网格技术与教育信息化发展

第１９卷第３期　２００６年６月　常州工学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０ｌ＿１９　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２００６　网格技术与教育信息化发展　曾新勇　郑成增２　（１．常州工学院应用技术学院，江苏常州２１３００２；２．常州工学院图书馆，江苏常州２１３００２）　摘要：网格作为互联网发展的一种新兴的技术，正处在快速发展和变化之中，世界发达国家都　把发展网格技术置于信息化发展的战略高度。文章综述了网格技术的概念、分类及特点，并从网格　技术在教育信息化中的应用入手，阐述了网格技术的应用必将进一步推动教育信息化发展。　关键词：网格技术；计算网格；拾遗网格；数据网格；教育信息化　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０４３６（２００６）０３－００４２—０５　在互联网广泛应用不断发展的今天，随着网络技术的发展，计算资源的广域分布，日益多样的对资　源共享的需求在迅速激增，在与高性能计算有关的科学合作领域，正在涌现出另一个具有划时代的新生　事物——网格（Ｇｒｉｄ）。它的出现，正在掀起继传统互联网（Ｉｎｔｅｍｅｔ）、万维网（Ｗｏｒｌｄ　Ｗｉｄｅ　Ｗｅｂ）之后的　第三次浪潮——“后互联网时代”，并将为教育信息化的发展带来十分诱人的应用前景。　１网格的涵义　网格技术出现于２Ｏ世纪９Ｏ年代，它利用高速因特网把分布于不同地理位置的计算机、数据库、存　储器和软件等资源连成整体，就象一台超级计算机一样为用户提供一体化信息服务，其核心思想是“整　个因特网就是一台计算机”。　最早的网格研究来源于美国联邦过去１Ｏ年来资助的高性能计算项目。这类研究使用的名词就　是“网格”（Ｇｒｉｄ）或“计算网格”。早期还使用过另一个名词——“元计算”（Ｍｅｔａｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）。这类研究的目　标是将跨地域的多台高性能计算机、大型数据库、贵重科研设备、通信设备、可视化设备和各种传感器整合　成一个巨大的超级计算机系统，支持科学计算和科学研究。这方面的代表性研究工作包括美国国家科学　基金会资助的ＮＰＡＣＩ　Ｊ、“国家技术网格”（ＮＴＧ）、分布万亿次级计算设施（ＤＴＦ）、欧盟的ＤａｔａＧｒｉｄ　等。　也有人把网格看成是未来的互联网技术。传统因特网实现了计算机硬件的连通，ｗｅｂ实现了网页　的连通，而网格则实现了互联网上所有资源的全面连通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、　信息资源、知识资源等。　由于网格是一种新技术，因此网格的精确含义和内容还没有固定，而是在不断变化。简单地讲，网　格是把整个因特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。　２　网格的分类和特点　２．１网格的分类　网格按功能可以简单地划分为以下３种类型　：　收稿日期：２００６－０３－２３　课题项目：２００５年度江苏省现代教育技术研究立项课题，课题编号５８３　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　（１）计算网格　曾新勇，郑成增：网格技术与教育信息化发展　４３　网格计算实际上是分布式计算（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）的一种，在计算网格中，参与某一项计算工　作的不只是一台计算机，而是一个计算机网络，显然这种“蚂蚁搬山”的方式将具有很强的数据处理能　力。近年ＮＴＴＤａｔａ计划与Ｉｎｔｅｌ和ＳＧＩ联合进行一项为期三个月的网格计算试验，届时将有包括家庭、　企业和学术机构的１００万台计算机相联，其总处理能力将比现有的最快的超级计算机还要快５倍。　（２）拾遗网格　拾遗网格常用于大量桌面系统。计算机上可用的ＣＰＵ周期和其他资源被收集。通常授予桌面主　人控制其他资源的同时可以加人网格的权利。有一个很出名的拾遗网格应用是美国一个探索太空的计　划，设计者将一个小程序发布到网上，热心的人可以将其下载下来并安装到自己的电脑上。这个程序可　以从服务器端取得数据，分析后再将结果返回。