《面向網格的空間科學虛擬觀測臺體系結構研究與原型實現(xiàn)開題報告》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《面向網格的空間科學虛擬觀測臺體系結構研究與原型實現(xiàn)開題報告（39頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、面向網格的空間科學虛擬觀測臺體系結構研究與原型實現(xiàn) 報告人： Outline1. 研究背景2. 相關理論發(fā)展與研究現(xiàn)狀3. 研究內容與方法4. 研究計劃與流程5. 參考文獻1.研究背景 空間科學數(shù)據(jù)應用環(huán)境發(fā)展的驅動力 空間科學應用環(huán)境研究的發(fā)展路線 當前研究熱點VO空間科學數(shù)據(jù)應用環(huán)境發(fā)展的驅動力國際日地空間物理大觀測臺、國際SuperDARN地球兩極電離層雷達觀測計劃、日不落聯(lián)合觀測計劃 . 空間科學數(shù)據(jù)資源豐富度成倍增長日地系統(tǒng)研究，需要利用空間科學數(shù)據(jù)資源，了解源于太陽而最終影響地球的空間三維全球結構和災害性事件過程的時序因果關系。仿真、模式運行與大規(guī)模計算成為分析、發(fā)現(xiàn)和預測空間科學

2、問題的主要手段，需要空間科學數(shù)據(jù)應用環(huán)境進行支撐服務?？臻g科學數(shù)據(jù)應用環(huán)境發(fā)展路線圖國際空間科學數(shù)據(jù)應用環(huán)境發(fā)展熱點虛擬觀測臺Our Definition (Physics Perspective) 虛擬觀測臺是“依賴于人類掌握的最新空間科學知識 ，面向天、地基觀測產生的海量空間科學數(shù)據(jù)資源，采用先進的信息技術，以解決海量空間科學數(shù)據(jù)協(xié)同處理、分布式集成與互操作、智能化科學應用、日地空間系統(tǒng)可視化虛擬表達等核心問題為目標的空間科學數(shù)據(jù)應用環(huán)境。 NASAs VO Definition (Software Perspective) “A Virtual Observatory (VO) is a

3、 suite of software applications on a set of computers that allows users to uniformly find, access, and use resources (data, software, document, and image products and services using these) from a collection of distributed product repositories and service providers. A VO is a service that unites serv

4、ices and/or multiple repositories.” 世界各國的虛擬觀測臺虛擬觀測臺項目國家或地區(qū)支持單位Live With SunNational Virtual Observatory美國美國NASARussian Virtual Observatory俄羅斯俄羅斯科學院European Virtual Observatory 歐盟歐洲南方天文臺、歐洲太空總局、法國Louis Pasteur大學、法國巴黎天體物理研究所、英國曼徹斯特大學 UK Virtual Observatory英國英國粒子物理和天文委員會Indian Virtual Observatory印度印度天體

5、物理研究所Korean Virtual Observatory韓國韓國天文與空間科學研究所Japanese Virtual Observatory日本日本國家天文臺German Astrophysical Virtual Observatory德國德國聯(lián)邦教育與研究部Virtual Observatory France法國法國太空科學研究所Canadian Virtual Observatory加拿大加拿大航天局Spanish Virtual Observatory西班牙西班牙教育與科學部Australian Virtual Observatory澳大利亞澳大利亞射電望遠鏡組織Italian

6、Virtual Observatory意大利意大利基礎研究基金空間科學虛擬觀測臺的提出與發(fā)展概念概念提出提出2003年：由16國組成的國際虛擬天文臺聯(lián)盟(IOVA) 提出建立國際虛擬天文觀測臺國際大地測量學與地球物理學聯(lián)合會，發(fā)展地學空間科學的虛擬觀測臺成為核心任務。國際國際發(fā)展發(fā)展2001年，NASA發(fā)起“Live With Sun”項目。2004年確定空間與太陽物理虛擬觀測臺框架。2007年，NASA將基于虛擬觀測的數(shù)據(jù)應用環(huán)境列為日地空間物理長遠發(fā)展綱要之一。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀現(xiàn)狀“神舟系列”、“風云系列”、“嫦娥系列”、“雙星計劃”、“天宮系列”等重大工程，推動空間科學數(shù)據(jù)的海量增長概念概念

