空间信息网格技术探讨

扩展工具层
空间信息网格研究和应用联合实验室（SIGRA）
相关技术之间的关系
网格和共享技术 网格和并行计算 网格和人工智能 网格和GIS
空间信息网格研究和应用联合实验室（SIGRA）
Grid-Enable之后的空间信息系统
基于网格的空间数据分发系统和基于网格的空间数据共享设 施 基于网格的专题空间信息系统
网格环境下的模式
数据库
metadata
服务器
网格中间件
metadata
客户端
客户端
数据库
metadata
服务器
网格中间件
客户端
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网格适宜于数据共享的技术特点： • 承认数据源的现有特性和服务结构
• 不改变现存数据的结构 • 不影响现有数据服务的形式
• 连接网格的中间件部分可以作到与原来系统完全的独立
• 资源面临的问题
• 数据的共享 • 接口的无差别 • 处理能力的协同 • 处理过程的交互
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数据方面的矛盾
•数据源的数量增加－－－－－－数据组织和数据服务的异构性 •数据的集中－－－－－－－－－用户的分布 •数据的高价值－－－－－－－－数据的共享
处理资源方面的矛盾
ESA： • 从一些个案研究开始，内容都比较基础。 • 目前开始了一些大型的项目和计划。（比如 EU-IST计划） • 开展了很有特色的应用：极地研究、海洋油污扩散预警等 • 目前正在构建EO-Grid • 非常活跃的团队 法国CNES、德国DLR、英国ESYS都进行了大量独立的网格研究
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网格的特长？ • 实现异构数据服务之间的数据共享 • 便于用户对于海量数据源的获取 • 实现不同处理资源的组合和交互 • 构造跨区域、跨行业的分布式应用
利用网格可以部分解决空间信息应用 系统中面临的问题，特别是共享和互 操作问题。
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形成基于服务的网格体系架构 网格体系
网格系统
面向实用系统
目的 出现各种原型和概念系统 形成OGSI体系 实现了Web Service的融合
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结果
Grid Service OGSA
GLOBUS 3.X
GLOBUS 4
Web Service WSRF W3C Web Service 产业界的推动
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国内空间信息领域的网格实践
国内的网格研究计划 • 中国国家网格 China National Grid （CNGrid） 863-10主题 • 中国教育网格 China Grid （CGrid） 教育部 • 。。。。。 • 中国空间信息网格 Spatial Information Grid （SIG）863-13主题
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网格技术的起源与发展
网格技术（Grid Technology） • 资源共享概念的扩大—数据、计算能力、智力资源 • 形成广义上的网格虚拟组织（ Grid Virtual Organization ）
• Set of resources (computers, storage systems) • Distributed among participating organizations • Available for use by a group of users 一组可用的资源（计算机、存储系统） • Is defined by the grouping of resources plus the grouping of 分布于特定的机构之内 individuals, brought together for a common purpose under mutually acceptable governing rules. 资源可为一群用户可用
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基于网格的空间数据分发系统 （数据共享基础设施）
传统的方式
metadata
数据库
服务器
客户端
数据源
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数据库
metadata
metadata
metadata
数据库
服务器
客户端
数据库
metadata
数据源
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实质：各类资源形成的资源组加上独立用户形成的用户 组，在接受共同管理规则的原则下，完成合适的任务
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网格技术的演化过程
信息系统
共享 网格 分布计算 协同 高性能计算 分布存储
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着眼于协同计算和聚合计算 网格计算
美 国
欧 洲
日 本
加 拿 大
中 国
技术跟踪
原创性技术研究
欧 洲
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相关的主要国际组织
OGC • ＯＷＳ规范 • ＷＣＳ，ＷＭＳ，ＷＦＳ等标准 • 提案了ISO19XXX等多个标准 • 目前其视野范围已经扩展到基本空间信息处理和服务的所有方面 CEOS • CEOS Grid计划 • WGISS中的Grid Task Team • 每年两次会议，深度的交流和项目合作 GEO/GEOSS • System of systems
4、网格已经成为空间信息领域一种主流技术方向
• 国外主要的空间信息服务机构都已经将网格作为解决其空间信息数据 服务的关键技术
• • • • NASA NOAA USGS ESA
• 形成了很多基于网格的数据分发服务平台，实现了一站式的服务
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国外空间信息领域的网格实践
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NASA：美国网格研究的领头羊 • 基础研究和应用研究共重。 • 国际上空间信息网格的主要倡导者和支持者。 • 支持多个研究和应用计划，包含ECHO项目。 • GMU的工作
• 目前的状况：
• 大量的NASA项目中都已经使用到了网格技术。 • 成功地参与了影响了OGC、ISO等组织中的空间信息网格相关标准的工作。 • 已经实现了基础技术研究向应用的过渡。
1. 2. 3. 4. 5. 6. 美国 加拿大 欧洲 日本 其他国家 国际组织
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பைடு நூலகம்国的研究状况
