许 骏,史美林,李玉顺,王桂玲,王冬青著,网格计算与e-Learning Grid:体系结构·关键技术·示范应用,北京:科学出版社,2005年8月, ISBN 978-7-03-015910-1
一、内容简介
网格计算(grid computing)与e-Learning两个领域的交叉融合形成e-Learning Grid这一新的研究方向。本书从体系结构、关键技术与示范应用等方面介绍作者及其团队所做的工作,勾画网格计算的起源、应用现状与发展趋势;讨论动态数据聚合等网格服务中间件原理、模型与实现技术,介绍网格计算环境下的协作感知、任务调度与资源动态分配研究的新进展。
二、许骏:《网格计算与e-Learning Grid:体系结构·关键技术·示范应用》前言
网格计算(grid computing)被认为是继因特网和Web之后的第三次浪潮,是下一代互联网技术研究与应用的重要领域之一。网格有可能成为下一代信息基础设施,它不仅备受学术界瞩目,也引起了产业界的广泛关注。网格计算主要研究在分布、异构、自治的网络资源环境动态建构虚拟组织并实现跨组织的资源共享与协同工作,共享与协作是网格的基本理念,松散耦合的网格系统能够实现广域计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合与按需共享,支持大规模计算、数据密集处理以及时空分布群组协同工作为特征的应用。网格计算技术已经在物理学、地球科学、气象科学和生物科学等科学研究领域得到应用,能够为跨地域、跨学科的大型科学研究活动提供协同工作支撑环境。英国e-Science计划对全球网格计算技术应用研究具有重要影响,它是一个庞大的研究计划,目标是构建新的科学研究与实验支撑环境。目前该研究计划已进入第二阶段,其中有两点变化值得关注,一是提出了“Web Service Grids”的概念,即将网格计算技术研究转移到Web Services平台;二是强调网格中间件技术研究的重要性。e-Learning是信息时代的一种重要学习方式,已成为构建学习型社会的重要基础。当前e-Learning支撑环境突出了协同协作、资源共享和个性化学习支持服务,新一代e-Learning关注构建广域教育资源共享与协同工作环境,特别是国家或区域性的e-Learning基础设施建设,面向服务的体系结构(service oriented architecture,SOA)和中间件(middleware)是技术解决方案的主要特征,所有这些都与网格计算的理念与技术紧密相关。欧洲LeGE-WG(Learning Grid of Excellence Working Group)的目标是建构欧洲学习网格基础设施,发展新一代e-Learning平台。我国政府教育主管部门也将网格计算技术列入教育信息化的重点科技攻关内容之一。网格计算与e-Learning两个领域的交叉融合形成了e-Learning Grid这一新的研究方向,为e-Learning的发展带来新的机遇。实践表明,应用需求是推动网格计算研究与发展的动力。
当前,人们对网格计算有不同的理解,在认识上存在一些分歧,这是很正常的现象,这一方面反映了网格计算内涵之丰富,同时也说明网格计算仍处在迅速发展的阶段,还有很多理论与实践问题需要进一步深入研究。以e-Learning Grid为代表的网格计算教育应用研究就是一个充满挑战与发展机遇的新研究领域。
我们从2002年下半年开始从事网格计算环境下的协同工作理论与关键技术研究,并面向e-Learning领域开展网格计算应用研究,研究工作得到国家自然科学基金资助(批准号:90412009)。经过研究团队全体同志的共同努力,研究工作取得重要进展,在e-Learning Grid体系结构与支撑环境、网格中间件以及基于网格计算环境的协同工作与资源共享平台研究等取得一系列创新性成果,在若干关键技术取得突破。2004年12月,教育部科技司在清华大学主持召开了该项目科技成果鉴定会。鉴定委员会一致认为,该项目在网格计算教育应用研究领域做了开拓性工作,填补了国内e-Learning Grid研究的空白,达到国际同类研究先进水平[1]。这是专家对我们研究团队工作的肯定和鼓励,更是专家对我们研究团队的勉励与期待,我们受之有愧,但一定会将专家们的热情鼓励作为我们努力追求的目标。
