源间的授权验证、安全控制也在此实现。

3)资源层该层的作用是对单个资源实施控制、与可用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。

4)汇集层该层的作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起,供虚拟组织的应用程序共享和调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制,汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。

5)应用层该层是网格上用户的应用程序。应用程序通过各层的API调用相应的服务,再通过服务调用网格上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数,为便于网格应用程序的开发,需要构建支持网格计算的库函数。

2 网格技术在石油地质行业中的应用

在石油地质行业中,各种核心的关键技术无一不是依赖计算机技术尤其是网格技术发展起来的。当前的石油地质产业已经完全运行在计算机平台之上,数字油田已经不仅仅是一种概念,在很多层面上得到了实现。石油地质行业对计算机的应用贯穿于整个勘探开发过程。从石油地质勘探的数据采集到数据分析、油气藏描述、开发、钻井技术、提高采收率技术以及整个油田生命周期的经济评价和管理,几乎都依靠计算机完成,其中计算机网格技术是数据采集和分析的必备手段。网格技术的应用使石油行业能够最大限度地利用现有资源,构建具备协作能力的虚拟化组织,从而提高系统的可用性、工作效率和灵活性,并能够实现总体计算成本的降低。建立石油行业网格运算中心,将有利于各计算中心的资源共享,充分利用硬件和软件资源,在节约成本的同时,还将使其在大规模的数据处理上发挥巨大效能。因此,石油行业科研人员能够享受到 “按需使用”的便利,方便地利用经过整合的计算机能力和信息资源,享受全新的服务模式,即对原始数据的保存、处理、综合都可以由服务提供商根据用户的需要直接完成。

3 在石油地质专业中加强网格技术教育

世界上许多国家高校已相继开展了相关网格计算技术教学研究工作,例如欧洲的LeGE-WG项目[2],我国教育部正在开展的 “中国教育科研网格”研究项目等,为在石油地质专业教学中加强网格技术教育奠定了坚实的基础。然而,我国当前石油地质专业的教育体系基本上是石油教育创办之初延续下来的,其专业体制存在诸多与目前石油行业科学技术发展不协调之处。特别是目前网格技术在石油行业广泛应用,而许多大学在本科生教学中仍然采用二十世纪中后期的教材,学习内容仍然是较落后的数值计算与模拟技术,难以适应当前石油行业发展的需求。因此,必须在石油地质专业学生本科学习期间,改变传统的石油地质专业教学模式,采用多种教学手段,理论联系实践,通过中国教育科研网格和学校实验网格,加强在石油地质计算领域网格计算技术方面的教学工作,引导学生及时跟踪掌握本专业的先进技术。例如,在讲授三维地震叠前深度偏移时,可以结合荷兰皇家壳牌石油公司提出的网格计算解决方案[3],改变传统的采用大规模工作站 (或者服务器)计算方式,实现跨区协作计算,这样可以培养地球物理、地质等专业的学生处理资料的能力,这对于激发学生学习兴趣,培养学生团队合作精神和创新能力具有重要意义。