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e-Science主要研究科学领域的全球合作以及与之相适应的基础体系结构，它将对未来的科学研究方式产生革命性的影响。网格(Grid)是使e-Science成为可能的基础体系结构。本文把那些节点位于大学或相关研究机构、主要从事科学研究的网格称为e-Science网格(e-Science Grid)。这些节点可以是巨型机、小型机、PC服务器等等，一般来说，这些节点都比较稳定。 目前，主要存在两种计算模式：一种为普遍存在的C／S模式。C／S模式适用于瘦客户端的情况，特别是诸如PDA等等的移动设备作为客户端的情况。但是，C／S模式存在性能瓶颈，特别是存在当单点失败时会引起系统崩溃的问题。另一种计算模式为Peer to Peer(P2P)模式。P2P模式可解决可扩展和容错性的问题，但也存在安全性、网络带宽和体系结构设计等问题。 本文提出了一个可扩展的、基于语义的e-Science体系结构——虚拟动态分层体系结构(Virtual and Dynamic Hierarchical Architecture，VDHA)。VDHA结构综合了C／S模式和P2P模式的优点，并克服了它们的缺点。以此体系结构，我们实现了可扩展的网格原型系统—VDHA_Grid。并在此原型系统中实现了可扩展的网格信息服务及可扩展的安全服务。 本文的主要贡献有： (1)提出了VDHA体系结构，用于解决e-Science网格的动态和可扩展性问题。 (2)提出了高效的可扩展的服务发现协议。 (3)提出了可扩展的安全体系结构。 (4)提出了基于本体论的网格服务描述语言(OGSDL)。 (5)实现了一个可扩展的网格系统原型—VDHA Grid。 (6)提出了应用于VDHA_Grid网格监控的模型及实现了其原型系统。 (7)提出了基于VDHA文件共享服务和虚拟学术讨论服务模型，提出了基于VDHA的异质信息共享服务和知识检索服务原型。