信息网格服务结构模型及未来发展方向

网格(Grid)这个词来自于电力网格(PowerGrid)。“网格”与“电力网格”形神相似。一方面，计算机网纵横交错，很像电力网；另一方面，电力网格用高压线路把分散在各地的发电站连接在一起，向用户提供源源不断的电力。用户只需插上插头、打开开关就能用电，一点都不需要关心电能是从哪个电站送来的，也不需要知道是水力电、火力电还是核能电。建设网格的目的也是一样，其最终目的是希望它能够把分布在因特网上数以亿计的计算机、存储器、贵重设备、数据库等结合起来，形成一个虚拟的、空前强大的超级计算机，满足不断增长的计算、存储需求，并使信息世界成为一个有机的整体。

1 信息网格

信息网格是网格计算模型的核心组件。它使最终用户和应用程序可以获得对任何信息源的安全访问，不管它在什么地方。这种访问可以通过内部网、Internet、甚至在一个外部网（extranet）环境中的本地和分布式网络进行。信息网格提供了对异质文件、数据库和存储系统的访问，并且它支持共享数据以用于处理和大规模的协作。

网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。目前学术界和商业界围绕网格开展的研究有很多，其研究的内容和名称也不尽相同因而网格尚未有精确的定义和内容定位。比如国外媒体常用“下一代互联网”、“Internet2”、“下一代Web”等来称呼网格相关技术。但“下一代互联网（NGI）”和“Internet2”又是美国的两个具体科研项目的名字，它们与网格研究目标相交叉，研究内容和重点有很大不同。企业界用的名称也很多，有内容分发（Contents Delivery）、服务分发（Service Delivery）、电子服务（e-service）、实时企业计算（Real-Time Enterprise Computing，简称RTEC）、分布式计算Peer-to-Peer Computing（简称P2P）、Web服务（Web Services）等。中国科学院计算所所长李国杰院士认为，网格实际上是继传统互联网、Web之后的第三次浪潮，可以称之为第三代互联网应用。

网格是利用互联网把地理上广泛分布的各种资源（包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等）连成一个逻辑整体，就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息和应用服务（计算、存储、访问等），虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协同工作，彻底消除资源“孤岛”，最充分的实现信息共享。

信息网格中的核心问题是研究各类信息资源在网格上的注册、表示、定位、管理、存储和访问机制，研制一体化的智能信息处理平台，消除信息孤岛，方便用户发布、处理和获取信息。信息网格包含计算网格和数据网格的全部功能，重点拓展了广域信息共享服务。信息网格利用数据挖掘、信息融合和资源引擎等技术完成网络资源的搜集与共享，并利用单一系统映像技术完成信息的单一映像和有效融合，保证逻辑资源的物理可用性，便于用网格引擎实现资源的获取。信息网格作为网格的高端研究领域，还未形成标准的体系结构。本文参照关系数据库数据抽象层次和开放式网格服务结构(OGSA)，提出了一种支持信息网格的服务结构模型，详细讨论了实现这种服务结构的关键技术。

2 信息网格的服务结构模型

信息网格主要是利用现有的网格基础设施、协议规范、Web技术和DB技术，为网格用户提供一体化的智能信息平台，其目标是创建一种架构在OS和Web之上的基于Internet的新一代信息平台和软件基础设施。在这样的平台上，信息的处理是分布式的、协作的和智能化的，用户可以通过单一入口访问所有信息。信息网格追求的最终目标是能够做到服务点播（Service On Demand）和一步到位的服务（One Click Is Enough）。

信息网格服务结构模型主要由物理层、逻辑层、应用层三个层次和A-L映射、L-P映射二级映射组成，其结构如图1所示。

(1)物理层。信息网格基础物理层的主要元素是网格中产生、保存和管理信息的分布式异质存储系统(如数据库管理系统、应用系统、文件系统、Web站点等)，以及存储系统中提供信息的各种数据实体的集合。

(2)逻辑层。信息网格的逻辑层是在基础物理层的基础上抽象出逻辑资源层，是存储系统中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。定义逻辑层时不仅要对各种不同形式的数据实体进行抽象，而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。逻辑层把各种资源统一封装成服务，并提供标准的访问接口。

(3)应用层。信息网格应用层是对网格用户可以看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是网格用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。而特定用户只关心整个网格信息中的一部分内容，并且通常是经过组合加工的内容，因此逻辑层的内容对于他们而言仍然显得复杂而没有针对性。信息网格应用层的形成正是针对这一问题，为最终用户提供更为有效的组合信息。

(4)A-L映射。当逻辑层改变时，由信息网格系统对各个A-L映射（应用层-逻辑层映射）关系作相应改变，可以使应用层保持不变，从而不必改变具体的应用，进而保证了数据的逻辑独立性。

