基于网格的教育资源系统共享机制

覃远霞

摘要：由于互联网的异质性（包括软件和硬件），各类教育组织各自开发教育资源而不能充分共享，形成资源“孤岛”，资源利用率较低。将网格技术应用到教育领域，可以为用户提供一体化信息和应用服务，在保护知识产权的前提下共用教育资源，避免盲目重复开发。网格结构有三个层次：基于网格的教育资源系统的硬件和资源数据库、网格服务器系统和用户门户，建设内容包括元数据、资源发现机制和资源收集及发布机制。

关键词：教育资源网格资源发现资源收集及发布

中图分类号：G40-057文献标识码：A

1.引言

教育信息化的快速发展使互联网中的数字化教育资源以指数方式增长。庞大的教育资源为师生的教与学提供了便利条件，同时也带来了新的挑战。教育资源管理面临以下问题：

（1）缺乏有效的教育资源。虽然市场上的教学资源库产品丰富多样，但是在实际教学过程中，教师们又感觉无序、无效的资源太多，难以找到真正需要的有效资源。

（2）无法有效保护知识产权。每一个优秀的教学资源都是教师的劳动成果，具有原创性，应当受到知识产权的保护。现有存在的抄袭或盗用他人作品的情况严重打击了原创资源建设者的积极性，造成当前教育资源总体质量不高。

（3）信息孤岛。各类教育组织纷纷耗费了大量的人力和财力开发教育资源，绝大部分的教育资源都自行管理，有自己选择的操作系统和数据库、自行开发的应用软件和用户界面，完全是独立的体系。软、硬件的异质性和多样性使大量信息被锁在各个小岛的数据库中，现有的网络服务器犹如信息孤岛，资源不能充分共享，利用率低。

（4）搜索困难。由于互联网的异质性（包括软件和硬件），很多搜索引擎没有覆盖所有教育资源，资源搜索的智能化程度不高，使得在网上搜索到有用资源变得比较困难。用户必须知道所需教育资源所在的位置，才能通过各种接口进行訪问。

整合分散、无序的教育资源，为用户提供一体化信息和应用服务，在保护知识产权的前提下实现资源共享，避免盲目重复开发，是教育信息化发展的新要求。

2.网格及其优势

网格的实质是构筑在互联网上的一组新兴技术，实现对大规模分布资源（包括带宽资源、软件资源、计算资源、存储资源、信息资源、数据资源、知识资源等）进行管理，它是集成的计算与资源环境，为用户提供一体化信息和应用服务（存储、计算、访问等）；作为一种重要的支持虚拟组织的系统，网格组织中的不同成员具有不同的权限，最终实现在虚拟环境下进行资源共享和协同工作，彻底消除信息孤岛，最大程度地实现资源共享。

网格的优势有：

（1）实现资源全面共享：网格能够实现应用程序的互连互通，消除信息孤岛，实现资源全面共享。如果说计算机网络实现的是一种硬件的连通，那么网格则能实现应用层面的互联互通。

（2）网络虚拟环境下的协同工作：能够为跨地域、跨学科的大型研究活动提供协同工作支撑环境，多个网格结点可以共同处理一个项目。

（3）检验标准：Ian Foster提出的网格检验标准是使用通用的、开放的和标准的接口和协议，在地理分布的非集中控制的环境中协同使用资源，并提供非平凡的服务质量。

（4）具有高度可扩展性的动态服务：网格可以实现具有高度可扩展性的、能够适应变化的动态服务。

网格计算的关键技术有：

（1）网格结点。网格结点就是网格计算资源的提供者，包括在地理位置上是分布的、具有异构特性的集群系统、数据库、高端服务器、MPP系统大型存储设备资源等。

（2）宽带网络系统。宽带网络系统对网格计算提供性能影响很大，在网格计算环境中，要想获得计算能力“即连即用”、通信服务延迟小且高可靠，都需要有高质量、高速度宽带网络系统支持。

（3）资源管理。主要解决资源的描述、组织和管理等关键问题。

（4）任务调度。根据当前系统的负载情况，对系统内的任务进行动态调度，提高系统的运行效率。

（5）监测工具。网格环境下，资源和服务的添加、更新及退出等信息变化非常频繁，需要有一个发现机制来汇总以便在任务调度进程中能找出最优组合，监测工具承担了此项功能。监测工具是资源发现和任务分配的基础，为其它的网格中间件提供了必要的与资源有关的性能数据。

