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网格是构筑在Internet上的一项新兴技术，是高性能计算机、数据源、互联网三种技术的有机组合和发展。它是利用现有互联网的架构，把地理上广泛分布的各种资源，包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等整合成一个逻辑整体。随着信息技术与网络技术的发展和普及，对于教学资源共享方式提出了新的要求，要求更及时、更丰富的信息共享。为了更好地实现教学资源的共享，笔者在现有资源共享技术P2P基础上提出了新的基于网格技术的共享方案，利用网格技术和P2P构建了教育资源整合及共享平台，实现了实时、高效、智能的资源发布、共享、整合与下载。
一、教学资源共享平台体系结构的设计
1.P2P和网格技术。P2P和网格都属于分布式技术，它们的总体目标相似，但二者有明显的不同。P2P的技术侧重点倾向于为普通网络用户构建一个使用网络资源的良好环境，并向用户提供各种计算服务，从而有效地利用网上的闲置资源。而网格技术的重点则是将一个国家或地区的大型超级计算机整合为统一的计算平台，完成大规模的科学计算、数据分析等密集型任务。
目前的教育网格体系主要是开放服务网格体系OGSA（Open Grid Server Architecture）。这种体系在构建网格系统并对Grid进行拓扑规划设计时，整体上都是以分布式模式为主，但是在具体实现上都没有脱离集中式的思维。这样可以高效地对网格资源实现控制，为快速发现资源提供保障，从而能够准确迅速地获取互联网中的资源信息。但是在面对如视频这种动态大规模分布式环境时，网格的层次式的集中模型就会产生瓶颈。而P2P系统是一种全分布式的系统，没有需要依赖的中心服务器，可以避免瓶颈，充分实现网络的流量均衡，使得视频播放流畅、文件传输较快。为此，提出P2P与网格技术结合来构建教学资源共享平台。利用P2P技术实现了在因特网上的实时课堂直播、及时通信或语音服务。利用WsRF创建网格服务，来提供给用户一个统一的全局资源视图，可以达到整合学习资源的目的。
目前网格系统大多采用开放式网格服务体系结构（OGSA）。OGSA是以“服务”为中心的“服务结构”，OGSA描述并定义了基于Web服务的体系结构，这个体系结构由一组接口及其关联的行为组成，用来方便在异构动态环境中共享分布式资源。OGSA服务架构由四个主要层构成，从下到上依次为：物理和逻辑资源层；Web服务层；基于OGSA架构的网格服务层；网格应用程序层。
目前所有重大的网格项目都是基于Globus Toolkit提供的协议与服务建设的。Globus Toolkit 4（简称GT4）是一个很有影响力的网格中间件。它对一组Web服务进行打包，这些服务为开发者提供了一个面向服务的基础设施，它可以帮助开发者对分布式基础设施组件进行访问和管理。GT4的最大特征在于实现了WSRF和WS-Notification标准。Globus Toolkits4的体系结构中主要包括资源调度组件、安全管理工具、信息服务工具、数据管理组件，并支持Java Web服务的开发部署。在GT4中，开发者可以通过Appache Ant工具比较方便地实现和发布自己的服务，但这些服务的实现与发布一般采用Java工具。
二、教学资源共享平台的设计
利用开放网格服务体系结构OGSA和网格工具包GT4建立教学资源共享平台。该平台的体系结构就是一个以服务为中心的体系结构，从下到上被分为资源层、服务层、应用层三个部分，如图1所示。
1.资源层。它是教学资源共享平台的基础，包括：硬件资源，如开展现代远程教育的基础设施、多媒体和网络教室以及校外学习中心等；软件资源如教学平台、管理平台、网络课件、资源库（素材库、案例库、题库、答题库）以及各种软件工具等。而软件资源则是通过资源虚拟化来进行组织。构建的教学资源平台中的资源部分是异构的。要将它们置于网格环境下，需要安装运行GT4的Apache AXIS，并用其作为Web服务引擎。
