Mở rộng tính toán lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa semantic grid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MỞ RỘNG TÍNH TỐN LƯỚI THEO HƯỚNG LƯỚI NGỮ NGHĨA – SEMANTIC GRID NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN NGUYỄN ANH HỒN Người hướng dẫn khoa học: GS TS NGUYỄN THÚC HẢI HÀ NỘI - 2006 Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa MỞ ĐẦU Trong vài thập kỷ trở lại đây, phát triển ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt công nghệ thông tin, đặt toán với độ phức tạp tính tốn liệu ngày tăng Để giải vấn đề này, thiết bị dù có cấu hình cao đến đâu khơng thể đáp ứng mà địi hỏi phải có phối hợp sức mạnh nhiều thiết bị với Trên sở mạng máy tính, cho phép máy đơn lẻ kết nối với xuất phát từ ý tưởng lưới điện, cho phép dụng cụ sử dụng lượng điện vị trí với phích cắm, tính tốn lưới đời phát triển với mục đích kết hợp tất tài nguyên phân tán với để tạo sức mạnh tính tốn khổng lồ Tuy nhiên phát triển nhanh chóng cơng nghệ chế tạo tính tốn với bùng nổ mạng Internet làm cho tài nguyên tăng lên nhanh chóng số lượng chủng loại tạo nên mơi trường với tính khơng đồng cao Trong môi trường vậy, việc lưu trữ, tìm kiếm khai thác tài nguyên phù hợp cho mục đích cụ thể trở nên khó khăn tất yếu vấn đề ngữ nghĩa tài nguyên lưới đặt nhằm mục đích mở rộng khả tính tốn lưới Mục tiêu luận văn tìm hiểu cơng nghệ hệ thống tính tốn lưới, tập trung vào nghiên cứu vấn đề mở rộng khả tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa (Semantic Grid) – hệ tính tốn lưới thu hút ý cộng đồng khoa học vài năm trở lại Những vấn đề luận văn trình bày từ tổng quan đến chi tiết với cấu trúc chia thành chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung tính tốn lưới, khái niệm bản, lợi ích tính tốn lưới giai đoạn phát triển tính tốn lưới Chương 2: Trình bày kiến trúc tính tốn lưới, ý đến kiến trúc tổ chức ảo – thành phần sở lưới dịch vụ mà lưới cung cấp cho mơi trường tính tốn Chương 3: Trình bày lưới ngữ nghĩa, phát triển tất yếu lưới ngữ nghĩa hai ngôn ngữ sử dụng để mô tả tài nguyên cách có ngữ nghĩa, ngôn ngữ khung mô tả tài nguyên RDF ngôn ngữ mơ tả thể Web OWL Chương 4: Tìm hiểu đánh giá số kiến trúc lưới ngữ nghĩa đưa để thấy thay đổi bổ sung để chuyển từ lưới tính tốn sang lưới ngữ nghĩa Do khn khổ thời gian thực luận văn kinh nghiệm thân có hạn, đạt luận văn kết bước đầu, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội i Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa quý báu thầy cô, đồng nghiệp quan tâm Qua cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô Khoa Công nghệ thông tin, Trung tâm Đào tạo sau đại học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt GS TS Nguyễn Thúc Hải, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt trình học tập, nghiên cứu trường thời gian thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2006 Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội ii Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa MỤC LỤC MỞ ĐẦU i U MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ .vi DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii Chương GIỚI THIỆU VỀ TÍNH TỐN LƯỚI 1.1 Khái niệm tính tốn lưới 1.1.1 Các loại tài nguyên 1.1.1.1 Tài ngun tính tốn 1.1.1.2 Tài nguyên lưu trữ 1.1.1.3 Tài nguyên truyền thông 1.1.1.4 Phần mềm quyền 1.2 Lợi ích tính toán lưới 1.2.1 Khai thác tài nguyên nhàn rỗi 1.2.2 Cung cấp khả xử lý song song 1.2.3 Giúp hợp tác tổ chức 1.2.4 Giúp truy cập tới nhiều loại tài nguyên 1.2.5 Giúp cân việc sử dụng tài nguyên 1.2.6 Mang lại độ tin cậy 1.3 Một số loại lưới [10] 10 1.4 Các vấn đề tính tốn lưới 12 1.4.1 Bảo mật – Security 13 1.4.2 Quản lý tài nguyên lập lịch – Resource