（计算机应用技术专业论文）网格技术在信息门户中的应用研究.pdf

摘要 电子政务的长期建设目标是要建立一个能够覆盖各级政府部门、各类业务和 应用，跨越各个层次，紧密结合、集约管理的开放式电子化服务环境。政府信息 门户正是一个为整合内部资源，通过互联网展示统一部门形象的信息门户平台。 一个优秀的政府信息门户是电子政务取得成效的基础，也是“电子政府”的核心 组成部分和对外宣传的重要窗口。然而普通的信息门户只是把各个孤立的信息系 统，以门户的形式简单地联系在一起，其缺点是信息化系统的底层没有被打通， 仅是虚拟的整合。 网格被称为第三代因特网，它的目标是实现互联网上所有资源的全面连通， 如计算资源、存储资源、信息资源、知识资源等。它为政府信息门户中更深层次 的数据集成提供了强大的技术支持，为彻底消除系统中的信息孤岛提供了可能。研 究网格技术在政府信息门户中的应用具有很强的实用价值。 论文首先分析了现有政府信息门户的不足，进而提出了对网格技术的需求； 对信息网格环境下政务信息门户的设计进行了分析和研究；在网格标准o g s a 、 o g s i 和它的具体实现g t 3 2 的基础上，实现了一个政务信息集成和共享的原型 系统。该系统以网格服务为基本单元，采用g t 3 2 作为开发和运行平台，利用发布 订阅机制在服务之间传递信息，以加速审批等业务的处理；系统采用o g s a - d a i 实现政府信息资源的管理和共享，并以网格服务的形式提供给客户。最后通过对 原型系统的分析，提出了系统性能改进的方案。该系统利用网格环境提供的能力， 实现了系统集成和政务信息的共享。 关键字：网格，政府信息f q p ，开放网格服务体系结构，开放网格服务基础设施 ：耋三兰奎兰三兰至圭兰垒耋耋 a b s t r a c t t h el o n g t e r m d e v e l o p m e n t st a r g e t o fe - g o v e r n m e n ti se s t a b l i s ha n o p e n e l e c t r o n i cs e r v i c ee n v i r o n m e n t ，w i n c hc a nc o v e r sa l ll e v e l s g o v e r n m e n ts e c t i o n ， v a r i o u sb u s i n e s sw i t ha p p l y i n g ，s t r i d i n go v e re a c hl e v e lo f s t r u c t u r e ，c l o s ec o m b i n a t i o n ， i n t e n s i v e l ym a n a g i n g e n v i r o n m e n t g i pi se x a c t l ya ni n f o r m a t i o n p o r t a lf o ri n t e g r a t i n g i n t e r n a lr e s o u r c e s ，d i s p l a y i n gd e p a r t m e n tv i s u a l i z et h o u g h ti n t e r n e t a ne x c e l l e n tg i p i st h eb a s eo fe - g o v e r n m e n t a c h i e v i n gr e s u l t s ，a n d g i pi sa l s ot h ec o l eo f e - g o v e r n m e n ta n di si m p o r t a n tw i n d o wt op e o p l e b u tc o m m o n l yi n f o r m a t i o np o r t a l l i n k se a c hi s o l a t e di n f o r m a t i o ns y s t e mw i t ht h ef o r mo f p o r t a l i t sw e a k n e s si sb o t t o m l e v e lo fi n f o r m a t i o ns y s t e mw a s n ti n t e g r a t e d i t sav i s u a li n t e g r a t i o no n l y t h eg r i dw a sc a l l e dt h et h i r d g e n e r a t i o n i n t e r n e t i t s g o a l i st or e a l i z et h e a c r o s s t h e b o a r dc o n n e c t i o no fa l lr e s o u r c e si ni n t e r a c t ，s u c ha sc o m p u t er e s o u r c e s ， s a v i n gr e s o u r c e s ，i n f o r m a t i o nr c s o u r c 宅s ，k n o w l e d g e r e s o u r c e se t