網格技術" title="網格技術">網格技術是近年來興起的新技術研究熱點。它能充分利用因特網上豐富的閑置資源，開展協同工作，可用來解決很復雜的科學或商業問題，在生物、醫學、航空、化學、天氣、地理、高能物理等領域有著廣泛應用。網格具有支持資源共享、協同工作的固有能力和面向服務的基本特征，其本身也成為新一代社會信息基礎設施的雛形。
　　網格計算" title="網格計算">網格計算系統是大規模的分布式系統，典型應用有基因分析、地震預測、環境管理、分子工程、流體動力學、航空航天學等。在網格中，分布在不同區域的計算資源通過因特網聚集起來，并能自主地管理，協同解決一個大任務。這樣，巨大的工作量分攤開來，整個網格系統" title="網格系統">網格系統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。
　　隨著移動無線網絡系統的快速發展，用戶在任何地點、任何時間都可以訪問全球網絡資源。這意味著除了靜態結點外，網格系統也應考慮把移動結點包含在內，這種結合所產生的技術就稱為“移動網格計算”。它實際上是傳統網格計算在無線計算環境中的擴展，它以無縫、透明、安全、有效的方式支持移動用戶和資源，是無線技術與網格計算這兩種新技術的融合。
　　移動網格適合的應用環境有：石油鉆探中的感應器，地震監測/預測中的感應器和監視器、災難管理系統、戰場命令系統。例如，在不同城市的科學家收集地震數據并使用并行算法來預測未來的地震活動；嵌入式軍事超級計算應用，如坦克、卡車、飛機、船只使用無線網絡連接起來，收集數據，傳到網格上的其他結點，使用分布式算法來作出決策；緊急事件智能預報，如颶風，分散在各處的移動結點收集數據，傳送給其他結點，并使用這些數據預測颶風的路徑和強度。這些應用可在一個網格系統上執行，但數據資源分散在各個移動結點上，而且，這些移動結點空閑的CPU周期也可被利用。因此，在現代計算領域和移動網絡系統中，移動網格計算會起著重要的作用。
1 移動網格計算系統結構及技術難點
　　當前大多數網格結構和算法并沒有把移動計算環境考慮在內，因為移動設備還沒有被認真地考慮為合法的網格計算資源或接口。在網格計算環境中定位移動設備的角色，可以考慮兩種，一是可作為同網格系統交互的接口，使用者可通過移動設備向網格要求服務，利用網格資源來完成任務，可遠程監控任務的執行，并從網格中獲得所要求的結果；另一種是把移動設備也作為網格的計算資源，可參與到網格的計算任務中，而不僅僅是網格服務的接收者。因此，移動設備要有效地嵌入到網格中，既可以作為要求網格服務的接收者，也可以作為網格服務的提供者。
　　但由于移動設備本身的一些限制，可能會對它們集成到網格中產生一定的阻礙，如移動設備本身資源的貧乏(計算速度和內存)，電池的問題，不可靠的連接性問題及安全性問題。但隨著無線技術的進一步發展和研究的深入，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，這樣就延長了系統電池的壽命，這些移動處理器與現有軟件兼容；對解決移動設備連接的不可靠性問題，也有解決方案的出現，如Sang-Min Park等人把移動結點連接的不連續性考慮在內^[1],提出了一種新的調度算法。
　　為了把移動設備融入到網格計算系統的體系結構中，并考慮移動設備本身的特性及在網格中的角色，可設計移動網格計算系統結構如圖1所示。

　　圖中網格系統分為三個部分：靜態網格站點、移動設備群、以及連接靜態和移動資源的網關。移動設備可通過WLAN或遠程蜂窩網絡(如GSM、CDMA)連到因特網上。在移動設備和網關一側，都需裝有移動代理和服務代理。
　　當移動用戶提交任務，想獲取網格計算系統的服務時，實際上是通過移動設備中的移動代理與網關中的移動代理進行交互，再由網關中的移動代理向網格系統提交任務。若網關中的移動代理偵測到移動設備與之連接中斷，就負責作為移動設備的代理來完成與網格計算系統的交互，如監測任務的執行，輸入必要的信息等。任務完成后，結果數據就暫時保存在網關中的移動代理中。一旦網關中的移動代理偵測到移動設備與之連接恢復，就把結果數據傳給移動設備。
