摘 要:目前远程教育资源建设还处在初步阶段,各教育机构存在教育资源重复建设,质量参差不齐的现象,造成了财力、人力的重复投入。随着网格技术的广泛应用,在此依靠网格对分布的数据资源进行统一共享和管理。现以广播电视大学远程教育资源建设为原型,构建了广播电视大学远程教育资源网格,从而达到了共享各种教学资源,整合各种教学服务的目的。关键词:远程教育资源; 网格; WSRF; Globus; GridFTP
中图分类号:TN915-34文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)18-0094-03
Grid-based Resource-sharing Mechanism for Distance Education
GUI Da-wei
(Resource Development and Modern Education Technology Center, Shaanxi Radio and TV University,Xi’an 710068,China)
Abstract: As the rapidly growing popularity of distance education in China, the distance education network resources become the teaching basis of educational institutions, educational resources and quality of the scale reflect the level of distance education institutions. At present, the construction of distance education resources are still at the initial stage, various educational institutions exist repeated construction of educational resources, the uneven quality causes financial and human resources of the duplication. With the widespread application of grid technology, relying on the sharing and unified management of grid on the distributed data resources, the long-distance education resources grid of RTVU is built by considering its construction as the prototype, so as to achieve sharing of a variety of teaching resources, integration of a variety of teaching service. Keywords: distance education resources; grid; WSRF; Globus; GridFTP
0 引 言
随着我国远程教育的迅速普及,远程教育资源已成为各网络教育机构的教学基础,教育资源的规模和质量也体现了远程教育机构的水平。目前远程教育资源建设还处在初步阶段,各教育机构存在教育资源重复建设,质量参差不齐的现象,造成了财力、人力的重复投入。随着网格技术的广泛应用,在此依靠网格对分布的数据资源进行统一共享和管理。在此以广播电视大学远程教育资源建设为原型,构建了广播电视大学远程教育资源网格,从而达到了共享各种教学资源,整合各种教学服务的目的。
1 全国广播电视大学远程教育资源的分布情况
目前,全国广播电视大学(以下简称电大)的远程教育资源为四级垂直分布结构,分别由中央电大的一级资源、省级分校的二级资源、地市级分校的三级资源和各县级工作站的四级教育资源为平台构成,其结构图如图1所示。这个结构覆盖了全国44家省级电大,形成了一个覆盖面非常广的远程教学环境。
图1 全国广播电视大学远程教育资源分布示意图
四级结构中教育资源建设主要依靠中央电大,教育资源依靠卫星传送及网络下载的方式沿垂直方向传递资源,这在电大远程教育初期体现了资源统一制作、统一管理、统一使用的优势,但随着电大的发展,其规模不断扩大,单靠中央电大统一建设教育资源已经远远不能满足各省级电大由于地域分布造成文化需求的各异、教育资源匮乏现状的不足,也就是说未来的远程教育资源是分布在各省、市级电大中的,各个电大都在建设自己的教育资源,数量也在不断扩大,这样新的问题又随之而来,教育资源的数量多了势必存在一定的重复,质量势必出现一定的下降,因此要解决的问题就是各省级电大没有直接联系的、教育资源分散、重复建设、质量参差不齐的现象。网格技术的特性就是对分布资源进行管理及共享,利用这种技术可以对电大远程教育资源建设起到积极的作用。
