网格技术在农业中应用前景分析

网格技术在农业中应用研究王文生中国农业科学院农业信息研究所目录引言网格技术简介网格技术在农业领域中的应用现状网格技术在农业领域的前景展望研究工作和成果2引言网格主要研究在分布、异构自治的网络资源环境下动态建构虚拟组织并实现跨自治域的资源共享与协同工作，资源的会聚和共享是网格最重要的特征，共享与协作是网格的根本理念。网格技术的应用逐渐渗透到各行各业，这对其在农业领域的应用是一个机遇和挑战。3目录引言网格技术简介网格技术在农业领域中的应用现状网格技术在农业领域的前景展望研究工作和成果4网格技术简介●网格定义网格是从电力网格中借鉴过来的一个概念，原本是希望计算力和计算资源能够像电力一样，“翻开电源开关就可以使用〞，不用去关心是谁、如何提供的这些效劳。不管是狭义还是广义的网格，其目的不外乎是要利用互联网把分散在不同地理位置的资源组织成一台“虚拟的超级计算机〞，通过对高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等各种资源的集成和管理，实现对资源共享与协同工作的支持。5网格技术简介●网格限定条件网格必须满足三个条件：1〕在非集中控制的环境中协同使用资源；2〕使用标准的、开发的和通用的协议和接口；3〕提供强大的效劳。6网格技术简介●

网格特点分布和共享分布性是网格的一个重要的特点。网格的分布性首先是指网格资源是分布的。组成网格的计算机、各种类型的数据库、文件资料以及其他各种设备和资源，分布在不同的地理位置，而不是集中在一起的。

因为网格资源是分布的，因此基于网格的计算一定是分布式计算而不是集中式的计算。在网格这个分布式环境下，需要解决资源与任务的分配和调度问题、安全传输和通信问题、实时性保障问题、人与系统以及人与人之间的交互问题等等。网格资源虽然是分布的，但是它们却是可以充分共享的，即网格上的任何资源都可以提供给网格上的任何用户。7网格技术简介●

网格特点2.自相似性自相似性在自然和社会现象中大量存在，一些复杂系统都具有这种特征，网格就是这样。网格的局部和整体之间存在一定的相似性，局部往往在许多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在局部也有一定的体现。8网格技术简介●

网格特点3.动态性和多样性网格的动态性包括动态增加和动态减少两个方面的含义。原来拥有的资源或功能，在下一个时间可能就会因出现故障而退出；而原来没有的资源，可能随着时间的推移会不断地参加进来。网格的设计与实现时，必须考虑新的资源能否很自然地参加到网格中来，并且可以和原来的资源融合在一起，共同发挥作用。网格的扩展性要求表达在规模、能力、兼容性等几个方面。9网格技术简介●

网格特点4.自治性和管理多重性网格上的资源，首先是属于某一个组织或者某一个人的，因此网格资源的拥有者对该资源具有最高级别的管理权限，网格应该容许资源拥有者对他的资源有自主的管理能力，这就是网格的自治性。网格的管理具有多重性，一方面它允许网格资源拥有者对网格资源具有自主性的管理，另一方面又要求网格资源必须接受网格的统一管理。10网格技术简介●

网格体系结构1.五层沙漏结构2.开放网格效劳体系结构11网格技术简介●五层沙漏结构特点以协议为中心也强调效劳与API和SDK的重要性随时间变化的动态的共享资源之间互操作实现互操作的协议建立在协议根底上的效劳上层开发API和SDK12网格技术简介●五层沙漏结构体系结构图13网格技术简介●五层沙漏结构构造层〔Fabric〕它向上提供网格中可供共享的资源，它们是物理或逻辑实体。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。连接层〔Connectivity〕它是网格中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各种资源间的数据交换都在这一层的控制下实现。各资源间的授权验证、平安控制也在这里实现。14网格技术简介●五层沙漏结构资源层(Resource)对单个资源实施控制，与可用资源进行平安结合、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。聚集层(Collective)将资源层提交的受控资源聚集在一起，供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制，聚集层提供目录效劳、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。15网格技术简介●五层沙漏结构应用层〔Applications〕这层是面向网格上用户的应用程序。应用程序通过各层的API调用相应的效劳，再通过效劳调用网格上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网格应用程序的开发，需要构建支持网格计算的库函数。16网格技术简介●