2.服务层。在资源层之上的是服务层，它实现了对资源层各种资源的共享和整合，是实现服务功能的关键。该层次定义了一系列的管理工具和协议规范来实现在资源层中所有资源的共享、整合及协作问题。该层也提供了给上层访问资源和服务的统一接口。服务层由三部分组成：WSRF.net、面向服务的软件体系结构和P2P平台。服务资源框架（WSRF）是OGSA的最新核心规范。WSRF是一组Web服务规范和约定，用来描述分布式环境中的有状态资源与Web服务的关系。WSRF.NET是一组基于.NET的类库和软件工具包，通过和微软技术的配合，可以很容易地创建符合WSRF.NET技术规范的服务器端和客户端，它提供了一个面向服务的软件体系结构框架。使用WSRF.net来构建索引服务，可以使P2P平台很容易与其它网格平台进行互联和整合，可以利用网格大量的计算和存储资源来扩展其服务容量。利用GT4就能实现基于WSRF的web服务。
面向服务的接口：处理网格平台和应用层之间的交互、定位网格的调度、管理多种应用程序等问题。
P2P平台：实现实时流媒体的传输以及消息或文件数据的传输。使用Sun公司提供的Java语言环境下开发P2P网络软件的工具包来完成该平台。
XML（eXtensible Markup Language，可扩展标记语言）可以实现数据的跨平台传输、交换和共享。它不同于只能提供数据格式描述HTML，XML提供了数据结构的描述，从而有助于进行文件内容的结构声明和语义描述。对于服务层中所设计的服务均建立在WEB服务上，对每个需要服务的接口，是用XML语言来描述的。这样XML语言描述的服务之间可以进行交互，同时这些服务接口可以解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理及通知等问题，从而使得应用网格资源就变得非常方便和快捷。
3.应用层。应用层是直接面向用户的核心部分，是教学资源共享平台设计中相当重要的一个环节。为用户设计透明、可扩展以及安全的应用程序和服务是该层需主要考虑的问题。在该层中我们可以开发智能辅助学习智能考试系统、协同虚拟实验、安全控制、远程沉浸、在线课堂的直播等应用。编程语言可以是C、C++或JAVA，运行平台是在JAVA主机环境下的任何操作系统。
三、实现教学资源共享需要解决的关键技术
一个理想的资源共享体系应类似当前的Web服务，给用户提供完全透明的环境。对用户而言，它把众多同构、异构的资源变成了同构的虚拟环境。因此，要实现基于网格技术的教学资源共享还要解决以下关键技术：
1.高性能调度技术。在网格系统中，大量的应用共享网格的各种资源，如何使得这些应用获得最大的性能，这就是调度所要解决的问题。任务调度是网格应用研究必须解决的另一个关键问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度技术更复杂，这主要是因为网格具有一些独有的特征，例如，网格资源的动态变化性、资源的类型异构性和多样性、调度器的局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能预测模型，充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。在网格调度中，还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。
2.资源管理技术。资源管理包括资源的发现、描述、定位、组织、分配、监测、更新和信息发布，收集任务运行时的资源占用数据等，其核心是提高可用资源的效率。实现高性能计算和共享异构网格资源，必须提供统一的资源管理机制来负责用户与网格计算环境的交互，提供与网格计算系统的统一出入口。
3.安全技术。网格计算环境对安全的要求比Intemet的安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量都很大且动态可变，一个计算过程中的多个进程间存在不同的通信机制，资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织。正是由于这些网格独有的特征，使得它的安全要求更高。网格的安全控制机制主要包括了身份认证机制、信息访问控制机制和审计机制。在建立完善的安全保障机制的同时，还要避免安全验证耗费过多的处理能力。如果这一部分工作所消耗的系统资源大于系统所节约的计算资源，则网格也就失去了其真正的意义。容错和自动修复也是网格系统必须考虑的问题。
