網(wǎng)格技術" title="網(wǎng)格技術">網(wǎng)格技術是近年來興起的新技術研究熱點。它能充分利用因特網(wǎng)上豐富的閑置資源，開展協(xié)同工作，可用來解決很復雜的科學或商業(yè)問題，在生物、醫(yī)學、航空、化學、天氣、地理、高能物理等領域有著廣泛應用。網(wǎng)格具有支持資源共享、協(xié)同工作的固有能力和面向服務的基本特征，其本身也成為新一代社會信息基礎設施的雛形。
　　網(wǎng)格計算" title="網(wǎng)格計算">網(wǎng)格計算系統(tǒng)是大規(guī)模的分布式系統(tǒng)，典型應用有基因分析、地震預測、環(huán)境管理、分子工程、流體動力學、航空航天學等。在網(wǎng)格中，分布在不同區(qū)域的計算資源通過因特網(wǎng)聚集起來，并能自主地管理，協(xié)同解決一個大任務。這樣，巨大的工作量分攤開來，整個網(wǎng)格系統(tǒng)" title="網(wǎng)格系統(tǒng)">網(wǎng)格系統(tǒng)的計算速度和吞吐量可與超級計算機媲美，甚至遠遠地超過它。
　　隨著移動無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的快速發(fā)展，用戶在任何地點、任何時間都可以訪問全球網(wǎng)絡資源。這意味著除了靜態(tài)結點外，網(wǎng)格系統(tǒng)也應考慮把移動結點包含在內(nèi)，這種結合所產(chǎn)生的技術就稱為“移動網(wǎng)格計算”。它實際上是傳統(tǒng)網(wǎng)格計算在無線計算環(huán)境中的擴展，它以無縫、透明、安全、有效的方式支持移動用戶和資源，是無線技術與網(wǎng)格計算這兩種新技術的融合。
　　移動網(wǎng)格適合的應用環(huán)境有：石油鉆探中的感應器，地震監(jiān)測/預測中的感應器和監(jiān)視器、災難管理系統(tǒng)、戰(zhàn)場命令系統(tǒng)。例如，在不同城市的科學家收集地震數(shù)據(jù)并使用并行算法來預測未來的地震活動；嵌入式軍事超級計算應用，如坦克、卡車、飛機、船只使用無線網(wǎng)絡連接起來，收集數(shù)據(jù)，傳到網(wǎng)格上的其他結點，使用分布式算法來作出決策；緊急事件智能預報，如颶風，分散在各處的移動結點收集數(shù)據(jù)，傳送給其他結點，并使用這些數(shù)據(jù)預測颶風的路徑和強度。這些應用可在一個網(wǎng)格系統(tǒng)上執(zhí)行，但數(shù)據(jù)資源分散在各個移動結點上，而且，這些移動結點空閑的CPU周期也可被利用。因此，在現(xiàn)代計算領域和移動網(wǎng)絡系統(tǒng)中，移動網(wǎng)格計算會起著重要的作用。
1 移動網(wǎng)格計算系統(tǒng)結構及技術難點
　　當前大多數(shù)網(wǎng)格結構和算法并沒有把移動計算環(huán)境考慮在內(nèi)，因為移動設備還沒有被認真地考慮為合法的網(wǎng)格計算資源或接口。在網(wǎng)格計算環(huán)境中定位移動設備的角色，可以考慮兩種，一是可作為同網(wǎng)格系統(tǒng)交互的接口，使用者可通過移動設備向網(wǎng)格要求服務，利用網(wǎng)格資源來完成任務，可遠程監(jiān)控任務的執(zhí)行，并從網(wǎng)格中獲得所要求的結果；另一種是把移動設備也作為網(wǎng)格的計算資源，可參與到網(wǎng)格的計算任務中，而不僅僅是網(wǎng)格服務的接收者。因此，移動設備要有效地嵌入到網(wǎng)格中，既可以作為要求網(wǎng)格服務的接收者，也可以作為網(wǎng)格服務的提供者。