2 网格技术与远程教育资源网格
网格是把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。当然,也可以构造地区性的网格(如要建立的远程教育资源网格)、企事业内部网格、局域网网格、甚至家庭网格和个人网格。网格的根本特征并不一定是它的规模,而是资源共享,消除资源孤岛。
根据电大远程教育资源的分布状况,要实现对各省、市级电大远程教育资源的共享,首先要构建远程教育资源网格的体系结构,然后根据这个结构解决网格中的资源发现、资源管理、资源传输问题。到目前为止,主流的网格体系结构主要有3个:第一个是伊安•福斯特等人在早些时候提出的五层沙漏结构(Five Level Sandglass Architecture),最基本的思想就是:以协议为中心,强调服务与API和SDK的重要性。第二个是在以IBM为代表的工业界的影响下,考虑到Web技术的发展与影响后,结合伊安•福斯特的五层沙漏结构和WebService提出的开放网格服务体系结构(open grid services architecture,OGSA),最基本的思想就是以“服务”为中心。在OGSA框架中,将一切抽象为服务,包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等,简而言之,一切都是服务。这种观念,有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格;第三个是于2004年初由Globus[1](由美国Argonne国家实验室与南加州大学信息科学学院ISI合作开发的Globus项目从1996年研究至今,已有8年历史。它是一种研究网格环境中互操作的中间件技术,为科学和工程上的网格计算应用程序提供基本的支撑环境)联盟、IBM和HP共同提出的Web服务资源框架(Web Service Resource Framework,WSRF)[2],它采用了与网格服务完全不同的定义:资源是有状态的,服务是无状态的。作为OGSA最新核心规范的WSRF,它的提出加速了网格与Web服务的融合,以及科研界与工业界的接轨。
本文考虑依据OGSA来构建远程教育资源网格架构。OGSA架构由4个主要的层构成,从下到上依次为:物理资源和逻辑资源层、Web服务及定义网格服务的WSRF扩展层、基于OGSA架构的服务层、应用程序层,依此描述了教育资源网格的层次结构,如图2所示。
图2 基于OGSA远程教育资源网格架构
根据这个结构层次,明确了目前的主要工作:对资源的管理及资源的描述及发现;资源的传输等。
3 资源的管理及资源的描述和发现
电大远程教育资源的种类较多,目前使用较多的包括各种文本、PPT、音频、视频、多媒体课件等,当然还有其他的应用服务,例如论文、电子图书查询系统、视频点播系统、即时通讯系统等,OGSA,WSRF对所有这些存储资源、信息资源、数据库等都抽象为服务,要实现远程教育资源共享就要先在教育资源网格中管理这些服务。
网格资源管理的任务就是把网格中分散的各种资源管理起来,使多个资源请求者可以共享使用网格中的同一个资源,资源请求者可以根据业务需要同时或先后使用网格中的多个资源,而不需要资源请求者付出额外的劳动。资源管理的目的包括以下3个:
(1) 为用户提供访问资源的简单接口。实际使用资源管理模块隐藏资源的复杂技术细节,将物理资源抽象为逻辑资源,并向用户提供。
(2) 协调资源的共享使用。资源管理模块采用排队策略、分时共享策略或其他策略,用以决定多个请求者如何使用同一个资源,这些策略是根据资源本身的特性和拥有者制定的策略来确定。同时资源管理模块还应支持一个请求者请求使用多个资源的需要。
(3) 代替请求者去使用资源,并建立安全的网格资源使用机制。资源管理器作为超级用户,代替网格用户在资源上进行工作,用户请求时,资源管理器为该用户在资源本地建立一个进行活动的场所——用户容器,让用户在容器内使用资源。容器严格定义了用户拥有的权限和可进行的操作等。通过这种方式避免了多个网格用户在资源的同一个本地账号下活动的隐患。容器可在请求时动态地建立并在请求结束后撤销,同一资源上用户容器的数目很少,不会带来大的管理负担。
资源管理模块除了管理资源的使用过程以外,更重要的是管理资源的整个生命周期,即资源的注册及共享到注销的整个过程。此时,资源管理器需要具备的基本功能包括:资源注册、资源发现、资源部署、资源代理和资源注销。
