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摘要該文主要介紹國內外一些有代表性的網格研究計劃的開發(fā)進展和網格計算的起源及發(fā)展，探討了網格技術的未來發(fā)展方向。

關鍵詞網格網格計算服務網格；

1引言

網絡技術是一次計算革命，有可能將全球計算機聯(lián)合起來協(xié)同工作，被人們視為21世紀的新型網絡基礎架構。網格的概念來源于電力網格，如電力網把強大的電力輸送到每家每戶的每個插座，用戶不必過問電是水電、火電，還是核電，也不必過問電站位于何方。網格技術可把分布在各地的計算機聯(lián)網，將充足的計算資源分配給每個用戶，如同個人使用一臺虛擬的超級計算機一樣。但網格不是萬能技術，不是所有問題都能解決，只有那些能并行運算的應用才可能被拆成若干細小任務分配到每個網格計算節(jié)點，通過并行處理來提高計算速度。

網格研究源于美國聯(lián)邦政府過去10年來資助的高性能計算項目。這類研究使用的名詞就是“網格”或“計算網格”。這類研究的目標是將跨地域的多臺高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、貴重科研設備、通信設備、可視化設備和各種傳感器整合成一個巨大的超級計算機系統(tǒng)，支持科學計算和科學研究。

2國外網格技術研究動向

2.1美國的網格技術研究

美國是網格研究起步最早的國家，美國多家研究機構開展了與網格相關的研究工作，制定了很多網格研究計劃，如美國國家科學基金會資助的TeraGrid、美國國防部的“全球信息網格”(GIG)、美國政府資助的“大型物理實驗網格”(GriPhyN)及美國能源部的ASCIGrid、國家技術網格(NTG)等計劃。

(1)TeraGrid

美國國家科學基金會TeraGrid計劃是一個需要多年分段實施的，為開放式科學研究而建立和使用的世界上最大、最全面的分布式基礎設施。目前，TeraGrid已能提供40TFLOPS的聚合計算及近4千萬億字節(jié)的網絡數(shù)據(jù)存儲能力，并建成了能融合許多系統(tǒng)結構的網絡環(huán)境，可通過GlobusToolkit支持基于網格的計算，提供諸如基于證書的單個注冊和分布應用管理、TeraGrid資源恢復、對用戶軟件結構的持續(xù)監(jiān)控和TeraGrid的協(xié)同能力等。

(2)全球信息網格(GIG)

GIG是美國國防部(DOD)于20世紀90年代末提出并開始建設的一種集成的信息基礎設施，由一套全球互聯(lián)的端對端信息系統(tǒng)、相關程序和人員組成，它可將美軍在全球范圍內的計算機網、傳感器網和武器平臺網聯(lián)為一體，預計在2020年完成。從系統(tǒng)組成上看，GIG將系統(tǒng)分為基礎、通信、計算、全球應用和使用人員五個層次。從技術體制上看，GIG包括了多種專用或租借的通信計算機系統(tǒng)和設備、各種軟件和數(shù)據(jù)、安全服務設備，以及有助于謀求信息優(yōu)勢的其他相關技術。

(3)大型物理實驗網格(GriPhyN)

GriPhyN是由實驗物理學家和IT研究人員共同發(fā)起的，其目標是為21世紀的數(shù)據(jù)密集型科學構建第一臺千萬億次計算系統(tǒng)。GriPhyN計劃將通過一個名為“千萬億級的虛擬數(shù)據(jù)網格(PVDG)”的計算環(huán)境來滿足全球各地成千上萬的科學家們的數(shù)據(jù)密集型計算需求。GriPhyN合作組織計劃實行必要的計算機科學研究，最終形成一系列產品型的數(shù)據(jù)網格。

2.2歐洲的網格技術研究

歐洲近來啟動了一系列網格開發(fā)計劃，其中包括DataGrid、SIMDAT、NextGRID、AkoGriMo和CoreGRID等計劃”。這些項目的情況如下：

(1)DataGrid計劃

歐洲數(shù)據(jù)網格計劃(DataGrid)涉及到歐盟的二十幾個國家，其目的是開發(fā)一種能支持全球性分布科學探索的全新環(huán)境。該計劃旨在設計并開發(fā)中間件解決方案和可擴展的測試床，以便于處理千萬億字節(jié)的分布式數(shù)據(jù)、成千上萬的資源(如處理器、磁盤等)以及大量同步用戶的請求。該計劃的重點是高能物理學、地球科學和生物信息科學等科學應用領域。