Management and Scheduling 14 1.4.3 Dịch vụ thông tin – Information Services 14 1.4.4 Quản lý liệu – Data Management 14 1.4.5 Portal 14 1.5 Các giai đoạn phát triển tính tốn lưới 15 1.5.1 Giai đoạn đầu – Thế hệ thứ 15 1.5.2 Giai đoạn – Thế hệ thứ hai 15 1.5.3 Giai đoạn – Thế hệ thứ ba – Semantic Grid 16 Chương KIẾN TRÚC TÍNH TỐN LƯỚI 18 2.1 Tổ chức ảo – Thành phần sở lưới [10] 18 2.2 Kiến trúc lưới tính tốn 22 2.2.1 Các yêu cầu thiết kế lưới 22 Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội iii Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa 2.2.2 Kiến trúc phân tầng 23 2.2.2.1 Lớp kết cấu - Fabric: Các giao diện điều khiển địa phương 24 2.2.2.2 Lớp kết nối: Truyền thơng thuận tiện an tồn 25 2.2.2.3 Lớp tài nguyên: 26 2.2.2.4 Collective: Quản lý định vị tài nguyên 26 2.2.2.5 Lớp ứng dụng 28 2.2.3 Các dịch vụ lưới 29 2.2.3.1 Hệ thống lưu trữ truy cập liệu 29 2.2.3.2 Dịch vụ siêu liệu 30 2.2.3.3 Bảo mật lưới 31 2.2.3.4 Quản lý 32 2.2.3.5 Lựa chọn lọc liệu 34 2.2.3.6 Bộ môi giới lưu trữ 35 2.2.3.7 Dịch vụ liệu ảo 36 Chương LƯỚI NGỮ NGHĨA – SEMANTIC GRID 38 3.1 Khái niệm lưới ngữ nghĩa [3,4,5] 38 3.1.1 Semantic Web 38 3.1.2 Lưới ngữ nghĩa 43 3.1.2.1 Khai phá sử dụng 44 3.1.2.2 Tích hợp liệu 45 3.1.3 Xây dựng Lưới ngữ nghĩa 46 3.2 Khung mô tả tài nguyên – RDF 48 3.2.1 Các khái niệm RDF 50 3.2.1.1 Mô hình liệu đồ thị 51 3.2.1.2 Vốn từ dựa URI – URI-based vocabulary 52 3.2.1.3 Kiểu liệu - Datatypes 52 3.2.1.4 Tập ký tự 53 3.2.2 Cú pháp RDF – RDF/XML 54 3.2.2.1 Thành phần nút (Node Elements) thành phần thuộc tính (Property Elements) 54 3.2.2.2 Thành phần nhiều thuộc tính – Mutiple Property Elements 56 3.2.2.3 Thành phần thuộc tính rỗng – Empty Property Elements 57 3.2.2.4 Tham số thuộc tính – Property Attributes 57 3.2.2.5 Thành phần tài liệu (Document Element) khai báo XML 57 3.2.2.6 Tập ký tự XML: rdf:parseType=”Literal” 58 Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội iv Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa 3.2.2.7 Tập ký tự có kiểu: rdf:datatype 58 3.2.2.8 Thành phần nút có kiểu – Typed Node Elements 59 3.2.2.9 Viết tắt URI với rdf:ID xml:base 59 3.2.2.10 Bộ sưu tập – Collections 60 3.2.3 Định nghĩa vốn từ RDF với lược đồ RDF 60 3.2.3.1 Mô tả lớp – Classes 61 3.2.3.2 Mơ tả thuộc tính 63 3.2.4 Một số ứng dụng RDF 64 3.2.4.1 Dublin Core Metadata Initiative 64 3.2.4.2 PRISM 65 3.2.4.3 RSS 1.0 – RDF Site Sumary 1.0 65 3.2.4.4 CIM/XML 65 3.2.4.5 Gen Ontology Consortium 66 3.3 Ngôn ngữ thể Web – OWL 66 3.3.1 Các ngôn ngữ OWL 67 3.3.2 Mô tả ngôn ngữ OWL Lite 68 3.3.2.1 Lược đồ RDF cho OWL Lite 68 3.3.2.2 Đẳng thức bất đẳng thức OWL Lite 68 3.3.2.3 Thuộc tính OWL Lite 69 3.3.2.4 Giao lớp OWL Lite 69 3.3.2.5 Kiểu liệu OWL 70 3.3.3 Những mở rộng với mô tả ngôn ngữ OWL DL OWL Full 70 Chương MỞ RỘNG TÍNH TỐN LƯỚI THEO HƯỚNG LƯỚI NGỮ NGHĨA 71 4.1 Kiến trúc C Goble đề xuất 71 4.2 Kiến trúc S-OGSA EU-IST 73 4.2.1 Nguyên tắc tiếp cận S-OGSA 75 4.2.2 Mơ hình S-OGSA: 76 4.2.3 Các chức S-OGSA 78 4.3 Kiến trúc InteliGrid 79 4.3.1 Tầng khái niệm 80 4.3.2 Tầng dịch vụ ứng dụng 82 4.4 Kiến trúc lưới VDHA 83 4.5 Nhận xét kiến trúc lưới ngữ nghĩa 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội v Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 Hình 2.5 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 4.1 4.2 4.3 4.4 Hình Hình Hình Hình Hình Hình 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 Mơi trường tính tốn lưới Phân cắt liệu (data stripping) Ảo hoá tài nguyên mạng Cân việc sử dụng tài nguyên Một lưới đơn giản – Simple Grid 10 Một hệ thống Intergrid 11 Hình ảnh tổng quát quy mô lưới 12 Các vấn đề tính tốn lưới 13 Xu hướng phát triển lưới hệ 17 Tổ chức ảo tổ chức thật 19 Kiến