示范工程建设是项目研究的重要内容,我们以全球最大的远程教育体系——中央广播电视大学系统作为应用背景,在国内外率先将网格计算技术应用于远程学习评价研究,研究开发成功服务国家远程教育的学习评价网格LAGrid,为e-Learning Grid研究提供了一个范例,这对远程教育的发展和网格计算技术研究均具有重要意义。
本书是在项目研究技术报告基础上修改、充实而写成的,同时借鉴吸收了国内外同类研究的最新成果。这是我们团队研究工作的阶段性总结,凝聚着研究团队全体同仁的智慧和心血。许 骏、史美林共同主持项目研究和本书的撰写工作。全书分为五篇。第一篇介绍网格计算及其发展,试图勾画网格计算研究的脉络、重点与发展趋势,讨论了面向服务的体系结构与Web服务、网格中间件技术等。第二篇从应用牵引与技术推动两方面讨论新一代e-Learning支撑环境技术解决方案,介绍了e-Learning Grid研究的主要内容以及e-Learning Grid示范工程——远程学习评价网格LAGrid。第三篇讨论e-Learning Grid体系结构、安全体系以及面向服务的网格中间件技术,介绍核心网格中间件原理、模型、实现技术及其应用。第四篇介绍基于网格的CSCW研究新进展以及协作感知、任务调度与资源分配机制等,讨论支持广域分布群组协作以及跨组织资源协调与问题解决的协同工作环境。第五篇介绍e-Learning Grid学习资源共享技术解决方案,讨论基于发布/订阅通知机制以及概念检索模型的资源推拉服务,介绍了网格环境下的资源共享质量保证问题。本书由许 骏、史美林、李玉顺、王桂玲、王冬青等合著,杨胜文参加了LAGrid安全体系和任务调度部分内容的撰写,苗春雨参加了消息中间件部分内容的撰写。华南师范大学教育技术研究所所长李克东教授参加了本书写作大纲的讨论并提出了很多建设性的指导意见。华南师范大学教育信息技术学院柳泉波博士对书稿提出了一些具体修改意见并撰写了资源分配与调度一节的部分内容。中央广播电视大学网络中心主任李国斌副研究员和电大在线远程教育技术有限公司贾利亚工程师为项目示范工程研发与应用推广做了大量工作,还有很多同志以不同方式为项目研究和本书写作做出了贡献,包括参与项目总体方案讨论以及对本书初稿的直接评论等。因此,项目研究和本书写作得以顺利完成,是我们研究团队全体成员共同努力的结果,也离不开领导、专家的关心、指导和支持。本书写作过程中参阅了大量国内外文献资料,我们尽可能详细地注明了这些文献的出处,以方便读者查阅。从某种意义上说,本书汇集了这些文献作者的真知灼见,在此,对这些文献的作者表示感谢。
网格计算教育应用研究是一个新课题,就愚见所及,本书可能是国内该研究领域第一本公开出版的专著。由于论题涉及计算机网络技术研究的一些前沿问题,研究内容体现了多学科交叉和技术集成创新的特点,这些都决定了本书具有明显的探索性和试验性,它的稚嫩也就难以避免。在本书即将付梓之际,我们的心情依然忐忑不安,因为我们没有把握为本书画上句号,能否达到预期目标,心中无数,但我们的态度是“虽不能至,然心向往之”。愿借本书抛砖引玉,与同行进行交流,“嘤其鸣矣,求其友声”,这就是我们的肺腑之言。期待本书的出版能够对我国网格计算及其教育应用研究起到促进作用。由于我们的学识与能力有限,从事这一新领域研究的时间比较短,加上网格计算技术发展很快,很多新东西我们并不熟悉,在很多问题上只能说是一孔之见,书中不妥和错误之处在所难免,我们诚恳地期待各位专家和读者朋友不吝指教和帮助,对此,我们深为感激。
感谢项目研究团队的同事和朋友们对我的理解、信任和支持,他们是:李玉顺、王桂玲、王冬青、杨胜文、苗春雨、贾利亚、陈家海、龚 能、沈浴竹、崔鹤鸣、宋 阳、刘旭辉、董云森、孟战龙和张 鹏等。两年前,我们共同承担了这一任务,一路走来,似乎不曾有过“我们走在大路上”的豪迈,有的是如履薄冰、如临深渊的感觉,毕竟这不是一件容易的事情,“漫天皆白,雪里行军情更迫”是当时心情的真实写照。两年来,我们一同迎来朝阳送走黄昏,清华园的绿树繁花和湖光山色见证了我们匆匆的步履和忙碌的身影,实验室的灯光是一道美丽的风景。农夫是“锄禾日当午”,学术研究也是一种艰辛的劳作,研究工作要靠年复一年的积累,成果孕育在日以继夜的潜心研究之中。