二十世紀(jì)后期，在分子生物學(xué)、高性能計(jì)算、航天、地質(zhì)氣象等學(xué)科的快速發(fā)展和半導(dǎo)體制造、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和互連網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，出現(xiàn)了網(wǎng)格(Grid，也譯作柵格)的概念。網(wǎng)格的目的是希望網(wǎng)絡(luò)能像用電和打電話那樣方便及對(duì)用戶透明。目前，網(wǎng)格在世界范圍內(nèi)已引起了前所未有的關(guān)注和重視，美國、英國、瑞典、澳大利亞、荷蘭等發(fā)達(dá)國家投入了大量的資金開展相關(guān)的研究和建設(shè)，并取得了階段性的成果。網(wǎng)格技術(shù)逐步顯示出巨大的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。
1 網(wǎng)格技術(shù)
1.1 網(wǎng)格的定義及分類
　　1999年，全球網(wǎng)格研究的領(lǐng)軍人物、美國阿崗(Argonne)國家實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家、美國Globus項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)人伊安·福斯特(Lan Fostor)在其網(wǎng)格的經(jīng)典著作《網(wǎng)格：21世紀(jì)信息技術(shù)" title="信息技術(shù)">信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施" title="基礎(chǔ)設(shè)施">基礎(chǔ)設(shè)施的藍(lán)圖》一書中這樣描述：“網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，為科技人員和普通百姓提供更多的資源、功能和交互性。互聯(lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能，而網(wǎng)格具有更多更強(qiáng)的功能，能讓人們透明地使用計(jì)算、存儲(chǔ)等各種資源?！?BR>　　目前，雖然對(duì)于網(wǎng)格的定義還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但學(xué)術(shù)界已達(dá)成了基本的共識(shí)，即網(wǎng)格就是一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，或者說是一個(gè)計(jì)算資源池?？梢娋W(wǎng)格是一個(gè)軟硬件基礎(chǔ)構(gòu)架，利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一臺(tái)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，實(shí)現(xiàn)對(duì)因特網(wǎng)上所有資源可靠的、一致的、普遍的訪問，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、通信資源、軟件資源、信息資源和知識(shí)資源等。
　　網(wǎng)格技術(shù)的研究一般可分為：計(jì)算網(wǎng)格(Computational Grid)、數(shù)據(jù)網(wǎng)格(Data Grid)、信息與知識(shí)網(wǎng)格(Information and Knowledge Grid)、服務(wù)網(wǎng)格與商業(yè)網(wǎng)格(Service Grid，Business Grid，Commercial Grid)和其他廣義類型。
1.2 網(wǎng)格的特征
　　網(wǎng)格具有三個(gè)主要特征：(1)資源共享，動(dòng)態(tài)配置，協(xié)同工作，不存在任何集中控制；(2)使用標(biāo)準(zhǔn)、通用、開放的協(xié)議和接口；(3)高質(zhì)量服務(wù)，包括響應(yīng)時(shí)間、流量、可用性和安全性。
　　資源共享和動(dòng)態(tài)配置是網(wǎng)格最主要的特征。這里的資源共享不是指文件交換，而是指對(duì)他人計(jì)算機(jī)、軟件、數(shù)據(jù)和其他各種資源的直接訪問，并按照一定共享規(guī)則，動(dòng)態(tài)地、富有彈性地配置共享關(guān)系。因?yàn)槭莿?dòng)態(tài)的，所以共享的時(shí)間、權(quán)限和資源數(shù)量都在不斷發(fā)生變化。
　　網(wǎng)格中共享的關(guān)鍵不是設(shè)備，而是實(shí)體的接口與界面，是資源或?qū)嶓w間的互操作。網(wǎng)格強(qiáng)調(diào)使用標(biāo)準(zhǔn)、通用、開放的協(xié)議和接口，只有這樣才能將Internet從通信和信息交互的平臺(tái)提升到資源共享的平臺(tái)。
　　高質(zhì)量的服務(wù)和安全性對(duì)網(wǎng)格的發(fā)展與應(yīng)用十分重要。在網(wǎng)格環(huán)境下，用戶既是資源提供者，又是資源使用者。因此需要網(wǎng)格的安全構(gòu)架透明地對(duì)用戶進(jìn)行鑒別，使其擁有在一定時(shí)段內(nèi)訪問多個(gè)特定站點(diǎn)的權(quán)利。
