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网格结构在电子政务体系中的应用

作者 :何艳丽更新时间:2012-11-5

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1 引言
   网格是近年来逐渐兴起的一种Internet计算模式,其目的是为了在分布、异构、自治的网格资源环境上构造动态的虚拟组织,并在其内部实现跨自治域的资源共享与协作,有效地满足面向互联网的复杂应用对大规模计算能力和海量数据处理的需求。网格计算的理想目标是使网络上的所有资源易于协同工作,服务于不同的网格应用,实现资源在跨组织之间应用的共享与集成。
电子政务,就是指政府机构应用现代信息和通信技术,将管理和服务通过网络技术进行集成,在Internet上实现政府组织结构和工作流程的优化重组,超越时间和空间及部门之间的分隔限制,向社会提供优质和全方位的、规范而透明的、符合国际水准的管理和服务。电子政务的主要目的是推进政府部门办公自动化、网络化、电子化全面信息共享等工作进程,从而营造运用信息及通信技术打破行政机关的组织界限的电子化虚拟机关,实现广泛意义的政府机关间及社会各界间经由各种电子化渠道进行相互沟通,并依据人们的需求、人们可以使用的形式、人们要求的时间和地点,提供给人们以个性化的服务选择。
   在电子政务平台软件体系结构的设计中就是要充分整合现有资源实现多种结构和网络模式互连互通、资源共享;实现并联审批与一站式网络办公与服务;实现分布数据存储与统一数据模型;实现开放扩展与统一的安全保障机制。利用网格结构来设计电子政务体系可以很好地实现这一点.
   2 网格的功能模型
   网格的定义有一个随着网格技术的发展而不断丰富、不断深入的过程。1998年,网格研究主要关注如何支持用户获得资源的位置透明性和资源提供者的透明性。2001年,Foster重新将网格定义为“动态的、多组织之上、虚拟组织内的直辖市资源共享和问题求解”,提出共享与协作是网格系统的根本性。这种界定很快得到了国际学术界的共识。由于共享是协作的基础,协作是共享的目标,而问题求解是协作的最终目的,因此,这也标志着网格从多种专用技术的集成向一种广域资源应用模式的过渡。在实现机制上,网格研究可以融合许多技术从而解决网格问题。
基于上述理解,目前的网格资源和节点研究与应用面临着如下4个基本问题:
   (1)分布性。这是网格系统的典型特征,尤其是网格强调资源环境的广域分布特性,需要解决网格系统节点间连接的不可靠性、数据移动的延迟和QoS等。
   (2)自治性。由于构成网格的节点隶属于不同的组织域,跨组织域的资源共享与协同必须服从各自治域的安全和管理策略,网格应用对可信计算的需求与跨组织域节点的“不信任通信基础”之间的矛盾凸显了构造网格的可信计算环境的重要性。
   (3)动态性。网格本身是一个不断变化的环境,其动态性包括两个层面,一是网格节点(资源节点)进入网格系统的动态性,二是网格节点自身状态的动态性,因此,网格环境的状态实监测与性能优化是网格动态性导致的主要矛盾。
   (4)异构性。由于网格系统的节点种类繁多,而且同类节点结构差异较大,存在着严重的异构性问题,需要一些新的方法和机制来屏蔽这种资源异构性。
根据上述分析,我们给出了网格系统的功能结构,如图1所示,其中AR代表抽象资源,RA代表资源抽象。
   该功能结构包括3个层次,抽象资源层、虚拟组织层和问题求解层,同时还包括贯穿各层次的端到端QoS保障机制。基主要功能如下:
   (1)抽象资源层。我们引入“抽象资源”的概念着重解决资源的异构性问题,因为任何可共享的实体都可以看做是抽象资源,可分为物理资源和逻辑资源。
   (2)虚拟组织层。它通过资源池管理机制和应用任务调度机制,解决分布、动态、自治性等问题。由于网格系统的目的是实现跨组织的资源整合和面向问题求解的资源协同工作,我们基于虚拟组织的概念,突出强化资源与应用任务间的松耦合和动态绑定关系,使资源可以加入到不同的虚拟组织以支持细粒度的资源共享。
   (3)问题求解层。借助领域相关的编程模型、人机交互机制为网格应用提供人机界面,并精确地描述网格任务对资源的需求。
   (4)QoS保证机制。即网格“提供非凡的服务质量”,它表现了广义的QoS,包括安全性、可靠性和性能等方面。
   3 网格结构在电子政务中的应用
   电子政务网格解决方案的指导思想是OGSA(Open Grid Service Architecture,开放网格服务体系结构)。OGSA 是Global Grid Forum 4的重要标准,是当前获得广泛支持的一种网格体系结构。OGSA是GT3的设计原型,重点在于把Globus思想和Web Service结合起来,一切(计算资源、存储资源、网络、数据库等)都表现为服务。在充分考虑网格的异构分布特性的基础上,OGSA对Web服务进行了扩展,提出了网格服务的概念。通过定义标准的服务接口,把服务实现、资源所在地和物理资源屏蔽。这样,不仅解决了异构网格环境的互操作性问题,而且真正实现了服务的虚拟化。因此,基于现有的网格技术,我们提出了一种层次化的电子政务网格体系结构。如图2:
图2 电子政务网格层次体系结构图
电子政务网格由以下几个部分组成:
   (1) 网格资源层。它是该电子政务平台的基本组成部分。既包括了那些异构、分布的数据源,还包括那些计算资源、存储资源、网络、程序以及各种设备。
   (2) 网格核心中间件。GT3是网格核心中间件的重要组成部分。它旨完全遵循OGSA,并融入了Web Service技术,它可为电子政务网格提供一系列的服务、软件库和编程接口。它负责整合网格资源,提供统一的安全管理,并向上层调用提供统一的访问接口。
