基于网格技术的广西高校教育教学资源共享新模式研究

谢晓兰

（桂林理工大学信息科学与工程学院 广西 桂林 541004）

0 引言(Introduction)

互联网的发展，彻底改变了人们的生活以及思维方式，也很大程度上改变了全世界的教育方式。高等学校校园网在教学、科研、管理等领域发挥着越来越重要的作用，数字化校园的概念也全面进入到高等院校。如同所有事物的成长过程都要经过不断的进化一样，互联网也在前进的道路上一步步修正自己的不足。就功能方面来说，第一代互联网的典型应用是收发电子邮件、发布文字新闻及言论、传输文件等。第二代互联网在保有第一代功能的基础上使用了超文本和多媒体技术，前者可以将分布在网上的文件采用链接的方式联系在一起，而后者则使人们能够欣赏到内容丰富的图片、音乐、影像等内容。

“网格”（Grid）是继Internet之后又一次重大的科技进步，被称为第三代互联网。它是集成的计算与资源环境，其核心是消除信息孤岛，实现包括计算资源、通信资源、软件资源、存储资源、知识资源、信息资源等资源的全面共享。但现有的校园网大多是以传统的网络技术为基础，整个互联网是异构的，教育资源不能实现充分地共享，重复开发现象非常严重。另外，目前的，大规模科研项目一般都是多个机构合作完成，他们来自不同机构的人员和资源协作完成，这将会形成所谓的虚拟组织（VO，Virtual Organization）。而网格是一种重要的支持虚拟组织的系统，组织中的不同成员应该具有不同的权限。所以网格技术在校园网中的应用，将会极大地改变现有校园网在科研与教育教学方面的应用现状。[1]

利用网格技术也可以实现对全国各地的优质教育资源的集成和共享，提供开放的远程协同教学的基础支撑，为各高校的学生、老师提供高质量的网格服务，优势互补，避免重复开发，节省人力、财力。所以通过本课题的研究可以提升广西高校自主创新能力的发展，有力于广西建设高水平大学的研究，有利于促进教育均衡发展。

1 国内外及区内外研究现状

最初的网格研究来源于美国联邦政府过去十年来资助的高性能计算科研项目。这方面的代表性研究工作包括美国国家科学基金会资助的NPACI、国家技术网格（NTG）、分布万亿次级计算设施（DTF），美国宇航总署的IDG，美国能源部的ASCI Grid，以及欧盟的Data Grid，等等。在校园网格方面做得比较成功的有：由美国国家超级计算应用中心NCSA（National Center of Supercomputing）、美国阿尔贡国家实验室、芝加哥大学、Shibboleth开发组的成员共同开发研究的GridShib项目，该项目整合了网格与高校校园网络基础设施，使之更具拓展性和灵活性。[2]

在我国目前也已开展了 “中国国家网格”、“教育科研网格”、“织女星网格”、“先进计算基础设施北京上海试点工程”和“上海网格”等五大网格项目的研究，参与研究的主要有中科院计算所、清华大学、联想集团、江南计算所等几家在高性能计算方面有较强实力的研究单位。已有20所高校完成了校园网格建设，聚合计算能力和存储能力分别达到15万亿次和150TB，五大典型网格应用访问量日益增加，有力促进了高校高性能计算应用和有关学科发展。目前，在广西区还没有见到 “使用校园网格改进高校教育资源共享模式方面”的研究。在广西，受经济社会发展水平、地理环境、政策支持等因素影响，广西各高校校园网络的建设与发展很不平衡，相当多的高校校园网的受网络定位、建设方式、技术水平和管理模式上存在很大差异，建设与管理水平有待进一步提高。为了提高广西的教育水平，拉近与先进的大学的教育环境、教育模式上的差距，所以，寻找一种经济、方便、可行的高校校园的资源共享新模式势在必行，也是一件非常有意义的事情。

2 基于网格技术的广西高校教育教学资源共享新模式研究的意义

针对目前广西高教教育资源库暴露以及缺乏共享的情况，结合国内外教育资源库研究的最新成果和发展趋势，研究出一种在广西高校中实用的、高效的、安全的共享教育资源的新模式，那就是利用网格技术建立教育资源共享网络的体系架构、资源传输技术、异构资源库集成技术等几方面的应用研究。具体构想如下：

（1）分布在各个地区的基础教育资源得以透明共享。

（2）优质教育资源通过网格传递给教育水平不发达地区的用户。

（3）建成后将成为用户群空前大、覆盖面空前广的应用网格。支持几万用户同时在线访问网格。

（4）为全区高校师生提供一个教育信息资源共享的平台。

（5）整合各个知识点的网格知识库。

（6）平台的安全机制包括：支持，防止假冒和数据泄密；实体之间的安全通信；支持用户的单点登录；支持跨组织的安全；包括跨多个资源和地点的信任委托和信任转移等。

开展该研究的意义在于充分地利用有限的软硬资源，通过引入网格这种全新的技术，设计一种通用的、门槛不太高的、覆盖学科广的、可整合广西区内外资源的网格平台，进行优势互补，形成一种全新的教学实践模式，在提高资源利用率的同时，加强教学效果，并大大降低教学成本。总体来说，包括以下几个方面：

