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网络资源共享与管理

/network resource sharing and management/
条目作者蒋洪波

蒋洪波

最后更新 2022-12-23
浏览 126
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接入同一网络的设备及用户共享该网络所拥有的资源,并实现对网络资源分配、调度和管理。

英文名称
network resource sharing and management
所属学科
计算机科学技术

网络技术的迅猛发展以及移动智能设备的普及将社会带入了前所未有的“网络时代”,但面对迅速增加的网络接入用户数量,现有的网络普遍存在资源管理模式落后、无线网络频谱资源利用率低、不同网络用户获取网络资源的能力有差异等问题。为了解决制约网络发展的短板,网络资源共享与管理技术已经成为网络领域中的一个重要研究内容。

网络资源共享与管理是一个新兴研究领域,涉及内容多、涵盖领域广、知识跨度大。它与其他学科之间存在紧密的相关性、依赖性和交叉性,包括统计学、优化论、计算机网络等学科。由于网络资源往往是有限的,并且对于不同的网络,其架构不尽相同,用户的通信质量难以得到保证。网络资源管理通过优化网络资源分配策略,灵活分配和动态调整网络资源,最大程度的提高网络资源利用率,防止网络拥塞,确保接入网络的用户可以获得良好的服务体验。网络资源管理的目标包括:整合网络资源,提高网络资源利用率,优化网络资源分配,保证用户数据传输速率,降低网络运营成本等。

网络资源共享与管理是随着计算机网络的兴起而发展起来的。早期的类计算机网络兴起于19世纪50年代,最早为美国军用雷达系统半自动地面环境。它是由北美防空司令部自1950年后期至1980年使用的一套自动化追踪、拦截敌军飞行器的系统,由IBM开发、构建和维护。该系统通过资源共享、信息交换、相互协作完成工作任务,是最早的广义上的资源共享概念的雏形。1950年出现的SAGE系统,1960年出现的大型结构分析系统均是一种数据型共享网络。1964年,美国达特茅斯学院提出了用于大型计算机间的一种时间共享系统,明确的提出了“共享”的概念。在1969年前,世界各地的研究人员做出了许多的尝试,旨在建立一种真正意义上的广域网,用以实现资源的共享。当今世界的网络雏形为1969年正式投入运营的美国国防部高级研究计划署(automatic radar plotting aids,ARPA)系统,该系统的初宗为建立一个分布式的网络,用于实现计算机间的网络交流,完成资源共享。随着TCP/IP协议的,网络通信间的标准得到了统一,大量的新网络于七十年代开始兴起,网络间信息交换的速度也由最初的50比特/秒到当下的吉比特/秒,为越来越多丰富的网络资源共享提供的坚实的基础。网络间资源的共享由最初单纯的信息交流发展成为现在多媒体信息、计算机存储空间、运算能力等多维信息的共享。

随着互联网在全球范围内的蔓延,网络上的资源越来越丰富。为了提升资源共享的服务质量,人们提出了资源管理与调度的方案。在资源管理上,研究人员提出了许多新鲜的概念如:副本管理,副本一致性维扬,能耗管理,内容分发网络,服务管理等。网络资源管理概念的兴起源于人们对于快速与高质量的资源共享的渴望。随着越来越多终端的接入,网络拓扑结构的扩大,网络资源的急剧增长,在网络上挖掘有用信息的难度也越来越大。因此需要对网络上海量资源的资源进行有效的管理,用于快速的响应用户需求,提升网络的服务质量。现如今耳熟能详的对等网(peer-to-peer,P2P),内容分发网络(content delivery network,CDN),软件定义网络(software defined network,SDN)等即是一些旨在高效的进行网络资源管理技术。网络资源管理的实现目标就是为了使内容传输更快,更稳定。

网络资源包括计算资源,存储资源以及数据资源等。由于这些资源在互联网中的存在方式及使用目的的区别,它们的共享与管理形式、策略、目标都不尽相同。计算机科学界为它们设计了一系列高效、复杂、可靠的资源调度平台及方法。

计算资源的共享主要包括中央处理器(central processing unit,CPU),内存,图形处理器(graphics processing unit,GPU)等计算设备的共享。这种服务帮助开发人员利用网络中大量闲置的计算设备来从事大规模计算。计算资源的共享不但有助于提高开发效率,更极大的降低了开发运作的成本,同时也提高了闲置计算资源的利用率。该类资源的共享服务与管理主要依靠云计算平台及网格计算平台来支持。

存储资源的共享主要是数据存储媒介的共享,例如硬盘,闪存等。这种服务利用网络中闲置存储设备来帮助用户存储、备份大规模的数据。存储资源的共享使数据更加安全,即使本地数据丢失也可以利用网络中存储的数据来恢复。这也极大的为大规模数据用户提供了便利——用户无需自己购置大量的存储设备,而只需支付相对低廉的费用租赁网络中的存储设备。该类资源的共享服务与管理平台众多,比较流行的有多宝箱(Dropbox)、百度云盘、谷歌(Google)云端硬盘等。

数据资源的共享主要是数据文件及应用程序的共享。这种服务是互联网中最常见的服务,例如P2P内容分发,在线多媒体视频音频服务,文件传输(file transfer protocol,FTP),社交网络,共享打印机等等。数据资源的共享已经成为了现代日常生活的一部分,改善了人民的生活,促进了全球化的信息交流。该服务构成了互联网服务的主体,由稳定高速的网络支撑。其共享与管理平台星罗棋布,典型的包括文件传输软件(FileZilla),迅雷,比特洪流(Bit Torrent),油管(YouTube),脸书(Facebook)等等。

网络资源共享与管理是互联网应用的一个主要目标,它拓展了人们的视野,改变了人们对信息的获取渠道,进而改变了人们的生活。在“互联网+”时代,网络资源共享与管理将实现全方位资源共享,彻底升级人们的生活体验。

传统互联网实现了计算机硬件的连通,Web实现了网页的连通,而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。基于对等网络概念的P2P技术支持动态资源的查找与定位、实现计算处理资源的共享。基于对等网络的协同计算解决了大规模计算能力的应用问题;P2P 搜索引擎技术互补了集中式检索的不足;P2P分布式存储系统提供了高效率的、鲁棒性的、负载平衡的文件存取功能。随着网络技术的快速发展,人们对网络资源的应用性不断提升,传统分布式资源共享平台无法满足海量资源共享的实时性和稳定性需求,而基于云计算的网络资源共享与管理具有海量存储以及高效率运算性能,实现了资源共享和按需分配,增强了资源管理的效率和平稳性。

除了改变人们获取信息资源的渠道之外,络资源共享与管理也带动了计算机科学技术的迅猛发展。比如网络体系结构的研究:P2P结构化和非结构化系统;网络资源描述方法的研究:Web服务描述语言(web service description language,WSDL)、资源描述框架(resource description framework,RDF);网络资源管理策略的研究:缓存(Cache)机制,副本机制和经济模型等;网络信息安全技术的研究:身份认证、权限限制、信誉机制等;分布式资源共享技术;对等网络:P2P技术;网格技术:虚拟组织中实现异构资源共享等。

此外,网络资源共享与管理在“互联网+”时代仍然面临巨大挑战:知识产权保护问题、网络安全问题、网络带宽问题、资源发现与路由算法效率问题、网络病毒传播、资源副本管理问题等。


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