　　此外，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是：網(wǎng)格是基礎(chǔ)設(shè)施，是通過各種網(wǎng)格整合了計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)、設(shè)備和服務(wù)等資源的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)格管理的是廣域分布、動(dòng)態(tài)、異構(gòu)的資源，通過網(wǎng)格中間件層(或稱網(wǎng)格操作系統(tǒng)) 屏蔽這些資源的分布、異構(gòu)特性, 為用戶提供一個(gè)分布、共享、透明、一致、安全和容錯(cuò)的計(jì)算服務(wù)環(huán)境。
1.3 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)模型及其發(fā)展趨勢(shì)
　　網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(Grid Architecture)就是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù)，它是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格最核心的技術(shù)。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)給出了網(wǎng)格的基本組成和功能，描述了網(wǎng)格各組成部分的關(guān)系、集成的方式和支持網(wǎng)格有效運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制。
　　目前，比較主要的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)有兩個(gè)：一個(gè)是Foster等早期提出的以協(xié)議為中心的五層沙漏結(jié)構(gòu)，如圖1所示。它將系統(tǒng)劃分為：構(gòu)造層、連接層、資源層、匯聚層和應(yīng)用層，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的共享；另一個(gè)是在五層沙漏結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合Web Service提出的以服務(wù)為中心的開放網(wǎng)格服務(wù)" title="網(wǎng)格服務(wù)">網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)OGSA(Open Grid Service Architecture)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)的共享。從資源到服務(wù)，這種抽象將資源、信息、數(shù)據(jù)等統(tǒng)一起來，不但實(shí)現(xiàn)了靈活、一致、動(dòng)態(tài)的共享機(jī)制，而且使分布式系統(tǒng)管理有了標(biāo)準(zhǔn)的接口和行為，從而將網(wǎng)格從學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域擴(kuò)展到更廣泛的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)領(lǐng)域。

　　網(wǎng)格服務(wù)可以表示為“網(wǎng)格服務(wù)＝接口/操作＋服務(wù)數(shù)據(jù)”。目前OGSA已提供服務(wù)生命周期管理、創(chuàng)建臨時(shí)服務(wù)、注冊(cè)服務(wù)、主鍵服務(wù)、消息發(fā)布服務(wù)、消息接收服務(wù)、句柄映射共7個(gè)服務(wù)接口。其中服務(wù)生命周期管理服務(wù)接口是必需的，且每一個(gè)服務(wù)接口提供了相應(yīng)的操作。網(wǎng)格服務(wù)是通過提供一組相對(duì)統(tǒng)一的核心服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)的。
　　OGSA層次結(jié)構(gòu)從下到上依次為：資源層、Web服務(wù)層、基于OGSA架構(gòu)的服務(wù)層和網(wǎng)格應(yīng)用層，如圖2所示。其中：(1)資源層：包括物理資源和邏輯資源，物理資源包括存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等其他相關(guān)的本地服務(wù)。邏輯資源通過虛擬化和聚合物理層的資源提供額外的功能和通用的中間件。(2)Web服務(wù)層：在這一層所有網(wǎng)格資源都被建模為服務(wù)，OGSA規(guī)范定義了網(wǎng)格服務(wù)并將其建立在標(biāo)準(zhǔn)Web Service技術(shù)之上。(3)基于OGSA架構(gòu)的服務(wù)層：Web服務(wù)層及其OGSA擴(kuò)展為上一層提供了基礎(chǔ)設(shè)施——基于架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)。目前，研究人員主要在程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)服務(wù)、核心服務(wù)等方面定義了基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)。這些核心網(wǎng)格服務(wù)包括服務(wù)管理、服務(wù)通信、策略服務(wù)和安全服務(wù)等。(4)網(wǎng)格應(yīng)用層：隨著基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的服務(wù)不斷增加，使用一個(gè)或多個(gè)基于網(wǎng)格架構(gòu)服務(wù)的新網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)⒋罅砍霈F(xiàn)，從而構(gòu)成網(wǎng)格應(yīng)用層。