（1）将网格技术创造性的运用到高校教育、科研资源的大规模共享。

（2）积极探索网格模式下的远程协同教学和研究性自主学习；。

（3）积极探索教育网格的应用模式和规范，为下一步的可持续发展提供参考和指导。

（4）以应用为本，真正满足广大学生、老师对优质教育资源的渴望和需求。

3 研究的具体实施

（1）密切跟踪网格技术的最新发展，充分进行调研，最后确立方案。首先要了解网格技术本身，搜集有关情报，了解网格在校园的应用、背景、功能以及标准等各个方面。密切跟踪国际以及国内，网格技术的最新发展，通过对走在网格建设前沿高校的深入调研，包括实施方案、实施成本、实施效果等多方面进行深入分析，论证其可行性，并进行初步实验，确定将要实现的最终目标。[3]

（2）项目分解，分步实施。跟踪研究进行到一定阶段，应当适当开展实际的系统试验，进一步验证校园网格系统的可行性。

初步决定，架设网格的平台软件使用Globus Toolkit 4，这是一个开源软件，无需花费大量的金钱在软件的购买上。而且，它的主要特点之一就是不需要对现有网络进行改造，就能提供网格服务。采用中间件OGSA-DAI（Open Grid Service Architecture-Data Access and Integration）实现数据的访问与集成、采用OGSA-DQP（Open Grid Service Architecture-Distributed Query Processing）实现数据的分布式查询。

（3）结合学校的实际需要，对计算量、存储量较高的工作上先建立应用的小环境，然后再整合到一起。例如，先建设一些小的计算网格应用，一些小的文件系统管理的资源网格应用等。也可以进行一些实验，比如试验传输海量数据、分配工作负载，以及执行大规模计算等，然后逐步过渡到建设其他的网格应用上。网格并不是对现有系统的方案的替代，不需要完全抛开原有设备，重新建设全新的网格系统，因为那样将会造成资源的巨大浪费。网格技术的核心是虚拟化——虚拟各种网络资源。所以，我们需要做的工作是尽可能通过网格技术利用并整合现有资源，并不断增加新的资源，以实现全广西高校校园资源的全面共享。[3]

（4）边研究，边实践，边总结。先研究确定校园网格应用的初步实现方案，试验运行，并加以不断改进，特别是校园计算网格建设，资源网格建设等。

（5）探索广西高校资源共享网格体系架构。网格技术会给高校带来盈利或各方面的优势，而现在缺乏的就是可以实现通用的、门槛不太高的、覆盖学科广的、可整合校内外资源的网格架构方案。[3,4]

（6）运行测试与评估。对新方案进行全面的测试与评估，收集、分析、研究反馈意见，统计监测数据，总结项目运行效果，提出改进办法和措施。

（7）成果推广应用。成果首先在我校应用，然后逐步推广到其它院校。

①建立机制，区内外调研，广泛收集文献资料及其它院校在网格建设上的宝贵经验，分析研究各种网格应用的可行性，预测其效果，确定基本目标。

②深入的了解不同网格实现技术，有针对性地收集这些技术应用后的相关经验，并从小范围开始实践和应用，通过结果对比和分析论证，确定最佳的网格建设实现技术。

③针对网格技术在不同学科的应用特点，确定其相应的应用突破口，在确保原校园网正常使用的前提下，尽可能联到我们的网格平台上。由点到面，逐步推进项目的实施。

④全面推进项目实践。结合学校的实际需要，对计算量、存储量较高的工作上先建立应用的小环境，然后将各应用整合到一起。

⑤全面总结和评价新模式下应用的效果，项目总结，成果鉴定。

4 结论

广西进行高校校园网格建设的目的是为了构建分布、异构、自治的网络资源环境，并在其内部实现跨自治域的资源共享及协作，以满足广西高校教职员工、学生、科研机构研究人员对大规模计算能力和海量数据处理的需求。广西高校资源共享网格平台的建成，不仅能将校园内的计算、存储等能力加以发布和共享，同时也可以将校园内其他资源和信息等加以公布。利用网格技术建立起一个统一的校园资源共享平台（类似于企业的ERP系统），来辅助学校管理部门协调和分配校园资源，以降低整个学校的运营费用，提高整个高校的资源利用率。[5]

上述成果，是对当前形式下我区高校信息化建设的有益尝试，预计可以较大程度地降低学校硬件设备的投入，在相同硬件设备的情况下，满足更多教学与科研需求，同时可以增加更多教学实践方案，使教师能更方便地进行教学与科研，使学生能在新平台上更快更全面地掌握相关知识，更好地满足当前高校教学的要求。成果可以首先在我校应用，成熟后也可以推广到区内外其它院校，从而大大扩大受益学校的范围。所以通过本课题的研究可以提升广西高校自主创新能力的发展，有力于广西建设高水平大学的研究，有利于促进教育均衡发展。

［1］高宏卿,王晓东.基于网格技术的校园网应用研究[J].计算机应用研究，2005-09-10.

［2］欧海峰.GridShib让校园网更具拓展性 [J].中国教育网络，2006，2，2006-02-05.

［3］郭丰,侯德杰,闫俊伢.网格在电信业的应用[J].现代电信科技，2007,7.

［4］杨顺钰.基于网格的现代远程教育研究[D].武汉：华中师范大学，2006-05-01.

［5］周一，钟剑，浦讯.基于“一卡通”系统的校园网网格服务模型[J].西南大学学报：自然科学版，2007,29（3）.