目前的服务发现机制主要有UDDI(UniversalDescription,Discovery,andIntegration,统一描述、发现和集成)[3]。UDDI是UDDI.org制定的一套基于Web的、分布式的、为Web服务提供的信息注册中心实现标准规范,同时也包含一组使服务提供者能将自身提供的Web服务注册,以便服务使用者能够发现这些服务的访问协议的实现标准。UDDI的核心组件是注册中心,它使用WSDL[4](Web Service Description Language)Web服务器描述语言(一种XML文档)来描述Web服务,是Web服务的接口定义语言,可描述Web服务的3个基本属性:
(1) 服务做些什么:服务所提供的操作(方法);
(2) 如何访问服务:和服务交互的数据格式以及必要协议;
(3) 服务位于何处:协议相关的地址,如URL。
图3是简单的服务提供者、服务注册中心、服务使用者之间构建的服务关系结构示意图。
图3 服务关系结构示意图
4 资源的传送
在资源有效管理的基础上,使用资源必不可少的就是把资源从提供者传送到使用者手里。网格环境需要一种快捷、安全、有效而且可靠的传输机制。GridFTP[5]是Globus网格计算环境中数据管理的一个通用的数据传输协议,具有支持GSI的安全机制、三方控制、并行传输等功能,其支持下列功能:
(1) 并行数据传输:使用多个TCP流比使用单个TCP流的带宽大,并行数据传输由FTP命令扩展和数据通道扩展提供支持。
(2) 网格安全性基础设施(Grid Security Infrastructure,GSI)[6]和Kerberos认证支持:由用户控制各种数据完整性和机密性级别的设置[7]。这种功能为传送文件提供了健壮且灵活的认证、完整性和机密性机制。
(3) 数据传输的第三方控制:支持为大型分布式社区管理大型数据集。它使第三方能够对存储服务器之间的传送进行控制。
(4) 分块数据传输:能够将数据分割放置在多个服务器上,从而提高聚集带宽。GridFTP是通过定义在网格论坛(GridForum)[8]草案中的扩展来支持分块数据传输的。
(5) 部分文件传送:与标准FTP要求应用程序传送整个文件不同,新型FTP命令支持传送文件的某些区域。
(6) 可靠的数据传输:故障恢复方法可以处理瞬态网络故障和服务器故障,同时可以重新启动失败的传送。
(7) 手工控制TCP缓冲区大小:支持获取最大TCP/IP带宽。
(8) 集成检测(Instrumentation)[9]:支持返回重新启动和性能标记。
这里依据GridFTP,采用Java编写了客户端,并配置在各省级电大,这样就可以将资源在各用户端高效地传输。
5 电大远程教育资源网格
根据以上的网格技术,以电大远程教育资源为基础,构造一个教育资源网格[10],其逻辑结构如图4所示。
图4 电大教育资源网格结构图
6 结 语
电大远程教育资源网格的构建还有许多细节要实现,比如在资源的安全性、资源使用的认证、资源的存储结构等方面都需更多的研究。基于网格的电大远程教育资源共享机制,将对全国远程教育资源的共享产生积极的作用。
参考文献
[1]都志辉,陈渝,刘鹏编.网格计算[M].北京:清华大学出版社,2002.
[2]FOSTER Ian, KESSELMAN Carl.网格计算[M].金海,袁评鹏,石柯,译.2版.北京:电子工业出版社,2005.
[3]刘高原,刘觉夫.基于Web服务的网格服务研究[J].华东交通大学学报,2005,22(4):77-80.
[4]佚名.UNGER Jay开放网格服务架构[EB/OL].[2003-12-14].https://www-128.ibm.com/developerworks/cn/grid/gr-visual.
[5]应宏,李梦蛟,刘福明,等.基于GridFTP的数据传输设计与实现[J].计算机科学,2006,33(5):146-147,155.
[6]FOSTER Ian, KESSELMAN Carl.网格计算[M].2版.北京:电子工业出版社,2004.
[7]徐志伟,冯百明,李伟.网格计算技术[M].北京:电子工业出版社,2004.
[8]JOSEPH Joshy, FELLENSTEIN Craig.网格计算[M].北京:清华大学出版社,2005.
[9]聂瑞华,张泽文,罗辉琼,等.基于OGSA 的校园网格模型研究[J].华南师范大学学报:自然科学版,2006(4):45-51.
[10]胡春明,怀进鹏,孙海龙.基于Web服务的网格体系结构及其支撑环境研究[J].软件学报,2004,15(7):1064-1073.