（6）可视化应用层工具。网格计算的主要领域是科学计算，但想要从海量数据中通过人工分析的方式得出正确的判断并非易事。如果把计算结果转换成直观的图形信息，就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难，能在网格计算中传输和读取的可视化工具变得尤为重要。

3.基于网格的教育资源系统结构

基于网格的教育资源系统的网格结构有三个层次：硬件和资源数据库、网格服务器系统和用户门户，如图1所示。

图1：基于网格的教育资源系统结构图

第一层，分属于不同组织、大学或其他资源所有者的硬件和资源数据库。包括计算机、路由器、交换机、数据库和其它软件，数据库分布在不同的地理位置，通过校园网进行连接。

第二层，对用户是透明的网格服务系统。它包括网格软件和电网接口，用户通过网格门户接口搜索资源，应用软件使用网格服务器通过将参数转换为软件。

第三层，用户门户系统和应用软件之间的接口。它指示网格服务器启动，并根据服务情况暂停服务器。

4.基于网格的教育资源共享系统的建立

基于网格的教育资源共享系统建设内容包括元数据、资源发现机制和资源收集及发布机制。

A教育资源中的学习对象元数据

学习对象是指一切可为教学和培训目的服务的对象，包括实训设备、教材等物理对象，也包括网络课件、教学软件等数字对象。学习对象不论大小，可以小到一张图片，大到一门课程。典型的学习对象包括人、组织机构、课程标准、教学目标、多媒体教学资源、工具软件、教学内容和动画课件等。学习对象可以在交互式网络教学平台、远程教育系统、计算机辅助系统等不同的教学系统中使用、重用或引用。

根据CELTS-3教育资源建设技术规范，教育资源中的学习对象元数据有9种元素，如图2所示。

通用信息（General）：包括所有的学习对象元数据的通用信息。

生存期信息（Lifecycle）：包括学习对象元数据的历史状态，也包括影响学习对象元数据的人或组织。

元数据描述信息（Meta MetaData）：定义学习对象元数据的标识符、创建信息、语言等。

技术信息（Technical）：包括技术要求和特点。

教育信息（Educational）：包括学习对象元数据的教育特性。

权利信息（Rights）：包括学习对象元数据知识产权信息。

关系信息（Relation）：包括学习对象元数据之间的关系。

评注信息（Annotation）：包括学习对象元数据评价和自我评价信息。

分类信息（Classification）：包括学习对象元数据和分类体系之间的关系。

元素连接到子卷，子卷再连接到元数据。如图3所示。

B资源发现机制

资源发现是根据资源请求者的资源请求描述，从网格上为请求者找到满足请求描述要求的合适资源的过程。

每个节点资源所有者的工作是独立的，当一个节点资源所有者接收到检索本地数据库资源的请求时，若局部网络中存在所需资源，则资源路由器返回该资源的节点地址；当所需资源不存在该局部网络时，则将请求传递给他的邻居节点。所以每一个资源节点所有者都有一个邻居名单，并定期检查，删除不作为邻居和添加新的邻居。

关键点是计算信号的传递，包括：记录邻居的行动、判断好邻居、判断资源请求的规律并存储在本地数据库或得到它的映像。

C.资源收集及发布机制

根据资源发现机制的资源请求规律，将资源存储在本地数据库或得到它的映像，是一种非常有效的资源收集机制。另一种收集资源的方式是检查收录进网格节点中或从网格节点中剔除的资源，通过目录监控程序检查在网格中每个节点的变化，保持每个节点的邻居列表更新。

5.基于网格的教育资源系统应用效果

下面的图表显示了基于网格的教育资源系统应用之后每个月教育资源的利用情况，表1中的利用率指的是数据库资源的访问率。第一个月的利用率很低，仅0.095；但20个月之后教育资源利用率达0.865。

图4基于网格的教育资源系统利用率

从图4可以看出，反映基于网格的教育资源系统利用率的曲线图比较陡峭，随着时间的不断推移，利用率越来越接近0.9，体现这个机制确实有效。

6.结论

网格技术可以帮助解决教育资源共享问题。通过网格技术可以实现广泛共享异构学习资源和地理上分布的系统的目标，不同的用户可以相互合作，资源可以重复使用，用户可以得到透明的网格服务而不需要知道如何实现服务及由谁提供服务。

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