c g r i dt e c h n o l o g yh a s s t r o n gs u p p o r ta b i l i t y f o rp r o f o u n d e rl e v e ld a t ai n t e g r a t i o ni ng i p ，p r o v i d e st h e p o s s i b i l i t y f o r s o l v i n g i s o l a t e di s l a n do fi n f o r m a t i o n t h e r e f o r er e s e a r c ho fg r i d t e c h n o l o g ya p p l y i n g i ng i ph a s s l z o n ga n dp r a c t i c a lv a l u e t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z e dt h ed i s s e n to ft h ec u r r e n tg i p , t h e np u tf o r w a r dt o r e q u e s t o f g r i dt e c h n o l o g y , s t u d i e d a n d a n a l y z e d t h e d e s i g n o fg i po ng r i d e n v i r o n m e n t ，b a s e do nn e w 班d s t a n d a r do g s a ，o g s ia n di t si m p l e m e n t sg t 3 2 ，w e i m p l e m e n t e dap r o t o t y p es y s t e mo fg o v e r n m e n ti n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n ds h a r i n g t h e s y s t e mm a k e u s eo fg ms e r v i c ea sb a s eu n i t , a d o p t sg t 3 2a sd e v e l o p m e n ta n d r u np l a t f o r m ，u s e sp u b l i s h s u b s c r i b em e c h a n i s md e l i v e ri n f o r m a t i o nb e t w e e ns e r v i c e s s ot h a tc a na c c e l e r a t e st h ep r o c e s so fe x a m i n ea n da p p r o v e 。i tm a k eu s eo ft h e o g s a d a ir e a l i z e st h er e m o t ei n v o k i n ga n dt h eg o v e r n m e n ti n f o r m a t i o nr e s o u r c e s m a n a g e m e n t a n dp r o v i d e sc l i e n t s i nt h ef o r mo ft h e 豇ds e r v i c e t h es y s t e mf u u y u s i n g t h e c a p a c i t y o fg d de n v i r o n m e n t s u p p o r t e d ，c a ne a s i l y r e a l i z e s y s t e m s i n t e g r a t i o na n ds h a r i n gg o v e r n m e n ti n f o r m a t i o n k e y w o r d s ：g r i d ，g i p ，o g s a ，o g s i i i i 1 1 论文的研究背景 第一章绪论帚一早三= 酉下匕 电子政务是政府在国民经济和社会信息化的背景下，以提高政府办公效率， 改善决策和投资环境为目标，将政府的信息发布、管理、服务、沟通功能向国际 互联网上迁移的系统解决方案n ，。从世界范围来看，推进政府部门办公自动化、 网络化、电子化，全面信息共享已是大势所趋。在中国，大力发展电子政务的建 设也是中国深化改革、扩大开放的必然要求。国家领导对于电子政务给予了高度 的重视。 目前我国电子政务建设的主要特点是：政府上网和建立纵向的业务应用系统。 一方面，国家投入了大量资金，各级政府机构建设电子政务的积极性都很高，政 府网站数量快速增加；但另一方面，政府网站的社会应用水平却提不上去，条块 分割、信息孤岛的弊端难以解决。这种状况严重制约了电子政务的社会化应用， 对未来电子政务的顺利发展将造成极为不利的影响。 破除这种困境的出路在于大力发展政府信息门户( g i p ，g o v e r n m e n t i n ：f o r m a t i o np o r t a l ) 。