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| 网格 |
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中文名；网格 外文名；Grid 信息学定义；集成或共享地理上分布的各种资源 生物学定义；支柱和细层组成的网格状骨骼结构 构件系统方法；传统方法、网格方法等 优势；资源共享、协同工作、可扩展性等 |
网格（Grid），在信息学中，网格是一种用于集成或共享地理上分布的各种资源（包括计算机系统、存储系统、通信系统、文件、数据库、程序等），使之成为有机的整体，共同完成各种所需任务的机制。[1]
网格定义
网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。学术界和商业界围绕网格开展的研究有很多，其研究的内容和名称也不尽相同因而网格尚未有精确的定义和内容定位。比如国外媒体常用“下一代互联网”、 “Internet2 ”、“下一代Web”等来称呼网格相关技术。但“下一代互联网（NGI）”和“Internet2”又是美国的两个具体科研项目的名字，它们与网格研究目标相交叉，研究内容和重点有很大不同。企业界用的名称也很多，有内容分发（Contents Delivery）、服务分发（Service Delivery）、电子服务（e-service）、实时企业计算（Real-Time Enterprise Computing，简称RTEC）、分布式计算Peer-to-Peer Computing（简称P2P）、Web服务（Web Services）等。中国科学院计算所所长李国杰院士认为，网格实际上是继传统互联网、Web之后的第三次浪潮，可以称之为第三代互联网应用。
网格是利用互联网把地理上广泛分布的各种资源（包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等）连成一个逻辑整体，就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息和应用服务（计算、存储、访问等），虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协同工作，彻底消除资源“孤岛”，最充分的实现信息共享。
网格(Grid)这个词来自于电力网格(PowerGrid)。“网格”与“电力网格”形神相似。一方面，计算机网纵横交错，很像电力网；另一方面，电力网格用高压线路把分散在各地的发电站连接在一起，向用户提供源源不断的电力。用户只需插上插头、打开开关就能用电，一点都不需要关心电能是从哪个电站送来的，也不需要知道是水力电、火力电还是核能电。建设网格的目的也是一样，其最终目的是希望它能够把分布在因特网上数以亿计的计算机、存储器、贵重设备、数据库等结合起来，形成一个虚拟的、空前强大的超级计算机，满足不断增长的计算、存储需求，并使信息世界成为一个有机的整体。
早期网格的目标是期望能够像使用电力一样方便地使用分布在网络上强大而丰富的计算能力，而不用理会这种计算力是在哪个地点、以何种形式产生的。网格技术被看作是继传统因特网、Web之后的第3次互联网浪潮，也被称为第3代因特网应用，其主要特点是通过提供资源级的共享，从而消除信息孤岛、实现应用程序在更高层次上的交互与协作。目前，在网格计算的研究上，对信息与知识孤岛的消除、实现对它们的共享也已成为一个研究的侧重点。目前网格计算主要可以分为计算网格、信息网格与知识网格3个层次。
满足条件
网格必须同时满足三个条件：
在非集中控制的环境中协同使用资源；
使用标准的、开放的和通用的协议和接口；
提供非平凡的服务。
无线数据
工业使用的无线系统大多采用与蜂窝移动电话相似的射频连接，用点对点，或点对多点进行数据传送。但是，麻省理工学院媒体研究室指出，传统的无线语音通信方式,在数据服务中表现出过分地不足：非常刚性的系统结构中，虽经谨慎的系统预计，仍然丢失信号。
