網格
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中文名；網格 外文名；Grid 信息學定義；集成或共享地理上分布的各種資源 生物學定義；支柱和細層組成的網格狀骨骼結構 構件系統方法；傳統方法、網格方法等 優勢；資源共享、協同工作、可擴展性等 |
網格（Grid），在信息學中，網格是一種用於集成或共享地理上分布的各種資源（包括計算機系統、存儲系統、通信系統、文件、數據庫、程序等），使之成為有機的整體，共同完成各種所需任務的機制。[1]
目錄
網格定義
網格是一種新興的技術，正處在不斷發展和變化當中。學術界和商業界圍繞網格開展的研究有很多，其研究的內容和名稱也不盡相同因而網格尚未有精確的定義和內容定位。比如國外媒體常用「下一代互聯網」、 「Internet2 」、「下一代Web」等來稱呼網格相關技術。但「下一代互聯網（NGI）」和「Internet2」又是美國的兩個具體科研項目的名字，它們與網格研究目標相交叉，研究內容和重點有很大不同。企業界用的名稱也很多，有內容分發（Contents Delivery）、服務分發（Service Delivery）、電子服務（e-service）、實時企業計算（Real-Time Enterprise Computing，簡稱RTEC）、分布式計算Peer-to-Peer Computing（簡稱P2P）、Web服務（Web Services）等。中國科學院計算所所長李國傑院士認為，網格實際上是繼傳統互聯網、Web之後的第三次浪潮，可以稱之為第三代互聯網應用。
網格是利用互聯網把地理上廣泛分布的各種資源（包括計算資源、存儲資源、帶寬資源、軟件資源、數據資源、信息資源、知識資源等）連成一個邏輯整體，就像一台超級計算機一樣，為用戶提供一體化信息和應用服務（計算、存儲、訪問等），虛擬組織最終實現在這個虛擬環境下進行資源共享和協同工作，徹底消除資源「孤島」，最充分的實現信息共享。
網格(Grid)這個詞來自於電力網格(PowerGrid)。「網格」與「電力網格」形神相似。一方面，計算機網縱橫交錯，很像電力網；另一方面，電力網格用高壓線路把分散在各地的發電站連接在一起，向用戶提供源源不斷的電力。用戶只需插上插頭、打開開關就能用電，一點都不需要關心電能是從哪個電站送來的，也不需要知道是水力電、火力電還是核能電。建設網格的目的也是一樣，其最終目的是希望它能夠把分布在因特網上數以億計的計算機、存儲器、貴重設備、數據庫等結合起來，形成一個虛擬的、空前強大的超級計算機，滿足不斷增長的計算、存儲需求，並使信息世界成為一個有機的整體。
早期網格的目標是期望能夠像使用電力一樣方便地使用分布在網絡上強大而豐富的計算能力，而不用理會這種計算力是在哪個地點、以何種形式產生的。網格技術被看作是繼傳統因特網、Web之後的第3次互聯網浪潮，也被稱為第3代因特網應用，其主要特點是通過提供資源級的共享，從而消除信息孤島、實現應用程序在更高層次上的交互與協作。目前，在網格計算的研究上，對信息與知識孤島的消除、實現對它們的共享也已成為一個研究的側重點。目前網格計算主要可以分為計算網格、信息網格與知識網格3個層次。
滿足條件
無線數據
工業使用的無線系統大多採用與蜂窩移動電話相似的射頻連接，用點對點，或點對多點進行數據傳送。但是，麻省理工學院媒體研究室指出，傳統的無線語音通信方式,在數據服務中表現出過分地不足：非常剛性的系統結構中，雖經謹慎的系統預計，仍然丟失信號。
相反，網格式無線網絡是一個由多重複鏈路的接/發節點構成的系統，節點間彼此互助，將數據沿網絡傳送，特別適合惡劣工作條件。網格的安裝不必過于謹慎，隨便把它們丟到什麼地方，它就可以變成可靠的、靈活的系統，並能隨意擴展到千千萬萬個設備上。