　　由于滿足不同的具體商業(yè)需求的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不同，所以網(wǎng)格構(gòu)架(Grid Framework)的選擇主要依據(jù)要解決的商業(yè)問題，這直接影響網(wǎng)格的整體設(shè)計(jì)方案。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：安全模型、資源管理、負(fù)載管理、信息服務(wù)、數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)格拓?fù)涞葞撞糠?。它可以采用各種成熟的開發(fā)工具(如Globus Toolkit等)開發(fā)。
　　近年來，在IBM、HP、微軟、ORACLE等公司的參與和推動(dòng)下，新版OGSA將Grid和Web Service相結(jié)合進(jìn)行服務(wù)網(wǎng)格研究和開發(fā)，不僅解決了網(wǎng)格應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)問題，還極大推動(dòng)了網(wǎng)格技術(shù)的研究和應(yīng)用，促進(jìn)網(wǎng)格技術(shù)從計(jì)算和數(shù)據(jù)網(wǎng)格向服務(wù)網(wǎng)格產(chǎn)業(yè)化遷移。服務(wù)網(wǎng)格的研究正在成為網(wǎng)格研究的熱點(diǎn)。
2 網(wǎng)格軍事應(yīng)用
　　隨著網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展、完善，其在軍事領(lǐng)域也得到了高度重視，如同計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用促使機(jī)械化作戰(zhàn)向信息化作戰(zhàn)改變一樣，網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)對(duì)未來作戰(zhàn)方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。美國已經(jīng)基于網(wǎng)格技術(shù)開始實(shí)施全球信息網(wǎng)格GIG(Global Information Grid)項(xiàng)目，還提出了全新的未來的戰(zhàn)爭(zhēng)樣式——網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)NCW(Network Centric Warfare)。
2.1 軍事需求背景與網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)
　　在經(jīng)過多年的局部戰(zhàn)爭(zhēng)，特別是911后的“阿富汗反恐戰(zhàn)爭(zhēng)”和“伊拉克自由行動(dòng)”的實(shí)踐之后，美軍認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有的各種軍事信息系統(tǒng)存在著信息孤島現(xiàn)象，在互聯(lián)、互通、互操作方面存在許多問題。尤其是在日益重要的聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境中，現(xiàn)有的戰(zhàn)略指揮與控制系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)指揮與控制系統(tǒng)及其信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)越來越不能滿足分布在全球的作戰(zhàn)及部隊(duì)對(duì)于信息優(yōu)勢(shì)的需求。美軍在《2020年聯(lián)合構(gòu)想》中闡述了對(duì)信息優(yōu)勢(shì)和決策優(yōu)勢(shì)的需求，強(qiáng)調(diào)了“全譜優(yōu)勢(shì)”。這就要求未來的信息系統(tǒng)具有無縫連接、以網(wǎng)絡(luò)為中心、分布式的系統(tǒng)構(gòu)成和快速?zèng)Q策的功能。網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展給這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力基礎(chǔ)與支持。
　　NCW是以美軍全球信息網(wǎng)格為基礎(chǔ)，以網(wǎng)格技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、無線寬帶通信技術(shù)、無人武器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理芯片技術(shù)、納米技術(shù)、軟件技術(shù)等為技術(shù)支撐，為最終獲得“全譜優(yōu)勢(shì)”的美軍的未來主要作戰(zhàn)樣式。“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”理念是在1997年由美國海軍提出的，2003年第一次在政府國防政策報(bào)告《國防報(bào)告》中明確闡述：網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)略就是利用正在興起的信息技術(shù)和理念，為美軍提供無縫隙、安全、寬頻的鏈接和通用性手段，通過使用信息技術(shù)和創(chuàng)新性的“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”概念，聯(lián)合各軍種，采取各種行動(dòng)，以達(dá)成目標(biāo)。美國國防部先進(jìn)概念和技術(shù)中心在其出版物《網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)》中定義“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”是關(guān)于人和組織的理念，它基于全新思維方式——網(wǎng)絡(luò)中心思想之上，并把這一理念用于軍事行動(dòng)中。
