農(nóng)業(yè)信息共享平臺構(gòu)建

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1網(wǎng)格技術(shù)

1.1網(wǎng)格的概念

網(wǎng)格是一個集成的計算與資源環(huán)境。IanFoste和CarlKesselman指出:“網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新技術(shù),它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設(shè)備等等資源融為一體,為科技人員和普通百姓提供更多的資源、功能和交往互性。互聯(lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽的通信功能,而網(wǎng)格更多更強,它還能讓人們透明地使用計算、存儲等其他資源”[5]。網(wǎng)格能夠充分吸納各種計算資源,并將其轉(zhuǎn)化成一種隨處可得的、可靠的、標準的同時也是經(jīng)濟的計算能力,這里的計算資源還包括網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)資料、儀器設(shè)備等各種相關(guān)的資源。網(wǎng)格給最終的使用者提供的是與地理位置和具體的計算設(shè)施無關(guān)的通用的計算能力[4]。網(wǎng)格是高性能計算機、數(shù)據(jù)源、因特網(wǎng)3種技術(shù)的有機組合和發(fā)展,主要包括網(wǎng)格節(jié)點、數(shù)據(jù)庫、貴重儀表、可視化設(shè)備、寬帶主干網(wǎng)和網(wǎng)格軟件6部分。其中,網(wǎng)格節(jié)點是一些高性能的計算機;數(shù)據(jù)庫是存儲信息和數(shù)據(jù)的“倉庫”;貴重儀器包括各種科學儀器和精細打印設(shè)備;網(wǎng)格軟件包括網(wǎng)格操作系統(tǒng)、網(wǎng)格編程與使用環(huán)境以及網(wǎng)格應用程序[5]。中國科學院李國杰院士認為:“網(wǎng)格不同于國外正在搞的In-ternet或下一代Internet(NGI),網(wǎng)格可以稱作是第3代In-terne,t其主要特點是不僅僅包括計算機和網(wǎng)頁,而且包括各種信息資源,如數(shù)據(jù)庫、軟件以及各種信息獲取設(shè)備等,它們都連接成一個整體,整個網(wǎng)絡(luò)如同一臺巨大無比的計算機,向每個用戶提供一體化的服務(wù)”[4]。

1.2網(wǎng)格計算

1.2.1網(wǎng)格是一種技術(shù),基于網(wǎng)格的問題求解就是網(wǎng)格計算。狹義的網(wǎng)格一般被稱為計算網(wǎng)格(ComputationalGrid),即主要用于解決科學與工程計算問題的網(wǎng)格[4]。網(wǎng)格計算的目標是資源共享和協(xié)同工作,以指導行業(yè)和企業(yè)中各個部門的資源進行行業(yè)或企業(yè)整體上的統(tǒng)一規(guī)劃、部署、整合和共享,而不僅僅是行業(yè)或大企業(yè)中的各個部門自己規(guī)劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認同對行業(yè)和企業(yè)至關(guān)重要,它的實施是一個根本性的系統(tǒng)決策,將提升或改變整個行業(yè)或企業(yè)信息系統(tǒng)的規(guī)劃部署、運行和管理機制[7]。為了達到多種類型的分布資源共享和協(xié)作,網(wǎng)格計算技術(shù)必須解決多個層次的資源共享和合作,制定網(wǎng)格的標準,將Internet從通訊和信息交互的平臺提升到資源共享的平臺。目前并行計算、分布計算中間件等現(xiàn)行技術(shù)研究目標和網(wǎng)格計算技術(shù)目標有較大的差別,遠遠沒有解決多組織之間資源的共享問題,以及廣域范圍的多系統(tǒng)之間聯(lián)合處理和計算等網(wǎng)格計算所面臨的關(guān)鍵問題。因此,網(wǎng)格計算技術(shù)研究具有獨特性、緊迫性和挑戰(zhàn)性。

1.2.2GlobusToolkit4。Globus項目是目前國際上最有影響的網(wǎng)格計算項目之一。目前,Globus項目把在商業(yè)計算領(lǐng)域中WebService技術(shù)融合在一起,不僅僅局限于科學計算領(lǐng)域,而且能夠?qū)Ω鞣N商業(yè)應用進行廣泛的、基礎(chǔ)性的網(wǎng)格環(huán)境支持,實現(xiàn)更方便的信息共享和互操作,從而對商業(yè)模式、工作方式和生活方式產(chǎn)生深遠的影響。Globus對信息安全、資源管理、信息服務(wù)、數(shù)據(jù)管理以及應用開發(fā)環(huán)境等網(wǎng)格計算的關(guān)鍵理論和技術(shù)進行了廣泛的研究,開發(fā)出能在多種平臺上運行的網(wǎng)格計算工具包軟件(GlobusToolkit),能夠用來幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格試驗和應用平臺,開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應用程序。