在各政府部门的信息化建设基础之上，建立起跨部门的、综 合的业务应用系统，使公民、企业与政府工作人员都能快速便捷地接入所有相关 政府部门的业务应用、组织内容与信息，并获得个性化的服务，使合适的个体能 够在恰当的时间获得恰当的服务m m 。由于各地市的政府信息一般是分布存储的， 信息交换频繁，要建立跨部门的应用系统可采用同一数据库的大集中方式进行统 一管理，但这种方式成本高且灵活性差。 近年来出现的网格( g r i d ，又称栅格) 技术为政府信息门户的建立提供了新 的思路。通过建立网格，政府可以充分利用现有的各部门系统，最大限度地减少 各跨部门系统建设时的重复投资；快速应对新的跨部门系统建设的需求；满足相 关的安全标准和可控性的要求；整合和管理分散在各部门的信息化资源，实现网 络虚拟环境下的资源共享和协同工作；建设一个统一的、灵活的、有弹性的信息 化基础设施，为企业和政府的发展提供强有力的技术支持。随着网格技术的不断 成熟，以网格技术为基础的政府信息门户应用的前景将非常广阔。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 2 选题意义 如前所述，与以往任何时候相比，今天的政府机构更加依赖于一种跨机构和 部i - j 的对信息进行保护、集成和访问的能力。例如，为有效地应对城市安全或疾 病所面临的挑战，政府需要具备全面、及时和准确地掌握信息的能力，才能够在 应对危机时取得先机，并为决策和落实措施提供帮助。为帮助政府工作人员完成 此类任务，能够找到正确、相关的数据并对这些数据的访问进行管理将是非常重 要的。 由于现有的政府信息门户存在一系列的问题，因此它不能很好的满足新的政 务需求；网格技术的出现则为解决上述问题提供了一个可行的方案，因而研究基 于网格技术的政府信息门户是十分必要和有意义的。 政府信息门户是复杂的系统。政府信息门户的目标是实现一体化的政务信息 共享和显示，进而能够使得各部门能够协同进行工作。为了完成这个目标首先需 要对现有的政务信息进行有效的集成，因而对技术提出了更高的要求。网格和网 格技术对政府系统提供了有力的支持。网格是网络上可用的一组分布式服务资源， 它在最终用户或应用程序面前表现为一个大型虚拟计算系统。网格可以跨越地点、 组织、机器体系结构和软件边界，向连接到网格的每个人提供无限的能力、协作 和信息访问w 。网格提供了一系列的标准来解决异构、异种平台系统之间的集成 问题。网格的基础是基于x m l 的消息传递。它用x m l 来包装各种数据、消息在 各个系统之间进行信息交换。 网格是一项新兴的技术，研究网格技术在政府信息门户系统中的应用是一个 既有实用价值又有理论深度的问题。本课题希望通过学习、研究网格技术在政府 信息门户中的应用，总结经验，验证概念和技术，进而推广到各个系统中，使得 各地区和部门的政务系统能够达到无缝的集成，从而提高数据共享能力，大力推 动网格在我国政府信息化的建设。 1 3 国内外研究历史及现状 2 0 世纪9 0 年代初，根据网上主机大量增加，但其利用率却并不高的情况， 美国国家科学基金会将其4 个超级计算中心构筑成一个能够进行元计算 2 第一苹绪论 ( m e t a c o m p u t i n g ) 的整体。元计算的含义是通过网络，将计算资源连接起来，形 成对用户透明的超级计算环境。近年来元计算的这个术语已被网格计算所代替。 目前网格的研究主要在美国和欧洲。英国政府已投资l 亿英镑，用来研制“英 国国家网格( n kn a t i o n a lg r i d ) ”。美国政府用于网络技术基础研究经费则已达 5 亿美元。美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格 ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) ”，预计在2 0 2 0 年完成。作为这个计划的一部分， 美国海军陆战部队已启动了一个耗资1 6 0 亿美元历时8 年的项目，包括系统的研 制、建设、维护和升级。 就像随处可得的电源一样，网格可使得许多行业具有挑战性的问题得以完成 和实现。各种科研机构( 如t h eg l o b u sa n dl e g i o np r o j e c t ) 、商业机构( 如a v a k i 和p l a t f o r mc o m p u t i n g ) 等早已意识到了网格的重要性并在此作了很大投入。相 互合作是提升网格的必备条件，因此标准化的努力，如“g l o b a lg r i df o r u m ”和 “n e wp r o d u c t i v i t yi n i t i a t i v e ”等标准化机构已变得越来越重要了。以知名企 业c o m p a q 、i b b l 、s u n 、t t p 、a v a k i 和p l a t f o r m 为代表的跨国公司都已成为其会员。 尽管网格技术还远不如互联网和w e b 技术那么成熟，但一些公司和研究所已 经进入了使用或试验网格阶段。美国能源部的山地亚国家实验室最近宣布，他们 的“先进战略计算创新计划网格( a s c ig r i d ) ”主要用于核武器研究。美国国防部 和欧洲能源机构等都在两三年前先后开始采用网格技术。i b m 公司部署了一个内 部研究网格，以便于分散在美国、以色列、瑞士、等地的i b m 研究人员共享计算 资源。