7、引入引入國內國內發(fā)展發(fā)展在e-Science驅動下，“十五”、“十一五”開展的 “空間環(huán)境基礎數(shù)據(jù)庫”、“空間環(huán)境數(shù)據(jù)共享平臺”、“空間物理交互數(shù)據(jù)資源” 等項目在推動空間科學發(fā)展上成效顯著?？臻g科學虛擬觀測臺發(fā)展的領頭羊NASANASA在“與日共存計劃” 按照先學科后集成的路線，率先啟動空間科學各分支學科的VO項目（Sun-Earth Connections VxOs）虛擬太陽觀測臺虛擬空間物理觀測臺虛擬日地觀測臺虛擬電離層熱層中性層觀測臺虛擬輻射帶觀測臺虛擬磁層觀測臺空間科學虛擬觀測臺空間科學公共數(shù)據(jù)模型DataProviderDataGridDataSet核心描述屬性標準描述屬性(SPA

8、SE/PDS)物理數(shù)據(jù)實體(只到文件粒度)2.相關理論發(fā)展和研究現(xiàn)狀l 典型體系結構l 典型服務模型體系結構Data Grid以組件化為核心思想的積木塊結構以五層沙漏為代表的抽象層次模型概念空間結構以開放網格服務結構為典型的混合模式結構近年來，虛擬觀測臺成為國內外學科數(shù)據(jù)環(huán)境建設的主流，其核心是分布式的面向服務的數(shù)據(jù)網格技術。當前其體系結構主要分為4類：VO典型體系結構VO數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心是一個數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟。數(shù)據(jù)中心的功能是，發(fā)布數(shù)據(jù)資源，提供數(shù)據(jù)資源的物理存儲；VO設施中心： 設施中心是一個為VO提供集中式的資源注冊、數(shù)據(jù)模型和標準、認證機制和VO技術的社區(qū)支持；VO技術中心： 技術中心是

9、一個分布式的組織，它可以協(xié)調學科工具、VO系統(tǒng)的工作流，使之服務于研究；服務模型傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的網格服務網格服務模型模型數(shù)據(jù)管理服務存儲管理服務用戶管理服務運維管理服務組織機構管理服務3. 研究內容和思路l 體系結構研究l 現(xiàn)存問題l 解決思路l 原型實現(xiàn)設計l 數(shù)據(jù)庫設計l 核心服務設計3.1現(xiàn)存問題數(shù)據(jù)資源的互操作天基和地基的探測數(shù)據(jù)的指數(shù)級增長分布式資源和節(jié)點的融合、共享和訪問數(shù)據(jù)資源全局的同步和發(fā)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)資源與學科應用無縫鏈接網格的透明性問題網格的安全訪問和監(jiān)控問題網格的健壯性問題虛擬觀測臺使人們意識到一個一個設計合理設計合理的體系結的體系結構構對于虛擬觀測臺的重要意義3.2解決思路 層

10、次劃分 服務模型 拓撲結構3.2.1層次劃分應用層應用層服務層服務層資源層資源層123虛擬觀測和學科應用面向服務的中間件集合分布式數(shù)據(jù)資源的匯聚面向數(shù)據(jù)互操作與資源共享的資源層l采用三層式的公共數(shù)據(jù)模型：物理數(shù)據(jù)實體+標準描述屬性+核心描述屬性:l物理數(shù)據(jù)實體底層物理數(shù)據(jù)訪問和應用l標準描述屬性支持國際數(shù)據(jù)資源的互操作的統(tǒng)一協(xié)議l核心描述屬性快速的數(shù)據(jù)資源發(fā)現(xiàn)資源的互操作問題l剝離資源注冊發(fā)布和資源存儲訪問，可以異地注冊，異地發(fā)布、異地訪問、異地存儲；l支持整合在線資源和離線資源；l支持整合訪問協(xié)議異構的分布式在線資源；資源的共享與融合問題資源存儲與訪問服務三層式的公共數(shù)據(jù)模型面向資源同步發(fā)現(xiàn)