我们研究团队的成功演绎了这样一种境界:“只知耕耘,不问收获”,也是清华校风“行胜于言”的生动体现。现在,凝聚着研究团队全体成员智慧和汗水的这本专著即将由科学出版社出版,这是对我们研究团队全体同志共同努力的最好纪念,也是我们之间友情的最好见证,这段一起走过的日子将带给我们美好的回忆。尽管我们清楚书中的一些看法和想法未必高明,但都是实践之后的真实体会,就像农夫在秋后与朋友谈论耕耘与收获。衷心感谢研究团队的同事和朋友们为项目研究做出的重要贡献,他们在项目研究最困难的时候给予我最坚定的支持。我欣赏他们的勤奋与才华、成绩与潜力、谦虚与务实,我为这个优秀的团队感到自豪。项目研究成果是集体智慧的结晶,是依靠团队力量集体攻关取得的,我只是主持了这个团队的研究工作而已。我长期主持集体研究项目,对团队精神和集体荣誉感体会最深,我认为,研究成果固然重要,但团队成员之间的友谊更加珍贵,一项成果也许领先不了多长时间,但友谊地久天长。借此机会,我向研究团队的同事和朋友们送上最真诚的祝福,祝愿朋友们在漫长的人生道路上,吉祥如意,花好月圆,拥有健康的身心、成功的事业和美好的人生。
当前,大家都在谈论网格,似乎很多东西都可以打上网格的标签,网格几乎成了一种时尚与潮流。我们也算是网格计算及其应用研究队伍中的一员,当然为这一研究领域能够受到人们如此热情关注而感到高兴。然而,网格到底是什么?这个问题一直困惑着我们,促使我们不断地去思考、探索与实践,对一些问题思考与探索的初步结果反映在本书及我们撰写的其它文章当中。事实上,本书的写作与出版也是项目后续研究工作的需要。随着研究工作的不断深入,将有更多同志参加到我们的研究团队,为方便他们了解已有的研究工作基础,较快进入该研究领域,并能从中吸取教训,少走弯路,本书可以提供一些帮助。另一方面,随着项目示范工程——远程学习评价网格LAGrid基础设施的完善和应用领域的拓展,应用部门的很多同志也希望对网格计算与e-Learning Grid有更多的了解,本书有可能为他们提供一条捷径,也许读后还会有所启发。如果本书能在这些方面对读者有所裨益,我们已是大喜过望了。网格计算与e-Learning Grid这一新领域,还有很多问题有待深入研究与实践,更艰巨的任务还在后面。宋代诗人杨万里有诗云:莫言下岭便无难,赚得路人错喜欢。正入万山圈子里,一山放过一山拦。登山如此,科学研究又何尝不是这样呢?我们不能止步,还得继续登攀,让我们扶犁荷锄,继续耕耘吧!“欲穷千里目,更上一层楼”。
我们在网格计算与e-Learning Grid的研究工作已经进入第二阶段,研究团队成员大多来自清华大学计算机科学与技术系网络技术研究所和华南师范大学教育信息技术学院,以充分发挥两校在相关学科的优势,促进跨学科交叉研究。第二阶段研究工作得到华南师范大学国家“211工程”重点学科建设专项经费的支持,华南师范大学教育信息技术学院院长徐福荫教授、教育技术研究所所长李克东教授一直关心、支持本项目的研究工作,清华大学计算机科学与技术系史美林教授受聘担任华南师范大学教育技术学国家重点学科计算机网络及应用方向的责任教授,我将有机会与史美林教授、李克东教授和徐福荫教授共同主持项目研究和直接参与学科建设工作,这对我而言,是非常难得的学习机会,我一定会倍加珍惜,相信我们的合作是愉快并富有成效的。第二阶段的研究工作将继续加强与应用行业和产业部门的合作。中央广播电视大学系统作为全球最大的远程教育体系,有着广泛的应用需求,电大在线远程教育技术有限公司在e-Learning产品开发与技术服务方面具有很强的实力,在国家远程教育公共服务体系中也扮演着重要角色。我们已经有很好的合作基础,今后将继续探索着眼于长期合作的产学研新模式,共同组建联合研究实验室从事网络技术的前沿研究以及针对行业特点和市场需要的应用技术研究,这种联合体现了需求牵引与技术推动的特点,可以避免资源浪费和重复研究,能够缩短技术产业化的周期,有利于成果的推广应用。目前,项目第二阶段研究已经在掌握和突破一批关键技术方面取得新的进展,成果应用推广的规模在扩大,呈现出良好的发展态势,“才送春风吹绿柳,又见桃花映红墙”,我们对项目研究的前景充满信心。项目研究工作也促进了人才培养,清华大学计算机科学与技术系博士研究生李玉顺、王桂玲和华南师范大学教育信息技术学院博士研究生王冬青、任光杰等的学位论文选题都与网格计算教育应用研究相关,他们在各自研究课题上取得的新成果必将进一步完善和丰富本书的理论体系与内容。