医药、化工、通信、电子、汽车等领域的一些大公司，如辉瑞、爱立信、 日立、宝马、联合利华、葛兰素威康、史克必成等，都已经开始构造和使用内部 网格m 1 。 网格技术在我国还处于研究阶段，目前已经完成的网格研究项目主要有清华 大学的先进计算基础设施a c i ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 和以中 科院计算为主的国家高性能计算环境n h p c e ( n a t i o n a lh i g hp e r f o r m a n c e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 。 目前正在进行的网格研究项目有“中国网格( c h i n ag r i d ) ”、“上海教育 科研网格”、“仿真网格”、“织女星网格”等等。另外，全国还有几十所大学 和研究机构已经开展各种网格研究。可以看出，网格研究正在国内迅速展开。 另据消息，教育部也将对网格研究进行大力支持。据说，教育部希望百所重 3 广东工业大学工学硕士学位论文 点高校拥有千亿次级别的高性能计算机，以提高科研水平。在这个基础上，建设 一个覆盖全国主要高校的网格是水到渠成的事m 。 1 4 论文的组织及主要工作 1 本文的主要工作如下： ( 1 ) 网格的概念、理论、体系结构和面向服务的软件体系结构的学习和研究。 网格是- - f l 新兴的技术，跟踪、学习和研究网格技术是一项很重要的内容。同时 网格以网格服务为基本单位，这是一种以服务为核心的体系结构。这里的服务可 以包括各种计算资料、存储资源、网络、程序、数据库等等。在网格中一切都是 服务。这是一种新的编程思想，逐渐成为分布式程序设计的主流。因而学习和掌 握此项技术是十分必要的。 ( 2 ) 实现了o g s a 环境下对异构政府数据库信息的存取。政务信息的存储 与处理是至关重要的。通过对现有政府信息门户系统的分析，我们发现这些系统 都具有数据分布式存储的趋势。据此我们利用o g s a 。d a i 来集成政府分布的异构 数据库信息。论文详细介绍了如何对数据进行操纵，并通过高速缓存技术和数据 压缩提高系统性能。 ( 3 ) 分析了如何将网格技术与政府信息门户相结合。本课题研究的主要目的 是如何以网格为平台开发政府信息门户应用。针对网格的特点，我们采用网格双 向的“订阅，通知”机制改进政府的事务处理过程，以提高政府机关的办事效率， 更好地为百姓服务。 ( 4 ) 提出对原型系统性能的改进方案。由于本系统主要采用j a v a 语言编写， 采用s o a p 技术作为通信手段，系统的执行效率比较低。采用高速缓存技术和压缩 技术可以提高系统的性能。 2 论文的章节及内容安排如下： 第一章介绍论文的研究背景及选题的意义、并对论文的主要研究工作做了说 明。 第二章介绍相关的工作。本章主要介绍了政府信息门户的定义，政府信息门 户在电子政务中的地位，国内外的应用状况，现有系统的缺陷及发展趋势。 4 第一章绪论 第三章简单介绍了一下网格技术。主要介绍了现行的网格标准开放网格服务 体系结构( o g s a ，o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 以及其技术基础w e b 服务， x m l 等相关概念，并详细剖析了开放网格服务基础设施( o g s i , o p e g r i ds e r v i c e i n f r a s t r u c t u r e ) 的具体实现g t 3 ( g l o b u st o o l k i t3 x ) 的结构。 第四章主要描述了原型系统的体系结构和关键实现技术。首先给出了系统的 体系结构，介绍了该系统所用的设计原则，并详细介绍了数据发布，订阅和数据集 成技术。 第五章是政府信息门户原型系统的实现。包括系统运行环境，如何在g t 3 2 环境下用j a v a 开发网格服务，如何在网格环境下对异构数据库进行访问，以及如 何在网格环境下对系统性能进行改进。 最后是结论。总结本文并对存在的不足加以分析，并指出下一步工作的方向。 第二章政府信息门户 第二章政府信息门户 本章主要介绍了政府信息门户的定义，政府信息门户在电子政务中的地位， 当前国内外应用状况及发展趋势。 2 1 政府信息门户 政府信息门户是一个实现资源整合、内外部交流沟通，同时把业务扩展到 i n t e r n e t 上的应用平台。它为用户提供一个访问政府各种信息资源的单一入口， 使政府能够释放存储在政府内部和外部的各种信息，使政府公务员、社会公众和 相关部门能够通过这个单一的渠道访问其所需的个人化信息、获得个性化信息服 务和进行政务活动，是管理、查询、日常业务运作和办公协作的公用平台m 。 政府信息门户与y a h o o 、s i n a 等门户网站或者企业所建的对外宣传和发布信 息的网站是不同的。无论是面对的使用者还是要解决的实际问题以及安全模式、 与业务系统的集成等方面都有较大的不同。但是，从信息门户的发展历程，我们 也可以看到这两者有存在着联系。 在初始阶段，门户实际上就是一些静态的网页，企业将相关的信息发布在这 些网页上；在此基础上，门户又将企业中可以为大家共享的文档集成进来，并增 加了高级的搜索功能，这在一定程度上实现了内容管理的功能；随后，一些工作 流、e m a i l 、人力资源管理、后勤管理的功能被纳入到信息门户中，使得信，s f 户 逐渐发展为企业运营的平台，在这个阶段信息门户的概念逐渐成型，其功能也比 较完善了；但是，随着业务应用系统的增多，如e r p 、c 脒、s c m 等，人们希望能 够透过信息门户获取其中的信息。