通过这样一种大众参与的形式，能够很好地利用许多闲　散的资源来完成高度复杂的计算任务，并取得显著的效果。一般的拾遗网格类似于屏保的小程序，在计　算机隔一段时间无人使用的时候能够自动启动并执行所要做的计算任务。　（３）数据网格　数据网格负责容纳和提供跨多个组织的数据访问。用户在有访问权限的前提下访问数据，而且不　必关心数据位于哪里。例如，可能有两所大学都正在从事某一研究，各自拥有独一无二的数据，数据网　格允许这两所大学共享其数据、管理数据，并负责安全性问题。　２．２网格技术的特点　（１）网格是建立在因特网和ｗｅｂ基础上的，不会替代它们　Ｊ。　因特网的出现，将的计算机个体联成网络，但是，它没办法共享其它机器的资源。Ｗｅｂ兴起，　通过网页的方式连接起来，计算机可以做包括电子商务在内的更多事情。但是，各行业在应用层面上的　互联互通远远没有实现，计算机的使用也远不如电话那么方便。而网格将能实现应用层面上的互联互　通，即用户使用层面上的互联互通。　（２）网格可以实现全面的资源共享。　（３）网格采用的是国际标准，标准化意味着网格可以使接人设备像电话一样易用。　（４）计算平台和技术会发生变化。　目前的微机和网络的运行主要基于微软的操作系统、Ｉｎｔｅｌ的芯片、思科的网络设备。网格的应用会　改变计算平台，带动网络界面发展。这是一个新的计算平台。平台使用模式改变了，平台也改变了，就　会涌现大量的新产品和各种利用这些技术提供的各类服务的新模式，包括新的技术模式和商业模式。　（５）基于国际开放的标准，将给大家带来共同发展的机会。　目前很多发达国家都投人了大量研究资金，希望能抓住机遇，掌握未来的命运。美国的“全球信　息网格”和英国的“英国国家网格”等，都是雄心勃勃的网格战略。我国也在加强网格方面的投人。　中科院计算所正在研究的网格项目名为“织女星网格”（Ｖｅｇａ　Ｇｒｉｄ），这个网格项目将来的目标是具　备以下几种能力：大规模的数据处理能力、高性能计算能力，以及具备资源共享和提高资源利用率这　方面的能力。与国内外其它网格研究项目相比，织女星网格的最大特点是“服务网格”（Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｇｒｉｄ）的概念。　网格这个市场可能还有很多层面是我们目前还没有看到、想到的，还有待于进一步探索和开发。　３　网格技术对信息化教育的影响　３．１提供教育资源共享的新平台　由于网格技术在资源共享方面的巨大优势，利用网格技术有助于建造一体化智能信息平台，实现教　育信息资源的全面共享，为学习者提供一体化的智能信息服务，解决信息“孤岛”问题，使学习者通过单　维普资讯 http://www.cqvip.com

常州工学院学报　一２００６年　人口访问所有所需教育信息资源。图ｌ构造了一个一体化的智能信息服务平台模型。该模型以海量　信息存储和高性能计算技术为基础，构建教育信息资源网格，最终用户通过网格门户或应用系统访问所　需分布式异构教育资源，实现“一站式”服务。　最终用户（ＥｎｄＵｓｅｒｓ）．包括Ｓｈ∞Ｉ．坝Ｉｃｈ札Ｉ　ｅ咖　ＰＩｏＤＩｅ　审审　１　个性化资源访问接口　Ｉ　ｌ　１　一一　．开　ｌ　系统建模与应用模块　——　发　规　ｌ　交互操作与对象构件　Ｉ　ｌ　Ｉ．一１　与　范　管　ｌ　教育信息资源网格Ｉ、、ｒ—　理　ｌ海量信息存储与高性能计算ｌ　海量信息存储与高性能计算　△口　图Ｉ　一体化的智能信息服务平台模型　Ｊ　３．２促使信息化教育资源全面共享　利用网格技术，不仅可以连通各种硬件设备、共享信息资源，而且能够共享硬件设施、共享存储、共　享计算，并生成新的知识资源。这样，可以有效解决长期以来各类学校单独重复建设教学资源库所造成　的资源浪费，从而将各种多媒体教学软件、数字信息资源和数据库资源等通过网格“集中”使用，实现教　育资源的全面共享，避免资源建设的重复劳动和投资浪费。同时，建立教育网格共享教育资源，可使教　育发展落后地区逐步摆脱信息闭塞、资源匮乏的局面，充分享用发达地区的优质教育资源，从而缩小地　区之间的教育差距，促进教育水平的整体提高。　３．３引发数字化学习新的变革　网格的出现，对数字化学习所关注的学习资源与学习过程提出了新的挑战。首先，网格能够实现　ｈｌｔｅｍｅｔ上所有资源的互联互通互惠，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资　源等等，这就使学习资源的范围扩大了；其次，在网格实现网络虚拟环境上的资源共享以后，协作变得越　来越重要，基于网格环境下的学习过程势必也将发生变化，以学习者为主体、自由学习将成为可能。　