我于2003年1月进入清华大学计算机科学与技术系博士后流动站,主要从事计算机网络与分布式系统研究。春去春又来,花谢又花开,转眼两年多时间过去了,回顾清华园的博士后研究经历,主持过项目研究工作,思考过一些问题,也写过一些文字,不足言成绩,乏善可陈,然而有不少甘苦寸心自知,别有一番滋味在心头,这是我生命中非常有意义的一段历程。感谢清华大学博士后管理办公室的领导以及计算机科学与技术系主任林闯教授、系办公室籍凤华老师在我办理入站手续和在站期间给予的关心和帮助,感谢计算机科学与技术系博士后流动站前后两任站长杨士强教授和朱小燕教授对我的鼓励和指导,感谢计算机网络技术研究所给我提供良好的科研条件。感谢合作导师史美林教授将我带入到网络计算与计算机支持的协同工作这一研究领域。史美林教授在国内率先提出基于网格计算环境的协同工作理论与关键技术研究这一新课题,该课题后来得到国家自然科学基金重点资助。我很荣幸有机会经历了从课题论证到组织实施的全过程,导师的治学态度和敬业精神深深教育和影响了我,在他身上体现了做人与做学问的博大胸怀与崇高境界,导师的谆谆教诲,如沐春风。我和史美林教授亦师亦友,师友之情谊,良可珍惜也!正是导师史美林教授给我明确的研究目标、创新的学术思想以及国内一流水平的工作基础,我和研究团队的同事们才能在较短的时间将网格计算与e-Learning Grid这一课题研究向前推进一步。古诗云:问渠哪得清如许,为有源头活水来。能够在一个得到国家和社会的大力支持,拥有丰富的学术资源,而又相对自由、纯洁、宽松的环境中专心于学问,这是非常幸运的。清华园的博士后研究经历给我留下的不只是美好的回忆,而且真正能成为不断滋润我人生的精神源泉。
中国人工智能学会理事长、北京邮电大学学术委员会主任钟义信教授主持了项目研究第一阶段科技成果鉴定会和我的博士后离站科研工作评审会,给予我很多鼓励和指导,在此谨表示诚挚的谢意。感谢参加鉴定会和评审会的何丕廉教授、曲成义研究员、涂序彦教授、何克抗教授、王克宏教授、戴一奇教授、曹元大教授、胡晓峰教授、韩燕波研究员、张书杰教授、丁兴富教授、李树芳教授、傅德荣教授和周苏副教授。
感谢项目合作单位华南师范大学教育信息技术学院、中央广播电视大学和电大在线远程教育技术有限公司等对项目研究工作的大力支持。感谢何克抗教授对我的悉心培养,攻读博士学位期间的学习与研究积累,为我从事博士后研究打下了良好的基础。感谢华南师范大学教育信息技术学院李克东教授、徐福荫教授,中央广播电视大学任为民教授,华中师范大学信息技术系傅德荣教授,清华大学计算机科学与技术系向 勇副教授、姜进磊博士和吴昌泉老师,电大在线远程教育技术有限公司高级顾问常梦雄教授、总经理赵敏先生、执行副总经理汪启富先生、副总经理李国斌先生等多年来给予我的关心、指导和帮助。感谢中央广播电视大学副校长孙禄怡教授、考试中心主任杨孝堂副研究员、考试中心副主任李小平副研究员,北京广播电视大学校长助理唐荔副教授等在示范工程研发与应用推广过程中给予的支持与配合。感谢参与e-Learning Grid示范工程——远程学习评价网格LAGrid应用试验的部分省市广播电视大学的老师和同学,他们实际测试了该系统并提出了很多有价值的改进建议,由于篇幅所限,这里无法一一列举他们的名字。一些高年级本科生和硕士研究生参加了本项目研究工作,他们在讨论会上的出色表现和参与课题研究时的敬业精神,让我认识到“教学相长”的真谛,体会到教师职业的价值与乐趣。
科学出版社王淑兰编审为本书出版做了大量艰苦细致的工作,付出了辛勤的劳动,尤其是在体例规范方面提出的建设性意见令本书增色颇多,正是她的敬业与认真促成了本书的迅速付梓,在此谨表示衷心的感谢。
在本书即将出版之际,我再次向项目研究团队的同事和朋友们表示感谢,并请允许我代表项目研究团队向关心、支持本项目研究工作的领导、专家和同志们表示感谢,感谢所有以不同方式为项目研究和本书写作做出贡献的同志和朋友们。谨以此书献上我们的问候与祝福。
许 骏
2005年5月1日于北京清华园