11、與系統(tǒng)健壯性的服務層l節(jié)點和服務剝離，1個節(jié)點可以有1個，也可以有多個服務；服務可以部署在任何地方；節(jié)點之間地位平等；l新節(jié)點作為一個整體加入，能夠快速通過節(jié)點審核和認證，成為分布式拓撲中的一個成員節(jié)點；l單節(jié)點上新資源的加入，能夠通過收割同步機制，把屬性信息快速報告到其他節(jié)點；l在任何一個節(jié)點上，都能夠發(fā)現(xiàn)全局的所需的數(shù)據(jù)資源；資源的全局同步與發(fā)現(xiàn)問題l對數(shù)據(jù)和服務做冗余和副本備份；l當某節(jié)點的服務崩潰時，系統(tǒng)透明切換該服務的訪問負載到另外一個節(jié)點的同類服務副本上。系統(tǒng)健壯性問題冗余和透明切換服務資源注冊和發(fā)布服務資源審核服務資源發(fā)現(xiàn)服務同步收割服務面向虛擬觀測的應用層通過科學數(shù)據(jù)的管道（P

12、ipeline）技術和學科應用服務API接口的標準化，粘合分布在各節(jié)點的服務數(shù)據(jù)資源和學科應用的無縫鏈接科學數(shù)據(jù)的可視化表達基于數(shù)據(jù)的知識發(fā)現(xiàn)科學算法、模式的集成應用科學數(shù)據(jù)的解析、閱讀和轉換虛擬觀測與學科應用學科應用服務層次劃分總結學科應用服務資源注冊發(fā)布服務資源審核服務資源發(fā)現(xiàn)服務同步收割服務冗余和透明切換服務資源存儲和訪問服務三層式公共數(shù)據(jù)模型123應用層服務層資源層3.2.2核心服務傳統(tǒng)網格服務模型傳統(tǒng)網格服務模型打散重組和增加空間科學虛擬觀測臺空間科學虛擬觀測臺服務模型服務模型核心服務總結分析對象分析對象服務劃分服務劃分定義面向資源面向資源資源注冊和資源注冊和發(fā)布服務發(fā)布服務基于公共

13、數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的描述，審核和發(fā)布，使數(shù)據(jù)資源融入面向網格的虛擬觀測臺共享環(huán)境中；資源發(fā)現(xiàn)服資源發(fā)現(xiàn)服務務實現(xiàn)快速的分布式數(shù)據(jù)資源的全局檢索和發(fā)現(xiàn)資源訪問與資源訪問與存儲服務存儲服務提供資源、服務以及冗余備份的存儲力；支持在線資源和離線資源的共享，統(tǒng)一協(xié)議異構的資源服務的訪問面向安全面向安全和健壯性和健壯性網格安全和網格安全和監(jiān)控服務監(jiān)控服務監(jiān)視和記錄數(shù)據(jù)、用戶、硬件、服務的情況；基于監(jiān)控記錄和日志，對破壞行為進行操作溯源和狀態(tài)回滾；基于保護策略和安全訪問協(xié)議，對違規(guī)訪問進行阻止；冗余和透明冗余和透明切換服務切換服務依據(jù)網格冗余策略，自動對物理數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和網格服務做冗余；通過分析網格的

14、日志記錄和監(jiān)控結果，分析節(jié)點和服務的健康情況，進行服務訪問透明切換面向虛擬面向虛擬觀測觀測學科應用服學科應用服務務面向學科應用，提供數(shù)據(jù)計算、分析、可視化、知識發(fā)現(xiàn)的應用工具和虛擬環(huán)境。面向組織面向組織管理管理網格用戶管網格用戶管理服務理服務基于“統(tǒng)一注冊，中心認證，局部授權”的原則，解決用戶注冊、審核、授權和管理的問題面向拓撲面向拓撲結構結構網格收割同網格收割同步服務步服務通過同步服務，使得任一節(jié)點的資源更新能夠被全局節(jié)點獲悉。3.2.3拓撲結構3.3.原型實現(xiàn)的初步設計 數(shù)據(jù)庫設計 資源注冊發(fā)布服務 資源發(fā)現(xiàn)服務 資源存儲與訪問服務 同步收割服務 服務透明切換 學科應用服務數(shù)據(jù)庫設計資源注

15、冊發(fā)布服務分布注冊中心審核分布發(fā)布資源發(fā)現(xiàn)服務資源發(fā)現(xiàn)服務與資源存儲訪問服務基于核心描述屬性的資源發(fā)現(xiàn)服務資源發(fā)現(xiàn)服務與資源存儲訪問服務基于標準描述屬性的資源發(fā)現(xiàn)服務全文檢索 學科字典索引Cache查詢擊中 傳統(tǒng)檢索資源發(fā)現(xiàn)服務的改進檢索接口重點涵蓋電離層、檢索接口重點涵蓋電離層、熱層和中間層的物理現(xiàn)象、熱層和中間層的物理現(xiàn)象、基礎物理性質和通用數(shù)據(jù)基礎物理性質和通用數(shù)據(jù)測量標稱的專業(yè)術語測量標稱的專業(yè)術語通過引入術語字典作為檢通過引入術語字典作為檢索的輔助索引，并把索引索的輔助索引，并把索引作為檢索的作為檢索的“二級緩存二級緩存”，在檢索時先在在檢索時先在“二級緩存二級緩存”尋找，如不能擊中