trúc tham chiếu tổ chức ảo 21 Kiến trúc giao thức phân tầng lưới 24 Các giao thức, dịch vụ, API, SDK lớp tài nguyên tập hợp kết hợp để phân phát tính tới ứng dụng 27 Các API thực phát triển phần mềm (Software Development kits SDKs), chuyển việc sử dụng giao thức lưới thành tương tác với dịch vụ mạng cung cấp khả tới tận người sử dụng 28 Cấu trúc catalog nhân 33 Kiến trúc môi giới lưu trữ 36 Các bước tạo liệu ảo 37 Kết tìm kiếm từ “services” Google 39 Cấu trúc tài liệu có ngữ nghĩa 41 Hướng tiếp cận semantic Web theo quan điểm phân tầng 42 Đồ thị trình tăng tích hợp tính tốn liệu 43 Kết nối ánh xạ qua lưới ngữ nghĩa 45 Chia sẻ liệu cấu trúc liệu hai hệ thống lưới 46 Các tầng semantic Web 47 Các lớp lưới ngữ nghĩa 48 Đồ thị RDF mô tả Dr Eric Miller 49 Bộ ba RDF 51 Ví dụ ba RDF 52 Đồ thị cho ví dụ RDF/XML 54 Một đường đồ thị 55 Phân cấp lớp xe 62 Các lớp ngôn ngữ OWL 67 Kiến trúc phân tầng lớp dịch vụ 71 Kiến trúc lưới ngữ nghĩa (theo C Goble) 72 Kiến trúc lưới ngữ nghĩa S-OGSA 74 S-OGSA: vịng ngồi ngun lý, vịng tiếp khía cạnh kiến trúc, vịng tiếp hai lớp chức mơ hình S-OGSA 76 Các thực thể S-OGSA mối quan hệ chúng 77 Các thực thể ví dụ điều khiển truy cập 78 Mơ hình thơng tin lưới ngữ nghĩa 79 Ba tầng kiến trúc InteliGrid 80 Tầng khái niệm (phần nét đứt phần phát triển tương lai) 81 Tầng dịch vụ ứng dụng 82 Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội vi Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 4.13 Mạng lưới VDHA 83 Kiến trúc VDHA_Grid 84 Các tầng ngôn ngữ OGSDL 85 Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội vii Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CIM Common Information Model CORBA Common Object Request Broker Architecture DC Dublin Core DCE Open Group's Distributed Computing Environment EJB Enterprise Java Bean GARA Globus Advanced Reservation and Allocation GEM Global Excetable Management GRAM Globus Toolkit Resource Allocation Manager GridFTP Grid File Transfer Protocol GRIP Grid Resource Information Protocol GRIS Grid Resource Information Service GRRP Grid Resource Registration Protocol GSI Grid Security Infrastructure HTML HyperText Markup Language MDS Metacomputing Directory Service OGSA Open Grid Services Architecture OGSA-DAI Open Grid Services Architecture – Data Acces and Integration OWL Web Ontology Language PRISM Publishing Requirements for Industry Standard Metadata RAID Redundant Array of Inexpensive Disk RDF Resource Description Framework Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội viii Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa RDFS Resource Description Framework Schema RMI Remote Method Invocation RSS RDF Site Sumary S-OGSA Semantic - Open Grid Services Architecture TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol URI Uniform Resource Indentifier VO Virtual Organization WSRF Web Services Resource Framework XML eXtensible Markup Language Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội ix Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Khả khai sáng: Các dịch vụ cần có cách chuyển đổi để trở nên có ý nghĩa, có tri thức tối thiểu chi phí để thực điều Việc giảm chi phí cải thiện ảnh hưởng hấp dẫn lưới ngữ nghĩa so với công cụ dịch vụ Do đó, S-OGSA phải dễ dàng thêm ngữ nghĩa vào giao diện thực thể lưới hay dịch vụ lưới nay, thực thể lưới khơng tan vỡ khơng có khả sử dụng xử lý ngữ nghĩa liên kết thực thể hiểu phần tri thức mà sử dụng cần phải sử dụng theo hướng nỗ lực tối đa Có tính khái niệm: Mục đích OntoGrid phát triển S-OGSA kiến trúc khái niệm Do phải dựa tảng sẵn có khung tài nguyên dịch vụ Web – Web Services Resource Framework (WSRF) Hình 4.4 S-OGSA: vịng ngồi ngun lý, vịng tiếp khía cạnh kiến trúc, vòng