３．４催生新的教育模式　网格技术的出现为构建“以教师为主导、以学生为主体”的双主教学模式带来新的机遇，它不仅能　够提供高品质的音视频流，而且能够实现资源的完全共享和知识的再生产，指导学习者学习，另外它还　特别适应于协作学习、协同工作。通过网格学习环境，可以调度不同位置的众多计算机、应用程序、信息　资源等来完成自己的学习任务，并可以更好地实现协作学习。从“人一机”操作关系的视角来观察信息　技术可以发现，人与ＰＣ机是“一对一”的关系，人与网络虽然有“一对多”或“多对多”的信息交互关系，　但“人一机”操作则依然是“一对一”；而网格则会实现“一对多”（即一人使用多台电脑）甚至是“多对　多”的人机操作关系。基于网格技术的多种“人一机”操作关系必将会催生新的教育模式，并进而引发　教育改革的又一浪潮。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　曾新勇，郑成增：网格技术与教育信息化发展　４５　３．５更好地支持虚拟现实的实现　虚拟现实技术是运用计算机对现实世界进行全面仿真的技术，它能够创建与现实社会类似的环境，　学习者可以通过使用各种特殊装置将自己沉浸到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的学习目的。　利用虚拟现实技术可以建立各种虚拟实验室，在“实验室”里，学习者可以自由地做各种实验，避免真实　实验或操作所带来的各种危险。它可以弥补教学条件的不足，彻底打破空间、时间的，大到宇宙天　体，小至原子粒子，学习者都可以进入这些物体的内部进行观察、协同讨论；它可以虚拟人物形象和学习　情景，创设个性化的学习环境。　网格是未来Ｉｎｔｅｍｅｔ的发展方向，被誉为“下一代Ｉｎｔｅｍｅｔ”，也就是说，网格会成为未来的网络基础　设施，几乎所有的应用都将基于网格，显然，虚拟现实也不例外。在网格的支持下，虚拟现实环境的各类　教学资源和学习环境可以来自不同的虚拟组织，不同的学习者在这个环境下共享资源、协同研讨、解决　问题。网格能够为建构虚拟现实提供更广泛的、可共享的异构资源，更强的计算力，更大的带宽，更好的　服务质量（ＱｏＳ），更好地实现远程教育。　３．６推动远程网络教育的发展　现代远程教育主要以Ｉｎｔｅｍｅｔ为载体，采用ｗｅｂ页、Ｅｍａｉｌ、ＢＢＳ、音视频流等形式，应用流媒体技术　开展远程教育。随着远程教育的发展，教育资源数据会越来越多，如课件、图片、图表、流程图、图像、动　画、声音和视频等，无论是网络带宽，还是用户数量都会受到一定。而且各教学网站上的资源不能　整合产生新的知识。网格技术能够实现硬件资源、高性能计算机、传感器、远程设备、软件资源、数据资　源等的共享，而且它基于高速互联网并具有很高的带宽，这将促使各种教育媒体的进一步整合，流媒体　技术与虚拟现实技术、视频会议系统将会在远程教育中得到更好的应用，这将极大地推动远程教育的发　展，有助于学习型社会的建立。　２００５年我们申报了省级科研项目“现代信息技术环境下工科院校资源型学习模式的研究”，课题中　资源库的建设，就采用了网格技术。构建的具体框架如图２所示。　图２校园网格框架图　在创建校园内部网格的同时，还可以对外开放网格服务架构，将同一领域的不同机构的计算资源连　接起来，实现不同组织和结构之间的资源协同共享。例如，校园网格和校园网格之间的连接，形成所谓　的校际网格，并进一步拓展，形成更大规模的网格，可以增加校园之间的师资共享、资源共享、合作研发　等可能性，并提供给用户更多的知识资源。　维普资讯 http://www.cqvip.com