16、目標，尋找，如不能擊中目標，而再進入傳統(tǒng)檢索模式。而再進入傳統(tǒng)檢索模式。從統(tǒng)計學的角度，高頻檢從統(tǒng)計學的角度，高頻檢索請求往往占使用中索請求往往占使用中90%的檢索。的檢索。與資源審核發(fā)布結合的同步收割服務服務透明切換學科應用服務基于空間事件關聯(lián)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)科學數(shù)據(jù)閱讀解析和轉換 支持本地數(shù)據(jù)資源解析支持網格中跨節(jié)點的資源解析支持復雜模式下的TXT輸出支持CDF V3.0，V2.0的不同版本標準間的相互轉換支持cdf、fits、netcdf、hdf4的相互轉換 科學數(shù)據(jù)可視化5.研究計劃與流程調研并總調研并總結虛擬觀結虛擬觀測臺研究測臺研究現(xiàn)狀、相現(xiàn)狀、相關理論、關理論、關鍵問題關鍵問題結合空間

17、結合空間科學公共科學公共數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型，確立體系確立體系結構的概結構的概念結構和念結構和設計原則設計原則從層次劃從層次劃分、核心分、核心服務、拓服務、拓撲 結 構撲 結 構 3個方面分個方面分析和設計析和設計V O 的 體的 體系結構系結構針對核心針對核心服務的劃服務的劃分及其功分及其功能定義對能定義對核心服務核心服務進行具體進行具體設計設計在在Linux + j a v a web+mysql環(huán)境下環(huán)境下實 現(xiàn) 核 心實 現(xiàn) 核 心服 務 ， 并服 務 ， 并進 行 組 裝進 行 組 裝部 署 和 聯(lián)部 署 和 聯(lián)調調總結實驗總結實驗結果，討結果，討論遺留問論遺留問題，完成題，完成畢業(yè)論

18、文畢業(yè)論文時間節(jié)點和安排2009.07-2009.12調研虛擬觀測臺研究現(xiàn)狀、相關理論、關鍵問題和解決思路分析空間科學數(shù)據(jù)特點和公共數(shù)據(jù)模型2010.01-2010.07設計空間科學虛擬觀測臺原型的體系結構和服務模型結合十一五科學數(shù)據(jù)網格項目，與科學院計算機網絡中心合作，實現(xiàn)服務模型中的核心服務2010.08-2011.3撰寫畢業(yè)論文發(fā)表學術論文6.參考文獻1 Todd King, Jan Merka, Raymaon Walker, Steven Joy, Tom Narock. The architecture of a multi-tiered virtual observatory.

19、Eearth Sci Inform, 2008, 1:21-28.2 Alasdair J. G. Gray, Norman Gray, Iadh Ounis. Finding Data Resources in a Virtual Observatory Using SKOS Vocabularies. Eearth Sci Inform, 5071/2008:189-192.3 David Schade, Pat Dowler, Daniel Durand, Luc Simard, Norm Hill, Severin Gaudet. The Canadian Virtual Observ

20、atory Project. 2004, 31-36.4 王亮，陳未如，胡靜濤.具有自主計算特征的新型網格體系結構研究. 計算機工程與應用 2008，44（35） ：105-124.5 周維，閻保平.網格環(huán)境下數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整合研究.2006，32(13)：61-626 楊德婷，南凱，閻保平.基于網格服務的數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng).2006，32(13)：97-995 王意潔，肖儂，任浩，盧錫城. 數(shù)據(jù)網格及其關鍵技術研究. 計算機研究與發(fā)展 2002，39(8)：943-947.6 胡春明，懷進鵬，孫海龍. 基于Web服務的網格體系結構及其支撐環(huán)境研究. 軟件學報 2004，15(7)：1064-1073.7 崔振州. 中國虛擬天文臺系統(tǒng)設計. 中國科學院研究生院博士學位論文.Thank You