tiếp hai lớp chức mơ hình S-OGSA S-OGSA có thành phần là: Mơ hình (Model) chức (Capability) 4.2.2 Mơ hình S-OGSA: Mơ hình xác định yếu tố tạo nên kiến trúc S-OGSA mối quan hệ qua lại chúng S-OGSA đưa khái niệm số yếu tố sau: - Thực thể lưới – Grid Entity (G-Entity): định danh lưới, bao gồm tài nguyên dịch vụ - Thực thể tri thức – Knowledge Entity (K-Entity): dạng đặc biệt thực thể lưới biểu diễn thao tác với dạng tri thức Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 76 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Ví dụ thể, tập luật, sở tri thức chí mơ tả văn có chứa tri thức - Liên kết ngữ nghĩa – Semantic Binding (S-Binding): thực thể đưa vào để biểu diễn mối liên kết thực thể lưới với nhiều thực thể tri thức Ánh xạ phép chuyển đổi thực thể lưới thành thực thể lưới có ngữ nghĩa - Thực thể lưới ngữ nghĩa – Semantic Grid Entity (SG-Entity): thực thể lưới đóng vai trị chủ thể liên kết ngữ nghĩa, liên kết ngữ nghĩa thực thể tri thức Tuân theo nguyên tắc thiết kế SOGSA thực thể lưới khơng liên kết liên kết với hay nhiều thực thể tri thức với nhiều dạng chức khác nhận bỏ liên kết với thực thể tri thức vịng đời Hình sau cho ta nhìn trực quan thực thể S-OGSA mối quan hệ chúng Hình 4.5 Các thực thể S-OGSA mối quan hệ chúng Để dễ hình dung ta xét ví dụ cụ thể sau: Bài tốn phân quyền truy cập Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 77 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Hình 4.6 Các thực thể ví dụ điều khiển truy cập 4.2.3 Các chức S-OGSA Ngồi chức chung lưới chức đề cập đến phần S-OGSA dịch vụ cung cấp nhiều mức độ khác ngữ nghĩa Để thực điều này, OntoGrid đưa thêm vào hai chức năng: dịch vụ cung cấp ngữ nghĩa (Semantic Provisioning Services - ứng với hình chữ nhật lớn màu hồng kiến trúc S-OGSA hình 4.9) dịch vụ lưới nhận biết có ngữ nghĩa (Semantically Aware Grid Services - ứng với hình chữ nhật nhỏ màu hồng nằm rải rác kiến trúc S-OGSA hình 4.9) - Dịch vụ cung cấp ngữ nghĩa – Semantic Provisioning Services Dịch vụ chịu trách nhiệm cung cấp quản lý ngữ nghĩa liên kết với thực thể lưới bao gồm việc tạo, lưu trữ, cập nhật, loại bỏ truy cập loại tri thức siêu liệu khác Dịch vụ lại chia thành hai loại dịch vụ cung cấp tri thức (Knowledge Provisioning Services) dịch vụ cung cấp liên kết ngữ nghĩa (Semantic Binding Provisioning Services) Sự phân chia phản ánh phân chia thực thể thành thực thể tri thức thực thể liên kết ngữ nghĩa mơ hình S-OGSA Dịch vụ cung cấp tri thức bao gồm dịch vụ thể chịu trách nhệm lưu trữ vào truy cập vào mơ hình khái niệm việc biểu diễn tri thức dịch vụ suy luận chịu trách nhiệm suy luận tính tốn với mơ hình khái niệm Dịch vụ suy luận cho phép đưa kết luận thông tin kiểm tra ràng buộc dựa tri thức có thể cung cấp dịch vụ tri thức Dịch vụ cung cấp liên kết ngữ nghĩa bao gồm dịch vụ siêu liệu chịu trách nhiệm lưu trữ truy cập tới liên kết ngữ nghĩa (thường thể thể) dịch vụ giải nghĩa chịu trách nhiệm tạo siêu liệu từ nguồn thông tin khác tài liệu, sở liệu, … Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 78 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Hình 4.7 - Mơ hình thông tin lưới ngữ nghĩa Dịch vụ lưới nhận biết ngữ nghĩa – Semantically Aware Grid Services Thuật ngữ nhận biết ngữ nghĩa có nghĩa có khả sử dụng liên kết ngữ nghĩa thực hành động dựa tri thức siêu liệu 4.3 Kiến trúc InteliGrid InteliGrid [18] dự án nghiên cứu châu Âu với mục tiêu phát triển công nghệ lưới để cung cấp tảng liên tác cho ngành khoa học kỹ thuật Dự án có tham gia trường Đại học từ nước châu Âu với thời gian từ tháng 9/2004 đến tháng 2/2007 Kiến trúc InteliGrid kết bước đầu dự án trình xây dựng lưới ngữ nghĩa hỗ trợ khả liên tác tổ chức ảo Cách tiếp cận