地理空间信息服务与网格集成理论与方法研究
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摘要
地理空间信息网格依托网格基础设施,通过对网格内各种地理空间信息资源和非地理空间信息资源进行描述、组织、管理、处理和分发,将地理上分布的各类资源整合为一体,最终实现按需服务能力的地理空间信息共享和协同解决问题。地理空间信息网格的目标是地理空间信息网格资源的共享和互操作,其核心和主体是地理空间信息服务。
本文对地理空间信息网格中地理空间信息服务和网格集成的理论与方法进行研究。研究和实践的目标是将现有开放地理空间信息标准和Web服务技术标准融入网格标准,在共享网格基础设施提供的计算、存储等能力的基础上,通过遵循Web服务标准规范和地理信息标准规范的地理空间信息服务,为用户提供所需的地理空间数据和功能。在现有的开放地理信息标准、Web服务技术体系和网格技术的基础上,探讨地理空间信息服务和网格集成中存在的问题及亟待解决的关键技术,并最终构建了原型实验系统。论文的主要研究内容及成果如下:
1、现有的网格资源模型的描述对象多为计算、存储等网格通用资源,缺乏对地理空间数据及功能的描述能力,不利于地理空间信息网格的资源共享。本文提出地理空间信息网格的资源抽象定义和基于GLUE模型的扩展地理空间信息网格资源模型GLUE-Ex,采用XML对网格资源进行统一管理和描述。GLUE-Ex能够为网格中空间信息资源和非空间信息资源描述提供统一的模型,具有层次性、通用性、扩展性和复用性的特点。
2、现有的OGC Web服务体系和标准Web服务在架构和实现上有所差异,这些差异的存在导致OWS在网格体系下难于集成和管理。论文从多角度对两者的差异进行了分析,给出一种基于要素解析和映射的WSDL生成和SOAP代理服务的OWS——Web服务兼容性方案,通过对用户透明的方式提供SOAP/WSDL风格的地理空间信息服务调用,有效屏蔽两个体系的差异。该方案在WS-I测试环境中通过了Web服务标准性测试。
3、探讨主流网格体系架构核心技术,从地理空间信息服务资源、隐式资源模式、服务寻址、资源属性文档及资源生命周期管理等角度阐述WSRF地理空间信息服务构建的关键技术。在GLUE-Ex以及OWS——Web服务兼容性实验的基础上,以WMS为例介绍地理空间信息网格数据服务实现的主要技术和流程。
4、数据服务和功能服务是构建网格地理空间信息服务链的基础。本文以OGC Web处理服务作为功能服务的实现规范,针对WPS应对计算密集型/数据密集型的处理效率低,用户响应性差的问题,提出基于WS-Notification的代理通知方案,实现了代理通知服务方式下的网格处理服务资源状态主题订阅/发布的全过程。服务实例运行中能够随时获取服务状态,有效解决处理服务的超时问题。
5、服务注册和发现是面向服务的地理空间信息网格中重要的环节。主流Web服务体系采用UDDI作为服务注册中心。论文分析UDDI作为地理空间网格注册中心的优势和不足。从UDDI内置分类法、UDDI数据结构、UDDI API、管理和部署方式等多角度入手对UDDI进行了扩展,扩展后的注册中心兼容WSRF规范,可以支持用户发现和使用网格内的地理空间信息服务资源。
6、借鉴虚拟组织对网格资源组织和管理的特点,提出UDDI注册中心池的概念,进行分布式注册中心节点的组织和维护。并在原型系统中实现了网格UDDI注册中心的单点登录以及主动服务机制,包括服务状态获取机制、服务订阅通知机制和基于QoS的服务登记机制,有效提高网格UDDI注册中心的友好性、可信度和稳定性。
Geospatial Information Grid provides methods and environments to describe, organize, process, and distribute geospatial information resources and non-geospatial information resources by grid infrastructures. The final goal of Geospatial Information Grid is sharing and interoperability for grid resources and the core part of that is geospatial information services.
The paper focuses on the theory and approach in geospatial information services and grid integration. The ultimate aim is to assimilate current Open GIS, Web Services standards to grid realm. On the basic of sharing computing, storage and other grid capabilities, geospatial services may provide all sorts of applications to users. The integration of OGC, grid and Web Services standards will provide the necessary infrastructure for developing tools, softwares, and services those work together and can be used by multiple communities. In the end, we construct a prototype system.