　　當網格用戶提交任務給網格系統時，移動設備群作為移動網格系統中的移動站點也可以參與到網格任務的計算中。這時，網關處的服務代理負責把分配給移動站點的任務進行分解，并根據分配算法把子任務分給各個移動設備完成(在移動網格中為移動站點設計任務分配算法，要充分考慮到移動設備的移動性和相較于有線設備的連接不可靠性，充分利用有限的移動資源，最大化它們的吞吐量)，移動設備方的服務代理負責與網關處的服務代理進行交互，一旦網關處的服務代理監測到某移動設備中斷通信，就把任務遷移到別的移動設備處執行，移動設備完成任務，就通過它的服務代理通知網關處的服務代理，把結果傳出去。移動代理和服務代理共同作用，完成移動設備在網格計算系統的雙重角色。
　　把移動因素考慮在內，會產生一系列亟待解決的問題。
　　·移動設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性問題，會造成移動設備與網格的連接中斷。在有線網格中，這種狀況可忽略，但在移動網格中，這種現象卻不容忽視；
　　·安全方面的挑戰是保證用戶和服務提供者只執行授權行為，更具體的說：要確認用戶的安全要求；在給定的時間內，根據用戶的要求和網格的能力來協調網格的安全；還要開發一個統一的安全結構；
　　·設備的異構性問題，要解決各平臺間的通訊，涉及到的平臺包括客戶端設備(iPAQ、Smart Phone和其他手持設備)和服務器端設備(Linux和Windows服務器)之間的通信；。
　　·移動網格的高可靠性和容錯設計，它們是無線網格QoS的保證(設想移動網格上運行金融交易業務，用于戰場戰略決策的移動網格系統)；
　　·移動網格的負載平衡問題，由于移動設備本身的特性，會因為無線連接中斷等原因出現在短時間內大量移動設備資源急劇下降和故障修復后移動設備資源迅速上升的突發性狀況，以及移動設備從一個服務區域移到另一個服務區域時的狀況處理；
　　·移動網格中間件的設計，要考慮移動設備的多樣性，服務的透明性，界面的一致性，提供給用戶一種隨時隨地訪問網格資源，進行工作、娛樂和連接功能。
　　這些技術挑戰在實現移動網格的過程中是必須要解決的問題，是移動網格走向成熟應用的關鍵。
2 移動網格目前發展狀況及未來發展前景
　　移動通信是近幾年通信各領域中發展最快的領域之一。據全球GSM運營商聯盟統計， 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％；又據移動通信的另一組織CDMA發展組織(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ITU統計，2004年中期，全球移動用戶總數已近15億，占世界人口的四分之一，特別是發展中國家移動電話用戶數量呈快速增長的態勢。自2000年以來，發展中國家的移動電話用戶翻了一番。至2004年中期，發展中國家的移動電話用戶總數已經超過發達國家。中國信息產業部統計顯示，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。
　　以上數據足以說明移動設備資源無比巨大并呈上升趨勢，傳統有線網格計算要充分利用這類資源，把傳統網格計算的應用從科學領域向商業、政府、國防、民用領域擴展，實現真正意義上的全球網格計算。
　　可以說，雖然目前已經有很多應用系統都采用了移動設備，但是，在軟件開發方面、后臺通信方面、信息共享方面并沒有一個統一的規范，許多開發商處于各自為戰的狀態。如果將這些應用了移動設備的系統，用移動網格技術進行統一的話，將大大簡化這些應用系統的開發和實施，并進一步推廣網格技術的發展和普及^[4]。
　　在國內，有不少高校已經參與了有關移動網格的研究，也制定了相應的構架。在國外，許多公司和機構都非常熱衷于移動網格的研究，如Oracle、微軟等。HP公司對移動網格也作了比較深入的研究，并制定了Grid lite構架。隨著開放網格服務體系結構OGSA^[8]和Web服務資源框架WSRF的提出，單純面向科學活動的網格計算已經真正開始轉向面向服務的信息網格。工業界開始積極參與網格研究并逐步起到主導作用。在工業界，以IBM、HP、SUN、Oracle等為代表的大型企業積極推出自己的網格計算方案和產品。
　　在國外，有很多傳統的網格項目，如美國的Cyberinfrastructure、英國E-Science計劃、德國網格Deutschland Grid/D-Grid項目、亞太地區網格ApGrid等^[5]，其中與移動網格項目有關的，值得關注的項目有：
