高校资源共享中网格化信息社区模型的研究

曹 磊

（淮北师范大学 计算机科学与技术学院，安徽 淮北 235000）

目前，高等教育资源的分布极不平衡，唯有利用网络技术来实现教育资源的优化配置，提高资源利用率，使资源达到均衡分布.但是，教育资源组织混乱始终制约着网络资源的共享与利用，主要表现在以下3个方面：

1）存在信息孤岛：硬件和软件的标准不统一，区域间缺乏沟通，资源较分散，形成一些信息孤岛，彼此之间没有联系.

2）共享环境差：各种资源没有统一接口标准，资源的异构使互通性大大降低.

3）搜索效率低下：目前，以万维网资源为主要搜索目标，其查全率较低，且搜索到许多无用的信息，所以要找出有用的信息就非常困难.

要实现教育资源的优化配置，必须整合异构资源，而网格就像一台虚拟巨型计算机，可将分布式的闲置资源整合在一起，实现分布式资源的全面共享及问题的协同解决［1］.

1 网格资源共享环境的建立

实现共享异构资源，首先要对各类资源进行统一描述与封装［2］，将网格信息资源共享以服务的形式推出，屏蔽异构资源的差别.

运用OGSA（Open Grid Services Architecture）标准来构建网格资源共享环境，首先是数据描述，要将网格环境中的软硬件资源、存储空间、计算环境都封装成网格服务，通过服务屏蔽资源之间的差异，为资源共享提供基础.其次是遵循OGSI规范，借鉴OGSA开放网格服务体系，并满足Web服务资源框架的要求，可利用Globus Toolkit 4实现网格的服务.最后制定共享策略，通过调用分布式组织的各种资源进行资源的匹配、检索及问题的协同解决.

1.1 网格信息资源描述

建立关于资源的描述模型，然后将描述模型按照网络服务资源框架（WSRF）规范封装成网格服务资源.

高校信息资源可以表示成IR=＜ID，B，U，R＞，其中：ID 用于唯一的标识一个网格资源；B 是资源基本属性B=＜N，T，D，E＞，N为资源名称，T为资源类别，D资源服务的区域，E表示当前资源利用率；U是资源的功能属性；R定义实体间相互依赖的关联关系，包括资源的关系类型、关系标示及关联的对象.

综上所述，对高校信息资源进行统一描述，就可将异构资源进行关联，以提高资源的共享效率.

1.2 基于WSRF标准的异构资源封装

要对异构资源进行统一管理和共享，需用Web 服务资源框架协议定义的标准将不同类型资源的服务进行封装［3］，异构教育资源的封装包括两个方面：

1）资源对象的属性和操作方法封装.网格信息资源的属性信息划分为自然属性和操作属性两类，遵循网络服务资源框架规范将信息资源对象的属性和操作方法封装成一个符合网络服务资源结构的网格资源，为资源需求用户提供标准的调用端口［4］.

2）端口封装.包括对实体接口和网络接口进行封装，资源需求方可通过请求/应答模式调用所需的网络资源服务.

2 网格化资源发现策略

资源发现策略分为集中式和分布式两大类，下面介绍的基于UDDI发现策略和MDS属于集中式发现策略，改进的MDS和P2P属于分层分布式的资源发现策略.

2.1 基于UDDI的资源发现策略

UDDI注册服务器是一个基于集中目录的信息服务器，作为Web资源服务的发布与查询方式，资源共享效率相比之前有较大提高，但随着分布式网络技术的发展，其结构上难以满足网格环境下的分布式处理.

2.2 改进的MDS发现策略

MDS实现基于轻量目录访问协议（LDAP）的树状单元数据目录服务［5］，是一种集中式发现策略，随着网格技术的发展，集中式的资源发现策略出现可扩充性差，单点失效等问题，已经不再适应分布式网格环境.

改进的MDS策略要求在原有MDS的基础上增加两个功能，一是提供有关网格中各种资源的信息；二是对目录服务进行聚合：对于提供的信息可以进行搜集、管理和索引服务.针对这两个功能，MDS相应提供两个重要组件［6］：

（l）网格资源信息服务框架（GRIS），信息的状态及属性标准由其提供框架；

（2）网格目录信息服务框架（GIIS），用来聚合目录服务.

GRIS提供网格中源的可用状态及查询功能，而GIIS 以目录的形式将分布式的GRIS聚集起来，为资源请求者提供统一的接口进行资源搜索.

2.3 基于P2P的资源发现策略

基于P2P的查询过程可以并发执行，且在动态性及异构性方面与网格具有相同特点，所以可将 P2P技术用于网格环境下的资源发现.

分布式的资源发现策略中，基于P2P的分层分布式网格资源发现策略的性能是最优的.P2P系统中的资源节点数量理论上说可以无限大，各个资源节点之间互相关联且松散地结合在一起，这种结构最有利于分布式的查询［7-8］.

