面向实验资源共享的设备网格技术研究

论文摘要

实验教学是高等教育活动中不可缺少的内容,可以培养学生理论联系实际的学习能力,促进学生创新思维能力的提高。但是由于我国教育资源整体投入有限,高等院校的教学实验资源,无论是实验设备还是实验场所都是存在资源短缺现象。而借助信息技术推动的在线实验教学系统已经成为科研与教学相结合的良好范例,并成为解决实验资源短缺问题的有效途径之一。实现教学实验资源网络共享的在线实验室从采用Web页面技术到基于Web服务技术,从独立系统向分布式系统发展的过程中,面临整合异构资源提供统一服务的问题。而网格技术从计算网格发展到服务网格为解决这个问题提供了平台。面向实验资源共享的设备网格技术的研究正是基于这个目的展开的。面向实验资源共享的设备网格作为一种具有资源特殊性的服务网格,在网格系统框架结构上具有服务网格的共同特征,但在框架内容上具有自身的特殊含义。面向实验资源共享的设备网格框架描述模型采用离散数学工具,更准确的形式化描述了面向实验资源共享设备网格的系统结构。该模型采用四层架构将网格资源、网格服务以及网格用户有机的结合起来,并形式化定义了物理资源、实验网格服务以及虚拟实验课程等网格架构中的核心概念,为设备网格的理论研究奠定了基础。由于实验设备资源的多样性,不同类型资源在实验能力的评估标准和实验任务的分配方法上都不尽相同。面向实验资源的网格调度策略结合已有实验资源的分类方法,从面向系统和面向应用两个层次分别引入了资源权重和资源分类评估思想,将不同权重资源的实验任务按优先级排序调度,不同类型资源的实验任务采用不同能力评估方法和调度算法。实验设备资源作具有更强的状态性,表现为很多实验运行过程中需要对实验设备资源的状态转换过程进行交互式管理。虽然目前的WSRF协议规范提供了对状态资源的建模方法,但对于这个资源状态转换管理问题的解决还存在不足。Web服务资源有限状态机描述文档以及文档相关的服务接口,作为Web服务资源框架协议规范的有益补充,分别提供了在WSRF框架内表示资源状态机信息的方法,以及客户访问这些状态机信息的途径,为客户实现自动控制资源生命周期中状态的转换过程提供支持。面向实验资源共享的设备网格中实验设备具有多样性,由此带来了资源信息管理的复杂性。基于UDDI的两级设备网格信息服务,将设备资源信息细分为静态信息与动态信息两部分,同时将UDDI协议的分类机制与MDS的资源状态管理结合起来对两部分信息进行有联系的分别管理。基于UDDI的两级设备网格信息服务充分利用了两种组件的信息管理特点,实现了两者的优势互补,有效提高了在设备网格中的信息管理效率。消息机制作为分布式系统的重要组成部分,可以提供异构环境下组件间通信的支持,提高系统的互操作性、可扩展性及灵活性。设备网格环境下的消息机制在组件功能细分的基础上定义了一种网格消息,将资源属性与功能组件有机地联系起来,将系统中资源的发现与监测过程转换为事件消息的创建与传递过程,解决了网格功能组件与资源状态之间的紧耦合可能引起组件更新成本增加和网格灵活性降低等问题。面向实验资源共享设备网格的实验系统是在Globus Toolkit 4网格平台上构建的设备网格技术的研究平台。此实验系统实现了从实验资源的整合到实验任务的调度的基本功能,为客户提供了从检索实验资源到完成实验任务的在线实验过程支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 实验资源共享
• 1.3 网格技术
• 1.4 研究内容
• 2 面向实验资源共享设备网格的框架描述及调度策略
• 2.1 引言
• 2.2 设备网格拓扑结构
• 2.3 设备网格框架模型定义
• 2.4 资源利用率
• 2.5 资源服务能力
• 2.6 调度算法框架
• 2.7 小结
• 3 WEB 服务资源状态转换管理
• 3.1 引言
• 3.2 服务状态问题
• 3.3 状态机问题
• 3.4 小结
• 4 基于UDDI 的两级网格信息服务
• 4.1 引言
• 4.2 设备网格信息
• 4.3 两级网格信息服务
• 4.4 性能分析
• 4.5 小结
• 5 网格环境下的消息机制
• 5.1 引言
• 5.2 网格中断
• 5.3 消息机制框架
• 5.4 消息机制评估
• 5.5 小结
• 6 面向实验资源共享设备网格的实验系统
• 6.1 引言
• 6.2 实验系统框架
• 6.3 实验系统门户
• 6.4 实验网格服务
• 6.5 实验流程
• 6.6 服务测试
• 6.7 小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间的学术论文情况