網絡共性
麻省理工學院為網格式網絡開發的拓撲結構，是一個點對點對點,或對等點對對等點的系統，也就是一個由具有重複接/發功能的節點組成的網絡。每個節點都能接收/傳送數據，也和路由器一樣，將數據傳給它的鄰接點。通過中繼處理，數據包用可靠的通信鏈路，貫穿中間的各節點，抵達指定目標。
相似於因特網和其他點對點路由網，網格式網絡擁有多個冗餘的通信路徑。如果一條路徑在任何理由下中斷（包括射頻干擾中斷），網格網將自動選擇另一條路徑,維持正常通信。一般情況下，網格網能自動地選擇最短路徑，提高了連接的質量。根據實踐，如果距離減小兩倍，則接收端的信號強度會增加四倍，使鏈路更加可靠，還不增加節點發射功率。網格式網絡里，只要增加節點數目，就可以增加可及範圍，或從冗餘鏈路的增加上，帶來更多的可靠性。
自我配置和自修復性：網格式網絡具有自我配置的特性，不需要人為的干預。增添新設備或舊設備移址都十分簡單，只需在新址接通電源後，網格網就會發現這個新節點，自動地把它納入現有的系統。網格式網絡不僅生來就有高可靠性，而且還有高適應性。如果傳感器或數據接收端,與固定的射頻通信源相距太遠，只需要在其間多布置幾個中繼節點，間隙便可填平。線連的因特網上，如果某個路由器停止工作，數據包則經其他的節點，選擇另一個鏈路傳送數據。與此相似，如果網格式網絡中某個節點或鏈路失靈，數據包也會自動選擇其他的路徑。一、兩個節點的丟失,對網格產生不了致命的影響,網格式網絡具有自愈的能力，不需要外來的人力重新安排路徑。
冗餘性和可擴性：真實世界裡的冗餘性意味着系統的安全儲備程度,和使用者精心管理的緊張程序。沒有冗餘的系統是不可靠的系統；冗餘太多的系統，又帶來太大的浪費。網格式網絡的無線絡中，冗餘是節點密度帶來的基本功能。為了可靠性,需要精心設計的系統，在網格中只要多幾個節點便完成。每個節點有多條鏈路，根據情況自動選擇路由。其他的無線系統,很少有這種取得冗餘的方式。網格式網絡也有極好的可擴性，可以擴展到管理幾百到幾千個節點。因為這個系統沒有中央控制單元，增添多個鏈接點或網關,不存在任何麻煩。
可靠性、適應性和可擴性是今天無線通信和工業控制十分重視的性能。點對點的網絡有良好的可靠性，但無法擴展到使節點擁有多條鏈路。一點對多點的網絡可以管理多個端點，但可靠性受制於訪問點和端點的配置。在環境條件惡劣的情況下，一點對多點的網絡難以提高可靠性。與它們相反，網格網在環境或結構的制約下，內在地賦含可靠性和適應性，並可被任意擴展到幾千個端點。
網格式網絡在工業控制中使用時，還可以實現分布式控制和診斷式監測。
無線通信
今天的網格式無線局域網主要使用基於802.11a/b/g的標準，但能夠被任何射頻技術擴充，例如UltraWideband或802.15.4 Zigbee。因為連網智能裝在每個節點上，不用任何中央交換機。網格的運作只取決於帶有網絡處理器，交換功能和系統軟件的每一個智能節點。
為了在網格內部實現節點間的通信，每個節點都具有自我發現的能力。首先，它們必須決定是否只在無線系統中當成一個訪問點，如同網絡主幹為另一個節點傳送數據，或者扮演一個組合功能的角色。其次，這些特定的節點使用查詢/響應協議確定它的近鄰。這些運算不能占用太大的資源，不能超過鏈路可獲帶寬的1%到2%。
節點相互識別中，主要權衡的是路徑信息，例如信號的接收強度、吞吐量、出錯率和等待時間。這些數據必須在鄰接的各點上交互，又不能占用太大的帶寬。然後,根據這些數據決定最佳路徑。所以，任何瞬間都可取得當時的最佳質量。
鏈路發現和路徑選擇都在後台進行，所以每個節點都知道當前有哪些鄰接點，並頻繁地運算，找出最佳路徑。如果某個節點出於維修、重新安排，或故障等任何原因停止工作，鄰近的節點立即重新記錄，重新運算，選擇路徑。這種自我修復或故障超越的能力，是網格式無線網有別於其他無線通信的主要標記。
