分布式并行计算环境下GML空间数据的划分策略及算法分析-地图学与地理信息系统专业论文.docxVIP

1 1 第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 GML（Geography Markup Language）是 OGC（Open Geospatial Consortium）制定的基 于 XML 的中立于任何厂商、任何平台的地理信息编码规范，为地理信息的建模、传输、 存储和发布提供了一个公共的地理对象描述标准。GML 基于 XML，结构简单，目前正广 泛应用于空间数据的交换与共享。目前，各 GIS 软件厂商及第三方软件厂商都在其软件产 品中提供了对 GML 空间数据的支持，国际上有很多企业、研究机构都纷纷提供 GML 数据 支持，因此 GML 的数据量正在以数量级的速度增长。随着数据量的迅速增长，海量 GML 空间数据的存储和计算问题也变得复杂，而单机或单个高性能服务器的存储和计算能力都 无法满足这些应用的需求。传统 GIS 的空间数据存储与空间分析算法的效率优化和性能提 升也无法满足海量数据的存储与空间运算需求。 国际上近几年出现一个重要的研究方向——网络并行计算。这种计算模式集成地理上 不同的闲置资源（存储空间、CPU 等）来解决大规模的、复杂的项目，该技术不仅有成本 低的优点，且其回报周期短，便于扩展。分布式计算是研究将复杂、大规模的任务分解成 多个相对较小的任务，然后将小任务合理地分配到各个节点设备上进行计算，再将各个计 算结果合并起来得到想要的结果。将并行计算和分布式计算结合起来就组成了分布式并行 计算，云计算就是一种优秀的分布式并行计算模式。 当前很多空间信息服务如空间信息共享与交换服务、基于网络的地图服务、地理空间 信息编码服务等等，其中大多计算密集型服务项目需要消耗大量的存储及计算资源，如海 量影像数据处理服务、空间信息的获取服务与存储等；这些服务需要占用大量服务器的存 储器资源、I/O 资源、CPU 资源等，这必然导致服务器整体性能的急剧下滑；这类地理空 间信息服务的主要特点为采用的计算模型复杂且计算量大、处理空间数据的类型复杂多样、 处理的空间信息量庞大。云计算是目前比较流行的分布式并行计算模式之一，在远程的数 据中心，几万甚至几千万台电脑和服务器连接成一片，因此，它具有强大的运算能力和海 量的存储能力，它可以很好地解决上述问题。 所以，研究分布式并行计算环境下海量 GML 空间数据存储管理及应用也就成了当务 之急。分布式并行系统的优劣很大程度取决于数据划分策略的好坏。因此 GML 空间数据 划分策略及其算法研究是分布式并行计算环境下海量 GML 空间数据存储管理及应用的重 要课题，对空间数据的科学划分任务变得迫切。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内外分布式并行计算研究现状 网格计算与云计算都属于分布式并行计算，这里我们主要分析一下这两种计算模型的 研究及发展现状。 PAGE PAGE 10 网格计算是一个虚拟的 PC 集群，它利用大量的 PC 机的闲置资源（CPU 或者硬盘）， 具有解决规模计算问题以及存储海量数据的能力。和一般的分布式并行集群不同，网格计 算更在乎在不同的管理空间上的处理能力[1]。 美国是网格技术的发源地，目前也是该项技术的领导者。目前的主要的产品有 Globus 和 Legion 等两款工具软件。Globus 刚开始只是一个类似中间件的基本工具，它可以把空间 上不同的计算能力和存储能力集成到一起，以此搭建高性能的计算平台。对网格计算的研 究主要包括理论支持、工具软件和应用程序三个方面。理论方面，主要涉及通信安全、资 源管理、数据管理信息服务等；工具软件方面，除 Globus 应用最为广泛外，还有如 Legion、 Apples 和 Condor 等工具软件；应用程序方面有 NASA 的 IPG 计划、美国国防部的 DCCT 计划等等。 在欧洲，网格计算一直是欧盟全力支持的项目，目标为构建有超级数据存储和计算能 力的设施。欧洲网格计划致力于为用户构建安全、透明、简洁的信息平台，其应用范围涵 盖环境、生物、医药、天文、物理等各个领域。 在我国，863 计划已经将网格计算纳入其中，最近这些年来，网格计算技术逐渐地变 成各个研究单位、知名大学的研究热门。其中华中科技大学的容错网络平台、国防科技大 学的空间数据处理网格和中科院计算机所的织女星是企业信息网格较有代表性。基于此， 我国已建立了 CNGrid 的雏形，其内容包括高性能集群、应用程序和软件工具等。 下面是云计算的研究及发展现状。 云计算在国际上有比较广的应用领域，几乎所有的一线 IT 企业都参与了进去，他们根 据市场策略和自己传统的技术应用领域提出了各自的云计算架构，从各个方向向云计算进 军。云计算是一个综合性的计算，单依托有哪些信誉好的足球投注网站引擎所提出的云计算架构是不能够满足所有 用户需求的，目前还没有一个完整的、真正的云计算系统产品。