相反，网格式无线网络是一个由多重复链路的接/发节点构成的系统，节点间彼此互助，将数据沿网络传送，特别适合恶劣工作条件。网格的安装不必过于谨慎，随便把它们丢到什么地方，它就可以变成可靠的、灵活的系统，并能随意扩展到千千万万个设备上。
网络共性
麻省理工学院为网格式网络开发的拓扑结构，是一个点对点对点,或对等点对对等点的系统，也就是一个由具有重复接/发功能的节点组成的网络。每个节点都能接收/传送数据，也和路由器一样，将数据传给它的邻接点。通过中继处理，数据包用可靠的通信链路，贯穿中间的各节点，抵达指定目标。
相似于因特网和其他点对点路由网，网格式网络拥有多个冗余的通信路径。如果一条路径在任何理由下中断（包括射频干扰中断），网格网将自动选择另一条路径,维持正常通信。一般情况下，网格网能自动地选择最短路径，提高了连接的质量。根据实践，如果距离减小两倍，则接收端的信号强度会增加四倍，使链路更加可靠，还不增加节点发射功率。网格式网络里，只要增加节点数目，就可以增加可及范围，或从冗余链路的增加上，带来更多的可靠性。
自我配置和自修复性：网格式网络具有自我配置的特性，不需要人为的干预。增添新设备或旧设备移址都十分简单，只需在新址接通电源后，网格网就会发现这个新节点，自动地把它纳入现有的系统。网格式网络不仅生来就有高可靠性，而且还有高适应性。如果传感器或数据接收端,与固定的射频通信源相距太远，只需要在其间多布置几个中继节点，间隙便可填平。线连的因特网上，如果某个路由器停止工作，数据包则经其他的节点，选择另一个链路传送数据。与此相似，如果网格式网络中某个节点或链路失灵，数据包也会自动选择其他的路径。一、两个节点的丢失,对网格产生不了致命的影响,网格式网络具有自愈的能力，不需要外来的人力重新安排路径。
冗余性和可扩性：真实世界里的冗余性意味着系统的安全储备程度,和使用者精心管理的紧张程序。没有冗余的系统是不可靠的系统；冗余太多的系统，又带来太大的浪费。网格式网络的无线络中，冗余是节点密度带来的基本功能。为了可靠性,需要精心设计的系统，在网格中只要多几个节点便完成。每个节点有多条链路，根据情况自动选择路由。其他的无线系统,很少有这种取得冗余的方式。网格式网络也有极好的可扩性，可以扩展到管理几百到几千个节点。因为这个系统没有中央控制单元，增添多个链接点或网关,不存在任何麻烦。
可靠性、适应性和可扩性是今天无线通信和工业控制十分重视的性能。点对点的网络有良好的可靠性，但无法扩展到使节点拥有多条链路。一点对多点的网络可以管理多个端点，但可靠性受制于访问点和端点的配置。在环境条件恶劣的情况下，一点对多点的网络难以提高可靠性。与它们相反，网格网在环境或结构的制约下，内在地赋含可靠性和适应性，并可被任意扩展到几千个端点。
网格式网络在工业控制中使用时，还可以实现分布式控制和诊断式监测。
无线通信
今天的网格式无线局域网主要使用基于802.11a/b/g的标准，但能够被任何射频技术扩充，例如UltraWideband或802.15.4 Zigbee。因为连网智能装在每个节点上，不用任何中央交换机。网格的运作只取决于带有网络处理器，交换功能和系统软件的每一个智能节点。
为了在网格内部实现节点间的通信，每个节点都具有自我发现的能力。首先，它们必须决定是否只在无线系统中当成一个访问点，如同网络主干为另一个节点传送数据，或者扮演一个组合功能的角色。其次，这些特定的节点使用查询/响应协议确定它的近邻。这些运算不能占用太大的资源，不能超过链路可获带宽的1%到2%。
节点相互识别中，主要权衡的是路径信息，例如信号的接收强度、吞吐量、出错率和等待时间。这些数据必须在邻接的各点上交互，又不能占用太大的带宽。然后,根据这些数据决定最佳路径。所以，任何瞬间都可取得当时的最佳质量。