P2P网络采用的分布式结构在提供扩展性和灵活性的同时，也包括由其自身的技术缺陷所带来的主要安全威胁，如路由攻击、防火墙穿越、病毒传播等。在这个系统中也要解决P2P所带来的安全威胁。
（作者单位：廊坊师范学院）
一、教学资源共享平台体系结构的设计
1.P2P和网格技术。P2P和网格都属于分布式技术，它们的总体目标相似，但二者有明显的不同。P2P的技术侧重点倾向于为普通网络用户构建一个使用网络资源的良好环境，并向用户提供各种计算服务，从而有效地利用网上的闲置资源。而网格技术的重点则是将一个国家或地区的大型超级计算机整合为统一的计算平台，完成大规模的科学计算、数据分析等密集型任务。
目前的教育网格体系主要是开放服务网格体系OGSA（Open Grid Server Architecture）。这种体系在构建网格系统并对Grid进行拓扑规划设计时，整体上都是以分布式模式为主，但是在具体实现上都没有脱离集中式的思维。这样可以高效地对网格资源实现控制，为快速发现资源提供保障，从而能够准确迅速地获取互联网中的资源信息。但是在面对如视频这种动态大规模分布式环境时，网格的层次式的集中模型就会产生瓶颈。而P2P系统是一种全分布式的系统，没有需要依赖的中心服务器，可以避免瓶颈，充分实现网络的流量均衡，使得视频播放流畅、文件传输较快。为此，提出P2P与网格技术结合来构建教学资源共享平台。利用P2P技术实现了在因特网上的实时课堂直播、及时通信或语音服务。利用WsRF创建网格服务，来提供给用户一个统一的全局资源视图，可以达到整合学习资源的目的。
目前网格系统大多采用开放式网格服务体系结构（OGSA）。OGSA是以“服务”为中心的“服务结构”，OGSA描述并定义了基于Web服务的体系结构，这个体系结构由一组接口及其关联的行为组成，用来方便在异构动态环境中共享分布式资源。OGSA服务架构由四个主要层构成，从下到上依次为：物理和逻辑资源层；Web服务层；基于OGSA架构的网格服务层；网格应用程序层。
目前所有重大的网格项目都是基于Globus Toolkit提供的协议与服务建设的。Globus Toolkit 4（简称GT4）是一个很有影响力的网格中间件。它对一组Web服务进行打包，这些服务为开发者提供了一个面向服务的基础设施，它可以帮助开发者对分布式基础设施组件进行访问和管理。GT4的最大特征在于实现了WSRF和WS-Notification标准。Globus Toolkits4的体系结构中主要包括资源调度组件、安全管理工具、信息服务工具、数据管理组件，并支持Java Web服务的开发部署。在GT4中，开发者可以通过Appache Ant工具比较方便地实现和发布自己的服务，但这些服务的实现与发布一般采用Java工具。
二、教学资源共享平台的设计
利用开放网格服务体系结构OGSA和网格工具包GT4建立教学资源共享平台。该平台的体系结构就是一个以服务为中心的体系结构，从下到上被分为资源层、服务层、应用层三个部分，如图1所示。
1.资源层。它是教学资源共享平台的基础，包括：硬件资源，如开展现代远程教育的基础设施、多媒体和网络教室以及校外学习中心等；软件资源如教学平台、管理平台、网络课件、资源库（素材库、案例库、题库、答题库）以及各种软件工具等。而软件资源则是通过资源虚拟化来进行组织。构建的教学资源平台中的资源部分是异构的。要将它们置于网格环境下，需要安装运行GT4的Apache AXIS，并用其作为Web服务引擎。
2.服务层。在资源层之上的是服务层，它实现了对资源层各种资源的共享和整合，是实现服务功能的关键。该层次定义了一系列的管理工具和协议规范来实现在资源层中所有资源的共享、整合及协作问题。该层也提供了给上层访问资源和服务的统一接口。服务层由三部分组成：WSRF.net、面向服务的软件体系结构和P2P平台。服务资源框架（WSRF）是OGSA的最新核心规范。WSRF是一组Web服务规范和约定，用来描述分布式环境中的有状态资源与Web服务的关系。WSRF.NET是一组基于.NET的类库和软件工具包，通过和微软技术的配合，可以很容易地创建符合WSRF.NET技术规范的服务器端和客户端，它提供了一个面向服务的软件体系结构框架。使用WSRF.net来构建索引服务，可以使P2P平台很容易与其它网格平台进行互联和整合，可以利用网格大量的计算和存储资源来扩展其服务容量。利用GT4就能实现基于WSRF的web服务。
