远程教育中网格分布式技术服务探讨

摘 要：网格是21世纪发展起来的构筑在互联网上以实现资源可控化共享为目的的基础设施。网格计算是一个新出现的名词，也是近年来兴起的一个研究热点，本文对网格的概念、特点、进行简要介绍，并对计算机网格技术在远程教育中的应用进行分析。

关键词：远程教育 网格技术 GridFTP协议 共享 探讨

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0015-02

Discussion on service distributed grid technology in Distance Education

Hu Pei Cheng1 Fu Guo Xuan2

（1.Qinghai Radio and Television University School；

2.Qinghai the Yellow River Upstream Hydropower Development Co.Ltd，XiNing QingHai， 810008，China）

Abstract：Grid computing is developed in twenty-first Century on the Internet to achieve resource sharing for infrastructure purposes.

Grid computing is a new term， it is also a research focus in recent years， the concept of grid， features， are briefly introduced， and the application of grid technology in the distance education in the analysis.

Key words：Distance learning；Grid technology；The GridFTP protocol；Communion；Discuss

1 引言

网格技术旨在使互连网上所有资源， 包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等，实现全面共享与协同工作，使整个Internet整合成一台巨大的超级计算机，为用户提供即连即用式的服务[1]。目前，网格的发展更多还在实验研究阶段，离最初设想还有很大距离，但它是未来网络的发展方向，已成共识。并且正在逐渐地由一个新兴名词转变成为运用于商业、科研、医药等各行业的技术产物。

1.1 网格的定义

网格一词译自英文单词“Grid”，简称为虚拟计算环境，就是把地理上分布的各种计算资源连接成一个单一的统一资源即虚拟高级计算机的环境，实现全球范围的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源等的全面共享。其根本特征是资源共享。它是继Internet、Web后的第三次互联网浪潮。网格的核心概念是协作资源共享和在动态多制度虚拟组织中解决问题。简而言之，网格可以从以下描述为以下三点[2]。

（1）协调不服从集中式控制的资源。即网格能集成和协调资源与用户在不同控制域内的活动。

（2）使用标准的、开放的、通用的协议和接口。即一个网格是由多用途协议和接口来构建的，该协议将能解决诸如鉴别、授权、资源发现和资源访问等一些基本问题。

（3）提供非常的服务质量（QoS）。即允许按协作方式来使用其成分资源以提供各式服务质量。

1.2 目前网格技术的开发环境和工具

对于目前网格技术的发展和应用中其运行环境已和其他计算环境有很大的不同，已不能够满足网格计算所面临的开发难度、排错、调试、修改、部署等问题需要构建新的开发环境[3]。

（1）GT3开发环境。

GT3是用java语言开发服务，客户端则可以使用java语言和C语言开发。开发过程首先需要定义服务接口。然后根据服务接口生成该服务的WSDL描述文档，以实现该服务接口，通过代码编写完成，编译生成可执行的java类，其中客户端也需要用java语言开发生成可执行类。最终部署到服务运行容器中由客户端调用服务。

（2）NET框架。

使用.NET框架平台，通常不需要其他工具或软件开发工具包便可完成万维网服务的开发。

因为.NET框架可以提供专门的文件类型.asmx，每一个.asmx都包含一个WebService指令。

因此在.NET框架中，可以通过以下流程完成一个万维网服务：（1）创建服务文件 .asmx。（2）添加服务逻辑代码。（3）保存并运行.asmx文件。（4）根据提示输入参数，提交给服务器。（5）得出服务运行结果

（3）UNICORE。

UNICORE（UNIform Interface to Computing Resources）是把超级计算中心资源结合起来，用户可以通过互联网访问这些资源。UNICORE服务器在调度作业之前把抽象的作业和资源翻译成特定平台的命令和选项，在执行命令时，输入文件和输出文件自动从用户的文件空间读取和向用户的文件空间写回，从而完成不同节点间的高速数据传输。另外UNICORE网格平台通过用户认证X.509证书授权，把对应资源分配给用户，而保留自己的自主权利。

（4）其他应用开发工具。

由于目的和应用的不同，还有很多网格开发环境和工具，如：WebSubmit应用程序，CoG工具集，GPDK结构模型，GDMP客户等等，这些技术均是在网格应用和网格技术开发中所有着不同的功能和作用。

2 网格技术在远程教育中资源共享中的应用

2.1 远程教育主要特点和网格技术应用的优势

远程教育是由过去的函授、电视广播、网络教育等伴随着科学技术手段不断发展，又非独立产生的一种教学方式，它是实现终身教育而获取教学资源的一种有效渠道。

学习资源丰富的最大化是远程教育学习的最大一个特点。而网格技术应用中最为核心的是为各种网络上的资源提供一种安全、高效的共享机制，使得各种异构和孤立的资源，能够以一个整体的形式为用户提供各种计算和信息服务。因此，网格技术的应用能促进教学资源的优化整合、全面共享和作业交互。网格技术应用在远程教育中的优势概括为以下两点。

（1）网格技术的应用在物理上将互连的众多资源汇聚起来，联合提供服务，最大化实现资源的全面共享。即将分布在教育教学中将各高等院校多媒体课件、数字教学视频、无纸化习题库、网络化考试系统以及各类论文文献等海量信息资源集成起来，建立起一个集教育教学为一体的信息网格，覆盖到各个地区，提供统一的、高效的信息服务，同时提供主动学习方法和交互式的教学方式，使教师和学生之间的学习和交流成为现实。

