網(wǎng)格技術(shù)" title="網(wǎng)格技術(shù)">網(wǎng)格技術(shù)是近年來興起的新技術(shù)研究熱點。它能充分利用因特網(wǎng)上豐富的閑置資源，開展協(xié)同工作，可用來解決很復(fù)雜的科學(xué)或商業(yè)問題，在生物、醫(yī)學(xué)、航空、化學(xué)、天氣、地理、高能物理等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。網(wǎng)格具有支持資源共享、協(xié)同工作的固有能力和面向服務(wù)的基本特征，其本身也成為新一代社會信息基礎(chǔ)設(shè)施的雛形。
　　網(wǎng)格計算" title="網(wǎng)格計算">網(wǎng)格計算系統(tǒng)是大規(guī)模的分布式系統(tǒng)，典型應(yīng)用有基因分析、地震預(yù)測、環(huán)境管理、分子工程、流體動力學(xué)、航空航天學(xué)等。在網(wǎng)格中，分布在不同區(qū)域的計算資源通過因特網(wǎng)聚集起來，并能自主地管理，協(xié)同解決一個大任務(wù)。這樣，巨大的工作量分攤開來，整個網(wǎng)格系統(tǒng)" title="網(wǎng)格系統(tǒng)">網(wǎng)格系統(tǒng)的計算速度和吞吐量可與超級計算機媲美，甚至遠遠地超過它。
　　隨著移動無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的快速發(fā)展，用戶在任何地點、任何時間都可以訪問全球網(wǎng)絡(luò)資源。這意味著除了靜態(tài)結(jié)點外，網(wǎng)格系統(tǒng)也應(yīng)考慮把移動結(jié)點包含在內(nèi)，這種結(jié)合所產(chǎn)生的技術(shù)就稱為“移動網(wǎng)格計算”。它實際上是傳統(tǒng)網(wǎng)格計算在無線計算環(huán)境中的擴展，它以無縫、透明、安全、有效的方式支持移動用戶和資源，是無線技術(shù)與網(wǎng)格計算這兩種新技術(shù)的融合。
　　移動網(wǎng)格適合的應(yīng)用環(huán)境有：石油鉆探中的感應(yīng)器，地震監(jiān)測/預(yù)測中的感應(yīng)器和監(jiān)視器、災(zāi)難管理系統(tǒng)、戰(zhàn)場命令系統(tǒng)。例如，在不同城市的科學(xué)家收集地震數(shù)據(jù)并使用并行算法來預(yù)測未來的地震活動；嵌入式軍事超級計算應(yīng)用，如坦克、卡車、飛機、船只使用無線網(wǎng)絡(luò)連接起來，收集數(shù)據(jù)，傳到網(wǎng)格上的其他結(jié)點，使用分布式算法來作出決策；緊急事件智能預(yù)報，如颶風(fēng)，分散在各處的移動結(jié)點收集數(shù)據(jù)，傳送給其他結(jié)點，并使用這些數(shù)據(jù)預(yù)測颶風(fēng)的路徑和強度。這些應(yīng)用可在一個網(wǎng)格系統(tǒng)上執(zhí)行，但數(shù)據(jù)資源分散在各個移動結(jié)點上，而且，這些移動結(jié)點空閑的CPU周期也可被利用。因此，在現(xiàn)代計算領(lǐng)域和移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，移動網(wǎng)格計算會起著重要的作用。
1 移動網(wǎng)格計算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)難點
　　當(dāng)前大多數(shù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和算法并沒有把移動計算環(huán)境考慮在內(nèi)，因為移動設(shè)備還沒有被認真地考慮為合法的網(wǎng)格計算資源或接口。在網(wǎng)格計算環(huán)境中定位移動設(shè)備的角色，可以考慮兩種，一是可作為同網(wǎng)格系統(tǒng)交互的接口，使用者可通過移動設(shè)備向網(wǎng)格要求服務(wù)，利用網(wǎng)格資源來完成任務(wù)，可遠程監(jiān)控任務(wù)的執(zhí)行，并從網(wǎng)格中獲得所要求的結(jié)果；另一種是把移動設(shè)備也作為網(wǎng)格的計算資源，可參與到網(wǎng)格的計算任務(wù)中，而不僅僅是網(wǎng)格服務(wù)的接收者。因此，移動設(shè)備要有效地嵌入到網(wǎng)格中，既可以作為要求網(wǎng)格服務(wù)的接收者，也可以作為網(wǎng)格服務(wù)的提供者。