(5)L-P映射。定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当数据的存储结构改变时，由信息网格系统对L-P映射（逻辑层-物理层映射）作相应改变，可以使逻辑层保持不变，从而保证了数据的物理独立性。

3 面向智体的实现

Agent是一个运行于动态环境的、接受另一个实体的委托并为之服务的、具有较高自治能力的实体，是一种模拟人类智能行为并提供相应服务的计算机程序。它具有自主性(autonomy)、主动性(activity)、反应性(reactivity)、可动性(mobility)、智能性(Intelligence)等。

本文根据信息网格的服务结构模型特点和Agent的特性设计了一种集中式与分散式相结合的混合式信息结构，如图2所示。

混合式信息服务结构中的信息服务中心负责信息网格服务的注册、定位、服务绑定等协调管理工作。网格用户一方面把自己能提供的服务通过自己的用户智体(Agent-oriented)发布到信息服务中心；另一方面当网格用户需要网格提供服务时，用户首先在信息服务中心进行注册，注册成功后，服务请求者从服务中心发现自己需求的服务。经过发现之后，服务提供者和服务请求者就绑定在一起，二者之间随之建立了紧密的联系。这里需要详细说明以下几点：

(1)信息服务中心是一个服务器群组集合。

(2)用户智体隐去本地资源的异质特征，能够提供透明的服务。所有的用户智体都具有对等(P2P)的权限，即在满足各种协议和操作规程的前提下同等地使用网格资源。所有的Agent之间共用资源、相互协作、相互服务、共同完成一个任务。当Agent之间出现依赖关系时，可以通过相互协商与合作来加以控制和管理。

(3)各用户智体独立负责各自的资源调度，能和信息服务中心动态地交互信息，以便信息服务中心实时了解其资源信息并根据具体情况动态地修改管理决策、协调资源“争用”、资源“独占”等问题。

(4)各用户智体对其他用户智体的信息和使用权限只能通过信息服务中心授权获得。两用户智体间一旦建立连接，所有事务就由双方相互协调完成，不需信息服务中心的干预。两用户智体间的合作可以根据任务的具体要求采用直接/主动非终止模型或直接/主动终止模型。所谓直接/主动非终止模型是指服务请求方Agent首先向服务提供方Agent发出主动非终止服务请求，要求服务提供方一旦条件满足即主动地为它提供服务。服务提供方Agent接收到服务请求后，向服务请求方做出直接主动非终止服务承诺，一旦条件成立即主动地提供服务，并返回相应结果。所谓直接/主动终止模型是指服务请求方Agent首先向服务提供方Agent发出主动终止服务请求，要求服务提供方在条件满足时主动提供服务。服务提供方Agent接收到服务请求后，向服务请求方作出直接主动终止服务承诺，一旦条件成立即主动地提供服务，并返回相应的结果，服务提供意味着合作终止。

用户智体由通信模块、用户接口模块、感知模块、控制协调模块、任务处理模块等组成，如图3所示。

(1)通信模块。主要负责与其他Agent之间的联系，它既可以把其他Agent的请求/应答信号传递给任务处理模块，也可以把任务处理模块产生的协作/协商信息传送给其他Agent。

(2)用户接口功能模块。此模块是用户的智能接口，负责系统与用户之间的信息交换，帮助用户向系统提出要求并以用户喜欢的方式显示返回处理结果。用户只能通过用户接口功能模块与系统进行交互。用户接口功能模块接收到一项任务后，即将任务送到控制协调模块进行处理。

(3)感知模块。用于感知外部环境施加的刺激，并把相应的信息传递到控制模块进行处理。控制协调模块在接收到信息后先对其进行过滤及抽象处理，形成与外部环境中的对象相对应的有意义的符号，然后从功能函数集中搜索相应的方法进行匹配，并产生相应的决策。

(4)控制协调模块。在众模块中起核心的作用，统筹管理各模块。通过协调各结果，最后决策具体任务的执行，存放并管理所有处理任务，对任务的状态进行记录。

(5)任务处理模块。基于当前的知识和一定的规则进行判断推理，执行具体行为的功能函数或方法，从而完成相应的任务。

4 总 结

实现信息网格资源的透明访问是非常重要的，但目前还没有一个成型的、系统的信息网格结构模型。本文在借鉴关系数据库数据抽象层次的基础上，结合信息网格的特征，提出了一个具有三层结构和两级映射的信息网格服务结构模型，并利用被称之为“第四代程序设计方法” 的面向“智体”（Agent-Oriented）的软件工程方法进行具体实现。