于是，信息门户又逐渐成为与这些业务系统进 行交互的平台，再加上一些高级的个性化功能，此时的信息门户便已经逐渐成为 完善的门户。 政府信息门户虽然在我国已经开始受到关注，但是就目前的现实情况来看， 我国在政府信息门户的建设方面还存在着很多问题。从有关的电子政务建设规划 来看，我们对政府信息门户的性质、特点、作用还缺乏清楚的了解，将政府信息 门户等同于一般的政府网站，对政府信息门户与电子政务建设的其他相关问题也 6 广东工业大学工学硕士学位论文 未做出明确的安排。 2 2 政府信息门户在电子政务中的地位 政府信息门户已经成为电子政务发展的一种基本形式，即通过一个信息门户 可以进入到政府的所有部门，或者可以进入任何一个由政府向用户所提供的服务 项目w 。对于那些需要几个政府部门同时介入才能完成的事务处理，这种信息门 户对用户来说极为方便。这种通过信息门户形成的用户与政府的互动，使得对于 用户来说，政府的纵横交错的官僚结构是”看不见的”，或者说是“不存在的”。用 户只需要在网上完成他所需要的与政府互动的事务处理，根本不需要知道在这件 事情完成的过程中，他与哪些政府部门、哪些政府官员打过交道。这种通过信息 门户实现用户与政府互动的形式，为政府形态由工业社会向信息社会的改造提供 了一个过渡的机会。 美国联邦政府已经建立的一个这样的信息门户是f i r s t g o v 。这是庞大而复杂 的美国联邦政府向居民提供的第一个简单的，便于使用的，单点进入联邦政府的 信息门户。通过这个信息门户，居民可以进入大约二万个联邦政府各个部门的网 站，搜索大约三千万个网页。信息门户按行政、立法、司法提供1 6 个主题的分类 政府信息，并且可以完成一些简单的，风险不大的业务处理。这个门户目前每天 大约有一万二千个访问者，被浏览的网页达每日十万页以上”。加拿大政府的门 户网站，即w w w c a n a d a g e c a ，也是一个比较成功的例子，它将用户分为居民、 企业、及非加拿大公民三类，各类人员可以按照自己的需要找到加拿大政府所能 提供的相应的服务项目。 纵观各国电子政务的发展状况，目前电子政务的建设主要是集中在政府的办 公自动化信息和一些网上服务。例如，在线教育、在线健康咨询、电子申办、电 子报税、电子采购、电子支付、电子数据库及在线出版、公共信息站等的应用。 近年来，世界各国以调整政策法规和促进政府服务电子化为突破1 2 1 ，加快”电子政 务“的建设步伐。把”电子服务供给”( e s d ) 作为电子政务的核心，纷纷制定本国的 e s d 目标，并且有些国家( 如英国等) 对服务电子化过程还有定期的监测和评估。 2 0 0 1 年在联合国的1 9 0 个成员国里，已经有8 8 的国家建立了政府相关网站，并 实施了某种形式的电子政务服务。但是，还有2 5 以上的国家仅停留在提供静态 耋三兰壁窒篁垦望皇 的、不充足的信息性服务阶段，即仅仅是政府公开信息发布、政府机构介绍等， 缺乏以客户为中心的理念，主要表现在亚洲、加勒比海及非洲等一些国家。而在 欧洲、北美及南美等一些发达工业国家，很多都实现了互动性甚至事务性的服务， 许多国家都建立了一站式的门户网。事务处理是电子政务最核心的应用目标之一， 在这个阶段，用户可以完成与政府交易的一个完整过程。经济合作与发展组织 ( o e c d ) 成员国大都建立了单一的门户入口，英国与新加坡还采用了用户i d 进入 系统。在这些国家中，都倡导”以客户为中。1 1 , ”的服务理念。所有的内容都随着用 户的需求而做出及时更新。澳大利亚、英国、爱尔兰、巴西及美国等都为用户提 供了一个简洁的导航门户，以便进行交易处理n o ，。 2 3 当前的应用状况 根据联合国教科文组织在2 0 0 0 年对6 2 个国家( 3 9 个发展中国家，2 3 个发达 国家) 所进行的调查，8 9 的国家都在不同程度上着手推动电子政务的发展，并 将其列为国家级的重要事项。按照联合国经济与社会事务部掌握的数据，1 9 9 6 年， 全球只有不到5 0 个政府部门建立了自己的网站；丽到2 0 0 2 年，全球已经开通了 5 万个政府网站。事实上，电子政务已经迅速地列入了所有工业化国家的政治日 程。 国际上著名的a c c e n t u r e 咨询公司，曾就2 0 0 1 、2 0 0 2 年电子政务在2 3 个国 家和地区的发展情况做过一个调查研究，并将这2 3 个国家和地区按电子政务发展 的成熟程度依序分成四个类别： 创新和领先的国家：加拿大、新加坡、美国： 发展较好的国家：澳大利亚、丹麦、英国、芬兰、中国香港、德国、爱尔兰、 荷兰、法国、挪威； 稳步进展的国家：新西兰、西班牙、比利时、日本； 正在打基础的国家：葡萄牙、巴西、马来西亚、意大利、南非、墨西哥。 当然，这个研究尚没有包括像中国、印度、埃及等这样一些发展中国家，也 没有包括俄国与东欧一些经济转型国家n “。 我国政府信息化经过近2 0 年的发展，已经取得了阶段性的成果：各类政府机 构r r 应用基础设施建设已经相当完备，网络建设在“政府上网工程”的推动下已获 广东工业大学工学硕士学位论文 得了长足的进展，大部分政府职能部门如税务、工商、海关、公安等部门都已建 成了覆盖全系统的专网。