InteliGrid không làm từ đầu mà dựa kiến trúc nguyên lý Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 79 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa có sẵn bao gồm: Kiến trúc tham chiếu tổ chức ảo, kiến trúc điều khiển mơ hình, kiến trúc hướng dịch vụ kiến trúc dịch vụ lưới mở Kiến trúc hướng dịch vụ lấy dịch vụ làm đơn vị sở kiến trúc điều khiển mơ hình hướng tới việc thiết kế mơ hình chung khả chuyển nhiều hạ tầng khác Kiến trúc điều khiển mơ hình định nghĩa dịch vụ mơ hình mơ hình đóng gói tầng Với kết hợp này, kiến trúc InteliGrid kiến trúc mức cao, khái quát, dùng để đối chiếu với kiến trúc tồn phát triển để tìm xác định điểm có cịn thiếu mơ hình Kiến trúc InteliGrid kiến trúc tầng: Hình 4.8 Ba tầng kiến trúc InteliGrid • Tầng khái niệm: tồn dạng chuẩn, ý tưởng, đồ thị, lược đồ, thể, khái niệm … Nó khơng chứa dịch vụ hay loại mã thực thi • Tầng dịch vụ ứng dụng: chứa phần mềm biên dịch, cài đặt thực thi cho phép thực kết nối với phần mềm khác • Tầng tài nguyên sở: Phần cứng, firmware số phần mềm đóng vai trị tảng cho việc chạy dịch vụ ứng dụng tầng 4.3.1 Tầng khái niệm Tầng chịu trách nhiệm cung cấp thông tin khái niệm tồn hệ thống cách chúng mã hố Các khái niệm xét theo hai khía cạnh tạo nên hai trục phân lớp: trục đứng – lớp khái niệm trục ngang – lớp ngữ nghĩa (theo quan điểm semantic Web) Các lớp khái niệm bao gồm: • Tầng tri thức chung – Common sense layer: chứa tất khái niệm thông thường mà người có • Tầng kỹ thuật – Engineering layer: chứa khái niệm mà kỹ sư (những người làm việc với hệ thống) giải Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 80 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa • Tầng dịch vụ lưới – Services and grid layer: chứa khái niệm công nghệ thông tin mô tả thành phần công nghệ thông tin hệ thống xây dựng • Tầng tài nguyên – resource layer: chứa khái niệm mô tả tài nguyên mức thấp CCPU, nhớ, mạng … Hình 4.9 Tầng khái niệm (phần nét đứt phần phát triển tương lai) Phần giao tầng thuộc trục ngang trục dọc cho thấy kết mà InteliGrid thực • Tầng tri thức chung: CYC dự án phát triển với mục đích mã hố khái niệm dạng thể việc sử dụng cịn hạn chế • Tầng kỹ thuật: có nhiều lược đồ XML phát triển cho tầng có chuẩn hố IFC STEP Tuy nhiên, bước biểu diễn cách có ngữ nghĩa cho tầng chưa phát triển Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 81 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa • Tầng dịch vụ lưới: Các dịch vụ biểu diễn tốt phát triển chuẩn khung Web services Tuy nhiên, công cụ chưa đủ để hỗ trợ cho công nghệ lưới Cơng nghệ Web services cịn mở rộng để mô tả tài nguyên lưới mức thấp tầng tài nguyên OWL-S thể cho phép mô tả dịch vụ Web InteliGrid hướng tới xây dựng OWL-G (G viết tắt Grid) để mơ tả dịch vụ lưới • Tầng tài ngun: Ý tưởng cho phát triển lưới theo hướng coi thứ dịch vụ, với tài ngun mức thấp Do hình hình chữ nhật phần dịch vụ kéo dài xuống phần tài nguyên 4.3.2 Tầng dịch vụ ứng dụng Trong tầng này, thứ dịch vụ hay ứng dụng Các dịch vụ thực thi khái niệm chuẩn định nghĩa tầng khái niệm sử dụng tài nguyên tầng tài nguyên vật lý Các dịch vụ nói chuyện với giao thức Web services không giới hạn giao thức SOAP hay XML-RPC Mơ hình phân lớp tầng sau: Hình 4.10 Tầng dịch vụ ứng dụng Trong đó: Luận văn Cao học ngành Cơng nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 82 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa • Hai tầng ứng dụng (Applications) tầng dịch vụ tác nghiệp (Business Services) phần mêm cho phép người dùng tương tác với hệ thống Những phần mềm tự trị chạy độc lập, trực tuyến ngoại tuyến Sự tách riêng hai tầng có ý nghĩa nhấn mạnh chức chuyên biệt chức tầng tác nghiệp • Tầng dịch vụ liên tác – Interoperability