(2)SIMDAT計劃

SIMDAT是歐洲的一個大型網格研究計劃。該計劃的目標是利用數(shù)據(jù)中心的網格技術來開發(fā)解決工業(yè)復雜問題的方案。主要用于國際經濟的四個重要領域：汽車制造、制藥、太空研究和氣象研究。該項目的7個網格技術開發(fā)領域包括(除了一般的網格結構)：分布式數(shù)據(jù)訪問、VO管理、工作流、實體論、分析服務和知識服務。

(3)NextGRID計劃

NextGRID是面向工商業(yè)領域建立的下一代網格服務結構。該計劃針對的是廣泛的應用領域：法律部門的數(shù)據(jù)挖掘；廣播和娛樂；金融模型；數(shù)字媒體和供應鏈管理。研究和開發(fā)領域包括：網格結構、核心服務以及動態(tài)聯(lián)合體和網格商業(yè)模型。

(4)AkoGriMo計劃

AkoGriMo注重為動態(tài)虛擬組織提供傳輸移動通信的網格結構和服務。

包括兩個測試床：E—Learning和Hospital。該計劃在下一代網格使用的分層方法有：域和應用專門服務、復雜的網格服務、核心網格服務、網絡中間件和移動互連網。該技術在下一代Ipv6網絡基礎上建立下一代網格，并支持操作系統(tǒng)的安全性、賬目管理己賬和用戶。

(5)CoreGRID計劃

核心網格是一個研究網絡，主要用于大規(guī)模分布式網格和對等技術的基礎建設、軟件基礎設施和應用。主要研究包括從知識，數(shù)據(jù)管理到問題解決環(huán)境的各種情況，有42個組織參加。在歐洲開展網格技術研究最積極的是英國、荷蘭、意大利與德國。研制“英國國家網格”。

2.3日本的網格技術研究

日本認為網格計算技術將極大地改變日本的產業(yè)結構，成為激活經濟的原動力。目前，日本主要在進行國家研究網格計劃(NAREGI)和生物網格計劃(BioGrid)的研究。

(1)NAREGI計劃

日本文部科學省推出的“激活經濟研究開發(fā)計劃”。目標是使最高運算速度達到100TFLOPS。并預定從2008年開始在產業(yè)界加以應用。包括了一個從2003年開始的五年規(guī)劃：2005年為中間評估階段，2006年度開始實施面向實際應用的強化研究，2007年為實證試驗時期，2008年進入實用化階段。五年計劃的研究內容可分為三個部分：進行網格應用開發(fā)的“系統(tǒng)實證研究開發(fā)”、進行網格中間件開發(fā)的“網格研究開發(fā)”，以及進行運用技術開發(fā)的“基礎研究”。其中，系統(tǒng)實證研究主要進行有關納米級分子、電子模擬的應用開發(fā)，并計劃將NAREGI開發(fā)的應用程序和中間件用于分子電子學和生物分子元件領域；網格研究則主要是想充分利用現(xiàn)有的成品軟件，開發(fā)出新的工具和中間件；而基礎研究則主要側重于網絡通信基礎技術和應用技術的研究。

(2)生物網格計劃(BioGrid)

生物網格計劃是在2002年啟動的一項為期五年的網格研究計劃，主要由日本文部科學省資助。計劃利用網格計算技術與超高速網絡，將各大學生物工程研究機構所擁有的超級計算機、數(shù)據(jù)庫、高性能觀測設備等研究資源聯(lián)合起來。生物網格計劃主要由五個部分組成：

·網格基礎技術組：主要進行安全、高性能的網格技術開發(fā)；

·數(shù)據(jù)聯(lián)機分析組：使Spring一8及超高壓電子顯微鏡等高性能分析設備的連接成為可能，并實現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的共享；

·計算網格技術組：研究開發(fā)蛋白質結構預測及各種生物模擬技術；

·數(shù)據(jù)網格組：主要任務是各種生物數(shù)據(jù)庫相關技術的研發(fā)；

·商業(yè)開發(fā)組：以各項開發(fā)技術為橋梁，開發(fā)超大型網格計算機，它比現(xiàn)在世界上運算速度最快的計算機還快數(shù)倍，將達每秒300萬億次。

3中國網格技術研究動向

我國同世界其他各國政府一樣，為大幅度提高我國的綜合國力和國際競爭能力，對于網格的建設也十分關注，同時在網格計算方面做了大量基礎性和前瞻性研究工作。并在863專項中提出了具體的目標。專項確立了“戰(zhàn)略與系統(tǒng)綜合研究”、“高性能計算機”、“網格結點”、“網格軟件”和“應用網格”五個方面的課題。主要任務是研制面向網格的每秒萬億次級高性能計算機和具有每秒數(shù)萬億次聚合計算能力的高性能計算環(huán)境；開發(fā)具有自主知識產權的網格軟件；建設科學研究、經濟建設、社會發(fā)展和國防建設急需的重要應用