3 网格化的资源调度策略

网格资源调度强调的是对各种资源对象进行合理安排，但由于网格系统的异构性和动态性，增加调度的难度，所以调度策略也是关键的环节.

网格的资源调度策略包括3个方面：一是资源发现，根据树状目录服务查询符合条件的资源；二是资源匹配，根据资源的状态及属性筛选选取一种最合适的资源进行分配；三是执行任务，将资源匹配的结果送入对应的网格节点来执行.

4 构建高校资源网格社区模型

网格资源社区以节点中资源的存储相关进行划分，便于对网格资源进行管理和查询.

4.1 网格资源社区划分

运用网格资源描述框架（Resource Description Framework）对网格社区资源进行定义，建立网格资源描述框架模型.

网格资源描述框架的定义为三元组形式，可将教育资源描述为（IR，P，V），IR为资源主体，用P（Predi⁃cate）区分学习资源的不同属性，V（value）为属性值.例如：（IRi，“headline”，“Webservice database”），其中IRi表示一个教育资源；headline表示该资源的属性；Webservice database 明确资源的具体内容.

整个网格系统可以利用基于LOM 的分类描述将其划分为m个大的类别，记为：GC1，GC2…，GCm，通过节点资源划分中的目录服务对社区类别进行分类并存储.

4.2 社区资源的节点结构及资源检索

社区节点的组成结构如图1.

图1 社区节点结构

由于网格资源系统进行社区的划分，就要对社区内部及社区之间进行管理，社区节点应包含本地的资源及相邻社区的信息服务邻接表，方便社区之间的关联，并提高资源检索效率，检索方法如下：

网格信息资源用基于元数据标准的三元组来表示，可以利用三元组中的一个属性值形成Hash地址结构，根据地址访问相应资源节点就可以检索到资源对象.算法如下［9］：

4.3 高校资源网格社区模型

高校资源网格社区模型如图2所示：

图2 高校资源网格社区模型

第1层为高校资源分类节点，是一种基于LOM标准划分的高校资源分类节点，各个分类节点是相互连通的，每个分类节点都包含若干个社区节点，确保所有的资源信息都有社区的归属，可以通过关键属性值对各社区的起资源进行检索和查找.

第2层是社区节点，描述社区组织的节点，包括本地的信息库和相邻社区的邻接表信息，便于社区中资源信息的管理和检索，也利于社区之间的关联和互通.

第3 层是资源节点，属于社区管理，用来存储教育资源的具体内容，是构成网格信息资源的最小单位，也是面向用户的资源层.

从高校资源网格社区模型可以看出，相邻社区以及社区内部各个节点之间通过网络互联互通，若干个属性相似的资源社区可以建立关联关系，并互为邻居节点，从而形成资源共享的社区群.一旦资源不在本地社区，可通过社区节点中的信息服务邻接表查找有用资源，大大提高了查询效率及资源的利用率.

5 结语

文章提出高校资源网格社区模型，对异构资源建设设定标准，并详细阐述改进的资源发现及调度策略，搭建高校网格信息资源共享框架，希望对高校教育资源网格化的共享模式研究提供一定的借鉴和参考.

［1］汪云峰，白庆华，田欣.高等体育院校科研管理的网格化［J］.情报杂志，2010（29）：76-78.

［2］桂小林.网格技术导论［M］.北京：北京邮电大学出版社，2005：59-62.

［3］李衷怡，胡薇.基于Globus Toolkit 的网格服务实现［J］.计算机与数字工程，2006（3）：10-13.

［4］井浩，张理，李军怀.基于WSRF的网络化制造资源Web服务封装的研究［J］.计算机工程与应用，2007（15）：23-24.

［5］ZHANG Yan，JIA Yan，HUANG Xiaobin，et al.Ascalable method for efficient grid resource diseovery［C］∥4th International Conference，CDVE2007，Proceedings，2007:97-103.

［6］HAMID N，HARON F，CHAN H Y.Resource discovery using page rank technique in grid environment［C］∥Sixth IEEE In⁃ternational Symposium on Cluster Computing and the Grid：Spanning the World and Beyond，2006:134-139.

［7］PASTORE S.The service discovery methods issue：A web services UDDI specification framework integrated in a grid envi⁃ronment［J］.Journal of Network and Computer Applications，2008，31（2）：92-108.

［8］KWOK SH.P2P Searching Trends：2002-2004［J］.Information Processing & Management，2006，42（1）：237-247.

［9］WEI Zhongqiang，HAN Jin，SHI Xuanhua，et al.A novel VO-based access control model for grid［C］∥Grid and Coopera⁃tive Computing，GCC 2004 Proceedings，OCT21-24，2004.