1. Most grid resource models describe common grid objects such as computing, storage elements, which is not enough to describe geospatial data and services. We propose here an abstract definition of Geospatial Information Grid resources, and then construct an extended GLUE model calls GLUE-Ex. GLUE-Ex offers a uniform model to describe geospatial and non-geospatial grid resources and it has some advantages such as layered, .generality, extensibility and reusability.
2. There are differences in OGC Web Services and classical W3C Web Services, which result in some difficulties for operating OWS in grid environment. The paper analysis’s all the possible differences and prefers an OWS-Web Services compatible solution. The key techs of the program are WSDL generation and SOAP proxy service. By that users may access OWS in SOAP/WSDL approach. The solution was passed in WS-I test envirenment.
3. Study on mainstream for grid structures. The key technologies of Geospatial Web Services implementation include geospatial WS-Resource, Implied Resource Pattern, Services Addressing, Resource Property Document and grid resource lifecycle. On the basis of previous OWS-Web Services compatible test, we specially illustrate the Grid WMS implementation.
4. Data Service and Processing Service are the basic elements of Geospatial Service Chaining. We conclude inadequacies in current OGC Web Process Services. To solve the synchronization problem in an existing risk in computing-intensive and data-intensive applications, we design an asynchronous Broker Notification Service based on WS-Notification, which can update and monitor geospatial resource status in any moment and resolve the timeout problem effectively.
5. Service register and discovery has been an important issue for geospatial information grid. Classical Web Services framework adopts UDDI as its registry. However, it has some limits. In this paper, we present a novel service registry architecture, that is UDDI compliant and WSRF complaint and strongly supports grid resource metadata. The extension of UDDI includes UDDI inner taxonomy, UDDI data structure, UDDI APIs and UDDI deployment.
6. Referring to grid Virtual Organization, we bring forward a new concept of UDDI Regisitry Pool for the distributed UDDI Registry nodes organization. The prototype provides users with single sign-on and active service. The services involved in the application include active service status acquisition, service subscription and notification, and service registration with QoS information which can promote frendliness, reliability and stability of geospatial grid UDDI Registry.
本文对地理空间信息网格中地理空间信息服务和网格集成的理论与方法进行研究。研究和实践的目标是将现有开放地理空间信息标准和Web服务技术标准融入网格标准,在共享网格基础设施提供的计算、存储等能力的基础上,通过遵循Web服务标准规范和地理信息标准规范的地理空间信息服务,为用户提供所需的地理空间数据和功能。在现有的开放地理信息标准、Web服务技术体系和网格技术的基础上,探讨地理空间信息服务和网格集成中存在的问题及亟待解决的关键技术,并最终构建了原型实验系统。论文的主要研究内容及成果如下:
1、现有的网格资源模型的描述对象多为计算、存储等网格通用资源,缺乏对地理空间数据及功能的描述能力,不利于地理空间信息网格的资源共享。本文提出地理空间信息网格的资源抽象定义和基于GLUE模型的扩展地理空间信息网格资源模型GLUE-Ex,采用XML对网格资源进行统一管理和描述。GLUE-Ex能够为网格中空间信息资源和非空间信息资源描述提供统一的模型,具有层次性、通用性、扩展性和复用性的特点。
2、现有的OGC Web服务体系和标准Web服务在架构和实现上有所差异,这些差异的存在导致OWS在网格体系下难于集成和管理。论文从多角度对两者的差异进行了分析,给出一种基于要素解析和映射的WSDL生成和SOAP代理服务的OWS——Web服务兼容性方案,通过对用户透明的方式提供SOAP/WSDL风格的地理空间信息服务调用,有效屏蔽两个体系的差异。该方案在WS-I测试环境中通过了Web服务标准性测试。
3、探讨主流网格体系架构核心技术,从地理空间信息服务资源、隐式资源模式、服务寻址、资源属性文档及资源生命周期管理等角度阐述WSRF地理空间信息服务构建的关键技术。在GLUE-Ex以及OWS——Web服务兼容性实验的基础上,以WMS为例介绍地理空间信息网格数据服务实现的主要技术和流程。
4、数据服务和功能服务是构建网格地理空间信息服务链的基础。本文以OGC Web处理服务作为功能服务的实现规范,针对WPS应对计算密集型/数据密集型的处理效率低,用户响应性差的问题,提出基于WS-Notification的代理通知方案,实现了代理通知服务方式下的网格处理服务资源状态主题订阅/发布的全过程。服务实例运行中能够随时获取服务状态,有效解决处理服务的超时问题。
5、服务注册和发现是面向服务的地理空间信息网格中重要的环节。主流Web服务体系采用UDDI作为服务注册中心。论文分析UDDI作为地理空间网格注册中心的优势和不足。从UDDI内置分类法、UDDI数据结构、UDDI API、管理和部署方式等多角度入手对UDDI进行了扩展,扩展后的注册中心兼容WSRF规范,可以支持用户发现和使用网格内的地理空间信息服务资源。
