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标题: 网格技术与网络教学 [打印本页]

作者: z厘米。 时间: 2010-3-7 00:04
标题: 网格技术与网络教学

赵红宇1,邓祖道2
( 1.后勤指挥学院训练部教育技术中心, 北京100858;
2.石家庄陆军指挥学院军事教育训练系, 河北石家庄050084)

[摘要] 本文从介绍网格及网格的特点入手, 着重分析探讨了网格技术在网络教学中的应用和它对网络教学带来的影响。指出目前网格技术在网络教学中的应用主要有: 构建分布式网络教学资源服务系统, 构建以服务为中心的体系结构, 简化视频资源组织形式。网格技术对网络教学的影响是: 实现网络教学资源的整合, 实现网络教学中资源的共享,提高网络教学资源中视频的获取速度, 增强动态适应性。
[关键词] 网格技术; 网络教学; 资源共享

互联网技术的飞速发展引人注目, 从Internet 到Web, 它不仅大大推动了信息技术的进步, 而且也使人们的工作、学习、生活方式发生了巨大的变化。随着网络技术的发展, 互联网的新浪潮已经到来。互联网新浪潮的实质就是要将万维网(World Wide Web) 发展为网格(Great Global Grid) , 即实现由WWW 到GG 的变革, 网格技术将成为下一代互联网的核心。网络教学作为网络的重要应用, 也必将随着网格技术的应用而得到加速发展。
一、网格技术及其特点
网格是随着网络信息技术的发展而出现的, 网格(Grid)一词来自于电力网格(Power Grid), 是由电力网的概念发展而来的。网格可以实现互联网上所有资源的互联互通, 包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。网格的应用使信息世界成为一个有机的整体, 提供给最终用户透明服务,这些服务与具体的地理位置、具体的计算机设施无关。当用户有一个服务请求时, 网格系统会像电力系统那样, 通过网格的管理系统, 提供给用户相应的服务, 而用户并不知道服务是由哪里提供的、怎样提供的。
( 一) 网格
网格的全部核心就是分布式计算与资源管理。一大批异构的资源组成了一个网格, 重要的是, 这些资源以众所周知并且一致的方式进行交互和运转。正是这种交互以及不同资源所提供的组件之间的互操作性, 适应了开放标准的需要, 并因此促进了开放网格服务架构(Open Grid Services Architecture, OGSA) 的出现。
OGSA 架构由四个主要层构成。从下到上依次为:
第一层: 物理和逻辑资源层。
第二层:Web 服务层。
第三层: 基于OGSA 架构的网格服务层。
第四层: 网格应用程序层。
( 二) 网格的特点
由OGSA 模型可以看出网格有以下特点:
1. 分布性和共享性。一个网格系统由分布在不同地点、不同类型的计算机、外部设备、各种各样的资源库、知识库、网格服务等构成。分布性是网格最根本、最典型和最重要的特征, 因此网格可以实现跨分布式异构平台管理资源。而共享性则是网格的目的, 网格就是要实现对从计算资源、设备资源到服务资源等各种资源的充分共享。
2. 动态适应性。网格的拓扑结构通常十分复杂,而且网格资源的交互往往是动态的。网格的动态性包括网格资源、网格规模会随着时间的变化而实时的调整, 包括充实内容, 或去除不再使用的资源。但是网格依然可以提供健壮无缝的透明服务, 而不受到任何影响。
3. 接口和协议的定义符合开放的标准。网格构建在标准接口及协议之上, OGSA 是由GGF 标准团体进行管理的开放式标准。网格通过标准的接口和协议支持创建、终止、管理和开发透明的服务, 并且支持跨操作系统平台的互操作性。
二、网格技术在网络教学中的应用
