网络计算的应用及发展前景

摘　要：目前，科学技术的飞速发展，计算机也在经历一场革命。技术在不断地更新换代，结合现代控制技术、图形技术为人们随时随地地给人们提供人们想要的各种服务，使得计算机真正进入到人们的生活中去。然后，随着计算机技术的不断成熟，计算的模式也发生了根本性的变化，模式的变化必对整个信息产业产生巨大而深远的影响。本文主要从网络计算的发展概况，技术的应用、在科学领域的各方面的应用及未来网络计算技术在市场中发展的潜力所在等方面进行的论述，并针对现有的网络计算的研究，给出了自己的一些看法。

关键词：网络计算 网格计算 资源共享 对等计算

　　计算机技术自诞生以来，其发展速度之快远超过以往任何一种技术，应用之广泛是人们无法想象的。正因为其惊人的发展速度，也给很多方面带来了一些明显或潜在的问题。计算机行业的竞争十分激烈，造成了很多不同标准的共存，在九十年代，网络技术已经遍布全球，各种不同标准就给用户带来了很多困扰。在我们追赶时代的脚步、享受新技术给我们带来的便利时，如何保护现有的经济投资、很好的利用现有的技术，扩大我们对投资的选择及购买的灵活性，最终为我们想要的结果准确率提高效率？

　　上述的变化对计算机的要求更为严格，对其运算速度及存储容量有更高一层的要求。从计算机的发展历史来看，计算机改进不但可以从硬件方面改进，还能从软件方面着手。所以，为了提高计算机的计算速度极其存储容量，我们必须提高系统的硬件速度，还要对系统的结构进行改进以提高系统的匹配，更好的提高计算机的处理功能。但硬件的速度提高是很有限的，那么当硬件元器件的速度达到最大无法再提高时，计算机计算性能的提高该如何进行呢？提高计算机的计算性能，人们最容易想到的方法必然是造就一台超级计算机，用其来完成复杂科学及其他学科中的大量计算工作，随着超级计算机的不断发展，它也已经成为了复杂科学计算领域的核心。 我们知道虽然超级计算机处理能力很强，但是它的造价也是极高的，一般的企业部门并不能利用这种超级计算机，除非是一些国家部门，像航天、气象等才有能力及经济支持来配置这样的设备，而现在的商业中计算也越来越复杂，不能普及就是其一大基本的缺陷。也是致命的缺陷。

　　所以，针对上述存在的问题，人们希望找到一种造价低但计算能力超强的计算模式，在不断地摸索研究中，科学家们及行内人士最终找到了一种适合的计算模式，即网络计算———Network Computing(简称NC)。

　　一、 网络计算的内涵　　

　　随着社会经济的发展，计算机在发生翻天覆地的变化，其计算模式也发生了根本性的变化。IBM公司根据计算机的发展历程将计算模式分为三大阶段：第一阶段主要是以主机为中心，实现主机与客户端连接的计算阶段；第二阶段主要是C/S阶段，以PC机为中心的计算阶段；第三阶段是就是本文将介绍的一个全新阶段，本阶段主要是以网络为中心的计算阶段，即网络计算阶段。

　　那么什么事网络计算呢？从上文中可以看出，网络计算是伴随互联网的快速发展需求迅速发展起来的，主要解决复杂科学中的高计算问题。可以说是因复杂科学的发展应运而生的。目前，网络计算处于发展阶段，人们对它的认识并没有形成的统一的认识，社会上一个相对来说可以接受的定义就是：“网络计算”是把网络连接起来的各种自治资源和系统组合起来，以实现资源共享、协同工作和联合计算，为各种用户提供基于网络的综合性服务。

　　二、网络计算的重要实践

　　基于网络计算的这种概念，人们把企业计算、网格计算、对等计算、普及计算都归为网络计算。以下就对各种网络计算方式进行分别论述。　　　　　　

　　（1）企业计算。企业计算是“以实现大型组织内部和组织之间的信息共享和协同工作为主要需求而形成的网络计算技术”，不难看出，其核心是c/s计算模式和中间件技术。各界在研究期间，取得了很大的成就，如Sun公司的EJB/J2EE、Microsoft的COM＋/DNA和OMG的CORBA/OMA为代表的三个技术分支，而在随后的电子商务需求的发展，有相关人士提出了面向Web的企业计算方案来解决对应得问题。

