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网格体系结构的研究现状
作者：佚名  来源：本站整理  发布时间：2006-10-30 17:35:40  发布人：电气在线
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四、知识网格的体系结构
知识网格与数据网格的主要区别在于知识网格的数据结构及数据之间的关系更加复杂，它主要反映在如下几个方面：数据对象的来源多样化，数据对象的信息，即属性更加复杂，数据对象的知识，即数据对象之间的关系结构复杂化，难以用传统数据库的二维关系来表达。有关知识网格的数据层次参见图四[14]所示。
由图四可以看出，知识网格对于网格通用服务的需求主要有如下几个方面：（1）Filelds Containers Folders,这部分的功能可以由数据网格中的网格信息服务、通用资源访问及代理服务等功能完成；（2）Storage(Replicas,Persistent IDs)的功能由数据网格的复制管理器完成；（3）Feature-based Query则是一个新的功能要求，它要求底层的通用网格服务，比如网格知识管理器中就需要Loadable Filters 这样新的功能服务，因此，知识网格是与一般数据网格是不一样的。

图四知识网格的信息层次结构
目前知识网格属于智能信息处理的范畴，与它相关的内容有语义网（Semantic Web）、知识管理（Knowledge Management）、知识本体（Ontology）、智能主体（Agents）、信息网格、一体化智能信息平台等
五、WEB服务网格的体系结构
WEB服务网格[12]代表商业应用的WEB服务技术（如IBM的Web Service，Microsoft的.Net等）与面向科学和工程领域的网格技术的相互融合。所谓的WEB服务就是以独立于平台的方式，通过标准的WEB协议，可以由程序访问的应用程序逻辑单元［17］。WEB服务主要是由IT公司如IBM、Microsoft、HP及SUN等在INTERNET上定义或规范的一个开放的，面向WEB应用的标准。在这样的网格系统中，一切皆是服务，系统的功能单元要么是服务的提供者，要么是服务的消费者，它的体系结构参见图五[17]所示。

图五 面向服务的网格体系结构
Web服务网格大大地拓展了网格的应用领域，并且给网格技术的发展注入更多的活力，它直接导致了OGSA(Open Grid Service Architecture)的诞生，在INTERNET上引入了商业性的网格服务,为网格应用展现出美好的前景。目前在企业界有这样的趋势:将现有的Internet/Web技术和网格技术相结合，把因特网上的资源整合成一台超级服务器，有效地提供内容服务、计算服务、存储服务、交易服务、内容分发（Contents Delivery）、服务分发（Service Delivery）、电子服务（e-service）、实时企业计算(Real-Time Enterprise Computing，简称RTEC)、分布式计算、Peer-to-Peer Computing、Web服务（Web Services）以及网上联机游戏等等。
六、网格体系结构的研究现状
通过上述分析可以看出，不同应用领域的网格有不同的结构特征和功能特征，它们对网格体系结构的研究产生了相当大的影响，如数据网格直接扩展网格体系结构的功能单元，它在网格服务中增加了SQL　Database Service功能单元;Web Service网格拓展了网格的应用范围，使网格体系结构更具代表性;知识网格则对原有的网格服务实施拓展，原有的功能服务中增加了loadable Filters服务等。
目前，网格体系结构从形式上讲大概有四种主要形式：抽象层次结构、积木块结构、概念空间结构及混合结构。在抽象层次结构中，最重要最有代表性的就是五层沙漏结构。五层沙漏结构提出的比OGSA 要早，它是一种以“协议”为中心的结构，强调协议在网格资源共享和互操作中的地位。五层结构曾经为网格体系结构的发展作出重要的贡献，使人们认识到了“网格体系结构”是非常重要的。要开发网格就必须得先设计出合理的网格体系结构。在五层结构所提出的“协议”概念的基础上，OGSA吸收Web服务的思想，提出“网格服务”的概念。人们在研究中发现，在许多情况下，复杂的服务或者应用很难分解为标准而低级的基本协议，而且人们在解决问题时也不习惯于按照协议的方式来进行，因此就提出了积木块结构的思想，通过对网格应用与服务中最常见的基本构造块的定义，来设计网格体系结构，这和我们传统的功能模块的思想是非常类似的。积木结构和层次抽象结构具有一定的对应关系，比如底层的构造块往往和层次结构的底层相对应，高级的功能块往往和层次结构的高层相对应。另外一种网格体系结构的设计方法就是根据元数据、资源、服务、协议等概念的不同形成不同的概念空间，根据这些概念之间的关系形成网格体系结构，这一方法在数据网格中有具体的实例。这种结构的层次结构不是十分清晰，各部分的关系形成一个网状图，它强调的是各部分在概念上的关联。混合结构就是以上各种结构的组合。下面就简要介绍一下五层沙漏结构和OGSA。
1．网格协议的结构
目前网格协议的结构以Ian Foster, Carl Kesselman和Steven Tuecke的五层沙漏结构[13]最具代表性，其分层结构参见图六[13]所示。
（1） 构造层（Fabric）：提供共享的资源，它们是物理或逻辑实体。
（2） 连接层（Connectivity）：它是网格中网络事务处理、通信与授权控制的核心协议。
（3） 资源层(Resource)：对单个资源实施控制，实现资源注册、资源分配和资源监视。
（4） 汇集层(Collective)：资源汇集，供虚拟组织的应用程序共享、调用。提供目录服务、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。
（5）应用层（Applications）：通过各层的API调用相应的服务，再通过服务调用网格上的资源来完成任务。需要构建支持网格计算的库函数。
五层沙漏结构是一种以“协议”为中心的结构，强调协议在网格的资源共享和互操作中的地位。为此根据与底层具体物理资源的距离，从下到上将网格划分为五层，分别是构造层（fabric），连接层（connectivity），资源层（resource），汇聚层（collective）和应用层（application）。五层结构的一个重要特点就是“沙漏”形状，其原因就在于各层协议的数量是不同的，其最核心的部分，由于既要能够实现上层各种协议向自身协议的映射，同时实现自身协议向下层其它各种协议的映射，且核心协议在所有支持网格计算的地点都应该得到支持，所以核心协议的数量不应该太多，这样核心协议就形成了协议层次结构中的一个瓶颈，在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部分。五层结构曾经为网格体系结构的发展作出重要的贡献，使人们认识到了“网格体系结构”是非常重要的。要开发网格就必须得先设计出合理的网格体系结构。

图六　网格协议的分层结构
从图六可以看出，网格系统由以下几部分组成：
（1）网格资源层
是构成网格系统的硬件基础，它包括各种计算资源，如超级计算机、贵重仪器、可视化设备、现有应用软件等，这些计算资源通过网络设备连接起来。网格资源层仅仅实现了计算资源在物理上的连通，但从逻辑上看，这些资源仍然是孤立的，资源共享问题仍然没有得到解决。因此，必须在网格资源层的基础上通过网格服务（网格中间件层）来完成广域计算资源的有效共享。
（2）网格通用服务
又称网格中间件层或网格操作系统，是一系列工具和协议软件，其功能是屏蔽网格资源层中计算资源的分布及异构特性，向网格应用层提供透明一致的使用接口，同时需要提供用户编程接口和相应的环境，以支持网格应用的开发。
（３）网格应用层
是用户需求的具体体现，在网格通用服务的支持下，用户可以使用其提供的工具或环境开发各种应用系统。能否在网格系统上开发应用系统以解决各种大型计算问题是衡量网格系统优劣的关键。