6、借鉴虚拟组织对网格资源组织和管理的特点,提出UDDI注册中心池的概念,进行分布式注册中心节点的组织和维护。并在原型系统中实现了网格UDDI注册中心的单点登录以及主动服务机制,包括服务状态获取机制、服务订阅通知机制和基于QoS的服务登记机制,有效提高网格UDDI注册中心的友好性、可信度和稳定性。
Geospatial Information Grid provides methods and environments to describe, organize, process, and distribute geospatial information resources and non-geospatial information resources by grid infrastructures. The final goal of Geospatial Information Grid is sharing and interoperability for grid resources and the core part of that is geospatial information services.
The paper focuses on the theory and approach in geospatial information services and grid integration. The ultimate aim is to assimilate current Open GIS, Web Services standards to grid realm. On the basic of sharing computing, storage and other grid capabilities, geospatial services may provide all sorts of applications to users. The integration of OGC, grid and Web Services standards will provide the necessary infrastructure for developing tools, softwares, and services those work together and can be used by multiple communities. In the end, we construct a prototype system.
1. Most grid resource models describe common grid objects such as computing, storage elements, which is not enough to describe geospatial data and services. We propose here an abstract definition of Geospatial Information Grid resources, and then construct an extended GLUE model calls GLUE-Ex. GLUE-Ex offers a uniform model to describe geospatial and non-geospatial grid resources and it has some advantages such as layered, .generality, extensibility and reusability.
2. There are differences in OGC Web Services and classical W3C Web Services, which result in some difficulties for operating OWS in grid environment. The paper analysis’s all the possible differences and prefers an OWS-Web Services compatible solution. The key techs of the program are WSDL generation and SOAP proxy service. By that users may access OWS in SOAP/WSDL approach. The solution was passed in WS-I test envirenment.
3. Study on mainstream for grid structures. The key technologies of Geospatial Web Services implementation include geospatial WS-Resource, Implied Resource Pattern, Services Addressing, Resource Property Document and grid resource lifecycle. On the basis of previous OWS-Web Services compatible test, we specially illustrate the Grid WMS implementation.
4. Data Service and Processing Service are the basic elements of Geospatial Service Chaining. We conclude inadequacies in current OGC Web Process Services. To solve the synchronization problem in an existing risk in computing-intensive and data-intensive applications, we design an asynchronous Broker Notification Service based on WS-Notification, which can update and monitor geospatial resource status in any moment and resolve the timeout problem effectively.
5. Service register and discovery has been an important issue for geospatial information grid. Classical Web Services framework adopts UDDI as its registry. However, it has some limits. In this paper, we present a novel service registry architecture, that is UDDI compliant and WSRF complaint and strongly supports grid resource metadata. The extension of UDDI includes UDDI inner taxonomy, UDDI data structure, UDDI APIs and UDDI deployment.
6. Referring to grid Virtual Organization, we bring forward a new concept of UDDI Regisitry Pool for the distributed UDDI Registry nodes organization. The prototype provides users with single sign-on and active service. The services involved in the application include active service status acquisition, service subscription and notification, and service registration with QoS information which can promote frendliness, reliability and stability of geospatial grid UDDI Registry.
引文
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