信息网格环境下高校数字化校园模型研究

摘要：本文通过分析目前校园网的运行现状，结合数字化校园建设的具体要求，提出了一种基于信息网格环境的数字化校园平台体系基础架构。阐述了校园网格系统的运行过程。

关键词：数字化校园；信息网格

中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10706-02

1 校园网建设现状

高等学校校园网在教学、科研、管理等领域发挥着举足轻重的作用，目前的高校校园网大多是以传统的网络技术为基础，由于整个互联网的异构性，导致了校园网在使用过程中出现以下问题：

（1）资源未能充分共享。部分部门资源只对本部门局域网开放，没有向全校开放；

（2）资源负载不均衡。有些资源面向全校，故用户较多、资源利用率较高，负载重。有的则单独为部分人员使用，用户少，资源利用率低，负载轻；

（3）缺乏统一管理。由于资源分布的异构性，各部门对资源管理有不同的策略，导致资源管理方式的不统一。

2 信息网格与数字化校园网

数字化校园是新世纪新型信息化建设的大学模式，是在传统校园的基础上，用全数字化的信息获取、存储、传输及处理技术，把校园范围内的各类计算资源组成共享的资源池，使其成为可以向全校提供高性能计算和服务能力的校园计算网络。它通过对层结构网络的互连，使得原本离散的教育条件被结构化，极大的改变了学习、工作和管理方式，全面提高了教学、科研、办公管理、信息资源和后勤服务的水平。主要特点如下：

（1）有利于教育信息资源的整合；

（2）有利于多学科交叉的教学环境的整合；

（3）有利于理论教学与实践教学的整合；

（4）有利于多个学校的办学特色和各校的学科优势整合。

信息网格是利用网格技术实现信息的共享、管理和提供信息服务的系统，主要解决广域、异构信息的共享、互联和互操作问题，以满足企业、政府部门等组织信息共享的需求。

3 信息网格在数字化校园网中的应用

（1）海量数据处理。数字化校园网需要处理的数据通常很大，而信息网格能存储和管理PB量级的海量数据，并对数据进行高效的分析和处理，还能提供可视化和多媒体的数据服务。

（2）高性能计算与信息处理。数字化校园网需要实时的对各种信息进行处理，为用户服务。而基于信息网格的互联网比现有的因特网具有更大的带宽，能大规模、高精度、高质量的处理问题，提供高速度、高效率、实时与及时的计算及信息处理能力。

（3）资源共享。互联网实现了计算机硬件的连通，Web实现了网页的连通，而信息网格将实现互联网上所有资源的全面连通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源和信息资源等，从而消除信息孤岛，实现资源的全面共享。信息网格能实现对异构数据资源的访问，为用户提供统一的访问接口，通过选择适当的访问协议实现用户提出的数据访问请求。

4 基于信息网格的数字化校园网模型

4.1 基于信息网格的数字化校园网结构模型

图1是基于信息网格的数字化校园网基础架构。

图1 数字化校园网格体系结构模型

（1）网格用户：网格用户使用网格浏览器通过网格服务请求协议GSRP(Grid Service Request Protocol)向网格应用服务器提出服务请求。

（2）网格资源：为高层应用访问分布的异构存储资源提供统一接口。定义了Read（）、Write（）、Modify（）、Delete（）、Copy（）、Move（）等基本的API。网格资源利用统一的API接受用户的资源访问请求后，首先判断资源的访问权限，在得到授权的条件下，根据请求的参数以及元数据目录进行协议转换，并将转换后的数据访问发送给域资源管理器。从而实现对异构存储资源的统一访问。

（3）网格中间件：负责解决资源的描述、组织和管理等关键问题，并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。包括信息服务管理和域资源管理模块。

（4）网格节点：网格计算资源的提供者。由各个院系、部组成，包括图书馆系统、科研成果管理系统、在线教学系统等。每个系部有各种资源，如数据库、集群、工作站、个人计算机、存储设备等。这些资源在地理位置上是分布的，每个系部设置一台服务器，负责系部内资源的登记、管理、消耗统计和任务分配。

4.2 工作流程和系统实现

按照图1所示的结构模型，数字化校园网格系统用户的一个任务执行过程如下：

（1）用户利用统一的API提交一个包含参数的任务给网格资源，这些参数包括需要的计算量、存储量和完成任务截止时间等；

（2）网格资源根据请求的参数以及元数据目录转换请求格式，再进行数据定位，以确定资源提供者的物理位置，并发送给域资源管理模块；

（3）对于本地资源，域资源管理模块利用JDBC连接进行数据访问。假如资源是在其他位置，则用SOAP访问方式调用接口SOAPCALL（）来发送SOAP消息，调用DATA适配器或SERVICE适配器；

（4）网格资源提供者完成任务并把结果提交给域资源管理模块，由域资源管理模块提交给网格资源，网格资源最后把结果交给用户，任务完成。

图2 数字化校园网间交互模型图

（1）元数据目录：信息网格中，资源是分布和异构的，信息网格中的元数据主要是用于描述海量数据的各种信息，说明数据集内容、质量、条件、查询、存储和其他有关特征的背景信息。同时记录网格节点信息（如名称、IP、状态等）和负载信息（CPU利用率、磁盘空间使用情况等）。信息网格中的所有元数据构成元数据目录，为用户身份认证、数据定位、访问控制、数据复制等提供支持。

元数据数据结构如下：

ResourceTable

{ResourceName varchar(64) primary key,

Status varchar(32),

ScheduleStatus varchar(32),

NumJobs varchar(32),

CPUs varchar(64);

CPUUtilization varchar(64),

AvailableMemory varchar(64),

Type varchar(64),

TotalMemory varchar(64),

AvailableSwap varchar(64),

TotalSwap varchar(64),

clusterName varchar(64),

connectStatus varchar(32)}

（2）域资源管理：负责周期性的接收从资源存储提交的作业，并建立作业队列，从作业队列中选取和分配作业给各系部的资源提供者，定时将作业执行情况返回给资源存储。

（3）信息服务管理：对各系部服务器登记的校园网格节点的各类资源提供注册功能，共网格资源查询。对资源的加入和退出等动作进行控制；建立网格资源信息库并周期性刷新，对校园全局资源进行统一管理。

5 结束语

数字化校园网格系统是在传统校园网的基础上，利用先进的网格理论和模型，将教学、科研、管理、服务等活动融合成一个可充分共享的数字校园空间。从而提高了资源利用率和高校员工的工作效率，实现了校园环境下资源的充分共享，很好的平衡了校园资源的负载。

参考文献：

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[4]田斌，田虹，潘利群等.数字化校园体系结构建设[J].理工高教研究.2004（4）.

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