網格；形成若干網格技術的國家標準，參與制定國際標準。

目前，我國已開展了“中國國家網格”、“教育科研網格”、“織女星網格”和“先進計算基礎設施北京、上海試點工程”等五大網格項目的研究。參與研究的主要有中科院計算所、清華大學、聯(lián)想集團、江南計算所等幾家在高性能計算方面有較強實力的研究單位。

(1)中國國家網格(ChinaNationalGrid)

“中國國家網格”是國家級高性能計算和信息服務的戰(zhàn)略性基礎設施，它將在全國范圍內為各行業(yè)和社會大眾提供各種一體化的高性能計算環(huán)境和信息服務。專項于2002年4月啟動，投資高達3億人民幣，目標是提供高性能計算、資源共享、協(xié)同工作的能力，同時在科學研究、環(huán)境資源、制造業(yè)、服務業(yè)中建設若干大型行業(yè)應用網格；并研制面向網格計算，具有良好的應用開發(fā)環(huán)境的高性能計算機，裝備網格結點，促進我國高性能計算機的研究和產業(yè)化。

(2)“教育科研網格”(ChinaGrid)

教育部依托教育與科研網CERNET和高校的大量計算資源和信息資源，推出了ChinaGrid計劃。ChinaGrid包括開發(fā)相應的網格軟件，配合網絡計算機(NC)的使用，將分布在教育與科研網格上自治的分布異構的海量信息資源集成起來，建立聚合能力超過每秒15萬億次量級的教育科研網格，總存儲容量超過260TB，結點覆蓋211建設的100所部屬高等院校，實現(xiàn)CERNET環(huán)境下資源的有效共享，消除信息孤島，ChinaGrid第一期規(guī)劃：在2002年～2005年期間，一是建立12個計算網格的主結點，提供具有高性能計算、資源共享、協(xié)同工作的服務平臺。每個主結點將建立一個聚合計算能力超過每秒5000億次、存儲能力分別達到5TB的超級計算結點，并通過相應的計算網格軟件將分布在12個主結點的高性能計算機連接起來，使整個ChinaGrid的聚合峰值計算能力超過每秒6萬億次，存儲能力超過60TB。

(3)“織女星網格”(VegaGrid)“織女星網格”是由中科院計算所聯(lián)合國內十幾家科研單位，共同承擔的“863”重點項目。該項目的目標是：把我國的8個高性能計算中心通過Internet連接起來，進行統(tǒng)一的資源管理、信息管理和用戶管理，并在此基礎上開發(fā)出多個需要高性能計算能力的網格應用系統(tǒng)。它是我國的第一個網格雛形。目前，該項目已取得了一系列研究成果。包括研制出了運算速度達每秒4萬億次以上，主要用作“中國國家網格”的主機、網格應用路由器和“織女星”網格操作系統(tǒng)等?！翱椗蔷W格”主要研究內容如下：

在網格硬件層面，主要工作是研究下一代曙光高性能計算機，它們將是面向網格的超級服務器；

在網格系統(tǒng)軟件層面，主要工作是研究開發(fā)一個名為GCP的網格計算協(xié)議棧(GridComputingProtocolStack)以及有效支持GCP的“織女星”網格操作系統(tǒng)(VegaGOS)；

在網格應用層面，主要研究的是信息網格和知識網格，以及科學計算類應用網格?！翱椗蔷W格”在盡量使用國際上已有的先進技術的同時，它最大特點就是提出了“服務網格”的概念。

4結束語

網格計算技術是一個正在迅猛發(fā)展的新興學科。從生物領域的后基因組計劃，到高能物理領域更深層次物質結構的研究，再到哈勃望遠鏡所獲取的大量宇宙數(shù)據(jù)的處理，再到氣象、地震預報預測這些重大科學領域的計算問題，促使科學家必須利用分布在世界各地的計算機資源，通過高速網絡連接起來，共同完成計算問題，這正是網格計算快速發(fā)展的源動力?？梢哉f網格是未來信息技術和產業(yè)發(fā)展的大趨勢，它將極大地改變我們的生活和工作。未來的網格計算主要有三大發(fā)展趨勢：即標準化、大型化和技術融合化。也就是說，網格計算將在行業(yè)應用的引導下，以標準化向更廣域、多學科滲透，網格的一切對外功能都將以網格服務來體現(xiàn)，技術將進一步融合，且將逐漸從高性能計算走向商業(yè)應用，從前沿技術走向實用化、大眾化?？梢灶A見，今后網格計算技術仍將快速發(fā)展，從而開創(chuàng)計算科學的一個新紀元。

參考文獻

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