   (3)MPICH-G2。它提供与MPI完全一致的并行编程界面,只不过它已经从并行计算机扩展到异构的网格环境。
   (4)WebLogic Server。它提供多种基础服务,诸如安全性,连接池、高速缓存、集群中的进程管理和负载均衡、网络服务支持以及系统级管理等。
   (5)网格中间件。包括业务受理、电子办公、数据交换等电子政务行为的应用层中间件。
   (6) 网格协同工具。如视频会议、联合审批等这些需要多种资源并行协同完成的工作就需要这类网格工具。
   (7) 网格门户。为用户提供统一的使用界面。
   (8) 网格应用层。是电子政务网格服务的最终对象,如联合审批网格应用系统就是政府不同部门不同级别的官员利用分布在网格中的政策、文件和数据资源,协同工作来完成一个复杂的审批过程。
   4 网格结构适用于电子政务体系的特点
   网格技术在商业计算中的应用还是个新的领域,而电子政务是一个规模宏大、业务复杂、性能要求高、用户数量巨大的系统。这个平台体系结构是否可行,关键就是看它是否与现有标准相兼容,是否满足电子政务平台的需求。
   (1)标准化。总体框架是支持业务模型的一个概念模型。而政务平台的设计就是要利用各种先进的技术(计算机和网络技术)把概念模型工程化,以满足电子政务网络软件平台的功能性、非功能性需求,也可以说是要把标准的总体框架实例化为软、硬件模块和由它们组成的有机整体。
   电子政务总体框架是由网络基础设施、应用支撑层、应用层和公众服务层组成,信息安全与管理贯穿于各个层面中。表1是说明电子政务总体框架与其网格体系结构在层次结构划分上的对应关系。
电子政务总体框架
电子政务网格层次体系结构
网络基础设施层
网格资源层GT3
应用支撑层
WebLogic Server
应用层
网格应用层
表1层次结构划分上的对应关系
   而我们构造的电子政务网格平台,在结构上的层次划分是与国家标准框架相符的。在总体框架中的网络基础设施,包括将各种硬件资源连接在一起的网络和整合各种硬件资源的软件平台,它能向应用支撑层提供统一的访问接口,对资源进行统一的分配和管理。而在我们的电子政务平台中的网格资源和Globus共同担负起本层的任务,Globus中的GRAM,MDS,GASS,GSI等组件负责底层网格资源的整合和访问,并为上层的应用支撑平台提供统一、安全的接口和服务。
总体框架中的应用支撑层是业务基础软件平台,它为应用系统的开发、运行提供全面的支持,内容包括信息交换、资源共享、业务集成、业务访问、安全可信、可管理等。在我们的电子政务平台中是由WebLogic Server来完成这些任务的,在WebLogic Server中,通过JDBC,JTA,RMI,JMS等组件可方便地与后端系统相集成,进行事务管理以及远程方法调用和通信。而且WebLogic Server提供了全面的安全体系结构,包括访问控制,基于密码的隐私权和用户验证。所以它是与总体框架中的应用支撑层相对应的。
   综上所述,我们的电子政务网格平台是与电子政务的国家标准的总体框架相一致的。
   (2)安全性。保密安全建设是电子政务平台建设中的重要工作之一,而我们所提出的电子政务平台在各个层次上都提供了相应的解决措施。
在底层的网络基础设施层,由组件GSI提供网格安全认证和通信服务。它通过为网格计算环境提供一系列的安全协议、安全服务、安全SDK和命令行程序,可有效地保证网格计算环境的安全性和方便性。
   在应用支撑层,WebLogic Server 提供了全面的安全体系结构,包括访问控制,基于密码的隐私权和用户验证。它还采用数字签名以及其他基于标准的安全措施,包含多种授权方式,方便用户可灵活地对安全进行配置。
由上可见,安全服务是贯穿整个电子政务平台的,是可以提供足够安全灵活服务的。
   (3)可扩展性。由于我们是以OGSA作为网格电子政务平台的指导思想:①它是以服务为中心的模型,在OGSA中,实现的是对服务的共享,从资源到服务,这种抽象将资源、信息、数据等统一起来,十分有利于灵活、一致、动态的机制共享的实现,使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。②它具有统一的Web Service框架,由于OGSA采用统一的Web Service框架,因此很自然就具备了原来Web Service的所有有利因素,如服务描述和发现;可以从服务描述中自动产生客户与服务端的代码;将服务描述和互操作的网络协议绑定在一起;与新出现的高级开放标准、服务和工具兼容;有广泛的工商业支持等。
由于该网格电子政务平台采用了分层构造的思想,各层都是相对独立的组件,因此它也是易扩展的。
   5 结论
   网格是一个有重要影响的基础设施,是一种有巨大发展价值的技术,但它需要巨大的前期投资;而国家作为资源的最大拥有者,它有义务推动新技术的发展。而网格技术与电子政务的结合不仅将可以提高政府办公的效率,增强政府部门之间的共享和交互能力,还能促进网格技术的发展,进而促进我国现代化的建设。当然,我们不仅仅期望它能够增强原有的能力,更重要的是它要能解决现有问题并构造一个可靠、可扩展、安全的分布式系统。
   为适应我国电子政务建设的发展,并推动网格技术在商业计算中的应用,本文结合网格技术,提出了一种电子政务的网格解决方案。网格技术在商业计算领域的应用是…… 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com


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