　　“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”以戰(zhàn)斗力為核心，通過把各作戰(zhàn)單元有效地連接起來，并結(jié)網(wǎng)行事而提高戰(zhàn)斗力。戰(zhàn)法強(qiáng)調(diào)：作戰(zhàn)重心將由傳統(tǒng)平臺(tái)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)；作戰(zhàn)節(jié)奏明顯加快；信息即是戰(zhàn)斗力；作戰(zhàn)單元網(wǎng)絡(luò)化可產(chǎn)生高效的協(xié)同；可使指揮員以更多手段捕捉戰(zhàn)機(jī)，指揮作戰(zhàn)；增加了作戰(zhàn)的靈活性和適應(yīng)性。
　　美國作為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的倡導(dǎo)者和實(shí)施者，其網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的研究具有典型代表性。美國國防部目前正在大力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的研究、開發(fā)、測(cè)試和評(píng)估工作，主要項(xiàng)目有：聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線系統(tǒng)(JTRS)、全球信息網(wǎng)格帶寬擴(kuò)展(GIG-BE)項(xiàng)目、基于IPv6協(xié)議的全球信息網(wǎng)格(2.0版)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線系統(tǒng)(JTRS)、空軍Link 16、海軍協(xié)同作戰(zhàn)能力項(xiàng)目(CEC)、聯(lián)合無人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)(J-UCAS)項(xiàng)目等。
2.2 全球信息網(wǎng)格
　　全球信息網(wǎng)格的思想由國防部主管信息辦公室(DoD CIO)1999年9月22日的“全球信息網(wǎng)格”備忘錄支持，并確認(rèn)了該項(xiàng)目的需求。GIG可描述為全球互連的、端對(duì)端的信息能力、相關(guān)過程和用于收集、處理、存儲(chǔ)、散布并根據(jù)作戰(zhàn)單元、決策人員和支持人員的要求來管理信息的人員的集合。其體系結(jié)構(gòu)是建立在網(wǎng)格技術(shù)和IPv6協(xié)議上的全維、立體、多頻譜、多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格構(gòu)架，可以分為基礎(chǔ)、通信、計(jì)算、全球應(yīng)用和使用人員五個(gè)層次。它可以在正確的時(shí)間將正確的信息以正確的形式傳遞到正確的接收者手中，同時(shí)壓制敵方同樣的能力，將信息獲取能力最大限度地轉(zhuǎn)化為決策能力和作戰(zhàn)能力。
　　GIG本質(zhì)上是將國防有關(guān)部門和單位轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心的組織，實(shí)現(xiàn)水平匯聚(Horizontal Fusion)，為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)提供基礎(chǔ)平臺(tái)。要實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)為中心，就必需做到：使用IPv6協(xié)議、信息安全和加密、信息只處理一次、并行傳送、應(yīng)用鼓勵(lì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、以數(shù)據(jù)為中心、服務(wù)質(zhì)量高等。
　　在網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境中，GIG采用了如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)方法(Net-Centric Data Strategy)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，目標(biāo)是使數(shù)據(jù)可視、可訪問、可理解、可信和一致。網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)方法主要內(nèi)容包括：(1)確保使用中數(shù)據(jù)的可視、可訪問、可理解、可信和一致；(2)所有的數(shù)據(jù)用元數(shù)據(jù)(metadata)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，保證環(huán)境中用戶可以發(fā)現(xiàn)；(3)除安全、規(guī)則限制外，用戶訪問的數(shù)據(jù)都放入共享空間；(4)組織戰(zhàn)爭(zhēng)和商業(yè)等領(lǐng)域共同感興趣的數(shù)據(jù)。