　　但由于移動設備本身的一些限制，可能會對它們集成到網(wǎng)格中產(chǎn)生一定的阻礙，如移動設備本身資源的貧乏(計算速度和內(nèi)存)，電池的問題，不可靠的連接性問題及安全性問題。但隨著無線技術的進一步發(fā)展和研究的深入，一系列難題會迎仞而解的。如移動處理器的產(chǎn)生，Intel Mobile Pentium,Intel Celeron AMD-K6-2處理器，它們比桌面處理器工作電壓低，功耗低，這樣就延長了系統(tǒng)電池的壽命，這些移動處理器與現(xiàn)有軟件兼容；對解決移動設備連接的不可靠性問題，也有解決方案的出現(xiàn)，如Sang-Min Park等人把移動結點連接的不連續(xù)性考慮在內(nèi)^[1],提出了一種新的調(diào)度算法。
　　為了把移動設備融入到網(wǎng)格計算系統(tǒng)的體系結構中，并考慮移動設備本身的特性及在網(wǎng)格中的角色，可設計移動網(wǎng)格計算系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　圖中網(wǎng)格系統(tǒng)分為三個部分：靜態(tài)網(wǎng)格站點、移動設備群、以及連接靜態(tài)和移動資源的網(wǎng)關。移動設備可通過WLAN或遠程蜂窩網(wǎng)絡(如GSM、CDMA)連到因特網(wǎng)上。在移動設備和網(wǎng)關一側，都需裝有移動代理和服務代理。
　　當移動用戶提交任務，想獲取網(wǎng)格計算系統(tǒng)的服務時，實際上是通過移動設備中的移動代理與網(wǎng)關中的移動代理進行交互，再由網(wǎng)關中的移動代理向網(wǎng)格系統(tǒng)提交任務。若網(wǎng)關中的移動代理偵測到移動設備與之連接中斷，就負責作為移動設備的代理來完成與網(wǎng)格計算系統(tǒng)的交互，如監(jiān)測任務的執(zhí)行，輸入必要的信息等。任務完成后，結果數(shù)據(jù)就暫時保存在網(wǎng)關中的移動代理中。一旦網(wǎng)關中的移動代理偵測到移動設備與之連接恢復，就把結果數(shù)據(jù)傳給移動設備。
　　當網(wǎng)格用戶提交任務給網(wǎng)格系統(tǒng)時，移動設備群作為移動網(wǎng)格系統(tǒng)中的移動站點也可以參與到網(wǎng)格任務的計算中。這時，網(wǎng)關處的服務代理負責把分配給移動站點的任務進行分解，并根據(jù)分配算法把子任務分給各個移動設備完成(在移動網(wǎng)格中為移動站點設計任務分配算法，要充分考慮到移動設備的移動性和相較于有線設備的連接不可靠性，充分利用有限的移動資源，最大化它們的吞吐量)，移動設備方的服務代理負責與網(wǎng)關處的服務代理進行交互，一旦網(wǎng)關處的服務代理監(jiān)測到某移動設備中斷通信，就把任務遷移到別的移動設備處執(zhí)行，移動設備完成任務，就通過它的服務代理通知網(wǎng)關處的服務代理，把結果傳出去。移動代理和服務代理共同作用，完成移動設備在網(wǎng)格計算系統(tǒng)的雙重角色。
　　把移動因素考慮在內(nèi)，會產(chǎn)生一系列亟待解決的問題。
　　·移動設備有限的通信范圍及它本身的移動性所造成的連接時斷時續(xù)性問題，會造成移動設備與網(wǎng)格的連接中斷。在有線網(wǎng)格中，這種狀況可忽略，但在移動網(wǎng)格中，這種現(xiàn)象卻不容忽視；
　　·安全方面的挑戰(zhàn)是保證用戶和服務提供者只執(zhí)行授權行為，更具體的說：要確認用戶的安全要求；在給定的時間內(nèi)，根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)格的能力來協(xié)調(diào)網(wǎng)格的安全；還要開發(fā)一個統(tǒng)一的安全結構；
　　·設備的異構性問題，要解決各平臺間的通訊，涉及到的平臺包括客戶端設備(iPAQ、Smart Phone和其他手持設備)和服務器端設備(Linux和Windows服務器)之間的通信；。
　　·移動網(wǎng)格的高可靠性和容錯設計，它們是無線網(wǎng)格QoS的保證(設想移動網(wǎng)格上運行金融交易業(yè)務，用于戰(zhàn)場戰(zhàn)略決策的移動網(wǎng)格系統(tǒng))；