每一個節點都是一個自我管理的節點，又是一個網絡的有機組成部分。該網絡可從某個指定點進行管理和配置，形成一個實體。使用系統管理程序SNMP，監測某個特定的單元、節點、域或整個網絡。發現協議（Discovery Protocols)簡化了搜查和定位某個指定節點的過程，並把它們顯示在管理者的屏幕上。
網格網依賴各種管理、控制和發現的報文，所以需要安全措施，採用帶內報文、加密隧道，防範竊聽和攻擊。標準化的安全技術例如802.1x和Advanced Encryption Standard加密，確保了節點和設備的安全。
網格魅力
業界的重量級公司，例如Cisco和Intel，確認網格技術是當下無線通信符合邏輯的下一步延伸。網格的使用可以幫助各企業迅速地建立起新的無線網，或在不需要線連基站的條件下，擴展現有的WLANs。具有網格多鏈路的基站，容易實現負荷的均衡，因為它們可以為數據傳輸選擇最佳的路徑。此外，工業用戶還能用嵌入的無線網格，迅速建立起傳感器和控制器的網絡，進行工業管理和運輸管理。
網格技術的新崛起者和傳統IT老公司，紛紛出售他們具有網格功能的無線局域網。負責標準制定的相關機構，正在擬定把網格納入802.11（即WiFi)，以及剛剛與公眾見面的802.16(亦即WiMax)標準的補充細則。嵌入式市場方面，網格技術開始形成標準，例如ZigBee。
其實，網格的基本概念並不是什麼新發明，僅僅是把因特網連線世界裡的實踐，擴展進無線世界。PacketHop工程副總裁Sott Burke說：「今天固定式的因特網就是一個大型的固定式網格網。」
網格網上的每個設備收/送它自己的數據時，同時又為其他的設備扮演了一個路由器的角色。每個設備的內在智能，使它能自動配置一個有效的網絡，並當某個節點超載到失效之際，重新調整鏈路。網格網的優點不僅容易設置，並能從一個中央連線鏈路，無線地擴展覆蓋一個很大的地區，而且具有很強的生存能力。
也許這是軍事機密，無線網格是美國五角大樓高級防務研究機構（Defense Advanced Research Project Agency)推出的研究成果。PacketHop的早期技術，源於斯坦福研究院為五角大樓進行的研究，為野戰士兵裝備輕巧的高速無線數據網。佛羅里達崛起的新公司MeshNetworks也是源於高級防務研究機構，開發網格技術。
軍事部門和安全部門仍然是網格產品最直接的市場。「這個市場需求量很大，」Burke先生說。
企業網格
Nortel和幾家從事網格開發的新公司，確認網格式WLAN會給企業帶來更多的利益。今年上半年Nortel向市場提出了Wi-Fi網格產品--Wireless 7200 Series。「傳統的WLAN方案中，每個節點都和主幹網連接，但我們在網格式WLAN中免除掉這個需要，」無線網格網商務開發經理Peter Zwinkels說,「使我們在布線困難或布線費用太高的未布網地區，實現了無線局域網。」
這些地區包括室內外面積很大的空間，例如倉庫和高爾夫球場。電源是難題之一，也許這裡連交通管理的紅綠燈和路燈都沒有。但是， Nortel向公眾承諾，只要傳統的連線網絡能生成的地方，就能用以太網本身向節點提供電源。
Intel在新澤西州Dartmouth大學的網格試驗中，把每個學生在校園空間的每個地方，與該校的網絡連接。春季實施的這個計劃，為學生提供了寬帶連接，並且需要向電話公司和電纜公司付費。
這些研究表明，網格主要用於廣域寬帶無線連接。雖然市場信息表明Wi-Fi熱點正匆忙地在美國的咖啡店、火車站、機場……興起，但無線ISPs和電信公司認為，他們可以用Wi-Fi熱點的擴展網格吸引用戶，在銷售因特網、標準的移動電話和3G服務中當作贈品。網格技術可以巨大地加速寬帶服務的發展趨勢：取代大量的T1和ADSL線路，每個無線節點都是熱點，只需要一條高帶寬的連線，就能用無線網格覆蓋整個地區。Nortel把這個歸納成「熱區」，並宣稱這個系統不僅價格便宜，而且覆蓋性能優於當前熱點的大雜燴。