　　2004年，歐洲委員會投資5200萬歐元(6300萬美元)用于研發項目SIMDAT，旨在推進其25個成員國之間的網格計算技術。其中大部分資金將投向四個項目：SIMDAT是運用數值模擬方法進行過程產品開發的數據網格技術，著重于汽車、宇航及制藥行業。NEXTGRID著力于在未來十年內開發出一種新的網格計算體系。COREGRID則是為了將現有的網格研究團體聚合在一起。而AKOGRIMO^[9]的重點則在移動通信及IPv6(互聯網協議版本6)。全球信息網格GIG是美國軍方支持的一個項目，主要應用于國家軍事領域，它支持所有的防御部門、國防安全以及相關的智能社團。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、移動平臺以及開發場地等，并提供各兵種協同作戰能力；韓國信息與通信部支持的K*Grid^[10]項目，它的目標是為工業和學術界提供一個強大的研究環境，在此項目中，對移動網格技術的研究構建在對大量移動設備的閑置資源進行利用，并開發一個移動網格平臺，研究范圍包括：對無線移動網絡、設備和技術、無線網格需求的分析，基于PDA和無線LAN技術的移動網格平臺的設計和實現。據解放軍報報道，中國首家軍事網格研究中心2004年5月28日在南京理工大學正式掛牌成立，它是由各種通信衛星、通信飛機、作戰地域網等通信和計算機設施組成的廣域分布、無縫連接、動態開放的互聯網絡，這是移動網格具體的應用。
　　可以說，移動網格項目數量與傳統有線網格相比要少得多，而且正在研究的初步階段，還沒有一個成熟的應用。但傳統有線網格正逐步走向民用，下面是一個國內網格走向民用的一個例子。
　　Gridmedia 網格媒體技術是清華大學網格傳媒信息技術研發中心研發的具有自主知識產權的網絡傳媒技術。該技術大膽地將網格技術、Peer-to-Peer 技術和組播技術相結合，將網格計算與流媒體傳輸技術有機的結合起來，能夠實現超大規模環境下的高質量音視頻傳輸，并能廣泛用于網絡電視臺、視頻點播、視頻聊天/會議、多媒體新聞發布、網絡視頻廣告展示等多媒體信息服務。目前，Gridmedia與央視國際cctv.com聯合推出Gridmedia公網測試版,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，這是網格技術在中國第一次為平民大眾服務的一個例子，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略了網格技術的魅力。而Gridmedia下一步的研究目標肯定是應用網格技術為廣大的移動用戶服務。
　　網格以后的應用發展趨勢是由從科學計算領域向商業、民用領域發展，為大眾提供娛樂服務、醫療服務、計費業務、消息提醒業務、功能評估業務、數據挖掘業務、保險業務等，而要使傳統網格的功能進行延伸，就不得不研究移動網格，使網格成為真正意義上的第三代互聯網。
參考文獻
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3 Sang-Min Park, Young-Bae Ko, Jai-Hoon Kim. Disconn-ected Operation Service in Mobile Grid Computing. http://www.cs.virginia.edu/~sp2kn/paper/icsoc03.pdf,2005
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5 ChinaGrid建設目標http://www.cutech.edu.cn/%5Cjiaoyux-inxihua%5C000132.asp,2005
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11 T. Phan, L. Huang, C. Dulan. Challenge: Integrating Mo-bile Wireless Devices Into the Computational Grid.http://portal.acm.org/ft_gateway.cfm?id=570679&type=pdf,2005