办公自动化、管理信息化的水平不断提高，适应政府机 关办公业务和辅助领导科学决策需求的电子信息资源建设初具规模m ，。到2 0 0 4 年 为止，全国2 5 7 个地市级城市中已经有9 0 的城市建立了自己的政府网站。 2 4 实施所面临的问题 目前，在我国多数的地方，政府的委、办、局等机构都有自己的内部办公系 统。但由于没有统一的战略规划，财政、税务、工商、水利、统计等各个业务部 门的业务应用软件系统存在着所采用的平台技术、数据库技术、网络技术、接口 技术等各种技术千差万别的问题。据统计，我国各级政府掌握着3 0 0 0 多个数据库 和8 0 的社会信息资源，但能互相连接的数据库不到3 0 n m 。在实施电子政务应用 中面临着诸多的问题，其主要包括以下几个方面： 1 复杂的且隔离的信息网络形成了信息流通的障碍； 2 相对孤立的政务应用软件体系无法适应需整体协作的政务运作体系； 3 离散的数据资源形成了各自为政的数据孤岛，造成政府业务部门信息资源 开发分散、综合利用共享程度低、存在信息孤岛等现象。 解决跨平台、跨异构的应用软件系统是实旌电子政务的主要瓶颈之一。 2 5 发展趋势 上世纪末到本世纪初，随着网格技术的发展和成熟，越来越多的国家开始在 建设自己的电子政务系统中采用网格技术。其中最为著名的是美国华盛顿特区的 应急指挥系统。 2 5 1 美国华盛顿特区的应急指挥系统 美国华盛顿特区的应急指挥系统采用了网格计算技术，以逐步实现华盛顿特 区所在的三个州的消防、警察、交警、救护等的相关部门之间异地数据库和异类 信息系统的共享与协作。该系统可以使超过4 0 个地方、州和联邦政府部门的官员 和其他被授权的应急人员在突发事件时通过无线上网的方式获取不同政府部门的 9 第二章政府信思门户 数据，并进行实时的联络，从而帮助这些“第一响应方”和负责公共安全的官员及 时做出相关的决策n “。 9 1 1 事件爆发。面对突然发生的恶性恐怖袭击，美国政府“应急指挥系统” 紧急启动，第一时间善后遭袭现场的同时，白宫紧急内阁成立，迅速协调国家各 个系统，取得联动反应。当然，这其中的过程和环节是相当复杂的，但仅从股市 这一个侧面我们已经可以充分地看到了面对突发性危机时，基于网格的“应急指 挥系统”表现出了最快的反应速度和最妥善的应对方法。 遭袭当日，美国股市联邦交易所旋即宣布紧急闭市，随后美国财政部长奥尼 尔曾发表公开讲话，号召大家对美国股市要有信心；美国证券交易委员会( s e c ) 也给各大证券公司打招呼，希望它们在一定程度上起到稳定市场的作用，当天联 邦基金利率旋即下调。之后紧接着，s e c 出台紧急举措：允许各大证券公司联合 进入市场，互相沟通消息，如果哪只股票出现问题，各大证券公司可联合持有这 只股票，将价格托升。6 天后，美国股市复市，财政部长、纽约市市长、证券交 易所董事长等一起视察交易所，继续鼓励投资者要对美国股市有信心。一系列有 条不紊地举措都表明在突发性危机的面前，政府并未束手无策。事实说明，网格 技术在电子政务中的应用取得了巨大的成功。 2 5 2 国内发展趋势 我国电子政务系统的发展大体经历了单系统分散建设时期和一体化发展阶 段，目前也在向信息网格转变。 为了实现上海成为国际经济、金融、贸易和航运中心之一的跨世纪发展目标， 上海市政府与i b m 中国公司进行了合作，双发经过多次探讨，一致认为建立一个 城市网格是上海市政府实现全面推进城市信息化发展战略的一条很好的途径。它 可以帮助上海市政府整合和管理分散在各部门的信息化资源，实现网络虚拟环境 下的资源共享和协同工作，提高政府本身的工作效率、管理水平和保护公众的能 力，改善为企业和市民的服务；它还可以提高并拓展各部门现有信息化资源的效 率和利用率，为需要相关资源的政府部门和企业提供价廉物美的信息技术服务， 帮助他们解决以前由于资源短缺而无法解决的问题，从而降低投资、运营和维护 成本。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 0 0 3 年7 月，上海市政府与m m 中国公司正式签署了网格计算合作谅解备忘 录。m m 借助网格计算技术，进一步推动了上海市政府的电子政务建设，这标志 着电子政务发展到一个新阶段。上海市政府与i b m 签署网格计算合作，也是国内 利用网格计算技术推动电子政务发展的先例n 一。 综上可以看出，信息网格已经成为各国建造电子政务系统的首选。因此有必 要对网格技术进行学习研究。目前网格的标准是开放网格服务体系结构( o g s a ) ， 我们在下一章进行详细讨论。 第三章网格技术 第三章网格技术 3 1 网格的内涵 网格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池m ，。网格能够 充分吸纳各种计算资源，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时 还是经济的计算能力。除了各种类型的计算机，这里的计算资源还包括网络通信 能力、数据资料、仪器设备、甚至是人等各种相关的资源。我们可从以下三方面 理解网格概念： 第一，从概念上，网格的目标是资源共享和分布协同工作。网格的这种概念 可以清晰地指导行业和企业中各个部门的资源进行行业或企业整体上的统一规 划、部署、整合和共享，而不仅仅是行业或大企业中的各个部分自己规划、占有 和使用资源。 