NASA最早参与到了GLOBUS项目 开始最早，规模最大，应用最广 美国模式：确定一个具体的项目，使用网格技术来进行设计和实施，积累和总 结经验 USGS：CAL/VAL WTF中使用网格技术来进行参照数据的发布 NOAA：NOMADS项目（NOAA存档和数据分发系统）
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空间信息网格SIG
• 空间信息网格 • 空间信息栅格 • 空间信息格网 • 网格GIS
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网格是下一代空间信息系统的基础
1. 2. 3. 空间信息网格的技术框架 Grid-Enable之后的空间信息系统是什么样的？ 一个空间信息网格应用的例子
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服务引用
几个重要概念 • 资源 • 服务 • 虚拟组织
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网格对于世界的影响
网格是下一代的互联网
计算网格－－》提供巨大的计算能力 信息网格－－》提供自由的知识 服务网格－－》提供强大的应用系统 IBM、ＳＵＮ等企业投入巨资，已经开始产业化
日本的研究状况
起步很晚 主要是配合美国进行工作，研究不是很系统 关注在GridAsia研究计划 （日本、泰国等发起） 主要参与单位是Keio大学、JAXA等
在基于网格的空间信息分析系统方面有明显的优势
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趋势
国家级空间 设施的应用
参与和 领导标准 制定
示范应用 研究
抽象
模型
理
应用
同
协
处 资 源
模型
理
空间信息 应用系统
应用
应用
模型
数据政策
数据源
数据源
数据源
数据源
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处
理
3、网格对于空间信息领域的意义
• 网格实际就是一种资源的互连方式和技术 • 网格的表现形式？
• 一系列的标准和协议 • 一系列的中间件 • 一系列的实现工具
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加拿大的研究状况
起步很早，跟踪美国 基于网格技术进行GeoConnections的设计和实现 有关工作兼顾了OGC和Grid的标准
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欧洲的研究状况
起步比美国稍晚 目前是空间信息网格研究的领导者 都和欧洲大型网格计划相关，比如DataGrid、e-Science、EGEE等
BIG FUSION
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网格的技术范畴
数据模型 防火墙 资源分类树 注册 安全 数据发现 交易 数据复制 安装方法 网格核心中间件 数据 数据显示 矢量数据 栅格数据 数据描述
应用描述 应用提交
应用
服务
服务描述 服务封装
参数规则 商用软件 可视化交互
可视化 集成界面 网格VO管理 监控 开发平台 工具集 调度 任务迁移
空间信息网格技术探讨
内容
一． 二． 三． 四． 五． 六． 什么是网格 从网格的视角来重新解构空间信息系统 国外空间信息领域的网格实践 国内空间信息领域的网格实践 空间信息网格是下一代空间信息系统的基础 我们的相关工作介绍
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什么是网格
1. 2. 3. 4. 网格的起源 网格技术的演化过程 网格的技术范畴 网格对于世界的影响
•普通用户数量大－－－－－－处理资源少 •数据量大－－－－－－－－－单个处理资源能力不够 •处理资源的集中－－－－－－用户的分布 •处理资源的独占性－－－－－资源使用的阶段性、临时性
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2、空间信息应用系统
处
模型
理 资 源
资
源
用户 需求
应用
算 计
处 源 资
可视化服务
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技术框架
基本组件层
Grid Tools
New Grid Components General Grid Platform
内部组件层
BLL
内部的两个层 次构成SIG的核 心服务层（Key services）
GARE GAPL
FRS
DMS
IRS/IS
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从网格的视角来重新解构空间信息系统
1. 2. 3. 4.
空间信息领域的资源 空间信息应用系统 网格对于空间信息的意义 空间信息网格已经成为一种主流技术方向
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1、空间信息领域的资源
• 计算机 • 软件包 • 仪器设备 • 数据库 • 文件 • 模型和方法 • 人（专家）
SIG
GRID
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用户
网格服务
？
空间数据服务
数据
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服务 服务 服务 服务 工作流＋语意
应 用
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用户
SIG网格需要进行用户交互 一般网格的后台提交模式
任务提交 任务提交
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网格技术的起源与发展
网格技术（Grid Technology） • 起源于20世纪90年代中期
• 建立在现代高速网络与分布式计算技术基础之上 • 着眼于解决大规模科学计算与工程合作研究中的资源共享问题 • 来源于电力网（Power Grid）概念 • 为科学与工程研究工作者提供一套完善的具有单一映像的网络支 持环境
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空间信息网格的技术框架
研究目的 • 网格技术的空间信息化 • 空间信息资源的网格化 • 应用的网格化
网格应用系统 各种应用系统
应用网格技术
SIG
通用网格技术
GLOBUS等
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SIG的特殊性认识
服务 空间数据 信息流数据 工具
• 只需要在局域网中增加一个网格代理节点就可以 • 有关中间件的开发完全独立，在软件体系上没有继承性要求
• 网格服务的品质不会影响现有的系统的服务品质 • 网格服务通过网格CA可以实现和本地安全域的有限信任 • 网格服务作为数据源提供者的可控资源，资源提供者可以对其进行限制和管理