導(dǎo)語：網(wǎng)格技術(shù)發(fā)展方向探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

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

關(guān)鍵詞網(wǎng)格網(wǎng)格計算服務(wù)網(wǎng)格；

1引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一次計算革命，有可能將全球計算機(jī)聯(lián)合起來協(xié)同工作，被人們視為21世紀(jì)的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。網(wǎng)格的概念來源于電力網(wǎng)格，如電力網(wǎng)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(wǎng)格技術(shù)可把分布在各地的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，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(jī)一樣。但網(wǎng)格不是萬能技術(shù)，不是所有問題都能解決，只有那些能并行運算的應(yīng)用才可能被拆成若干細(xì)小任務(wù)分配到每個網(wǎng)格計算節(jié)點，通過并行處理來提高計算速度。

網(wǎng)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(wǎng)格”或“計算網(wǎng)格”。這類研究的目標(biāo)是將跨地域的多臺高性能計算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、貴重科研設(shè)備、通信設(shè)備、可視化設(shè)備和各種傳感器整合成一個巨大的超級計算機(jī)系統(tǒng)，支持科學(xué)計算和科學(xué)研究。

2國外網(wǎng)格技術(shù)研究動向

2.1美國的網(wǎng)格技術(shù)研究

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

(1)TeraGrid

美國國家科學(xué)基金會TeraGrid計劃是一個需要多年分段實施的，為開放式科學(xué)研究而建立和使用的世界上最大、最全面的分布式基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲能力，并建成了能融合許多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可通過GlobusToolkit支持基于網(wǎng)格的計算，提供諸如基于證書的單個注冊和分布應(yīng)用管理、TeraGrid資源恢復(fù)、對用戶軟件結(jié)構(gòu)的持續(xù)監(jiān)控和TeraGrid的協(xié)同能力等。

(2)全球信息網(wǎng)格(GIG)

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

(3)大型物理實驗網(wǎng)格(GriPhyN)

GriPhyN是由實驗物理學(xué)家和IT研究人員共同發(fā)起的，其目標(biāo)是為21世紀(jì)的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)構(gòu)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(wǎng)格(PVDG)”的計算環(huán)境來滿足全球各地成千上萬的科學(xué)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(jī)科學(xué)研究，最終形成一系列產(chǎn)品型的數(shù)據(jù)網(wǎng)格。

2.2歐洲的網(wǎng)格技術(shù)研究

歐洲近來啟動了一系列網(wǎng)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(wǎng)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(xué)探索的全新環(huán)境。該計劃旨在設(shè)計并開發(fā)中間件解決方案和可擴(kuò)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(xué)、地球科學(xué)和生物信息科學(xué)等科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)SIMDAT計劃

SIMDAT是歐洲的一個大型網(wǎng)格研究計劃。該計劃的目標(biāo)是利用數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)格技術(shù)來開發(fā)解決工業(yè)復(fù)雜問題的方案。主要用于國際經(jīng)濟(jì)的四個重要領(lǐng)域：汽車制造、制藥、太空研究和氣象研究。該項目的7個網(wǎng)格技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域包括(除了一般的網(wǎng)格結(jié)構(gòu))：分布式數(shù)據(jù)訪問、VO管理、工作流、實體論、分析服務(wù)和知識服務(wù)。

(3)NextGRID計劃

NextGRID是面向工商業(yè)領(lǐng)域建立的下一代網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)。該計劃針對的是廣泛的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)鏈管理。研究和開發(fā)領(lǐng)域包括：網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、核心服務(wù)以及動態(tài)聯(lián)合體和網(wǎng)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(wǎng)格結(jié)構(gòu)和服務(wù)。

包括兩個測試床：E—Learning和Hospital。該計劃在下一代網(wǎng)格使用的分層方法有：域和應(yīng)用專門服務(wù)、復(fù)雜的網(wǎng)格服務(wù)、核心網(wǎng)格服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)中間件和移動互連網(wǎng)。該技術(shù)在下一代Ipv6網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建立下一代網(wǎng)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(wǎng)格是一個研究網(wǎng)絡(luò)，主要用于大規(guī)模分布式網(wǎng)格和對等技術(shù)的基礎(chǔ)建設(shè)、軟件基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)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(wǎng)格技術(shù)研究最積極的是英國、荷蘭、意大利與德國。研制“英國國家網(wǎng)格”。

2.3日本的網(wǎng)格技術(shù)研究

日本認(rèn)為網(wǎng)格計算技術(shù)將極大地改變?nèi)毡镜漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，成為激活經(jīng)濟(jì)的原動力。目前，日本主要在進(jìn)行國家研究網(wǎng)格計劃(NAREGI)和生物網(wǎng)格計劃(BioGrid)的研究。(2)生物網(wǎng)格計劃(BioGrid)

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

·網(wǎng)格基礎(chǔ)技術(shù)組：主要進(jìn)行安全、高性能的網(wǎng)格技術(shù)開發(fā)；

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

·計算網(wǎng)格技術(shù)組：研究開發(fā)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測及各種生物模擬技術(shù)；

·數(shù)據(jù)網(wǎng)格組：主要任務(wù)是各種生物數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)的研發(fā)；

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

3中國網(wǎng)格技術(shù)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(wǎng)格的建設(shè)也十分關(guān)注，同時在網(wǎng)格計算方面做了大量基礎(chǔ)性和前瞻性研究工作。并在863專項中提出了具體的目標(biāo)。專項確立了“戰(zhàn)略與系統(tǒng)綜合研究”、“高性能計算機(jī)”、“網(wǎng)格結(jié)點”、“網(wǎng)格軟件”和“應(yīng)用網(wǎng)格”五個方面的課題。主要任務(wù)是研制面向網(wǎng)格的每秒萬億次級高性能計算機(jī)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(chǎn)權(quán)的網(wǎng)格軟件；建設(shè)科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和國防建設(shè)急需的重要應(yīng)用