　　（2）对等计算。对等计算就是在Internet上实施网络计算的新模式。在对等计算模式中，服务器与客户端不再有界限限制，真正实现网络中的所有节点平等互享其他节点的所有信息资源。对等计算有着自身的特点，第一，每个系统可以直接与其他成员直接对话，无需通过服务器共享资源；第二，系统中每个成员既是服务器同时又是客户机，即客户与服务同在；第三，系统中的成员都能很清晰地意识到其他成员的存在，这样就能构成一个虚拟或实际的计算机群体。对等计算实现了服务器与服务器、客户机与服务器、客户机与客户机之间都能直接对话，使得信息共享、信息搜索更为灵活更为方便。

　　（3）普及计算。普及计算强调以人为本，强调人与计算机环境的密切联系，使得计算机在人们的生活和工作中无处不在，网络计算能随时随地为人们服务，提供他们想要的一切信息及服务。普及计算主要研究两个内容：第一：自然的人机交互，更为方便的实现人与机器的交流。第二：网络计算。即普适访问。

　　（4）网格计算。网格不仅是一个集成的计算资源池，而且还是一种先进的计算基础设施。它能带来巨大处理、存储能力和其他资源的新型网络，实现如计算资源、存储资源、信息资源、数据资源、知识资源等各方面的全面资源共享，还能处理一些应急计算事件，而网格计算是通过共享网络上分散在不同地点上的大量计算机相连，形成虚拟的超级计算机，将各处计算机的多余闲置的处理器的能力汇集在一起，很大的提高了单个计算机的计算能力及存储能力。这就达到了超级计算机的效果。网格计算不仅充分利用了超级计算机的超强处理能力，而且还充分利用了各台电脑在网络上的闲置能力。协同解决大规模问题。在现在，很多国家特别是发达国家，成立了很多的超级计算研究中心，不断挖掘超级计算的潜在性能。我国也在不断努力跟上时代的发展步伐，已经建成了5个国家级高性能超级计算中心，在各科技部也加强了网格节点，形成以科学院为中心的计算网格。网格计算会是将来发展的一种趋势。

　　三、网络计算技术的简单介绍

　　网络计算技术（Network comuting technology） 指用户通过专用计算机网络或 公共计算机网络进行信息传递和处理的技术。网络计算涉及到很多的技术应用，而其中微电子和光电子技术、宽带通信技术和软件技术是网路计算技术的基础。第一，宽带综合业务数字网（B-ISDN），数百Mbps异步转移模式（TM）交换和10~40Gbps级同步数字系列（SDH）制式的光纤传输将是2000年之前网络主干通信的核心；传输方面将以光纤通信为主并辅之以卫星，微波和无线通信，特别是移动通信的发展将相当瞩目；在交换方面，包交换，数字数据网（DDN）窄宽综合业务数字网（NISDN），帧中继（FR）等仍将是重要手段，但ATM交换的地位日趋重要。第二，局域网将向告诉方向发展，100Mbps的高速以太网（Ethernet）和光纤分布失数字接口（FDDI）已经成熟，以光纤为介质的局域网潜力很大，Gbps级以太网产品已经成熟。联网设备，如智能路由器，交换器，集线器，网桥，高速调制解调器等都将进一步发展。第三，数以亿计的PC及更为廉价的个人数字助理（PDA），网络计算机（NC），网络PC将在网上普遍使用。第四，在开放系统原则普遍贯彻的基础上，网络操作系统，数据库，浏览器，网络计算专用程序语言都将会形成1~2种主流产品。 　　

　　虽然各种技术都有一定的发展，但到后期，网络计算仍面临着很多的技术问题。要在网络上真正实现“广泛共享、有效聚合、充分释放”，网络计算技术还需要加大发展。首先，随着经济技术的发展，网络上的资源急剧的在膨胀，其相互关系也在处在不断地变更中，而现在的网络计算缺乏有效地管理，使得这些资源处于杂乱无章的状态，这样整个计算系统就陷于无法运行状态，失去控制等于系统崩溃；其次，用户对媒体的数据的需求使得通信负荷成数量级的增长，而研究如何高效压缩是网络计算技术需要研究的一个问题；再次，网上的局部自治系统各自维持自我运行状态，相互之间缺少有效地对话及工作协同能力，这样就很难联合起来实现资源的广泛共享，影响整个系统发挥其作用；最后，现在网上犯罪越来越猖狂，那么保证网络的安全性是网络最基本的职能，保证数据在传输过程中不能窃取、破坏、更改等数据的完整性，这些要求都需要网络计算技术一一解决。因为网络的飞速发展，对网络计算技术的要求也越来越高，其发展的过程是个复杂的过程。　　　　