Services: dịch vụ dịch vụ Ở tầng này, dịch vụ phải đăng ký để sử dụng người dùng dịch vụ khác Từ đó, dịch vụ biết tác nghiệp khía cạnh kỹ thụât dịch vụ khác thơng qua thể dịch vụ Ngồi ra, biết giới hạn ràng buộc dịch vụ khác thơng qua thể miền • Hai tầng tầng GridLab tầng lõi (Core layer) cung cấp phương tiện để truy cập trực tiếp đến tài nguyên lưới thông qua cơng cụ có sẵn Globus GAT (Grid Application Toolkit – phát triển dự án GridLab châu Âu) 4.4 Kiến trúc lưới VDHA Hình 4.11 Mạng lưới VDHA Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 83 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Kiến trúc lưới ngữ nghĩa dựa lưới VDHA (Virtual and Dynamic Hierarchical Architecture_Grid – VDHA_Grid) [22] chứa tập dịch vụ thơng tin lưới có khả thay đổi cao hỗ trợ việc mô tả ngữ nghĩa cho dịch vụ nhờ việc tìm kiếm khai thác dịch vụ hiệu quả, đáng tin cậy nhanh chóng Mục tiêu VDHA_Grid hướng tới hệ thống lưới rộng lớn hỗ trợ nhiều thiết bị trạm khác (được gọi chung nút – node) Trong mạng VDHA_Grid, tổ chức ảo biểu diễn vòng tròn nhỏ (vòng tròn lõi – core) chứa số nút thiết bị PC, Cell phone, PDA, sensor, … Các vòng tròn thể kiến trúc tổ chức ảo phân tầng động VDHA Ví dụ hình tầng tổ chức ảo Kiến trúc VDHA_Grid gồm tầng sau: Ứng dụng S A E C U M Chương trình ứng dụng Dịch vụ Các ứng dụng thực thi ngôn ngữ khác Ngôn ngữ mô tả dịch vụ OGSDL N A G R Các giao thức lưới dịch vụ lõi E I Thông điệp M SOAP T Y ASN.1 Truyền thơng HTTP, SMTP, POP TCP/IP E N T Hình 4.12 Kiến trúc VDHA_Grid Có thể nhận thấy kiến trúc dựa kiến trúc Web services Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 84 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa • Ở tầng truyền thông chịu trách nhiệm truyền thông nút đối tượng cung cấp dịch vụ sử dụng dịch vụ • Tầng thơng điệp chịu trách nhiệm gửi nhận thông điệp với tầng truyền thông Hai giao thức thông dụng tầng SOAP ASN.1 • Tầng tầng giao thức lưới dịch vụ lõi lưới dịch vụ quản lý thời gian sống (service life management service – SLMS), dịch vụ an toàn lưới (scalable grid securty service – SGSS), dịch vụ điều khiển giám sát lưới (grid monitor and control service – MCS) … • Tầng dịch vụ chứa dịch vụ mô tả ngôn ngữ thể dịch vụ lưới (Ontology-based grid service description language – OGSDL) • Tầng tầng ứng dụng làm việc với client ứng dụng phía máy chủ Các chức an ninh bảo mật quản trị liên quan đến tất tầng nêu Với ngôn ngữ OGSDL, dịch vụ mô tả profile cho biết dịch vụ (what-is) thực (how-to-do) Áp dụng nguyên lý semantic Web nên OGSDL dựa XML+RDF+OWL Mục tiêu OGSDL phục vụ cho việc tự động khai phá đối sánh để tìm dịch vụ phù hợp OGSDL (Serivces) Logic OWL (Ontology) RDFS (RDF Schema) RDF (Resource Description Language) XML (eXtensible Markup Language) Hình 4.13 Các tầng ngơn ngữ OGSDL Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 85 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa 4.5 Nhận xét kiến trúc lưới ngữ nghĩa Qua số tìm hiểu tổng hợp nêu trên, chưa phải tất kiến trúc nghiên cứu đề xuất đại diện tiêu biểu cho xu hướng xây dựng kiến trúc lưới Kiến trúc C Goble đề xuất năm 2001 dựa kiến trúc mức khái niệm tầng hạ tầng tri thức đưa từ năm 1999 Do kiến trúc mức khái niệm, cho thấy thành phần cần phát triển để xây dựng lưới ngữ nghĩa Trong đó, kiến trúc rõ việc cần phải bổ sung thêm thành phần dịch vụ cung cấp ngữ nghĩa cho dịch vụ lưới Tuy nhiên, tầng cung cấp ngữ nghĩa lại tác giả tách riêng thành tầng độc lập làm tính tự nhiên dịch vụ mơi trường lưới Kiến trúc thứ hai, S-OGSA, nói hồn chỉnh việc đưa đầy đủ yêu cầu khái niệm thực thể tham gia (G-Entity, K-Entity, S-Binding SEMANTIC GRID-Entity), dịch vụ cung cấp (dịch vụ cung cấp ngữ nghĩa – Semantic