常州工学院学报　２００６年　４　结束语　不可否认的是，网络也好，网格也好，都存在着各种各样的安全问题。为了促进网格技术的广泛应　用，让用户随心所欲地共享网格中的各种资源，还必须解决好诸如目前互联网的数据传输能力不足的问　题、人机通信的问题、网格上资源共享中的知识产权问题，以及网格数据的安全性保障等问题。　总之，网格技术充分实现了资源共享，具有成本低、效率高、使用更加方便等优点。另外，网格技术　具有较为统一的国际标准，有利于整合现有资源，也易于维护和升级换代。网格技术的优势是切实和深　远的，网格技术的发展将会使ｗｗｗ逐步升级为ＧＧＧ（Ｇｒｅａｔ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｇｒｉｄ），它不仅将对信息资源的获　取、传输、共享和利用带来一场，而且必将为人类的生产和生活方式带来巨大的变化，同时它必将对　未来的教育产生更为深刻的影响。　［参考文献】　［１］ＮＰＡＣＩ［ＥＢ／ＯＬ］．（２００５一ｌ２—２２）［２００６—０３一ｌ５］．ｈｕｐ：／／ｎｐａｃｉｇｆｉｄ．ｎｐａｄ．ｅｄｕ／ｉｎｄｃｘ．ｈｔｍ１．　［２］　ＤａｔａＧｒｉｄ　Ｐｒｏｊｅａ［ＥＢ／ＯＬ］．（２００６－０１—０８）［２００６—０３—１８］．ｈｔｔｐ：／／ｃｕ—ｄａｍｇｒｉｄ．ｗｅｂ．ｃｃｒｎ．ｃｈ／ｅｕ—ｄａｔａｇｒｉｄ／．　［３］Ｂａｎ　Ｊａｃｏｂ．网格计算：关键组件是什么［ＥＢ／ＯＬ］．（２ＯＯ６—０ｌ一０８）［２００６—０３—２３］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ一１２８．ｉｂｍ．ｃｏｍ／ｄｅｖｅｌｏｐｅｒｗｏｒｋｓ／　ｃｎ／ｇｎ，￣ｇｒ—ｏｖｅｒｖｉｃｗ／＃１ＤＡＸＢＥ，ＺＥ．　［４］应宏．网格技术与教育信息化［Ｊ］．微机发展，２００５，１５（９）：１４５—１５１．　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＩＴ－ｂａｓｅｄ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ＺＥＮＧ　Ｘｉｎ－ｙｏｎｇ　ＺＨＥＮＧ　Ｃｈｅｎｇ．ｚｅｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３００２；　２．Ｌｉｂｒａｒｙ　ｏｆＣｈａｌ￣ｏｕ　Ｉｎｓｔｉｕｔｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３００２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ａｌｌ　ｅｍｅｒｇｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒａｃｔ，Ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｉｎ　ｒａｐｉｄ　ａｄｖａｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｈａｎｇｉｎｇ．　Ｍｏｓｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　ｒｅｇａｒｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｓ　ａ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　ＴＩ－ｂａｓｅｄ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ．Ｂｙ　ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ，ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｅｘｐａｔｉａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒａｃ—　ｔｉｃｅ　ｏｆ　ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ＩＴ—ｂａｓｅｄ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｗｉｌｌ　ｐｒｏｍｐｔ　ＩＴ—ｂａｓｅｄ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｆｕｒｔｈｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｇｒｉｄ；ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ　ｇｒｉｄ；ｄａｔａ　ｇｒｉｄ：ＩＴ—ｂａｓｅｄ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　责任编辑：庄亚华