四、知識網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)
知識網(wǎng)格與數(shù)據(jù)網(wǎng)格的主要區(qū)別在于知識網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系更加復(fù)雜，它主要反映在如下幾個方面：數(shù)據(jù)對象的來源多樣化，數(shù)據(jù)對象的信息，即屬性更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)對象的知識，即數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，難以用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的二維關(guān)系來表達(dá)。有關(guān)知識網(wǎng)格的數(shù)據(jù)層次參見圖四[14]所示。
由圖四可以看出，知識網(wǎng)格對于網(wǎng)格通用服務(wù)的需求主要有如下幾個方面：（1）Filelds Containers Folders,這部分的功能可以由數(shù)據(jù)網(wǎng)格中的網(wǎng)格信息服務(wù)、通用資源訪問及代理服務(wù)等功能完成；（2）Storage(Replicas,Persistent IDs)的功能由數(shù)據(jù)網(wǎng)格的復(fù)制管理器完成；（3）Feature-based Query則是一個新的功能要求，它要求底層的通用網(wǎng)格服務(wù)，比如網(wǎng)格知識管理器中就需要Loadable Filters 這樣新的功能服務(wù)，因此，知識網(wǎng)格是與一般數(shù)據(jù)網(wǎng)格是不一樣的。
圖四知識網(wǎng)格的信息層次結(jié)構(gòu)
目前知識網(wǎng)格屬于智能信息處理的范疇，與它相關(guān)的內(nèi)容有語義網(wǎng)（Semantic Web）、知識管理（Knowledge Management）、知識本體（Ontology）、智能主體（Agents）、信息網(wǎng)格、一體化智能信息平臺等
五、WEB服務(wù)網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)
WEB服務(wù)網(wǎng)格[12]代表商業(yè)應(yīng)用的WEB服務(wù)技術(shù)（如IBM的Web Service，Microsoft的.Net等）與面向科學(xué)和工程領(lǐng)域的網(wǎng)格技術(shù)的相互融合。所謂的WEB服務(wù)就是以獨立于平臺的方式，通過標(biāo)準(zhǔn)的WEB協(xié)議，可以由程序訪問的應(yīng)用程序邏輯單元［17］。WEB服務(wù)主要是由IT公司如IBM、Microsoft、HP及SUN等在INTERNET上定義或規(guī)范的一個開放的，面向WEB應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。在這樣的網(wǎng)格系統(tǒng)中，一切皆是服務(wù)，系統(tǒng)的功能單元要么是服務(wù)的提供者，要么是服務(wù)的消費者，它的體系結(jié)構(gòu)參見圖五[17]所示。
圖五 面向服務(wù)的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)
Web服務(wù)網(wǎng)格大大地拓展了網(wǎng)格的應(yīng)用領(lǐng)域，并且給網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展注入更多的活力，它直接導(dǎo)致了OGSA(Open Grid Service Architecture)的誕生，在INTERNET上引入了商業(yè)性的網(wǎng)格服務(wù),為網(wǎng)格應(yīng)用展現(xiàn)出美好的前景。目前在企業(yè)界有這樣的趨勢:將現(xiàn)有的Internet/Web技術(shù)和網(wǎng)格技術(shù)相結(jié)合，把因特網(wǎng)上的資源整合成一臺超級服務(wù)器，有效地提供內(nèi)容服務(wù)、計算服務(wù)、存儲服務(wù)、交易服務(wù)、內(nèi)容分發(fā)（Contents Delivery）、服務(wù)分發(fā)（Service Delivery）、電子服務(wù)（e-service）、實時企業(yè)計算(Real-Time Enterprise Computing，簡稱RTEC)、分布式計算、Peer-to-Peer Computing、Web服務(wù)（Web Services）以及網(wǎng)上聯(lián)機游戲等等。
六、網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀
通過上述分析可以看出，不同應(yīng)用領(lǐng)域的網(wǎng)格有不同的結(jié)構(gòu)特征和功能特征，它們對網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的研究產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響，如數(shù)據(jù)網(wǎng)格直接擴展網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的功能單元，它在網(wǎng)格服務(wù)中增加了SQL Database Service功能單元;Web Service網(wǎng)格拓展了網(wǎng)格的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)更具代表性;知識網(wǎng)格則對原有的網(wǎng)格服務(wù)實施拓展，原有的功能服務(wù)中增加了loadable Filters服務(wù)等。
目前，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)從形式上講大概有四種主要形式：抽象層次結(jié)構(gòu)、積木塊結(jié)構(gòu)、概念空間結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)。在抽象層次結(jié)構(gòu)中，最重要最有代表性的就是五層沙漏結(jié)構(gòu)。五層沙漏結(jié)構(gòu)提出的比OGSA 要早，它是一種以“協(xié)議”為中心的結(jié)構(gòu)，強調(diào)協(xié)議在網(wǎng)格資源共享和互操作中的地位。五層結(jié)構(gòu)曾經(jīng)為網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展作出重要的貢獻(xiàn)，使人們認(rèn)識到了“網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)”是非常重要的。要開發(fā)網(wǎng)格就必須得先設(shè)計出合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。