　　但由于移動設(shè)備本身的一些限制，可能會對它們集成到網(wǎng)格中產(chǎn)生一定的阻礙，如移動設(shè)備本身資源的貧乏(計算速度和內(nèi)存)，電池的問題，不可靠的連接性問題及安全性問題。但隨著無線技術(shù)的進一步發(fā)展和研究的深入，一系列難題會迎仞而解的。如移動處理器的產(chǎn)生，Intel Mobile Pentium,Intel Celeron AMD-K6-2處理器，它們比桌面處理器工作電壓低，功耗低，這樣就延長了系統(tǒng)電池的壽命，這些移動處理器與現(xiàn)有軟件兼容；對解決移動設(shè)備連接的不可靠性問題，也有解決方案的出現(xiàn)，如Sang-Min Park等人把移動結(jié)點連接的不連續(xù)性考慮在內(nèi)^[1],提出了一種新的調(diào)度算法。
　　為了把移動設(shè)備融入到網(wǎng)格計算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中，并考慮移動設(shè)備本身的特性及在網(wǎng)格中的角色，可設(shè)計移動網(wǎng)格計算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖中網(wǎng)格系統(tǒng)分為三個部分：靜態(tài)網(wǎng)格站點、移動設(shè)備群、以及連接靜態(tài)和移動資源的網(wǎng)關(guān)。移動設(shè)備可通過WLAN或遠程蜂窩網(wǎng)絡(luò)(如GSM、CDMA)連到因特網(wǎng)上。在移動設(shè)備和網(wǎng)關(guān)一側(cè)，都需裝有移動代理和服務(wù)代理。
　　當(dāng)移動用戶提交任務(wù)，想獲取網(wǎng)格計算系統(tǒng)的服務(wù)時，實際上是通過移動設(shè)備中的移動代理與網(wǎng)關(guān)中的移動代理進行交互，再由網(wǎng)關(guān)中的移動代理向網(wǎng)格系統(tǒng)提交任務(wù)。若網(wǎng)關(guān)中的移動代理偵測到移動設(shè)備與之連接中斷，就負責(zé)作為移動設(shè)備的代理來完成與網(wǎng)格計算系統(tǒng)的交互，如監(jiān)測任務(wù)的執(zhí)行，輸入必要的信息等。任務(wù)完成后，結(jié)果數(shù)據(jù)就暫時保存在網(wǎng)關(guān)中的移動代理中。一旦網(wǎng)關(guān)中的移動代理偵測到移動設(shè)備與之連接恢復(fù)，就把結(jié)果數(shù)據(jù)傳給移動設(shè)備。
　　當(dāng)網(wǎng)格用戶提交任務(wù)給網(wǎng)格系統(tǒng)時，移動設(shè)備群作為移動網(wǎng)格系統(tǒng)中的移動站點也可以參與到網(wǎng)格任務(wù)的計算中。這時，網(wǎng)關(guān)處的服務(wù)代理負責(zé)把分配給移動站點的任務(wù)進行分解，并根據(jù)分配算法把子任務(wù)分給各個移動設(shè)備完成(在移動網(wǎng)格中為移動站點設(shè)計任務(wù)分配算法，要充分考慮到移動設(shè)備的移動性和相較于有線設(shè)備的連接不可靠性，充分利用有限的移動資源，最大化它們的吞吐量)，移動設(shè)備方的服務(wù)代理負責(zé)與網(wǎng)關(guān)處的服務(wù)代理進行交互，一旦網(wǎng)關(guān)處的服務(wù)代理監(jiān)測到某移動設(shè)備中斷通信，就把任務(wù)遷移到別的移動設(shè)備處執(zhí)行，移動設(shè)備完成任務(wù)，就通過它的服務(wù)代理通知網(wǎng)關(guān)處的服務(wù)代理，把結(jié)果傳出去。移動代理和服務(wù)代理共同作用，完成移動設(shè)備在網(wǎng)格計算系統(tǒng)的雙重角色。
　　把移動因素考慮在內(nèi)，會產(chǎn)生一系列亟待解決的問題。
　　·移動設(shè)備有限的通信范圍及它本身的移動性所造成的連接時斷時續(xù)性問題，會造成移動設(shè)備與網(wǎng)格的連接中斷。在有線網(wǎng)格中，這種狀況可忽略，但在移動網(wǎng)格中，這種現(xiàn)象卻不容忽視；
　　·安全方面的挑戰(zhàn)是保證用戶和服務(wù)提供者只執(zhí)行授權(quán)行為，更具體的說：要確認用戶的安全要求；在給定的時間內(nèi)，根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)格的能力來協(xié)調(diào)網(wǎng)格的安全；還要開發(fā)一個統(tǒng)一的安全結(jié)構(gòu)；
　　·設(shè)備的異構(gòu)性問題，要解決各平臺間的通訊，涉及到的平臺包括客戶端設(shè)備(iPAQ、Smart Phone和其他手持設(shè)備)和服務(wù)器端設(shè)備(Linux和Windows服務(wù)器)之間的通信；。