使用「熱區」
某些城市準備為工作人員推出類似的服務。Verge Wireless公司為例，它已在Baton Rouge和新奧爾良市，推出熱區型的網格服務。
某些ISPs仍在等待無線通信的最終方案，用WiMax為難以連線的地區提供寬帶服務。但Nortel認為，以Wi-Fi為基礎的網格技術，可以更好地滿足這些地區。「沒有DSL線路的地區，WiFi網格可以為一個小村莊，100~200戶居民提供寬帶服務，」Zwinkels先生說。「MiMax要求用戶安裝特殊設備，但Wi-Fi網格只需要用戶用標準的PMCIA卡插入計算機。」
射頻識別技術（RFID）之後，嵌入式網格得到進一步發揮。取代固定式的掃描設備，網格上的傳感器和控制器在無線網上彼此交談，傳送信息。波士頓的Ember公司，專門製造RF芯片，用在大型運輸機上，監視被運送的貨箱。傳感器滿布在各個貨箱上，不僅記錄了貨箱內物品的詳細資料，而且傳送出運輸過程中貨箱存放的狀態。為了反恐的目的，美國各航空港將迅速使用這種無線監測系統，取代緩慢昂貴的海關人力檢查。
「貨箱就是一個網，每個貨箱在一個較大的網格式網絡內，形同一個節點，」Ember的商務主管Jim Schoenberjer說。「因為貨箱本身就是網絡的組成部分，所以港口或機場都不再需要安裝天線，網格是一個基礎設施很少的通信系統。」
嵌入式網格還可以用來收集家庭水電氣表的讀數，或裝進電燈開關，減少不必要的電線。Ember公司正在擬定ZigBee標準，它是EmberNet技術的一個組成部分。
網格標準
很多新公司如BelAir Networks,Tropos,FireTide和Strix System都在研發網格產品。雖然大多數產品都是在Wi-Fi的標準下擴展出來的，但各家的方法是不同的。這些專利的產品彼此缺少互操作性，所以不能在一起工作。既然網格要進入社會基礎設施，標準的制定是一件迫切重要的事情。
按照IEEE的規矩，為了制定一個標準，首先要由某個單位提出倡議，然後成立研究小組，最後才有標準制定的工作組。
2003年十二月底，Intel和Cisco就宣布要在溫哥華IEEE會議上提出倡議，制定網格式無線網絡的標準。
「當前的情況是明白的，」出版物Wi-Fi Plant的編輯Eric Griffith說。「Nortel和一大堆新公司都在搞網格產品，如果把這些產品放在一起，彼此完全不能交談。有些公司用蜂窩技術，有些公司用802.11a。蜂窩網格可以沿電話線杆架設，達到較遠的範圍。802.11a在短距離的使用中效果好，不受802.11b或802.11g干擾。」
經由Intel、Cisco、MeshNetworks和其它公司的倡議，IEEE成立了網格研究組，希望最終把網格補充入無線局域網的標準。今年一月，研究組舉行了第一次會議。評論家認為標準會在「最小公分母」的原則下完成。那時，各種專利協議的銳利功效會受到很大的限制。所以，MeshNetworks公司正在重新打包它的專利，當作可授權產品，瞄準各無線設備製造商，2004年第二季度開始對外授權。
「非常有趣，Intel捲入這件事情，」Griffith說。「Intel絕對願意從芯片級上為網格提供標準。我的印象里，Intel想彌補過去的小小過失，他們太晚地進入Wi-Fi，現在一定要在WiMax和網格上走到前沿。」
網格式無線局域網是無線通信發展的邏輯歸宿。從現有無線標準繁衍出新的功能，最能符合大多數廠商和用戶的利益。一意孤行的專利標準雖然有暫時的優勢，但得不到技術進一步發展的認同。只有把握技術發展主流，參與國際共同研究，才是最把穩的方式。
參考來源