（2）通过分布式资源的协作与共享，把大量的教育资源汇聚在网络上，这样使学习资源得到充分的利用，并且极大的提高学习者的学习效率和质量，为远程教育教学的信息化发展提供了更广阔的空间。同时网格技术应用在远程教育资源中，也能够大大缩减教师个体的备课时间，将这些时间用做扩充知识领域，丰富授课的内容容量，突出授课内容的重难点方面。而且还会加强了教师与教师之间，教师与学生之间的互动性，扩展了教师思维的广度与深度，提高学习者学习的兴趣与效率，从根本上进一步提升整体教学质量。

2.2 网格技术下教学资源分布式应用分析

2.2.1 分布式网格教学资源服务系统

远程教学系统的网格系统面向用户使用的入口，远程教学平台通常具有是一个开放的Web入口界面，通过这个界面用户可以使用网格系统提供各种功能，如安装新的网格程序、提交网格作业、使用网格程序提供的功能。

首先，可以根据利用GT3开发平台技术构建一个分布式网格教学资源服务系统ERSDG（Education Resource Service Data Grid）[4]，为不同分支机构（教育受体）通过教育资源访问口，访问现有资源管理系统中的教育资源数据库服务，从资源库获取所需要的教育资源数据，并同步到本地环境中的资源库中。

其次，为了实现教育资源的共享，必须要针对高带宽广域网环境进行优化以便解决网格环境下数据的统一传输，于是就需要一种基于FTP协议基础上的文件传输协议即GridFTP协议。

目前，该协议是由Globus工作组开发的一种安全可靠的高性能网格文件传输协议。为了实际使用的需要，GridFTP协议的安全性方面采用了RFC 2228（FTP Security Extensions）中提出的机制，对GSI（Grid Security Infrastructure，网格安全基础设施）和Kerberos提供支持，在实现高效传输上它支持第三方控制的数据传输、并行数据传输、条状数据传输、部分文件传输、缓冲区大小自动协商、出错重传等机制。各资源分支机构通过设计开发统一接口，在上传数字资源的同时，自动调用GridFTP协议，从而将相关教学资源文件同步上传到网格的各个节点之上，再由网格教学资源服务系统实现自动分布和同步传输功能。

因此，具备了这一资源共享的能力，就可以构建教学资源访问和集成的虚拟化界面，最终网格服务简化了用户或客户端程序对分布式教学资源的访问过程，实现了教学资源的的发现、组织、管理、发布、分发和交换等方面的整合和集成（如图1）。

2.2.2 分布式视频发布和点播平台

通过网格技术，可以实现将原来的分散管理和维护方式，转变为自动集中和调度方式，实现无障碍资源共享。它不仅能够提供内容最为丰富的大学课程视频点播服务，而且提供了能同时支持成千上万路视频流的服务能力。大学课程在线网格系统（Realcourse）应该建立在ChinaGrid公共支撑平台（CGSP）之上，通过Realcourse为用户提供“一站式”服务，将每个学校各自维护自己的资源，自动纳入到系统管理中，这种分布式管理方式可以在较短的时间内聚集大量课程资源。分布式视频发布和点播平台的最终目标为了实现在系统上支持全国各所重点院校的服务器，可以提供并发不同专业的不同课程的可靠视频流服务。对于用户可以获取所有的视频教案资源，只是根据自己的需求和喜好通过点播平台点播不同学校不同专业的不同课程进行学习。

因此，网格技术在远程教育应用中，可以将不同的教育资源连接地理上分布的各类计算机（包括机群）、数据库、各类设备和存储设备等，形成对用户相对透明的虚拟的高性能计算环境，应用包括了分布式计算、高吞吐量计算、协同工程和数据查询等诸多功能[5]。

总之，由网格技术构建下的教学资源服务系统和分布式视频发布和点播平台，更好的解决了目前远程教育中存在的资源共享不对称导致的资源建设重复，利用率低下等不足。根本上解决了计算机体系结构、操作系统、网络布局中的差异最终实现了异构机器或机群之间的协作和转换，达到教学资源最大化利用这一目标。

3 结语

网格技术在远程教育系统中的应用将是其中非常重要的一个方向，到目前为止网格的实际应用系统还比较少，建立一个以网格为核心技术的远程教育教学系统是非常复杂的，需要更进一步的研究[6]。随着网格技术的不断发展完善，必然会极大地影响现代远程教育的发展。未来的远程教育将更加突出学习过程中的协作学习和知识管理，虚拟学习社区将成为网格环境下远程教育的非常重要的教育形态。在这方面，网格技术具有强大的支持力，不同的网格应用类型将满足远程教育的需求，特别是知识网格的实现，将对远程教育产生巨大的影响。

参考文献

[1] 史文翀.网格体系结构与资源管理框架的研究[D].硕士论文：厦门大学，2008.

[2] 刘立群.网格计算与网格体系结构综述[J].农业网络信息，2011（2）.

[3]郁志辉，陈渝，刘鹏.网格计算[M].北京：清华大学出版社，2002：9-12.

[4] 吴永和，马晓玲，肖君，等.基于数据网格的教育资源服务系统的实现[J].华东师范大学学报：自然科学版，2006（3）.

[5] 张慧鹏，卢晴，顾文乐，等.分布式点播平台本地内容注入方法初探[J].广播电视信息，2011（9）.

[6]应宏.网格系统基础及其应用展望[J].微机发展，2003，13（11）：99-103.