　　四、网络计算的应用

　　随着网络计算技术的不断成熟，在科学计算领域，网络计算已经在很多方面得到了广泛的应用。实现了对各种资源的大量共享、有效聚合、充分释放的效果。

　　（1）分布式超级计算。网络计算可以把分布式的超级计算集中起来，协同一起解决复杂科学及其他领域中的一些大规模复杂问题，充分利用大量的闲置计算机来进行超级计算，从而提高资源的利用率，满足用户随时随地能得到自己想要的资源和服务的需求。

　　（2）广泛的资源贸易方面。随着计算机的广泛推行，PC机变得越发普及，这就造成了资源闲置的严重性，而网络计算技术能将这些闲置的资源有效地聚合起来，以供更多的用户使用。而且特殊群体需要计算能力时也无需购买大型的计算机，只需根据自身的任务需要，向网络计算购买计算能力即可，这样能为个人节约花费，有能使资源有效利用，各得所需。

　　（3）信息共享的人与人的交互。网络计算中网格计算的出现，打破了人与人之间的空间限制，这样方便科技人员之间就某一问题进行交流，某一程度上说实现了人与人之间的智慧共享。更利于科技的发展、社会的发展。

　　（4）密集型数据的计算。在求解数据密集型时常常会带来更多的问题，如对通讯技术、计算能力等的需求，而这些问题则需要网络计算技术才能解决，在网络计算技术中利用药物分子设计、计算力学技术解决这些问题。

　　 （5）高吞吐率计算。随着现在计算机技术的不断改进，计算机计算的吞吐率不断提高，而网络计算技术能够有效地提高计算的吞吐率，集合大量闲置的计算机将资源集中起来，共时间不敏感问题使用，成为重要计算资源。　　

　　五、 网络计算的发展前景

　　在2002年的2月，IBM与 Globus 共同发表了OGSA（Open Grid Services Architecture），勾勒了Globus Toolkit3.0的蓝图。OGSA（Open Grid Services Architecture）是下一代的网格体系结构，它是在原来“五层沙漏结构”的基础上，结合最新的Web Service 技术提出来的。OGSA包括两大关键技术即网格技术和Web Service 技术。OGSA主要是将 Web Services、数据库存取、J2EE 等技术规范纳入网格计算。它以“服务”为中心。他们在设计OGSA框架时把一些都抽象为服务，包括一些计算机、程序、数据等。Web Service给OGSA提供了一种基于服务的框架结构。实现了对服务的共享。如果这项技术能应用到企业商务中去，那么对企业商务的发展无疑会带来很大的帮助，促进其发展的步伐，为企业带来更大的利益，服务于社会。

　　“蓝色巨人”IBM正在实施一项“Grid Computing”的计划，希望通过因特网，向每一台个人电脑提供超级的处理能力。通过网络把闲置的各地电脑连接起来，汇集资源供更多的用户使用，而且还能提升各自的电脑的处理能力。这样就能使得网络上成千上万的网络用户大范围的共享电脑处理能力、文件及软件等。一般技术都是科学家们研究分析出来的，但我们希望新技术能从科学发展领域转向企业商务领域发展，给企业带来更大的利益。

　　巨人SUN也推出新软件促进网络计算的发展。2001年11月，Sun推出了Sun Grid Engine企业版软件的，到目前为止，他们仍在不断的提升它的网络技术计算水平。自推出以来， Sun Grid Engine 企业版软件得到了广泛的应用，软件的用户已经增长了20倍，而且还在不断地扩大数量。到目前，全球已经有118000多台cpu采用了Sun Grid Engine软件管理资源进行网络计算。技术仍在不断更新改进中，我们希望其能在遍布全球的网络上得到普及应用解决人们在现在生活工作中遇到的各种难解决的问题。

