科学仪器共享 [面向服务的大型科学仪器共享平台]

　　摘要:指出了现有仪器资源共享存在的问题，提出了面向服务的大型科学仪器共享平台。说明了科学仪器远程共享的关键技术，设计了面向服务的大型科学仪器共享平台系统结构。最后以构建高性能计算服务为例，通过共享平台实现了高性能计算服务的远程共享，实验结果表明该平台具有可行性，对大型科学仪器的远程共享有积极的意义。
　　关键词:大型科学仪器;面向服务的架构;Web服务;XML
　　
　　一、引言
　　
　　大型科学仪器共享是目前国家科技基础条件平台建设的重要组成部分，搭建共享平台是推动科技资源开放共享、提升创新能力的有效措施。现有的仪器资源共享都是基于静态的配置建立起来的，缺乏灵活性；仪器共享局限在某一机构或者单位之内，不能跨越不同的地理位置的限制。国内兴起的仪器共享与协作网只是一个仪器信息资源的共享，而非对仪器实物资源的共享。
　　本文提出了基于Web Services的大型科学仪器虚拟化远程共享方法，提出了面向服务的大型科学仪器共享平台架构，主要包括共享平台服务器、大型科学仪器虚拟仪器服务器、服务注册中心三部分。
　　
　　二、面向服务的架构
　　
　　面向服务的架构（service-oriented architecture，简称 SOA）涉及三种角色（服务提供者、服务请求者、服务注册中心）之间的交互。主要操作包括发布、查找和绑定：服务提供者定义服务的服务描述并把它发布到服务注册中心；服务请求者使用查找操作从服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用服务。
　　大型科学仪器共享平台需要实现基于异构平台、基于不同技术构建、地理位置分布的科学仪器的资源共享；同时共享平台必须具有可扩展性，即共享平台能够灵活的实现科学仪器的动态添加与删除并且不影响用户的使用。SOA为构建大型科学仪器共享平台，提供了一个从“服务”视角解决问题的思路和方法。用服务作为构建大型科学仪器共享平台的基石，是大型科学仪器共享平台的一个重要概念：大型科学仪器所有单位通过基于标准的服务接口构建相应的科学仪器服务，并在大型科学仪器服务注册中心进行注册，便可将大型科学仪器并入共享平台，供用户远程调用。共享平台通过服务注册中心实现对科学仪器的管理。
　　
　　三、大型科学仪器远程共享关键技术
　　
　　（一）Web服务技术
　　Web 服务是一种构建面向服务架构（service-oriented architecture，简称SOA）的分布式计算技术。在本质上，Web 服务是一种自描述的、模块化的、由URI 标识的应用程序，它采用基于XML 和Internet 的开放标准，支持基于XML 的接口定义、发布和发现。
　　基于Web服务的虚拟化技术，在现有虚拟仪器提供的功能的基础上构建服务，WSDL(Web Services Description Language，Web服务描述语言)可以描述使用不同语言实现、部署在任何平台上的Web服务，消除虚拟仪器软件实现技术、虚拟仪器系统所在平台的差异。
　　
　　（二）构建大型科学仪器服务
　　大型科学仪器提供的功能各异，在大型科学仪器提供的功能的基础上构建服务，需要进行服务建模。根据IBM提供的服务建模方法SOMA(Service Oriented Modeling Architecture，面向服务的模型架构)，经过服务发现（Service Identification）、服务规约（Service Specification）后，确定了大型科学仪器服务包括任务管理、用户管理。
　　（三）通信标准
　　对大型科学仪器服务调用，需要制定调用过程中信息的通信标准。XML可实现平台无关的信息通信，我们指定了基于XML的信息通信标准。
　　任务管理数据通信标准指定了与任务相关的信息，包括：任务标识（id）、调用服务的用户（username）、任务状态（status）、任务结果文件名（resultFilename）、任务开始时间（beginTime）、任务结束时间（endTime）。
　　（四）大型科学仪器共享平台系统实现
　　1 共享平台系统结构
　　参考面向服务的架构，本文提出了大型科学仪器共享平台系统结构，虚线框内的部分是大型科学仪器共享平台的核心，包括共享平台服务器、大型科学仪器虚拟服务器、大型科学仪器服务注册中心。各部分主要功能介绍如下：
　　（1）共享平台服务器，接受用户的服务访问请求，在服务注册中心查找相关服务；获取服务信息后，与大型科学仪器虚拟服务器建立连接，绑定并调用服务；服务调用过程中提供用户与大型科学仪器服务之间的交互界面。
　　（2）大型科学仪器服务注册中心，对大型科学仪器进行管理，通过大型科学仪器服务的注册、服务信息更新来实现仪器服务的添加与删除；接受服务查询请求，对功能相同的服务进行选择、排序，提供服务质量最高的大型科学仪器服务。
　　（3）虚拟仪器服务器：基于Web服务的虚拟化技术，根据具体的大型科学仪器提供的不同功能构建服务；作为外部用户访问大型科学仪器的桥梁，通过WSDL描述服务的网络地址、服务提供的操作、调用服务的细节。在大型科学仪器服务注册中心注册服务信息，接受用户远程调用服务请求；将用户请求转化成仪器内部的操作，服务调用结束后返回服务调用结果。
　　2 高性能计算虚拟服务开发
　　本文利用高性能并行机搭建Gaussian软件的运行环境：在Linux下采用OpenPBS进行任务调度，利用Linda作为并行编程环境，编写并行执行脚本，进行化学分子式运算。
　　根据平台对于大型科学仪器服务的参考标准，基于J2EE平台和Apache Axis2 1.3实现了相应的服务接口，开发了高性能计算环境下计算化学分子式的用户管理服务、任务管理服务。根据化学分子式运算的特点，增加了虚拟演示化学分子式的服务。并在服务注册中心对服务进行了注册。用户可以通过大型科学仪器共享平台远程使用服务。
　　3 远程访问高性能计算服务说明
　　用户访问共享平台网站，通过共享平台服务注册中心获取高性能计算环境的网络访问地址后，与高性能计算环境服务进行绑定。在获取服务访问授权后，可以创建新任务、查询任务执行状态、下载任务结果文件、查看虚拟演示。
　　
　　结束与展望
　　
　　本文提出了基于Web服务的大型科学仪器的虚拟化技术，根据共享平台应具有的特征，设计了面向服务的大型科学仪器共享平台架构。根据用户访问大型科学仪器的流程，制定了大型科学仪器提供的具体服务及其标准的服务接口。最后以构建高性能计算环境的服务供用户远程访问为例，证明了大型科学仪器共享平台系统架构的可行性。在进一步的工作中将完善共享平台的服务注册中心的设计，对大型科学仪器进行更加完善的管理；进一步加强系统与用户的交互性，扩展对大型科学仪器之间协作的支持。
　　
　　参考文献
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