面向服务的接口：处理网格平台和应用层之间的交互、定位网格的调度、管理多种应用程序等问题。
P2P平台：实现实时流媒体的传输以及消息或文件数据的传输。使用Sun公司提供的Java语言环境下开发P2P网络软件的工具包来完成该平台。
XML（eXtensible Markup Language，可扩展标记语言）可以实现数据的跨平台传输、交换和共享。它不同于只能提供数据格式描述HTML，XML提供了数据结构的描述，从而有助于进行文件内容的结构声明和语义描述。对于服务层中所设计的服务均建立在WEB服务上，对每个需要服务的接口，是用XML语言来描述的。这样XML语言描述的服务之间可以进行交互，同时这些服务接口可以解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理及通知等问题，从而使得应用网格资源就变得非常方便和快捷。
3.应用层。应用层是直接面向用户的核心部分，是教学资源共享平台设计中相当重要的一个环节。为用户设计透明、可扩展以及安全的应用程序和服务是该层需主要考虑的问题。在该层中我们可以开发智能辅助学习智能考试系统、协同虚拟实验、安全控制、远程沉浸、在线课堂的直播等应用。编程语言可以是C、C++或JAVA，运行平台是在JAVA主机环境下的任何操作系统。
三、实现教学资源共享需要解决的关键技术
一个理想的资源共享体系应类似当前的Web服务，给用户提供完全透明的环境。对用户而言，它把众多同构、异构的资源变成了同构的虚拟环境。因此，要实现基于网格技术的教学资源共享还要解决以下关键技术：
1.高性能调度技术。在网格系统中，大量的应用共享网格的各种资源，如何使得这些应用获得最大的性能，这就是调度所要解决的问题。任务调度是网格应用研究必须解决的另一个关键问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度技术更复杂，这主要是因为网格具有一些独有的特征，例如，网格资源的动态变化性、资源的类型异构性和多样性、调度器的局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能预测模型，充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。在网格调度中，还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。
2.资源管理技术。资源管理包括资源的发现、描述、定位、组织、分配、监测、更新和信息发布，收集任务运行时的资源占用数据等，其核心是提高可用资源的效率。实现高性能计算和共享异构网格资源，必须提供统一的资源管理机制来负责用户与网格计算环境的交互，提供与网格计算系统的统一出入口。
3.安全技术。网格计算环境对安全的要求比Intemet的安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量都很大且动态可变，一个计算过程中的多个进程间存在不同的通信机制，资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织。正是由于这些网格独有的特征，使得它的安全要求更高。网格的安全控制机制主要包括了身份认证机制、信息访问控制机制和审计机制。在建立完善的安全保障机制的同时，还要避免安全验证耗费过多的处理能力。如果这一部分工作所消耗的系统资源大于系统所节约的计算资源，则网格也就失去了其真正的意义。容错和自动修复也是网格系统必须考虑的问题。
P2P网络采用的分布式结构在提供扩展性和灵活性的同时，也包括由其自身的技术缺陷所带来的主要安全威胁，如路由攻击、防火墙穿越、病毒传播等。在这个系统中也要解决P2P所带来的安全威胁。
（作者单位：廊坊师范学院）