第二，网格是一种技术。为了达到多种类型的分布资源共享和协作，网络计 算技术必须解决多个层次的资源共享和合作技术，将i n t e r n e t 从通讯和信息交互 的平台提升到资源共享的平台。但是目前并行计算、分布计算中间件等现行技术 远远没有解决多组织之间资源的共享问题，以及广域范围的多系统之间联合处理 和计算等网格计算所面临的关键问题。因此，网格计算技术研究具有独特性、紧 迫性和挑战性。 第三，网格是基础设施，是通过各种网格综合计算机、数据、设备和服务等 资源的基本设施。这种设施的建立，将使用户如同今天我们按需使用电力一样， 无需在用户端配套大量的全套计算机系统和复杂软件，就可以简便地得到网格提 供的各种服务。这样，设备、软件投资和维护开销将大大减少。 3 2 开放网格服务体系结构 开放网格服务体系结构o g s a ( o p e l l g r i ds e r v i c e sa r e h i 坨c t u r e ) 是全球网格 论坛g g f 4 ( g l o b a lg r i df o r u m ) 于2 0 0 2 年2 月通过的重要标准建议“”，是继五 层沙漏结构之后最重要，也是目前最新的一种网格体系结构。 广东工业大学工学硕士学位论文 3 2 1 o g s a 的基本思想 3 2 1 1 以服务为中心的模型 o g s a 最突出的思想就是以“服务”为中心。这里的服务是指具有特定功能的 网络化实体。在o g s a 框架中，将一切都抽象为服务，包括计算机、程序、数据、 仪器设备等。这种观念十分有利于灵活、一致、动态的共享机制的实现，使得分 布式的网格系统有了标准的接口和行为。 为了使服务的思想更加明确和具体，o g s a 定义了网格服务( g r i d s e r v i c e ) 的概念。网格服务是w e b 服务的扩展，该服务提供了一组接口，使得它可以支持 服务发现、动态服务创建、生命期管理、通知机制等。网格从某种意义上说可以 看作是可扩展的网格服务的集合。网格服务可以以不同的方式聚集起来满足虚拟 组织的需要，虚拟组织自身也可以部分地随着它们的操作和共享的服务来定义n ”。 以网格服务为中心的模型具有如下好处： 1 由于网格环境中所有的组件都是虚拟化的( v i r t u a l i z e d ) ，因此，通过提 供一组相对统一的核心接口，所有的网格服务都基于这些接口实现，就可以很容 易地构造出具有层次结构的、更高级别的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层 次，以一种统一的方式来看待； 2 虚拟化也使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为可能，在 对服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以底层资源组成为基础，在虚拟组 织( v i r t u a l0 r g a n i z a t i o n ) 中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化，可以将 通用的服务语义和行为，无缝地映射到本地平台的基础设旌上。 3 2 1 2 统一的w e b 服务框架 w e b 服务描述了一种新出现的、重要的分布式计算模式，是在因特网上进行 分布式计算的基本构造块，通过开放的标准和基于x m l 的信息交换，w e b 服务 成为应用集成的平台。w 曲服务定义了一种技术，用户描述被访问的服务、访问 服务的方法以及找到相关服务提供者的发现方法，w e b 服务使应用程序可以用与 平台无关和与编程语言无关的方式进行相互通信“。 第三章网格技术 w e b 服务提供了一种基于服务的框架结构，但是，w e bs e r v i c e 面对的一般 都是永久服务，而在网格应用环境中，大量的是临时性的短暂服务，比如一个计 算任务的执行等w 。考虑到网格环境的具体特点，o g s a 在原来w e b 服务概念的基 础上，提出了“网格服务( g r i ds e r v i c e ) ”的概念，用于解决服务发现、动态服 务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。o g s a 是符合标准的w e b 服务框架的。 3 2 2o g s a 的关键技术 o g s a 构成的两大技术是w e b 服务和开放网格体系结构( o p e ng r i d a r c h i t e c t u r e ) 。w e b 服务是一个标准的存取网络应用的框架，o g s a 对其进行扩 充，提供网格服务概念。开放网格体系结构则着眼于通过构建动态的虚拟组织( v o ， x r m u a lo r g a n i z a t i o n ) 来达到数据和计算资源的共享“1 。 3 2 2 1w e b 服务 w e b 服务在网络上实现了特定的任务或者是一系列任务的接口的集合。它基 于x m l 技术来对服务进行访问、描述和传递消息。如果说w e b 是为了程序和用 户的交互，那么w e b 服务的目标是实现程序和程序的交互。 