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网格技术在校园网中的应用

作者:2018-08-22 14:32:59阅读:文章来源:

 摘 要 随着教育信息化程度的提高,校园网络资源的快速增长在校园网内形成了一个个的信息“孤岛”,给共享及管理网络资源带来了很大的困难,网格技术的出现给解决这一问题提供了新的方案。本文探讨了在校园网环境下,利用开放网格服务体系结构、服务器端数据挖掘与基于倒排索引技术和点对点传输技术建立网格平台,采取基于队列的模糊拥塞控制算法对网络流量进行控制,实现校园网络资源共享的方法。 关键字 网格技术;开放网格体系结构;数据挖掘;倒排索引;模糊拥塞控制
1 前言 “网格”这个名词最早出现在上世纪九十年代中期,被用来表示一种适合于高级科学与工程研究的分布式计算基础设施。网格作为一种数据和计算资源管理的基础设施将为全球的商业、企业、政府和科研提供基础支撑。通过网格,我们可以在多个动态的虚拟组织之间共享资源,协同解决问题。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、信息资源、专家资源的全面共享。当然,网格并不一定非要这么大,我们也可以构造地区性的网格,如企业网格、校园网格和社区网格。事实上,网格的根本特征是资源共享而不是它的规模。 随着教育信息化程度的提高,校园网上各种应用系统不断出现,如教务管理系统、办公自动化系统等,学校图书馆也提供了大量电子文献可供大家浏览。同时,随着生活水平提高,越来越多的在校学生也购买电脑,他们因为学习的需要也连入校园网络,这些个人电脑中也存储了大量有价值的信息可以对外共享(如果他们允许)。学校大型服务器中的公共信息和学生个人电脑中可开放的信息构成了潜在而庞大的可共享信息资源。然而,不同的系统之间的数据共享比较困难,形成了一个个的信息孤岛,资源管理及互操作性也难以完成。因此利用网格技术,实现校园内网络资源共享,具有重要意义。 尽管设计的是小规模的校园网,但由于它是基于网格技术,要实现大规模的存储共享,因此,将从硬件到软件对校园网进行全方位的重新设计,使整个网络浑然一体,统一在网格构架内。我们重新组网,将学生教师宿舍区的局域网、校图书馆和教务网等子网统一连接起来,为在逻辑上实现统一存储空间打下基础。同时,升级网络连线和路由设备,以达到技术要求。在硬件设施到位、有了底层支持后,为了实现网格存储服务,在软件层上按照专门的网格体系结构(OGSA)采用GT3软件开发包设计服务器端和瘦客户端程序。同时,在服务器端设计提供高效搜索共享资源服务的索引机制,客户端间共享资源的方式等等,并运用数据挖掘、倒排检索和P2P对等传输等技术,应让每位入网用户感受到自身在使用一个巨大的资源信息库和硬盘空间,能高效地在这个网格体系中搜到自己想要的资料,就像在自己的电脑硬盘上找一首MP3歌曲。2 校园网资源共享面临的问题 从目前的应用现状看,传统校园网结构复杂,由很多异构子网构成,不同系统之间的数据资源共享及互操作困难,对各种异构资源不能有效管理。另外,校园网的硬件基础比较落后,它们不像很多大的网站那样,有配置相当高的服务器,这样在运行速度上校园网就比较低,相应的它处理信息就达不到大家的要求;而且,校园网的公共存储空间几乎没有或者远远不能满足需求,没有更多硬盘空间以供存储更多的信息、资料,所以,这就使得校园网提供给我们学习和应用的资料有相当大的局限性。在采用网格技术之前,关于校园内资源共享的技术是应用数据仓库,但是数据仓库仅是对数据库的统一管理,而网格技术是对互联网上所有可以共享的资源的应用,显然为解决上述问题提供了有利条件,也正因如此,研究和建立校园网格平台具有重要意义和实用价值。我们将传统校园网和基于网格技术的校园网的技术性能稍作对比(见表1):网络校园网传统校园网计算方式网络多台机共同完成单机完成效率高低存储方式网络共享空间,可扩展服务器存储,不可扩展大小无限有限资源方式网络共享服务器提供大小多少传输方式多种方式传输单一方式传输速度高低服务器方式少量数据交换大量数据交换,资源提供工作率高低综合性能高低表1 传统校园网和基于网格技术的校园网的技术性能对比3 基于网格技术校园网的设计3.1 采用开放网格体系结构 OGSA(Open Grid Services Architecture)被公认为下一代的网格结构,它为基于网格的应用定义了一个公共的和标准的体系结构,这个结构的核心是网格服务的概念,把网格服务看作是一种特殊的Web 服务。