链路发现和路径选择都在后台进行，所以每个节点都知道当前有哪些邻接点，并频繁地运算，找出最佳路径。如果某个节点出于维修、重新安排，或故障等任何原因停止工作，邻近的节点立即重新记录，重新运算，选择路径。这种自我修复或故障超越的能力，是网格式无线网有别于其他无线通信的主要标记。
每一个节点都是一个自我管理的节点，又是一个网络的有机组成部分。该网络可从某个指定点进行管理和配置，形成一个实体。使用系统管理程序SNMP，监测某个特定的单元、节点、域或整个网络。发现协议（Discovery Protocols)简化了搜查和定位某个指定节点的过程，并把它们显示在管理者的屏幕上。
网格网依赖各种管理、控制和发现的报文，所以需要安全措施，采用带内报文、加密隧道，防范窃听和攻击。标准化的安全技术例如802.1x和Advanced Encryption Standard加密，确保了节点和设备的安全。
网格魅力
业界的重量级公司，例如Cisco和Intel，确认网格技术是当下无线通信符合逻辑的下一步延伸。网格的使用可以帮助各企业迅速地建立起新的无线网，或在不需要线连基站的条件下，扩展现有的WLANs。具有网格多链路的基站，容易实现负荷的均衡，因为它们可以为数据传输选择最佳的路径。此外，工业用户还能用嵌入的无线网格，迅速建立起传感器和控制器的网络，进行工业管理和运输管理。
网格技术的新崛起者和传统IT老公司，纷纷出售他们具有网格功能的无线局域网。负责标准制定的相关机构，正在拟定把网格纳入802.11（即WiFi)，以及刚刚与公众见面的802.16(亦即WiMax)标准的补充细则。嵌入式市场方面，网格技术开始形成标准，例如ZigBee。
其实，网格的基本概念并不是什么新发明，仅仅是把因特网连线世界里的实践，扩展进无线世界。PacketHop工程副总裁Sott Burke说：“今天固定式的因特网就是一个大型的固定式网格网。”
网格网上的每个设备收/送它自己的数据时，同时又为其他的设备扮演了一个路由器的角色。每个设备的内在智能，使它能自动配置一个有效的网络，并当某个节点超载到失效之际，重新调整链路。网格网的优点不仅容易设置，并能从一个中央连线链路，无线地扩展覆盖一个很大的地区，而且具有很强的生存能力。
也许这是军事机密，无线网格是美国五角大楼高级防务研究机构（Defense Advanced Research Project Agency)推出的研究成果。PacketHop的早期技术，源于斯坦福研究院为五角大楼进行的研究，为野战士兵装备轻巧的高速无线数据网。佛罗里达崛起的新公司MeshNetworks也是源于高级防务研究机构，开发网格技术。
军事部门和安全部门仍然是网格产品最直接的市场。“这个市场需求量很大，”Burke先生说。
企业网格
Nortel和几家从事网格开发的新公司，确认网格式WLAN会给企业带来更多的利益。今年上半年Nortel向市场提出了Wi-Fi网格产品--Wireless 7200 Series。“传统的WLAN方案中，每个节点都和主干网连接，但我们在网格式WLAN中免除掉这个需要，”无线网格网商务开发经理Peter Zwinkels说,“使我们在布线困难或布线费用太高的未布网地区，实现了无线局域网。”
这些地区包括室内外面积很大的空间，例如仓库和高尔夫球场。电源是难题之一，也许这里连交通管理的红绿灯和路灯都没有。但是， Nortel向公众承诺，只要传统的连线网络能生成的地方，就能用以太网本身向节点提供电源。
Intel在新泽西州Dartmouth大学的网格试验中，把每个学生在校园空间的每个地方，与该校的网络连接。春季实施的这个计划，为学生提供了宽带连接，并且需要向电话公司和电缆公司付费。