1.3網(wǎng)格的特點

1.3.1網(wǎng)格是通過各種綜合計算機、數(shù)據(jù)、設(shè)備和服務(wù)等資源的公用基礎(chǔ)設(shè)施。隨著網(wǎng)格技術(shù)逐步成熟,建立地理分布遍布全國或世界的大型資源節(jié)點,集成網(wǎng)絡(luò)上的多個資源,聯(lián)合向全社會按需提供全方位的信息服務(wù)。類似于電力網(wǎng)格,電網(wǎng)中的電力資源來自何方、使用什么原料發(fā)電的、采用哪種傳輸方式等,人們都可以不關(guān)心,也無需知道。但當需要使用電力時,只要把電器的標準電源插頭接入標準插座就可以了。網(wǎng)格,這種特殊的基礎(chǔ)設(shè)施,將使用戶如同今天人們按需使用電力一樣,無需在用戶端配套大量的全套計算機系統(tǒng)和復雜軟件,就可以簡便地得到網(wǎng)格提供的各種服務(wù)。

1.3.2網(wǎng)格與因特網(wǎng)的區(qū)別[5]。網(wǎng)格的出現(xiàn)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的完全共享,通過眾多結(jié)點計算機整合而成的“超級計算機”的協(xié)同工作,網(wǎng)格就能非常方便、迅速、準確地完成各種復雜的科學計算任務(wù)。因特網(wǎng)只是通過網(wǎng)頁的形式把全球計算機聯(lián)為一體,各個機構(gòu)和公司可以在網(wǎng)上建立自己的網(wǎng)站,為用戶提供相應的信息,但用戶必須通過一定的網(wǎng)址或搜索引擎查找自己所需要的信息,且找到的信息往往是重復繁雜的。網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)將比因特網(wǎng)更能有效地利用這些資源,網(wǎng)格則是把這些計算機上的所有資源和知識孤島聯(lián)為一體,在邏輯上就像一臺機器。用戶可以方便地使用網(wǎng)上的各種資源,就像使用自己計算機上的資源。因特網(wǎng)通過網(wǎng)頁為用戶提供共享信息,或者通過專門的FTP網(wǎng)站共享部分軟件等資源,但其適用范圍卻很小,而網(wǎng)格能夠共享的資源范圍則可以無限大,它包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、應用軟件、數(shù)據(jù)、信息、知識以及計算機、雷達、家用電器等設(shè)備和儀器,并具有面向用戶和透明性的特點,用戶可以在不考慮資源物理位置的情況下,通過網(wǎng)格來方便的使用這些資源。

2基于網(wǎng)格技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息共享平臺

計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)信息化奠定了基礎(chǔ)。隨著計算機和GIS等信息技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的宏觀管理中,以及現(xiàn)代的集約式精細農(nóng)業(yè)發(fā)展,各種現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)都將逐步應用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃、建設(shè)、生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)的全過程,最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細化、自動化、遠程化和虛擬化[8]。目前網(wǎng)絡(luò)帶寬成為信息高速傳輸?shù)钠款i,機器性能成為快速與大容量計算的障礙。網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展打開了一個新局面,將網(wǎng)格技術(shù)引入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域會極大地促進農(nóng)業(yè)中諸多問題的解決,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化質(zhì)的飛躍。網(wǎng)格技術(shù)的巨大優(yōu)勢是比較明顯地降低建立網(wǎng)站和提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的成本。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是一個多行業(yè)、多部門、分布廣泛的大社會,農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格平臺建設(shè)意義深遠、工程浩大,是一個有重要影響的基礎(chǔ)設(shè)施,包括硬件、軟件和網(wǎng)格組織[9]。網(wǎng)格的許多平臺和資源都是共享的,它將分布在各地的計算機、數(shù)據(jù)、信息、知識等組織成一個邏輯整體,在此基礎(chǔ)上運行各自的應用網(wǎng)格,提供各種一體化信息服務(wù)的信息基礎(chǔ)設(shè)施。農(nóng)業(yè)網(wǎng)格可以分為農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格、農(nóng)業(yè)科技教育網(wǎng)格、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)格等。農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)格把各省農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)整合起來;農(nóng)業(yè)科技教育網(wǎng)格把國家農(nóng)業(yè)科技網(wǎng)、國家農(nóng)業(yè)教育網(wǎng)、各省(直轄市、自治區(qū))農(nóng)業(yè)科學院網(wǎng)、各農(nóng)業(yè)院校網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)科教網(wǎng)整合起來;農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)格把國家農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)、各省(直轄市、自治區(qū))農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)、地區(qū)縣市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣網(wǎng)整合起來。在信息網(wǎng)格中,資源被統(tǒng)一管理和使用,用戶可以通過網(wǎng)格操作系統(tǒng)透明地使用整個網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)格利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施為用戶提供一體化的智能信息平臺,創(chuàng)建一種基于因特網(wǎng)的新一代信息平臺和軟件基礎(chǔ)設(shè)施。在這個平臺上,信息處理是分布式、協(xié)作和智能化的,用戶可以通過單一入口訪問所有信息,而不是像目前的因特網(wǎng)那樣,用戶需要自己在成千上萬的網(wǎng)站中去尋找合適的信息。農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)共享可實現(xiàn)資源共享、信息互聯(lián)互通、協(xié)同工作,為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民提供實實在在的服務(wù)。