　　除了这些“巨人”公司在研究网络计算技术，一些涉及到网络计算的软件公司也在逐渐壮大对网络计算技术的规模，并成为企业商务关注的新商机。技术在不断地成熟中，一旦从科学领域走出来应用到商业生活中，网络计算技术必将给人们带来很大的便利。在这些网络计算软件企业中，大家知道的有Entropia、Avaki、Noemix、Data Synapse等……现在，很多业界专家预测，网络计算将成为未来网络市场上的热点。 据《ForbesASAP》预测，网络计算技术发展将达到顶峰，并带来新生网络的发展，现在，网络技术按百分之十七的比例促进市场持续成长，而且有望在2020年成为一个年产值20亿美元的大产业。从这些数字中，可以很明显的看出，网络计算技术的发展价值是无限的，将给社会带来巨大的利益。

　　但是，在网络技术逐渐成熟，用户在享受这技术带来的成果时，网络技术发展过程中还存在着很多的不足，就某些问题给出一些看法。网络计算有着很强大的计算能力、资源共享能力等……给我们网络的发展提供了一个很好的契机，就其现有的技术发展基础上，对开展网络计算的给出本人的一些建议。我们知道，在做项目时，我们必须要有步骤、有规划、合理有效部署工作才能把项目完成的更好。

　　第一，在研究网络计算时，应该结合现实需求开展网络计算的实践工作。联系实践，软件或技术才能有实用价值，才有值得研究的必要。在现阶段，结合实际应用开展网络计算的实践是更快速促进我国网络计算技术的发展的有效途径之一。从以下三个方面来阐述。首先，针对一些基础宽带网络及通信设施发展需求，提高网络的带宽及运行速度。其次，高性能计算处理系统。这个高性能不是一般的高性能，而是主要指万亿次以上的计算能力的高性能的计算机、服务器及各种系统，但是在高性能系统中，必须要支持成千上万台计算机同时使用时的最大负荷，这与传统的高性能含义不同，必须要在原有技术上有所突破，以适应新的应用需求，完成现实的实践需求。再次，高性能网络计算的环境及软件。要实现资源的广泛共享、有效地聚合、充分的释放必须要有对应的环境及支持运行的软件及硬件。所以在我们希望有顺畅的网络计算环境及网络计算系统时，我们应该研究一些关键技术，比如说建立网格的标准，构建传感器、科学仪器等高性能及大量数据处理环境等技术，还要关注一些中间件的技术的发展，像企业计算主要就是依赖中间件技术来发展的，对网络计算形式分开研究的同时还要综合分析他们，把相关技术结合起来，实现网络计算的又一突破，更好的完成多层次、分布式、多领域中的网络计算能力。　　

　　第二，结合实践开展理论基础研究。现阶段，我国的网络计算还停留在应用阶段，主要就根据实际需求来开发研究的，缺乏一些理论为依据。我们在接触新事物时，一般是先学习其理论知识然后再联系实际，把自己所学的知识理论应用到实践中去。而在网络计算的发展中，却是以实践在先缺乏理论支持。所以，在网络计算的以后发展过程中，应该结合实际得出一些本质的发展规律，促进网络计算技术的原始创新，打破人类信息处理的时空限制，实现人类质的飞跃。

　　六、 总结

　　网络计算是一门商业价值很大的领域，很多高校及企业都在开展程度不一的研究工作，针对这些现象，我们应该要明确我们研究的目的，端正心态，为该行业作出重要贡献，更好的为客户及社会服务。大胆的尝试，开放的创新，不仅仅是去一个新的领域尝试，更多的是借鉴前人的经验，在原有的基础上做的更好这样才能在网络计算发面有更大的突破。 在最新出现的云计算技术与网络计算技术一样会成为未来的研究趋势。它们之间虽没有直接的关系，但“云”是能够提供资源的网络，是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，这就给用户提供了很大的便利，就向网络计算一样目的就是为了为客户随时随地地提供各种服务。

参考文献：

[1]王洪义.网格计算的发展及发展前景[J]. 科技论坛,2005,16.

[2]都志辉,刘鹏.网格计算. 清华大学出版社.

[3]陈明德.Novell网络实际操作[M]. 北京电子工业出版社,1998