　　·移動網(wǎng)格的負載平衡問題，由于移動設備本身的特性，會因為無線連接中斷等原因出現(xiàn)在短時間內(nèi)大量移動設備資源急劇下降和故障修復后移動設備資源迅速上升的突發(fā)性狀況，以及移動設備從一個服務區(qū)域移到另一個服務區(qū)域時的狀況處理；
　　·移動網(wǎng)格中間件的設計，要考慮移動設備的多樣性，服務的透明性，界面的一致性，提供給用戶一種隨時隨地訪問網(wǎng)格資源，進行工作、娛樂和連接功能。
　　這些技術挑戰(zhàn)在實現(xiàn)移動網(wǎng)格的過程中是必須要解決的問題，是移動網(wǎng)格走向成熟應用的關鍵。
2 移動網(wǎng)格目前發(fā)展狀況及未來發(fā)展前景
　　移動通信是近幾年通信各領域中發(fā)展最快的領域之一。據(jù)全球GSM運營商聯(lián)盟統(tǒng)計， 2003 年底GSM用戶已達到9.7億，其中新增用戶1.8億，共占全球新增用戶的80％；又據(jù)移動通信的另一組織CDMA發(fā)展組織(CDG)宣布，2003年全球CDMA新增用戶4200多萬，增長率達29％，用戶總量突破1.88億；據(jù)ITU統(tǒng)計，2004年中期，全球移動用戶總數(shù)已近15億，占世界人口的四分之一，特別是發(fā)展中國家移動電話用戶數(shù)量呈快速增長的態(tài)勢。自2000年以來，發(fā)展中國家的移動電話用戶翻了一番。至2004年中期，發(fā)展中國家的移動電話用戶總數(shù)已經(jīng)超過發(fā)達國家。中國信息產(chǎn)業(yè)部統(tǒng)計顯示，截至2005年8月底，全國手機用戶超過3.7億戶，比上年底增長3795.2萬戶。
　　以上數(shù)據(jù)足以說明移動設備資源無比巨大并呈上升趨勢，傳統(tǒng)有線網(wǎng)格計算要充分利用這類資源，把傳統(tǒng)網(wǎng)格計算的應用從科學領域向商業(yè)、政府、國防、民用領域擴展，實現(xiàn)真正意義上的全球網(wǎng)格計算。
　　可以說，雖然目前已經(jīng)有很多應用系統(tǒng)都采用了移動設備，但是，在軟件開發(fā)方面、后臺通信方面、信息共享方面并沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范，許多開發(fā)商處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)。如果將這些應用了移動設備的系統(tǒng)，用移動網(wǎng)格技術進行統(tǒng)一的話，將大大簡化這些應用系統(tǒng)的開發(fā)和實施，并進一步推廣網(wǎng)格技術的發(fā)展和普及^[4]。
　　在國內(nèi)，有不少高校已經(jīng)參與了有關移動網(wǎng)格的研究，也制定了相應的構架。在國外，許多公司和機構都非常熱衷于移動網(wǎng)格的研究，如Oracle、微軟等。HP公司對移動網(wǎng)格也作了比較深入的研究，并制定了Grid lite構架。隨著開放網(wǎng)格服務體系結構OGSA^[8]和Web服務資源框架WSRF的提出，單純面向科學活動的網(wǎng)格計算已經(jīng)真正開始轉(zhuǎn)向面向服務的信息網(wǎng)格。工業(yè)界開始積極參與網(wǎng)格研究并逐步起到主導作用。在工業(yè)界，以IBM、HP、SUN、Oracle等為代表的大型企業(yè)積極推出自己的網(wǎng)格計算方案和產(chǎn)品。
　　在國外，有很多傳統(tǒng)的網(wǎng)格項目，如美國的Cyberinfrastructure、英國E-Science計劃、德國網(wǎng)格Deutschland Grid/D-Grid項目、亞太地區(qū)網(wǎng)格ApGrid等^[5]，其中與移動網(wǎng)格項目有關的，值得關注的項目有：