1 w e b 服务模型 w e b 服务体系结构是基于三种角色之间的交互，分别是服务提供者、服务注 册中心和服务请求者。交互涉及发布、查找、绑定等操作。这些角色和操作一起 作用于w e b 服务构件：w e b 服务软件模块及其描述。服务提供者提供w e b 服务、 定义服务描述并发布到服务注册中心，服务请求者使用查找操作从本地或服务中 心检索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用w e b 服务实现 或同他交互。下图显示了这些操作、提供这些操作的组件及他们之间的交互。1 。 1 4 广东工业大学工学硕士学位论文 2 w e b 服务的协议栈 图3 1w e b 服务模型 为了实现上述w e b 服务模型中的发布、查找、绑定等操作，需要定义一系列 分层的协议规范。w e b 服务的协议栈结构如下图： 图3 2w e b 服务的协议栈 服务发现：这一层用来发现w e b 服务，来满足自己的需求。通常是由u d d i 来处理的。耳前g t 3 还没有支持u d d i 。 服务描述：对w e b 服务进行自我描述。它使用w s d l 来进行服务描述。 服务调用：这一层的实质是基于皿。的消息传递。当前基于x 2 d l 消息传递 的行业标准是s o a p 。s o a p 是一种简单的、轻量级的基于x m l 的机制，用于应 用程序之间进行结构化数据交换。s o a p 可以和各种网络协议相结合使用。当然 我们可以使用其他的基于x m l 的消息如x m l 砌等。 传输层：用来传送客户端和服务器之间的消息。这一层使用的协议通常是 第三章网格技术 哪p 协议。理论上，我们可以使用任何网络协议，如f r p ，s m t p ，i i o p 等， 但目前使用最广泛的是h t t p 协议。 3 w e b 服务的相关标准与技术 在w e b 服务协议栈中，涉及了数据、消息、服务和注册库的描述定义，这些 要用到具体的标准技术，包括x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i 等。其中x m l 用来 描述不同层次的数据，它使得不同平台、不同环境中的数据和消息得以互通： s o a p 协议用来交换x m l 消息；w s d l 用来统一描述服务；u d d i 提供了统一的 框架和编程接口，与w s d l 、s o a p 相互结合来管理w e b 服务，提供服务发布和 服务发现能力。 ( 1 ) 扩展标记语言( x m l ) x m l 是对信息进行自我描述的一种新语言，也是一种元语言。x m l 包含一 组基本规则，任何人都可以利用这种规则创建针对特定应用领域的标记语言。这 些标记不是描述信息的方式，而是描述信息本身，因此，x m l 实际上是一种开放 式的标准体系。x m l 以其良好的数据格式、可扩展性、高度结构化、便于网络 传输等优势在许多领域一展身手，不仅能满足不断增长的网络需求，而且还能确 保在通过网络进行交互时具有良好的可靠性和互操作性ww ， x m l 是w e b 服务的核心技术，它为w e b 服务提供了统一的数据格式，包括 消息、服务描述以及工作流描述等不同层次协议都采用x m l 作为定义语言。因 此，常常把w e b 服务称为x m lw e b 服务。在一定程度上可以说，是x m l 奠定 了w e b 服务革命的技术基础wm 。 ( 2 ) 简单对象访问协议( s o a p ) 简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 是序列化调用位于远程系 统上的服务所需信息的标准方法，这些信息可以使用一种远程系统能够读懂的格 式通过网络发送到远程系统，而不必关心远程系统运行于何种平台或者使用何种 语言编写。s o a p 以x m l 格式提供了一个简单、轻量的用于在分散或分布环境中交 换结构化和类型信息的机制。s o a p 本身没有定义任何应用程序语义，它通过一个 有标准组件的包模型和对模块中特定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语 义w 。这使s o a p 可用于联合各种现有的网络协议和格式，包括h t t p 、s n t p 和m i m e ， 1 6 耋奎三些奎兰三兰堡圭耋竺兰銮 并可被用于消息传递到r p c 的各种系统。 借助x m l 和s o a p ，集成和交互的问题将从层次上被简化。x m l 提供了跨 平台的数据编码和组织方法，而s o a p 建立在x m l 之上，定义了一种跨系统平 台的信息交互的简单包装方法。绑定于h t t p 之上的s o a p 协议，可以跨平台、 跨操作系统进行远程过程调用，实现了编程语言和系统平台的无关性，从而大大 简化了不同企业系统之间的交互问题。 ( 3 ) w e b 服务描述语言( w s d l ) w e b 服务描述语言( w s d l ) 和s o a p 一起构成了w e b 服务的核心结构单元。w s d l 基于x m l 格式，用来描述w e b 服务。它描述了w e b 服务可以执行的操作以及w e b 服务可以发送或接收的消息格式。w s d l 文档可以看成是客户端和服务器之间的一 个协约。使用w s d l 工具，系统可以自动处理这个过程，几乎不用手工编写