3基于網(wǎng)格技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息共享平臺的構(gòu)建

網(wǎng)格的建造必須遵照一定的原則來進行,否則就很難把網(wǎng)格建好。農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)經(jīng)幾年的運作,已初具規(guī)模。當前,我國可以在已有涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建基于服務(wù)網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化共享平臺。建議平臺的建設(shè)由點及面、逐步推廣,充分利用Globus等成熟網(wǎng)格開發(fā)平臺,降低研發(fā)風險。農(nóng)業(yè)信息服務(wù)網(wǎng)格構(gòu)建研究,將為農(nóng)業(yè)網(wǎng)格構(gòu)建提供經(jīng)驗,并培養(yǎng)、造就一批農(nóng)業(yè)網(wǎng)格研究、開發(fā)人才。

3.1平臺框架模型

為基于服務(wù)網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)共享平臺框架。該框架符合OGSA闡述的結(jié)構(gòu),并在該基礎(chǔ)上進行了擴展,使之成為符合農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)共享要求的框架。

3.1.1網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施:主要處理安全認證和異常管理功能。安全認證主要包括對服務(wù)的調(diào)用和訪問必須經(jīng)過授權(quán)和驗證以及對傳遞的消息和數(shù)據(jù)進行加密解密操作。網(wǎng)格資源分配管理:主要負責解析客戶端的請求,然后完成對資源調(diào)用請求的分解處理、對任務(wù)的調(diào)度處理以及對調(diào)用任務(wù)的管理工作。網(wǎng)格服務(wù)部署:主要負責對的網(wǎng)格服務(wù)進行描述,以便其他節(jié)點可以發(fā)現(xiàn)該服務(wù)。由于網(wǎng)格的動態(tài)性,該部分必須動態(tài)地更新本地節(jié)點提供的服務(wù)。服務(wù)目錄管理:主要完成對網(wǎng)格環(huán)境中信息地發(fā)現(xiàn)、注冊、查詢、修改等功能,為客戶端提供對網(wǎng)格環(huán)境的一個真實、實時的動態(tài)反映。

3.2實施步驟

實施基于服務(wù)網(wǎng)格的農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)共享平臺要突破許多障礙。一些是技術(shù)上的,另一些是非技術(shù)的,涉及到管理、體制等問題。因此,實施如下策略是必要的。

(1)從所有涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)中選擇一兩個來構(gòu)造一個樣板,采用Globus計算工具包軟件開發(fā)農(nóng)業(yè)信息化網(wǎng)格服務(wù)共享平臺。其他涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)遵照Globus協(xié)議規(guī)范接入即可,無需增加硬件設(shè)備,可以降低投資風險。主要需要解決各種技術(shù)和非技術(shù)問題,并展示出實施網(wǎng)格后的得與失。

(2)根據(jù)樣板的建設(shè)提供所用用戶需求和擔心問題的解決方案,并在樣板中進行檢驗。

(3)將網(wǎng)格擴展到其他相關(guān)涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)。由于已經(jīng)基本解決了所有問題,在擴展過程中只需要采用復制樣板所采用的技術(shù)手段就能夠完成。

在這個策略中,最重要的是樣板的建設(shè)。一個樣板的完成,需要經(jīng)過4個步驟:①計劃。確定構(gòu)造網(wǎng)格時的目標、規(guī)模、代價和時間等問題。②構(gòu)造。在每個節(jié)點形成一個自治系統(tǒng),并相互連接他們,形成網(wǎng)格。這一步有很強的系統(tǒng)集成味道。③運行。建議由一個團隊來管理、維護網(wǎng)格系統(tǒng),并在此過程中發(fā)現(xiàn)并解決問題。④管理。目的是在系統(tǒng)中形成可管理的機制,并能夠發(fā)現(xiàn)潛在的問題等。