这些研究表明，网格主要用于广域宽带无线连接。虽然市场信息表明Wi-Fi热点正匆忙地在美国的咖啡店、火车站、机场……兴起，但无线ISPs和电信公司认为，他们可以用Wi-Fi热点的扩展网格吸引用户，在销售因特网、标准的移动电话和3G服务中当作赠品。网格技术可以巨大地加速宽带服务的发展趋势：取代大量的T1和ADSL线路，每个无线节点都是热点，只需要一条高带宽的连线，就能用无线网格覆盖整个地区。Nortel把这个归纳成“热区”，并宣称这个系统不仅价格便宜，而且覆盖性能优于当前热点的大杂烩。
使用“热区”
某些城市准备为工作人员推出类似的服务。Verge Wireless公司为例，它已在Baton Rouge和新奥尔良市，推出热区型的网格服务。
某些ISPs仍在等待无线通信的最终方案，用WiMax为难以连线的地区提供宽带服务。但Nortel认为，以Wi-Fi为基础的网格技术，可以更好地满足这些地区。“没有DSL线路的地区，WiFi网格可以为一个小村庄，100~200户居民提供宽带服务，”Zwinkels先生说。“MiMax要求用户安装特殊设备，但Wi-Fi网格只需要用户用标准的PMCIA卡插入计算机。”
射频识别技术（RFID）之后，嵌入式网格得到进一步发挥。取代固定式的扫描设备，网格上的传感器和控制器在无线网上彼此交谈，传送信息。波士顿的Ember公司，专门制造RF芯片，用在大型运输机上，监视被运送的货箱。传感器满布在各个货箱上，不仅记录了货箱内物品的详细资料，而且传送出运输过程中货箱存放的状态。为了反恐的目的，美国各航空港将迅速使用这种无线监测系统，取代缓慢昂贵的海关人力检查。
“货箱就是一个网，每个货箱在一个较大的网格式网络内，形同一个节点，”Ember的商务主管Jim Schoenberjer说。“因为货箱本身就是网络的组成部分，所以港口或机场都不再需要安装天线，网格是一个基础设施很少的通信系统。”
嵌入式网格还可以用来收集家庭水电气表的读数，或装进电灯开关，减少不必要的电线。Ember公司正在拟定ZigBee标准，它是EmberNet技术的一个组成部分。
网格标准
很多新公司如BelAir Networks,Tropos,FireTide和Strix System都在研发网格产品。虽然大多数产品都是在Wi-Fi的标准下扩展出来的，但各家的方法是不同的。这些专利的产品彼此缺少互操作性，所以不能在一起工作。既然网格要进入社会基础设施，标准的制定是一件迫切重要的事情。
按照IEEE的规矩，为了制定一个标准，首先要由某个单位提出倡议，然后成立研究小组，最后才有标准制定的工作组。
2003年十二月底，Intel和Cisco就宣布要在温哥华IEEE会议上提出倡议，制定网格式无线网络的标准。
“当前的情况是明白的，”出版物Wi-Fi Plant的编辑Eric Griffith说。“Nortel和一大堆新公司都在搞网格产品，如果把这些产品放在一起，彼此完全不能交谈。有些公司用蜂窝技术，有些公司用802.11a。蜂窝网格可以沿电话线杆架设，达到较远的范围。802.11a在短距离的使用中效果好，不受802.11b或802.11g干扰。”
经由Intel、Cisco、MeshNetworks和其它公司的倡议，IEEE成立了网格研究组，希望最终把网格补充入无线局域网的标准。今年一月，研究组举行了第一次会议。评论家认为标准会在“最小公分母”的原则下完成。那时，各种专利协议的锐利功效会受到很大的限制。所以，MeshNetworks公司正在重新打包它的专利，当作可授权产品，瞄准各无线设备制造商，2004年第二季度开始对外授权。
“非常有趣，Intel卷入这件事情，”Griffith说。“Intel绝对愿意从芯片级上为网格提供标准。我的印象里，Intel想弥补过去的小小过失，他们太晚地进入Wi-Fi，现在一定要在WiMax和网格上走到前沿。”
网格式无线局域网是无线通信发展的逻辑归宿。从现有无线标准繁衍出新的功能，最能符合大多数厂商和用户的利益。一意孤行的专利标准虽然有暂时的优势，但得不到技术进一步发展的认同。只有把握技术发展主流，参与国际共同研究，才是最把稳的方式。
参考来源