　　·移動網(wǎng)格的高可靠性和容錯設(shè)計，它們是無線網(wǎng)格QoS的保證(設(shè)想移動網(wǎng)格上運行金融交易業(yè)務(wù)，用于戰(zhàn)場戰(zhàn)略決策的移動網(wǎng)格系統(tǒng))；
　　·移動網(wǎng)格的負載平衡問題，由于移動設(shè)備本身的特性，會因為無線連接中斷等原因出現(xiàn)在短時間內(nèi)大量移動設(shè)備資源急劇下降和故障修復(fù)后移動設(shè)備資源迅速上升的突發(fā)性狀況，以及移動設(shè)備從一個服務(wù)區(qū)域移到另一個服務(wù)區(qū)域時的狀況處理；
　　·移動網(wǎng)格中間件的設(shè)計，要考慮移動設(shè)備的多樣性，服務(wù)的透明性，界面的一致性，提供給用戶一種隨時隨地訪問網(wǎng)格資源，進行工作、娛樂和連接功能。
　　這些技術(shù)挑戰(zhàn)在實現(xiàn)移動網(wǎng)格的過程中是必須要解決的問題，是移動網(wǎng)格走向成熟應(yīng)用的關(guān)鍵。
2 移動網(wǎng)格目前發(fā)展?fàn)顩r及未來發(fā)展前景
　　移動通信是近幾年通信各領(lǐng)域中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。據(jù)全球GSM運營商聯(lián)盟統(tǒng)計， 2003 年底GSM用戶已達到9.7億，其中新增用戶1.8億，共占全球新增用戶的80％；又據(jù)移動通信的另一組織CDMA發(fā)展組織(CDG)宣布，2003年全球CDMA新增用戶4200多萬，增長率達29％，用戶總量突破1.88億；據(jù)ITU統(tǒng)計，2004年中期，全球移動用戶總數(shù)已近15億，占世界人口的四分之一，特別是發(fā)展中國家移動電話用戶數(shù)量呈快速增長的態(tài)勢。自2000年以來，發(fā)展中國家的移動電話用戶翻了一番。至2004年中期，發(fā)展中國家的移動電話用戶總數(shù)已經(jīng)超過發(fā)達國家。中國信息產(chǎn)業(yè)部統(tǒng)計顯示，截至2005年8月底，全國手機用戶超過3.7億戶，比上年底增長3795.2萬戶。
　　以上數(shù)據(jù)足以說明移動設(shè)備資源無比巨大并呈上升趨勢，傳統(tǒng)有線網(wǎng)格計算要充分利用這類資源，把傳統(tǒng)網(wǎng)格計算的應(yīng)用從科學(xué)領(lǐng)域向商業(yè)、政府、國防、民用領(lǐng)域擴展，實現(xiàn)真正意義上的全球網(wǎng)格計算。
　　可以說，雖然目前已經(jīng)有很多應(yīng)用系統(tǒng)都采用了移動設(shè)備，但是，在軟件開發(fā)方面、后臺通信方面、信息共享方面并沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范，許多開發(fā)商處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)。如果將這些應(yīng)用了移動設(shè)備的系統(tǒng)，用移動網(wǎng)格技術(shù)進行統(tǒng)一的話，將大大簡化這些應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和實施，并進一步推廣網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展和普及^[4]。
　　在國內(nèi)，有不少高校已經(jīng)參與了有關(guān)移動網(wǎng)格的研究，也制定了相應(yīng)的構(gòu)架。在國外，許多公司和機構(gòu)都非常熱衷于移動網(wǎng)格的研究，如Oracle、微軟等。HP公司對移動網(wǎng)格也作了比較深入的研究，并制定了Grid lite構(gòu)架。隨著開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)OGSA^[8]和Web服務(wù)資源框架WSRF的提出，單純面向科學(xué)活動的網(wǎng)格計算已經(jīng)真正開始轉(zhuǎn)向面向服務(wù)的信息網(wǎng)格。工業(yè)界開始積極參與網(wǎng)格研究并逐步起到主導(dǎo)作用。在工業(yè)界，以IBM、HP、SUN、Oracle等為代表的大型企業(yè)積極推出自己的網(wǎng)格計算方案和產(chǎn)品。
　　在國外，有很多傳統(tǒng)的網(wǎng)格項目，如美國的Cyberinfrastructure、英國E-Science計劃、德國網(wǎng)格Deutschland Grid/D-Grid項目、亞太地區(qū)網(wǎng)格ApGrid等^[5]，其中與移動網(wǎng)格項目有關(guān)的，值得關(guān)注的項目有：