網(wǎng)格；形成若干網(wǎng)格技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)，參與制定國際標(biāo)準(zhǔn)。

目前，我國已開展了“中國國家網(wǎng)格”、“教育科研網(wǎng)格”、“織女星網(wǎng)格”和“先進(jìn)計算基礎(chǔ)設(shè)施北京、上海試點工程”等五大網(wǎng)格項目的研究。參與研究的主要有中科院計算所、清華大學(xué)、聯(lián)想集團(tuán)、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(wǎng)格(ChinaNationalGrid)

“中國國家網(wǎng)格”是國家級高性能計算和信息服務(wù)的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，它將在全國范圍內(nèi)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(wù)。專項于2002年4月啟動，投資高達(dá)3億人民幣，目標(biāo)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(xué)研究、環(huán)境資源、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)中建設(shè)若干大型行業(yè)應(yīng)用網(wǎng)格；并研制面向網(wǎng)格計算，具有良好的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的高性能計算機(jī)，裝備網(wǎng)格結(jié)點，促進(jìn)我國高性能計算機(jī)的研究和產(chǎn)業(yè)化。

(2)“教育科研網(wǎng)格”(ChinaGrid)

教育部依托教育與科研網(wǎng)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(yīng)的網(wǎng)格軟件，配合網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)(NC)的使用，將分布在教育與科研網(wǎng)格上自治的分布異構(gòu)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(wǎng)格，總存儲容量超過260TB，結(jié)點覆蓋211建設(shè)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(wǎng)格的主結(jié)點，提供具有高性能計算、資源共享、協(xié)同工作的服務(wù)平臺。每個主結(jié)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(dá)到5TB的超級計算結(jié)點，并通過相應(yīng)的計算網(wǎng)格軟件將分布在12個主結(jié)點的高性能計算機(jī)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(wǎng)格”(VegaGrid)“織女星網(wǎng)格”是由中科院計算所聯(lián)合國內(nèi)十幾家科研單位，共同承擔(dān)的“863”重點項目。該項目的目標(biāo)是：把我國的8個高性能計算中心通過Internet連接起來，進(jìn)行統(tǒng)一的資源管理、信息管理和用戶管理，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出多個需要高性能計算能力的網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)。它是我國的第一個網(wǎng)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(dá)每秒4萬億次以上，主要用作“中國國家網(wǎng)格”的主機(jī)、網(wǎng)格應(yīng)用路由器和“織女星”網(wǎng)格操作系統(tǒng)等?！翱椗蔷W(wǎng)格”主要研究內(nèi)容如下：

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

在網(wǎng)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(wǎng)格計算協(xié)議棧(GridComputingProtocolStack)以及有效支持GCP的“織女星”網(wǎng)格操作系統(tǒng)(VegaGOS)；

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

4結(jié)束語

網(wǎng)格計算技術(shù)是一個正在迅猛發(fā)展的新興學(xué)科。從生物領(lǐng)域的后基因組計劃，到高能物理領(lǐng)域更深層次物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，再到哈勃望遠(yuǎn)鏡所獲取的大量宇宙數(shù)據(jù)的處理，再到氣象、地震預(yù)報預(yù)測這些重大科學(xué)領(lǐng)域的計算問題，促使科學(xué)家必須利用分布在世界各地的計算機(jī)資源，通過高速網(wǎng)絡(luò)連接起來，共同完成計算問題，這正是網(wǎng)格計算快速發(fā)展的源動力?？梢哉f網(wǎng)格是未來信息技術(shù)和產(chǎn)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(wǎng)格計算主要有三大發(fā)展趨勢：即標(biāo)準(zhǔn)化、大型化和技術(shù)融合化。也就是說，網(wǎng)格計算將在行業(yè)應(yīng)用的引導(dǎo)下，以標(biāo)準(zhǔn)化向更廣域、多學(xué)科滲透，網(wǎng)格的一切對外功能都將以網(wǎng)格服務(wù)來體現(xiàn)，技術(shù)將進(jìn)一步融合，且將逐漸從高性能計算走向商業(yè)應(yīng)用，從前沿技術(shù)走向?qū)嵱没⒋蟊娀??？梢灶A(yù)見，今后網(wǎng)格計算技術(shù)仍將快速發(fā)展，從而開創(chuàng)計算科學(xué)的一個新紀(jì)元。

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(1)NAREGI計劃

日本文部科學(xué)省推出的“激活經(jīng)濟(jì)研究開發(fā)計劃”。目標(biāo)是使最高運算速度達(dá)到100TFLOPS。并預(yù)定從2008年開始在產(chǎn)業(yè)界加以應(yīng)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?qū)嶋H應(yīng)用的強化研究，2007年為實證試驗時期，2008年進(jìn)入實用化階段。五年計劃的研究內(nèi)容可分為三個部分：進(jìn)行網(wǎng)格應(yīng)用開發(fā)的“系統(tǒng)實證研究開發(fā)”、進(jìn)行網(wǎng)格中間件開發(fā)的“網(wǎng)格研究開發(fā)”，以及進(jìn)行運用技術(shù)開發(fā)的“基礎(chǔ)研究”。其中，系統(tǒng)實證研究主要進(jìn)行有關(guān)納米級分子、電子模擬的應(yīng)用開發(fā)，并計劃將NAREGI開發(fā)的應(yīng)用程序和中間件用于分子電子學(xué)和生物分子元件領(lǐng)域；網(wǎng)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(chǔ)研究則主要側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的研究。