摘? 要? 随着教育信息化程度的提高，校园网络资源的快速增长在校园网内形成了一个个的信息“孤岛”，给共享及管理网络资源带来了很大的困难，网格技术的出现给解决这一问题提供了新的方案。本文探讨了在校园网环境下，利用开放网格服务体系结构、服务器端数据挖掘与基于倒排索引技术和点对点传输技术建立网格平台，采取基于队列的模糊拥塞控制算法对网络流量进行控制，实现校园网络资源共享的方法。
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??? “网格”这个名词最早出现在上世纪九十年代中期，被用来表示一种适合于高级科学与工程研究的分布式计算基础设施。网格作为一种数据和计算资源管理的基础设施将为全球的商业、企业、政府和科研提供基础支撑。通过网格，我们可以在多个动态的虚拟组织之间共享资源，协同解决问题。简单地讲，网格是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、信息资源、专家资源的全面共享。当然，网格并不一定非要这么大，我们也可以构造地区性的网格，如企业网格、校园网格和社区网格。事实上，网格的根本特征是资源共享而不是它的规模。
??? 随着教育信息化程度的提高，校园网上各种应用系统不断出现，如教务管理系统、办公自动化系统等，学校图书馆也提供了大量电子文献可供大家浏览。同时，随着生活水平提高，越来越多的在校学生也购买电脑，他们因为学习的需要也连入校园网络，这些个人电脑中也存储了大量有价值的信息可以对外共享（如果他们允许）。学校大型服务器中的公共信息和学生个人电脑中可开放的信息构成了潜在而庞大的可共享信息资源。然而，不同的系统之间的数据共享比较困难，形成了一个个的信息孤岛，资源管理及互操作性也难以完成。因此利用网格技术，实现校园内网络资源共享，具有重要意义。
??? 尽管设计的是小规模的校园网，但由于它是基于网格技术，要实现大规模的存储共享，因此，将从硬件到软件对校园网进行全方位的重新设计，使整个网络浑然一体，统一在网格构架内。我们重新组网，将学生教师宿舍区的局域网、校图书馆和教务网等子网统一连接起来，为在逻辑上实现统一存储空间打下基础。同时，升级网络连线和路由设备，以达到技术要求。在硬件设施到位、有了底层支持后，为了实现网格存储服务，在软件层上按照专门的网格体系结构（OGSA）采用GT3软件开发包设计服务器端和瘦客户端程序。同时，在服务器端设计提供高效搜索共享资源服务的索引机制，客户端间共享资源的方式等等，并运用数据挖掘、倒排检索和P2P对等传输等技术，应让每位入网用户感受到自身在使用一个巨大的资源信息库和硬盘空间，能高效地在这个网格体系中搜到自己想要的资料，就像在自己的电脑硬盘上找一首MP3歌曲。
??? 从目前的应用现状看，传统校园网结构复杂，由很多异构子网构成，不同系统之间的数据资源共享及互操作困难，对各种异构资源不能有效管理。另外，校园网的硬件基础比较落后，它们不像很多大的网站那样，有配置相当高的服务器，这样在运行速度上校园网就比较低，相应的它处理信息就达不到大家的要求；而且，校园网的公共存储空间几乎没有或者远远不能满足需求，没有更多硬盘空间以供存储更多的信息、资料，所以，这就使得校园网提供给我们学习和应用的资料有相当大的局限性。在采用网格技术之前，关于校园内资源共享的技术是应用数据仓库，但是数据仓库仅是对数据库的统一管理，而网格技术是对互联网上所有可以共享的资源的应用，显然为解决上述问题提供了有利条件，也正因如此，研究和建立校园网格平台具有重要意义和实用价值。我们将传统校园网和基于网格技术的校园网的技术性能稍作对比（见表1）：
??? OGSA(Open Grid Services Architecture)被公认为下一代的网格结构，它为基于网格的应用定义了一个公共的和标准的体系结构，这个结构的核心是网格服务的概念，把网格服务看作是一种特殊的Web 服务。OGSA 以服务为中心，采用一种基于网格服务的分布式交互和计算体系结构，确保异构系统间的互操作性，使不同类型的系统可以进行通信和共享信息。OGSA 只是一个框架，网格服务的具体实现是OGSI (开放网格服务基础设施) 标准，它是定义在网格环境中各种服务之间使用的接口和协议的标准。OGSA 架构由四个主要的层构成：物理和逻辑资源层； Web 服务层；基于OGSA 架构的网格服务层；网格应用程序层。所有的服务(持久的或瞬时的) 都是用Globus Toolkit构建的，所以，OGSA 的基本思想等于网格结构加Web 服务再加工具箱( Toolkit) 。OGSA 中解决了两个重要的问题，即标准服务接口的定义和协议的识别。因此，我们将采用OGSA 网格体系结构，在校园网原有资源服务的基础上，应用GT3 工具包，建立网格平台，以实现网格内资源管理、信息服务和数据管理功能[2]。
具体网络拓扑见下图2，磁盘阵列包含校图书馆的所有电子资料库和大量空闲空间，供入网用户使用，下方外层的宿舍电脑群是另外一个大的共享资料库。