　　2004年，歐洲委員會投資5200萬歐元(6300萬美元)用于研發(fā)項目SIMDAT，旨在推進其25個成員國之間的網(wǎng)格計算技術。其中大部分資金將投向四個項目：SIMDAT是運用數(shù)值模擬方法進行過程產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格技術，著重于汽車、宇航及制藥行業(yè)。NEXTGRID著力于在未來十年內(nèi)開發(fā)出一種新的網(wǎng)格計算體系。COREGRID則是為了將現(xiàn)有的網(wǎng)格研究團體聚合在一起。而AKOGRIMO^[9]的重點則在移動通信及IPv6(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6)。全球信息網(wǎng)格GIG是美國軍方支持的一個項目，主要應用于國家軍事領域，它支持所有的防御部門、國防安全以及相關的智能社團。GIG提供來自所有操作場所的能力。這些場所包括基地、郵局、露營地、工廠、移動平臺以及開發(fā)場地等，并提供各兵種協(xié)同作戰(zhàn)能力；韓國信息與通信部支持的K*Grid^[10]項目，它的目標是為工業(yè)和學術界提供一個強大的研究環(huán)境，在此項目中，對移動網(wǎng)格技術的研究構建在對大量移動設備的閑置資源進行利用，并開發(fā)一個移動網(wǎng)格平臺，研究范圍包括：對無線移動網(wǎng)絡、設備和技術、無線網(wǎng)格需求的分析，基于PDA和無線LAN技術的移動網(wǎng)格平臺的設計和實現(xiàn)。據(jù)解放軍報報道，中國首家軍事網(wǎng)格研究中心2004年5月28日在南京理工大學正式掛牌成立，它是由各種通信衛(wèi)星、通信飛機、作戰(zhàn)地域網(wǎng)等通信和計算機設施組成的廣域分布、無縫連接、動態(tài)開放的互聯(lián)網(wǎng)絡，這是移動網(wǎng)格具體的應用。
　　可以說，移動網(wǎng)格項目數(shù)量與傳統(tǒng)有線網(wǎng)格相比要少得多，而且正在研究的初步階段，還沒有一個成熟的應用。但傳統(tǒng)有線網(wǎng)格正逐步走向民用，下面是一個國內(nèi)網(wǎng)格走向民用的一個例子。
　　Gridmedia 網(wǎng)格媒體技術是清華大學網(wǎng)格傳媒信息技術研發(fā)中心研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的網(wǎng)絡傳媒技術。該技術大膽地將網(wǎng)格技術、Peer-to-Peer 技術和組播技術相結合，將網(wǎng)格計算與流媒體傳輸技術有機的結合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)超大規(guī)模環(huán)境下的高質(zhì)量音視頻傳輸，并能廣泛用于網(wǎng)絡電視臺、視頻點播、視頻聊天/會議、多媒體新聞發(fā)布、網(wǎng)絡視頻廣告展示等多媒體信息服務。目前，Gridmedia與央視國際cctv.com聯(lián)合推出Gridmedia公網(wǎng)測試版,用戶只要下載Gridmedia引擎，就可用Windows Media Player收看CCTV1等5個臺，畫面很流暢，這是網(wǎng)格技術在中國第一次為平民大眾服務的一個例子，雖然還處于測試階段，還存在一些問題，但這是普通大眾第一次領略了網(wǎng)格技術的魅力。而Gridmedia下一步的研究目標肯定是應用網(wǎng)格技術為廣大的移動用戶服務。
　　網(wǎng)格以后的應用發(fā)展趨勢是由從科學計算領域向商業(yè)、民用領域發(fā)展，為大眾提供娛樂服務、醫(yī)療服務、計費業(yè)務、消息提醒業(yè)務、功能評估業(yè)務、數(shù)據(jù)挖掘業(yè)務、保險業(yè)務等，而要使傳統(tǒng)網(wǎng)格的功能進行延伸，就不得不研究移動網(wǎng)格，使網(wǎng)格成為真正意義上的第三代互聯(lián)網(wǎng)。
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