现代教育技术领域的研究表明, 学生的学习风格可以根据他对媒体的敏感程度分为视觉型与言语型两种类型。视觉型学生很擅长记住他们的眼睛所看到的东西, 如图片、图像、影片和演示者的演示, 而言语型学生更擅长从文字和语言的解释中获取信息。研究表明, 69%的学生是视觉型的, 31%的学生是言语型的。国外学者戴尔于1946 年提出的“经验之塔”理论说明, 学生的直接经验和通过视听环境得到的信息对学生的刺激更深刻, 学习效果更佳。网络教学的一个重要特征就是服务器上的流媒体资源在教学过程中可以供多个用户进行数据的同时存取, 而以语音和视频为主的流媒体的学习资源符合大多数学生的学习风格, 更符合“经验之塔”的理论, 即学生可以更好地实行个性化学习、协作式学习, 并获得良好的学习效果, 这就是网络教学得以迅速发展的重要原因。尽管目前含有大量多媒体信息的网络教学符合大多数学生的学习风格, 并且可以取得较好的学习效果, 但是我们也必须看到网络教学还存在一些急需解决的问题, 如网络教学资源分布不均衡, 没有真正实现资源的整合和共享, 多媒体教学资源中视频的获取速度慢、动态适应性差等等。应用网格技术, 能有效克服上述问题。网格技术在网络教学中的应用有以下几个方面:
( 一) 构建分布式网络教学资源服务系统
网格技术在网络教学中, 可以将不同的网络教学资源连接地理上分布的各类计算机( 包括机群) 、数据库、存储设备等, 形成对用户相对透明的虚拟的高性能计算环境。利用网格技术构建一个分布式网络教学资源服务系统ERSDG(Education Resource Service Data Grid), 利用网格的资源共享能力, 构造教学资源访问和集成的虚拟化界面, 通过教学资源的访问接口, 访问现有资源管理系统中的教学资源数据库, 从资源库获取新的教学资源数据。
( 二) 构建以服务为中心的体系结构
应用了网格技术的网络教学系统, 其体系结构就是一个以服务为中心的体系结构。底层是由计算机( 或机群) 、交换机、路由器等网络硬件资源和多媒体教学资源数据库等组成的网络资源系统。第二层是在第一层基础上的网络教学的网格服务实现, 该层是实现服务功能的关键。因为该层对于外部来说是透明的, 学生或教师不需要知道该层的细节, 也不需要知道其网格服务是怎样实现的。而对于该层实现了哪些服务, 怎样对外提供服务, 都是由其上一层网格服务接口来对外发布的。对于学生或教师这样的最终用户所享受到的网格服务, 是通过网络教学中的网络教学应用程序得到的。网络教学应用程序作为与学生或教师沟通和交互的界面, 无论是基于WEB 页面的还是客户端软件形式, 都担负着为网格服务传递信息、启动网格服务、将网格服务的结果传送给用户的任务, 实际上网络教学应用程序已成为网格服务和用户沟通的桥梁。
( 三) 简化视频资源组织形式
网格的应用简化了视频资源的组织形式。视频资源的提供方和使用者都不再将重点放到传统方式中的拓扑结构以及各节点之间的底层网络链路状况等方面, 只需网格内的每个节点提供相应的视频资源库和相应的服务。这样就由许许多多的节点构成一台巨大的虚拟计算机, 网格内各节点的视频资源、服务相互协调、补充, 共同为用户提供服务, 从而达到网络教学资源的全面共享。
三、网格技术对网络教学的影响
网格技术的出现给网络教学提供了新的思路和解决方案。网格技术的优势在于可以利用网络教学中所有可用的高性能计算资源, 真正做到资源的整合和共享, 帮助教师和学生在实现了网格技术的网络教学系统中迅速地寻找、定位个人所需要的各类媒体资
源, 提高备课和学习效率。因此网格技术在多媒体网络教学中的应用, 不但可以解决网络教学中存在的问题, 还将推动其发展, 引领网络教学发展的新浪潮。
( 一) 实现网络教学资源的整合