在五層結(jié)構(gòu)所提出的“協(xié)議”概念的基礎(chǔ)上，OGSA吸收Web服務(wù)的思想，提出“網(wǎng)格服務(wù)”的概念。人們在研究中發(fā)現(xiàn)，在許多情況下，復(fù)雜的服務(wù)或者應(yīng)用很難分解為標(biāo)準(zhǔn)而低級的基本協(xié)議，而且人們在解決問題時也不習(xí)慣于按照協(xié)議的方式來進(jìn)行，因此就提出了積木塊結(jié)構(gòu)的思想，通過對網(wǎng)格應(yīng)用與服務(wù)中最常見的基本構(gòu)造塊的定義，來設(shè)計網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，這和我們傳統(tǒng)的功能模塊的思想是非常類似的。積木結(jié)構(gòu)和層次抽象結(jié)構(gòu)具有一定的對應(yīng)關(guān)系，比如底層的構(gòu)造塊往往和層次結(jié)構(gòu)的底層相對應(yīng)，高級的功能塊往往和層次結(jié)構(gòu)的高層相對應(yīng)。另外一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法就是根據(jù)元數(shù)據(jù)、資源、服務(wù)、協(xié)議等概念的不同形成不同的概念空間，根據(jù)這些概念之間的關(guān)系形成網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，這一方法在數(shù)據(jù)網(wǎng)格中有具體的實例。這種結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)不是十分清晰，各部分的關(guān)系形成一個網(wǎng)狀圖，它強調(diào)的是各部分在概念上的關(guān)聯(lián)?；旌辖Y(jié)構(gòu)就是以上各種結(jié)構(gòu)的組合。下面就簡要介紹一下五層沙漏結(jié)構(gòu)和OGSA。
1．網(wǎng)格協(xié)議的結(jié)構(gòu)
目前網(wǎng)格協(xié)議的結(jié)構(gòu)以Ian Foster, Carl Kesselman和Steven Tuecke的五層沙漏結(jié)構(gòu)[13]最具代表性，其分層結(jié)構(gòu)參見圖六[13]所示。
（1） 構(gòu)造層（Fabric）：提供共享的資源，它們是物理或邏輯實體。
（2） 連接層（Connectivity）：它是網(wǎng)格中網(wǎng)絡(luò)事務(wù)處理、通信與授權(quán)控制的核心協(xié)議。
（3） 資源層(Resource)：對單個資源實施控制，實現(xiàn)資源注冊、資源分配和資源監(jiān)視。
（4） 匯集層(Collective)：資源匯集，供虛擬組織的應(yīng)用程序共享、調(diào)用。提供目錄服務(wù)、日程安排、資源代理、資源監(jiān)測診斷、網(wǎng)格啟動、負(fù)荷控制、賬戶管理等多種功能。
（5）應(yīng)用層（Applications）：通過各層的API調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)，再通過服務(wù)調(diào)用網(wǎng)格上的資源來完成任務(wù)。需要構(gòu)建支持網(wǎng)格計算的庫函數(shù)。
五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種以“協(xié)議”為中心的結(jié)構(gòu)，強調(diào)協(xié)議在網(wǎng)格的資源共享和互操作中的地位。為此根據(jù)與底層具體物理資源的距離，從下到上將網(wǎng)格劃分為五層，分別是構(gòu)造層（fabric），連接層（connectivity），資源層（resource），匯聚層（collective）和應(yīng)用層（application）。五層結(jié)構(gòu)的一個重要特點就是“沙漏”形狀，其原因就在于各層協(xié)議的數(shù)量是不同的，其最核心的部分，由于既要能夠?qū)崿F(xiàn)上層各種協(xié)議向自身協(xié)議的映射，同時實現(xiàn)自身協(xié)議向下層其它各種協(xié)議的映射，且核心協(xié)議在所有支持網(wǎng)格計算的地點都應(yīng)該得到支持，所以核心協(xié)議的數(shù)量不應(yīng)該太多，這樣核心協(xié)議就形成了協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中的一個瓶頸，在五層結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成這一核心的瓶頸部分。五層結(jié)構(gòu)曾經(jīng)為網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展作出重要的貢獻(xiàn)，使人們認(rèn)識到了“網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)”是非常重要的。要開發(fā)網(wǎng)格就必須得先設(shè)計出合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。
圖六 網(wǎng)格協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)
從圖六可以看出，網(wǎng)格系統(tǒng)由以下幾部分組成：
（1）網(wǎng)格資源層
是構(gòu)成網(wǎng)格系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，它包括各種計算資源，如超級計算機、貴重儀器、可視化設(shè)備、現(xiàn)有應(yīng)用軟件等，這些計算資源通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來。網(wǎng)格資源層僅僅實現(xiàn)了計算資源在物理上的連通，但從邏輯上看，這些資源仍然是孤立的，資源共享問題仍然沒有得到解決。因此，必須在網(wǎng)格資源層的基礎(chǔ)上通過網(wǎng)格服務(wù)（網(wǎng)格中間件層）來完成廣域計算資源的有效共享。
（2）網(wǎng)格通用服務(wù)
又稱網(wǎng)格中間件層或網(wǎng)格操作系統(tǒng)，是一系列工具和協(xié)議軟件，其功能是屏蔽網(wǎng)格資源層中計算資源的分布及異構(gòu)特性，向網(wǎng)格應(yīng)用層提供透明一致的使用接口，同時需要提供用戶編程接口和相應(yīng)的環(huán)境，以支持網(wǎng)格應(yīng)用的開發(fā)。
（３）網(wǎng)格應(yīng)用層
是用戶需求的具體體現(xiàn)，在網(wǎng)格通用服務(wù)的支持下，用戶可以使用其提供的工具或環(huán)境開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)。能否在網(wǎng)格系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)以解決各種大型計算問題是衡量網(wǎng)格系統(tǒng)優(yōu)劣的關(guān)鍵。