??? 数据准备包括数据选择、数据预处理和数据转换三部分。首先，搜索所有与业务对象有关的内部和外部数据信息，并从中选择出适用于数据挖掘应用的数据。校园网的搜索的信息大部分将来自客户端发送的资源地址列表。资源的地址列表包括各条资源的名称、数据类型和大小、所在地的网内IP地址和资源的存储路径。第二步，数据预处理研究数据的质量，为进一步的分析做准备.并确定将要进行的挖掘操作的类型。{zh1}是数据转换，将数据转换成符合分析模型需要的格式，这个分析模型是针对挖掘算法建立的。建立一个真正适合挖掘算法的分析模型是数据挖掘成功的关键，我们利用倒排文件的检索技术对服务器收到的大量资源地址列表进行多层次的分类，提高检索效率。首先，根据{dy}步得来的资源总表建立多级检索目录。对图书馆的电子文献往往有已知多级分类目录，在{dy}级分为文、理两类，再在理科下属第二级分计算机、电子信息工程、数学等分支，然后在计算机分之建立第三级目录，包括离散数学、C语言、算法、网络等，到第四级（如网格类文章）即是索引树的树叶一级的结点了，用来对应存储具体资料名称和存储路径。对于教师和学生宿舍电脑，先根据楼栋号和学生所属院系分IP地址段建立多级索引目录，然后针对{zh1}一级结点内容结合用户经常搜索的关键词映射到主多级目录的次关键字建立倒排索引，列出相关资源（如网格）的存储路径。若有人共享一份有关网格的技术文章，它的存储路径将被整理分类到理科——计算机——网络对应的倒排索引列表中。
??? 对所得到的经过转换的数据进行挖掘。除了完善选择合适的挖掘算法外，其余一切工作都能自动地完成。 若有人搜索有关网格技术的文章，索引算法将会确定这种资料来自计算机的网络类资源，于是进入其对应的倒排文件列表中搜索有关资料反馈给搜索者。
??? 由于在网格校园网中搜索信息时，只需从服务器获得所需资源在网络中的存储路径，然后直接同目标机建立Peer-to–Peer对等连接来传输数据，因此在网络的共享和网格网络传输中，会占用到结点的网络系统资源，这里我们需要寻求一种算法，使得我们在网格网络中可以尽量的使用结点的资源但不影响结点的工作性能。传统的基于TCP/IP的Best-effort模型是网络中最为典型的服务模型，它采用端到端的拥塞控制机制，其中路由器或者交换机采用先来先服务FIFS(first in first serve)调度算法和尾部丢弃TD(tail drop)策略来处理网络拥塞。然而，随着网络信息量的急剧增长，这种端到端的拥塞控制机制和数据包的调度模式不再有效，作为网络中的核心转发设备——路由器或者交换机必须要加强自身的拥塞处理能力。 我们在此采用改进的基于队列的模糊拥塞控制算法，并对该算法稍作修改，限制影音流数据包的传输。该算法从数据缓冲区占用情况的实时状态出发，运用模糊理论对缓冲区占用率状态这一模糊性问题进行描述，建立起模糊拥塞控制模型，并采用整体和局部相结合的方法，对单个发生拥塞的数据流以一定的概率进行惩罚性的丢包，并在全局发生拥塞时(网络负荷严重)，进行全局性的随机丢包。从而使得路由器或者交换机在进行拥塞处理的过程中，智能地管理缓冲区，使真正处于拥塞状态的队列进行数据包丢弃，有效地隔离和保护了未发生拥塞的连接。
??? 设状态矩阵为R (3×n)，考察各类型数据包等待队列的局部状态，输入模糊变量:队列1的缓冲区占用率u1，队列2的缓冲区占用率u2…，队列n的缓冲区占用率un;不难得到它们的隶属函数：μL(u)， μK(u)， μC(u)。因素集U 表示：U={u1，u2…un}，那么，从因素集U 到决策集V 存在着一个模糊关系，我们用模糊矩阵R(3×n)表示，它的元素rij表示队列lj 属于状态L，K，C的程度（i=1，2，3;j=1，2…n）:
关于模糊矩阵R(3 x n)? ，对任意的λ∈[0，1]，记Rλ(3 x n) =(λrij)。其中，λrij=1(rij>λ)或者λrij=0(rij<λ)，则称Rλ(3 x n)为模糊矩阵R(3 x n)=(rij)3 x n的λ截矩阵。本算法使用的R(3 x n)的0截矩阵R0(3 x n)来描述各类消息队列当前所处的实时状态，我们称其为状态矩阵。如果rij=1，则表示队列j处于状态i（i=1，2，3;j=1，2，…，n）。
??? 新一代的网格校园网具有较先进的水平，体现现代教育思想，要把建设校园网的规划与学校的长远发展规划统一起来，同时把服务教学作为网络建设的着眼点和落脚点。真正实现教育的资源共享、信息交流和协同工作。作为下一代Internet 的关键技术，网络技术可以xx信息孤岛和知识孤岛，实现信息资源和知识资源的智能共享，是目前对资源共享问题的较好的解决方案。在校园网(局域网)环境下建立网格计算平台，实现校园网内资源共享，以解决校园网环境下的资源共享和资源复用问题，这对高等学校的信息化、数字化有较为积极的促进作用。网格技术作为一种新技术，也在不断成熟中，它在未来网络中的应用前景，值得继续研究。