Provisioning Services dịch vụ lưới nhận biết có ngữ nghĩa – Semantically Aware Grid Services) mối quan hệ thành phần Việc phát triển từ OGSA tận dụng ưu điểm kiến trúc hướng dịch vụ đảm bảo cho khả thích ứng S-OGSA với OGSA để triển khai hạ tầng lưới sẵn có Trong kiến trúc thứ ba, InteliGrid đề xuất kiến trúc dựa lớp: khái niệm, ứng dụng dịch vụ, tài nguyên sở Tầng khái niệm định nghĩa mô tả tri thức thể đồ thị tầng ứng dụng dịch vụ chứa chương trình sử dụng thực thể tri thức có tầng khái niệm Những thực thể tương ứng với dịch vụ nhận biết lưới có ngữ nghĩa S-OGSA Tầng tài nguyên sở tương ứng với khái niệm tầng kết cấu kiến trúc chung lưới Các dịch vụ thể nằm tầng ứng dụng dịch vụ đóng vai trị kiến trúc việc cung cấp khả liên tác (interopreability) tổ chức ảo, mục tiêu InteliGrid Trong đó, kiến trúc SOGSA, thể phương tiện cho phép lưu trữ truy cập thực thể tri thức nhiệm vụ liên quan đến ngữ nghĩa dành cho người phát triển ứng dụng lưới ngữ nghĩa Kiến trúc thứ 4, VDHA_Grid, phát triển hoàn toàn từ kiến trúc Web serivces việc bổ sung tầng tương ứng cho việc biểu diễn tri thức, tầng dịch vụ với ngôn ngữ mô tả dịch vụ dựa thể (Ontology-based Grid Service Description Language – OGSDL) Điểm VDHA_Grid đề kiến trúc tổ chức ảo phân cấp có tính động khả ảo hoá nút cao So với kiến trúc trước VDHA_Grid đề số giao thức cụ thể việc khai thác sử dụng dịch vụ lưới, ví dụ giao thức truy vấn khai phá (Query and Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 86 Chương Mở rộng tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Discovery Protocol – QDP gồm có Full Search QDP Domain-Specific QDP) VDHA_Grid đưa lược đồ không gian tên đơn giản lược đồ ánh xạ tên toàn cục tên cục Như nhận thấy việc xây dựng kiến trúc phát triển lưới ngữ nghĩa hướng mẻ, kết đạt có tính khái niệm, nguyên lý chưa đưa đặc tả chi tiết Tuy nhiên, kiến trúc gặp hai điểm chung là: • Lấy Web làm tảng truyền thông cho lưới Web services công cụ mô tả, đăng ký khai phá dịch vụ môi trường không đồng Với việc sử dụng Web services, tài nguyên ảo hố truy cập người dùng ứng dụng • Sử dụng siêu liệu thể để mô tả thực thể lưới (tài nguyên dịch vụ) Thành phần hỗ trỡ đắc lực cơng cụ mơ tả tài ngun có ngữ nghĩa RDF OWL Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 87 Kết luận hướng phát triển đề tài KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Qua chương, luận văn trình bày vấn đề tính tốn lưới nói chung bước ban đầu việc mở rộng tính tốn theo hướng lưới ngữ nghĩa nói riêng Các khái niệm kiến trúc chung tính tốn lưới trình bày chương 1,2 Chương trình bày lưới ngữ nghĩa công cụ dùng để mơ tả tài ngun cách có ngữ nghĩa, khung mô tả tài nguyên RDF ngôn ngữ thể Web OWL Chương vào trình bày mở rộng khả tính tốn lưới theo hướng lưới ngữ nghĩa Tuy nhiên, hướng phát triển tương lai, hoàn toàn nghiên cứu vài năm lại nên chuẩn hố sở lý thuyết chưa có nhiều, luận văn tiếp cận theo hướng đưa số kiến trúc xây dựng đánh giá để có số đề xuất ban đầu cho việc xây dựng hệ thống tính tốn lưới ngữ nghĩa Phạm vi tìm hiểu luận văn rộng, bao gồm nhiều vấn đề công nghệ hệ thống tính tốn lưới nay, thế, khn khổ thời gian phạm vi có hạn luận văn, khơng thể tránh khỏi thiếu sót, số vấn đề chưa trình bày cách thấu đáo Tuy nhiên, cách tiếp cận diện rộng cho phép luận văn có nhìn tổng quát nhiều bình diện, với mong muốn kết đạt tảng vững cho nghiên cứu sau bậc học cao Trong giai đoạn tiếp theo, hướng phát triển đề tài là: - Sử dụng RDF OWL để xây dựng mơ hình ngữ nghĩa cụ thể, với đối tượng dự định hệ thống đào tạo Trường Đại học - Xây dựng mơ hình tính toán lưới áp dụng cho hệ thống đào tạo từ xa, vấn đề quan tâm nghiên cứu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Đặt vấn