OGSA 以服务为中心,采用一种基于网格服务的分布式交互和计算体系结构,确保异构系统间的互操作性,使不同类型的系统可以进行通信和共享信息。OGSA 只是一个框架,网格服务的具体实现是OGSI (开放网格服务基础设施) 标准,它是定义在网格环境中各种服务之间使用的接口和协议的标准。OGSA 架构由四个主要的层构成: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。所有的服务(持久的或瞬时的) 都是用Globus Toolkit构建的,所以,OGSA 的基本思想等于网格结构加Web 服务再加工具箱( Toolkit) 。OGSA 中解决了两个重要的问题,即标准服务接口的定义和协议的识别。因此,我们将采用OGSA 网格体系结构,在校园网原有资源服务的基础上,应用GT3 工具包,建立网格平台,以实现网格内资源管理、信息服务和数据管理功能[2]。 在考虑网格校园网的易管理性同时,还遵循如下原则:高性能、可扩展性、关键业务服务质量保证、信息点可控性、可靠性、安全性。3.2 网格网络构建解决方案 针对校园网结构,我们采用了千兆骨干网络、百兆网线到桌面的方案,整个网络采用分布式三层交换构架,具有很高的带宽和良好的可扩展、可管理性。具体网络拓扑见下图2,磁盘阵列包含校图书馆的所有电子资料库和大量空闲空间,供入网用户使用,下方外层的宿舍电脑群是另外一个大的共享资料库。
图2 三层网络拓扑结构
4 网格校园网设计中要解决的问题 网络构架设计解决了硬件设备和线路在校园内的连接关系问题,但网络还需要一系列软件支持才能正常运作,主要涉及到学校服务器索引设计、用户的瘦客户端更新信息上报和网络流量控制等实际问题,我们的设计思想如下:4.1 网格中服务器端索引机制的设计 由于学校图书馆文献、各部门发布信息乃至教师、学生电脑的部分信息都送到网上共享,要从中搜索浏览我们需要的资料是件很难的事情。为了使网络共享功能实用化,采用服务器加瘦客户端的模式,服务器端必须有灵活高效的信息检索能力,我们采用数据挖掘技术和倒排索引技术来实现这一要求。 结合校园网构成的实际情况,数据挖掘过程各步骤的内容如下: (1) 确定业务对象 清晰地定义出业务问题,认清数据挖掘的目的是数据挖掘的重要一步。作为校园网,学生是最大的服务对象,网络必须有效得为其提供业务服务,虽然挖掘的最后结构是不可预测的,但要探索的问题应是有预见的,应针对校园网的特点设计挖掘结构。 (2) 数据准备与倒排索引结构的建立 数据准备包括数据选择、数据预处理和数据转换三部分。首先,搜索所有与业务对象有关的内部和外部数据信息,并从中选择出适用于数据挖掘应用的数据。校园网的搜索的信息大部分将来自客户端发送的资源地址列表。资源的地址列表包括各条资源的名称、数据类型和大小、所在地的网内IP地址和资源的存储路径。第二步,数据预处理研究数据的质量,为进一步的分析做准备.并确定将要进行的挖掘操作的类型。最后是数据转换,将数据转换成符合分析模型需要的格式,这个分析模型是针对挖掘算法建立的。建立一个真正适合挖掘算法的分析模型是数据挖掘成功的关键,我们利用倒排文件的检索技术对服务器收到的大量资源地址列表进行多层次的分类,提高检索效率。首先,根据第一步得来的资源总表建立多级检索目录。对图书馆的电子文献往往有已知多级分类目录,在第一级分为文、理两类,再在理科下属第二级分计算机、电子信息工程、数学等分支,然后在计算机分之建立第三级目录,包括离散数学、C语言、算法、网络等,到第四级(如网格类文章)即是索引树的树叶一级的结点了,用来对应存储具体资料名称和存储路径。对于教师和学生宿舍电脑,先根据楼栋号和学生所属院系分IP地址段建立多级索引目录,然后针对最后一级结点内容结合用户经常搜索的关键词映射到主多级目录的次关键字建立倒排索引,列出相关资源(如网格)的存储路径。若有人共享一份有关网格的技术文章,它的存储路径将被整理分类到理科——计算机——网络对应的倒排索引列表中。 (3) 结合倒排索引的数据挖掘 对所得到的经过转换的数据进行挖掘。除了完善选择合适的挖掘算法外,其余一切工作都能自动地完成。 若有人搜索有关网格技术的文章,索引算法将会确定这种资料来自计算机的网络类资源,于是进入其对应的倒排文件列共2页:  1 [2] 下一页 论文出处(作者):基于Eclipse的多传感器数据融合算法仿真系统
一种软件生成真随机数算法的设计和实现

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