　　2004年，歐洲委員會投資5200萬歐元(6300萬美元)用于研發(fā)項目SIMDAT，旨在推進其25個成員國之間的網(wǎng)格計算技術(shù)。其中大部分資金將投向四個項目：SIMDAT是運用數(shù)值模擬方法進行過程產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格技術(shù)，著重于汽車、宇航及制藥行業(yè)。NEXTGRID著力于在未來十年內(nèi)開發(fā)出一種新的網(wǎng)格計算體系。COREGRID則是為了將現(xiàn)有的網(wǎng)格研究團體聚合在一起。而AKOGRIMO^[9]的重點則在移動通信及IPv6(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6)。全球信息網(wǎng)格GIG是美國軍方支持的一個項目，主要應(yīng)用于國家軍事領(lǐng)域，它支持所有的防御部門、國防安全以及相關(guān)的智能社團。GIG提供來自所有操作場所的能力。這些場所包括基地、郵局、露營地、工廠、移動平臺以及開發(fā)場地等，并提供各兵種協(xié)同作戰(zhàn)能力；韓國信息與通信部支持的K*Grid^[10]項目，它的目標(biāo)是為工業(yè)和學(xué)術(shù)界提供一個強大的研究環(huán)境，在此項目中，對移動網(wǎng)格技術(shù)的研究構(gòu)建在對大量移動設(shè)備的閑置資源進行利用，并開發(fā)一個移動網(wǎng)格平臺，研究范圍包括：對無線移動網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和技術(shù)、無線網(wǎng)格需求的分析，基于PDA和無線LAN技術(shù)的移動網(wǎng)格平臺的設(shè)計和實現(xiàn)。據(jù)解放軍報報道，中國首家軍事網(wǎng)格研究中心2004年5月28日在南京理工大學(xué)正式掛牌成立，它是由各種通信衛(wèi)星、通信飛機、作戰(zhàn)地域網(wǎng)等通信和計算機設(shè)施組成的廣域分布、無縫連接、動態(tài)開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這是移動網(wǎng)格具體的應(yīng)用。
　　可以說，移動網(wǎng)格項目數(shù)量與傳統(tǒng)有線網(wǎng)格相比要少得多，而且正在研究的初步階段，還沒有一個成熟的應(yīng)用。但傳統(tǒng)有線網(wǎng)格正逐步走向民用，下面是一個國內(nèi)網(wǎng)格走向民用的一個例子。
　　Gridmedia 網(wǎng)格媒體技術(shù)是清華大學(xué)網(wǎng)格傳媒信息技術(shù)研發(fā)中心研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)傳媒技術(shù)。該技術(shù)大膽地將網(wǎng)格技術(shù)、Peer-to-Peer 技術(shù)和組播技術(shù)相結(jié)合，將網(wǎng)格計算與流媒體傳輸技術(shù)有機的結(jié)合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)超大規(guī)模環(huán)境下的高質(zhì)量音視頻傳輸，并能廣泛用于網(wǎng)絡(luò)電視臺、視頻點播、視頻聊天/會議、多媒體新聞發(fā)布、網(wǎng)絡(luò)視頻廣告展示等多媒體信息服務(wù)。目前，Gridmedia與央視國際cctv.com聯(lián)合推出Gridmedia公網(wǎng)測試版,用戶只要下載Gridmedia引擎，就可用Windows Media Player收看CCTV1等5個臺，畫面很流暢，這是網(wǎng)格技術(shù)在中國第一次為平民大眾服務(wù)的一個例子，雖然還處于測試階段，還存在一些問題，但這是普通大眾第一次領(lǐng)略了網(wǎng)格技術(shù)的魅力。而Gridmedia下一步的研究目標(biāo)肯定是應(yīng)用網(wǎng)格技術(shù)為廣大的移動用戶服務(wù)。
　　網(wǎng)格以后的應(yīng)用發(fā)展趨勢是由從科學(xué)計算領(lǐng)域向商業(yè)、民用領(lǐng)域發(fā)展，為大眾提供娛樂服務(wù)、醫(yī)療服務(wù)、計費業(yè)務(wù)、消息提醒業(yè)務(wù)、功能評估業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘業(yè)務(wù)、保險業(yè)務(wù)等，而要使傳統(tǒng)網(wǎng)格的功能進行延伸，就不得不研究移動網(wǎng)格，使網(wǎng)格成為真正意義上的第三代互聯(lián)網(wǎng)。
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