đề nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu mạng tính tốn lưới Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 88 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Globus Alliance http://www.globus.org/ [2] Global Grid Forum http://www.ggf.org/, http://www.gridforum.org/ [3] Trang Web từ điển bách khoa http://en.wikipedia.org [4] Semantic Grid Community Portal http://www.semanticgrid.org/ [5] http://www.ibm.com/developerworks/grid/ [6] W3C Semantic Web http://www.w3.org/2001/sw/ [7] F Berman, G Fox, T Hey, “Grid Computing Making The Global Infrastructure a Reality”, Wiley 2003 [8] Ian Foster, “What is the Grid? A Three Point Checklist”, July 20, 2002 [9] David De Roure, Mark A Baker, Nicholas R Jennings, Nigel R Shadbolt, “The Evolution of the Grid” [10] Ian Foster, Carl Kesselman, Steven Tuecke, “The Anatomy of the Grid” [11] Ian Foster, Carl Kesselman, Jeffrey M Nick, Steven Tuecke, “The Physiology of the Grid - An Open Grid Services Architecture for Distributed Systems Integration” [12] www.gridforum.org “The Open Grid Services Architecture, Version 1.0” January 29, 2005 [13] David De Roure, Nicholas R Jennings and Nigel R Shadbolt, “The Semantic Grid: A Future e-Science Infrastructure“ [14] W3C Recommendation 10 February 2004 for RDF – Resource Description Framework http://www.w3.org/TR/rdf-primer/ [15] W3C Recommendation 10 February 2004 for OWL Web Ontology Language http://www.w3.org/TR/owl-features/ [16] David De Roure, Nicholas R Jennings and Nigel R Shadbolt, “The Semantic Grid: Past, Present and Future”, Proceedings of the IEEE Publication Date: March 2005 Volume: 93, Issue: On page(s): 669- 681 [17] C Goble and D De Roure, "The Semantic Grid: Myth Busting and Bridge Building," presented at 16th European Conference on Artificial Intelligence (ECAI-2004), Valencia, Spain, 2004 [18] Ž Turk, V Stankovski, A Gehre, P Katranuschkov, K Kurowski, E Balaton, J Hyvarinen, M Dolenc, R Klinc, J Kostanjšek, and J Velkavrh, "Semantic Grid Architecture," 2004 from InteliGrid project Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 89 Tài liệu tham khảo [19] Pinar Alper, Oscar Corcho, Ioannis Kotsiopoulos, Paolo Missier, Sean Bechhofer, Dean Kuo, Carole Goble, “An overview of S-OGSA: a Reference Semantic Grid Architecture”, 2005 [20] Proceedings of the 3rd IEEE/ACM International Symposium on Cluster Computing and the Grid (CCGRID.03), “An Ontology for Scientific Information in a Grid Environment: the Earth System Grid” [21] Feng Tao, David Millard, Arouna Woukeu & Hugh Davis, “Semantic Grid based e-Learning using the Knowledge Life Cycle” [22] Huang Lican, Zhang Yin, Ye Xiuzi, “A Scalable Semantic Grid Framework – VDHA_Grid”, 2004 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics [23] Grigoris Antoniou and Frank van Harmelen, “A Semantic Web Primer”, The MIT Press Cambridge, Massachusetts London, England, 2004 [24] Tim Berners-Lee, James Handler, Ora Lassila, “The Semantic Web”, Scientific American [25] IBM Redbooks, “IBM Introduction to Grid Computing with Globus” Luận văn Cao học ngành Công nghệ thông tin – Đại học Bách Khoa Hà Nội 90 ... Chương Semantic Grid Chương LƯỚI NGỮ NGHĨA – SEMANTIC GRID Như trình bày phần 1.5 giai đoạn phát triển tính toán lưới, xu hướng tất yếu quan tâm lưới ngữ nghĩa Chương vào trình bày khái niệm lưới ngữ. .. đề ngữ nghĩa tài nguyên lưới đặt nhằm mục đích mở rộng khả tính tốn lưới Mục tiêu luận văn tìm hiểu cơng nghệ hệ thống tính tốn lưới, tập trung vào nghiên cứu vấn đề mở rộng khả tính tốn lưới theo. .. liệu ảo 36 Chương LƯỚI NGỮ NGHĨA – SEMANTIC GRID 38 3.1 Khái niệm lưới ngữ nghĩa [3,4,5] 38 3.1.1 Semantic Web 38 3.1.2 Lưới ngữ nghĩa 43 3.1.2.1