网络教学资源是开展网络教学的基础, 网络教学资源包括网络课程和网络课程中常用到的文本、图形、图像、动画、音频库、视频库、学科符号和图形库等。在网格环境中, 组成网络教学的各硬件和软件资源是开放性的, 这样就有条件将所有的软硬件资源充分利用起来, 实现网络教学资源的整合, 动态地完成统一的网络教学任务, 能有效克服当前院校网络教学中存在的以下问题: 一是网络教学资源库重复内容多、优质资源少、分布不均衡; 二是有些教学资源库的多媒体信息资源丰富, 访问量很大, 网络计算繁忙, 而有些教学资源库的信息资源匮乏, 网络计算资源利用率还不到20%, 造成网络计算的利用率不平衡。
( 二) 实现网络教学中资源的共享
网络教学的核心是教学资源的共享和教学服务系统的建立, 但目前这种共享还处于相对较低的水平。校园网内和校园网之间的网络教学资源库的快速增长形成了一个个的信息“孤岛”, 给共享及资源管理带来了很大的困难。首先, 多媒体的教学资源方面存在着形式多样、格式不统一、无法进行统一有效的协调和管理等问题; 其次, 硬件和操作系统存在着多种异构系统并存, 网络教学系统无法跨平台运行等问题; 再次, 在服务方面, 由于在网络教学中多采用静态或者是动态用ASP 或JSP 实现的Web 页面, 无法真正体现服务的理念; 最后, 值得注意的是在网络教学中还存在着资源重复建设的现象。由于网格的资源共享能力构造出网络教学资源访问和集成的虚拟化界面, 具体来说就是由特定的网格服务屏蔽了用户或客户端程序对特定网络教学资源的访问, 从而简化了访问过程, 学生或教师可以快速查询所有网格中的课件、知识资源, 而感觉不到网格中实际存在有多少个独立的网络教学的数据库和服务器, 只是感觉到增加了更多可用的课件和知识资源, 使用户( 学生或教师)易于在此基础上进行网络教学资源的共享。
( 三) 提高网络教学资源中视频的获取速度, 增强动态适应性
在网络教学中使用率和访问率最高的是视频资源。而传统的视频资源的组织方式都是以集中式为主, 视频播放中心在得到用户点播请求时, 播放中心的视频服务器将直接服务于该用户的请求。由于音视频的数据量大, 其存储、传输、大量并发性访问等操作
会造成巨大的网络数据流, 造成音视频中心节点的网络拥堵, 服务器超负荷运行甚至系统崩溃。如果这些问题得不到根本的解决, 势必制约网络教学的进一步应用和发展。在应用了网格技术的网络教学环境中,视频资源与传统的集中管理的视频源相比有着巨大的优越性。当学生通过视频播放器请求代理进行交互时, 请求代理负责为学生在整个网格中寻找合适的视频资源,并进行调度分配。这样学生可以对当前网格中的负重压力最低的视频源节点进行视频点播请求,提高获取速度。网格应用的优势更在于可以增强视频中心节点的动态适应性。在应用了网格技术的网络教学视频资源库所组成的视频源中, 中心节点可以动态地自由地加入和退出。当学生通过网格应用程序, 按照个人需求提出视频点播请求时, 视频网格服务会根据请求, 在网格系统内统一协调、组织和管理, 为学生提供快速准确的视频点播服务。
四、结束语
网格技术已经成为计算机界和网络界关注的焦点。网格技术应用到网络教学后, 可以提供一个虚拟化的网络教学资源分布的应用环境, 在这个环境中可以实现数量巨大的网络教学资源的管理,同时可以快速整合和动态化地组织异构的网络教学资源,实现资源全面共享。网格技术与网络教学的结合是技术服务于应用的必然结果, 两者的有机结合势必为网络教学发展带来深远的影响。
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[4] KMCenter,WEB 服务与网格融合是未来发展趋势[DB/OL].赛迪网, 2006-04-05.
（发表于《电化教育研究》，2007年第9期）

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