地理空间信息网格结构层次分析

地理空间信息网格结构层次分析

　作者:　龚强

　来源:　中国测绘报

　　网格结构层次是地理空间信息网格技术的载体，地理空间信息网格技术分布在不同的地理空间信息网格层面上。因此，地理空间信息网格结构层次设计是重要的基础性工作。

　　网格的体系结构

　　目前，网格的体系结构有以积木块式组合为基础的结构、以概念空间为基础的结构、五层沙漏结构和开放网格服务结构等，但最流行且最有影响的是五层沙漏结构和开放网格服务结构（OGSA）。

　　五层沙漏结构的最下边是构造层，它面对具体的物理或逻辑资源，对这些局部资源实施管理，并向上一层次提供对这些资源的管理和控制界面。构造层之上是连接层，其功能主要是为下层的物理资源提供安全可靠的数据通信能力。连接层之上是资源层，它反映抽象的局部资源的特征。再上面一层是聚集层，其功能是将那些以单个资源形式表现出来的资源聚集在一起，协调整合。最顶层是应用层。五层结构的沙漏形状是形象的描述，其内涵在于，因各部分协议的数量不同，最核心部分要能够实现上层各种协议向核心协议的映射，同时实现核心协议向下层其他各种协议的映射。核心协议在所有支持网格计算的地点都应该获得支持。

　　开放网格服务结构（OGSA）是继五层沙漏结构后出现的目前最新的一种网格体系结构。OGSA是统一的WebSer－vices框架，其优势在于，一是网格环境需要支持服务的动态发现和组织，在异构的动态环境里，则需要一些必要的机制，用于注册和发现接口的定义和端点实现的描述，以及基于特定的接口绑定动态产生代理。二是广泛接受的ebServices机制意味着基于WebServices框架可以开发大量的工具和服务。三是OGSA既可以广泛地应用于科技领域，也适用于工商业领域。OGSA支持服务的特性方便了将高级网格服务功能向原始平台设施的映射与应用，OGSA面向服务的特点允许我们在不同层次上虚拟化资源，因此，相同的机制与抽象可以应用于多个组织之间的分布式网格支持的协作，或者是跨越多个节点的主机环境。

　　地理空间信息网格的结构层次

　　地理空间信息网格的体系结构应该是开放的、可扩展的、面向对象的。网格所要解决的主要是以广泛分布为基础的，能够方便、灵活地支持大规模、大范围的各类资源的共享问题。为实现这一目标，从而更好地解决网格问题，必须设计出网格结构层次，在此基础上开发网格技术。

　　以前面介绍的两个网格体系结构为基础，地理空间信息网格的结构层次可以分为基础资源层、控制与分发层、管理层（网格核心中间件）、环境与功能层、面向对象层和应用层。

　　基础资源层地理空间信息网格结构层次中的最下面一层是基础资源层，亦即可以用于共享的地理空间信息网格资源。它指的是各类计算机、数据库、设备以及各种软件等共享目标。要实现地理空间信息网格资源的充分共享，即实现无缝的集成和协同的计算环境，必须有对应的支持手段，允许异地使用者或者是应用程序对其登录、访问乃至操纵。

　　控制与分发层就地理空间信息网格而言，它集合了网格上的所有资源，允许用户借用它们当中未被使用或者未被充分使用的资源，而无需考虑它们的机器型号或硬件配置，有时甚至操作系统不同也无大碍。而充分共享各种资源的前提是必须具备控制和分发地理空间信息网格资源的功能。控制，即对各种资源的有序管理和有效控制；分发，即对其后各层次的需求提供统一的接口，方便对资源的访问与使用。

　　管理层地理空间信息网格结构层次中最为重要的层面是管理层，这是网格的核心。应该说，地理空间信息网格的这一层次是承上启下的，它既连接基础资源层和控制分发层的各类资源，还连接上层的开发、公布和应用。作为上下贯通的纽带，这一层次的软件设施功能全面而强大，它可以有效管理分布在地理空间信息网格上的各类资源，为整个网格的应用提供安全、可靠、全面、高效的服务。换言之，它可以实现对网格的全面协调并提供各种管理功能。因此，无论是对地理空间网格结构体系，网格节点还是对整个网格，它都具有重要的意义。

　　环境与功能层管理层主要是提供对地理空间信息网格的管理功能，但一般来说，这种功能的使用层次不会很高，因此，不容易为普通的开发者所掌握和利用。这大概类似于计算机语言中的汇编语言，其功能虽然足够强大，但编程级别太低，所以，应用程序开发效率比较低。为了更好地解决这一问题，必须有一个网格开发环境，利用这一环境，就可以更为方便地实现网格的各种功能。针对技术开发人员构建并提供这种集成的、高效的、趋于合理和完善的工作环境并使之得以充分利用，将更为便捷地实现地理空间信息网格的各种网格功能。此外，对于那些经常使用的网格功能，经过实际验证是可靠的，则可以用网

格工具的形式将其封装固定。这就极大地方便了使用，即便是非专业人员，也可以利用网格工具直接对网格进行某些基本的、普通的管理。网格工具越多，管理则越趋于简单和程式化。

　　面向对象层构建地理空间信息网格的目的是为了方便快捷地服务于用户。而用户是通过网格的面向对象层面———地理空间信息网格窗口来认识和使用网格的。具体说，就是利用与中心控制台通信的代理软件，访问网格服务与资源的可定制、个性化Web接口。网格窗口的制作要求是：界面友好、亲和度强、有针对性、方便使用。如同我们使用电能时，无需知道是怎样发的电，由哪发的电，是怎样输电变电等一样，对地理空间信息网格用户而言，也无需了解网格的结构层次、网格技术节点等具体的实现与细节。网格只需为用户的工作、学习、科研、生活等提供方便的、易于理解的、使用快捷的、满足个性需求的直观界面和使用支持就可以了。

　　应用层地理空间信息网格结构层次中最上面的层面是应用层，包括各种各样的应用，所对应的是网格最终的服务对象。例如大气环保专家利用网格计算资源全面整合3S技术、数据，对国家某一区域的空气温度、湿度、质量、密度、成分、流动速度等进行数据综合分析和处理；交通管理专家对某一超大型城市的交通状况进行分析，合理指挥和调度不同区域、不同街道的车流量、流速，实现有序、均衡、经济的运行；城市管理专家利用地理空间信息网格对整个城市群的管网线路实施综合管理等等。

　　在人们接触的信息集合中，有80％以上的信息具有空间属性，应用地理空间信息网格可以解决目前人们尚难以解决的、更为复杂的问题。应用地理空间信息网格实现进一步服务于人类社会、经济与发展的目标，是我们构建空间信息网格的最终目的。地理空间信息网格的结构层次显示了地理空间信息网格整合各类资源，为用户提供服务的整个网格工作流程。网格技术就是基于这一结构层次在不同层面上发挥各种功能的。

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