网格体系结构1.五层沙漏结构2.开放网格效劳体系结构17网格技术简介●开放网格效劳体系结构特点OGSA以效劳为中心具有统一的WebService框架WebService解决了发现和激活永久效劳的问题OGSA提出了网格效劳〔GridService〕的概念，可以支持临时效劳实例突破了科技应用领域Globus和WebService是两大支撑技术网格={网格效劳}18网格技术简介●开放网格效劳体系结构体系结构图19目录引言网格技术简介网格技术在农业领域中的应用现状网格技术在农业领域的前景展望研究工作和成果20网格技术在农业领域中的应用现状目前，网格技术在农业领域的应用主要集中在各个部门的独立研究中，还没有形成一个完善和大规模的农业网格。数字林业网格数字林业网格，这是资源环境领域另一个应用网格，由中国林业科学研究院等部门承担。该工程针对林业与生态环境建设工程的具体应用需求，利用网格技术，建立面向森林资源与林业生态工程的应用网格。国家数字林业应用网格，以资源共享、互联互通和协同工作有效地支持林业与生态环境领域的在线决策。通过在国家退耕还林工程中的应用示范，建立对我国森林资源和林业重点生态工程动态监测与评价的系统和平台。21网格技术在农业领域中的应用现状北京华大基因研究中心承担的生物信息应用网格的研究目标是：支持基因组数据库、蛋白组数据库、代谢数据库等综合数据库的高效查询；提供网格化的常用生物信息学软件工具，提供基因预测、组成分析、序列比对、重复序列查找、调控区预测、功能分类等计算效劳；整合文本、网页、电子邮件等多种来源的生物学信息，形成基因组学、生物信息学、蛋白质组学、药物设计等方面知识管理、信息共享、科研协作的平台。22目录引言网格技术简介网格技术在农业领域中的应用现状网格技术在农业领域的前景展望研究工作和成果23网格技术在农业领域的前景展望〔1〕1.利用网格技术集成和扩展现有的信息网络，促进信息共享现代信息网络建设是提高农业综合生产能力的一项重要根底工程,集成和扩展现有的信息网络，做好做精本部门的特色网站，然后在注册到农业信息网格中。这样一来，既可以减少各个农业信息网站的信息雷同，也可以节约人力和财力去维护雷同信息。网格技术可以把各个不同地方的不同系统的农业信息网站集成起来，逐步向实现资源的全面、有效、可控共享和效劳自动过渡，构建农业信息网格综合门户。所以，利用网格技术集成和扩展现有的信息网络是网格技术在农业领域应用的一个方向。24网格技术在农业领域的前景展望〔2〕2.利用网格技术集成和扩展现有的信息系统目前，每个孤立的管理信息系统〔MIS〕、决策支持系统〔DSS〕和专家系统〔ES〕，应用网格技术可以实现这些系统的互联，构造一个综合的农业信息系统综合平台，发挥系统综合应用效率。25网格技术在农业领域的前景展望〔3〕3.利用网格技术实现农业生产和研究设备的共享农业仪器设备的总体装备水平落后，资源封闭、分散，布局不合理，科学仪器设备仍然存在着部门单位所有、低水平重复购置现象，全国各个地方的经济开展水平不一，所以导致有的地方农业仪器设备闲置，而有的地方又没有农业仪器设备可用。在这种情况下，急需建立一整套合理的仪器设备资源共享机制和运作方案，将现有的仪器设备资源进行有效地共享，使其得到充分地利用。利用网格技术实现农业生产和研究设备的共享无疑会在农业仪器设备共享上发挥起重要的作用26网格技术在农业领域的前景展望〔4〕4.利用网格技术实现数字农业数字农业指的是将遥感、地理信息、全球定位系统以及电脑、通讯和网络、自动化设备等高新技术，与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等根底学科有机结合起来，对农作物发育生长、病虫害发生、水肥状况变化以及相应的环境因素进行实时监测。定期获取信息，建立动态空间多维系统，模拟农业生产过程中种种现象。到达合理利用农业资源、降低生产本钱、改善生态环境、提高农作物产量和质量的目的。事实上“数字农业〞是一个学术性很强的综合概念。近几年来，与“数字农业〞技术体系有关的理论根底与应用技术研究已经成为主要兴旺国家开展农业高新技术的侧重点，成为极其活泼的领域。根据网格技术的特点，可以把这些异构的资源统一起来为实现数字农业效劳。可以说，利用网格技术实现数字农业是值得期待和努力的。27目录引言网格技术简介网格技术在农业领域中的应用现状网格技术在农业领域的前景展望研究工作及成果28研究工作及成果成立了农业信息网格研究小组立足于国内外网格技术与数字农业的前沿领域，围绕农业根底信息体系、主要农产品供求信息分析、农业大型仪器与计算资源共享与利用、农业科技数据共享与利用、精准农业等方面，开展深入根底研究和应用根底研究，加强新技术创新和综合技术组装集成，为以网格技术为主的农业资源共享技术在农业领域的应用和稳定开展提供科学支持和技术储藏。29研究工作及成果●主要研究方向

网格技术农业网格中间件研究与开发农业网格应用系统研究与开发农业根底信息体系研究农业网格门户研究30研究工作及成果●已取得应用成果1.基于效劳的农业科研仪器网格系统以分布式仪器资源共享系统为研究对象，分析了国内外分布式仪器资源共享应用及相关技术的研究现状，提出并研究了农业科研仪器网格系统——AGS模型。该模型以Web工作方式将大型仪器设备和相关科技工作者连接起来，并结合数据存储、数据挖掘技术，利用可视化方法促进科技工作者之间的协作，为实现分布在Internet/Intranet上的仪器设备的通信、互操作和集成提供了一个可行性的框架。在此根底上引入WSDL、SOAP、UDDI、LDAP开放性的标准和技术标准，分析了该模型的体系结构、运行流程以及系统实现的关键技术。31已取得应用成果●

功能结构图资源层仪器封装仪器设备存储器封装海量存储器数据库中间件数据库服务层元目录服务分配管理服务数据存储服务用户管理服务应用支持层数据分析工具监控分析工具可视化支撑环境协同工作工具Web应用接口安全服务系统连接管理32已取得应用成果2.基于OGSA农业科技数据库集成方法根据GlobusToolkit和OGSA体系结构，通过对其结构和功能研究，提出农业科技数据库〔AST-DB〕集成的各环节设计；在开放式网格效劳体系结构中，如何“按需集成〞，完成对多种不同类型数据库集成。体系结构图如下页3334基于效