空間科學(xué)主題數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用環(huán)境建設(shè)方案

1、,面向VO的空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格架構(gòu)研究傅衍杰 佟繼周 鄒自明中國重慶 2009年11月,匯報提綱,空間科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境發(fā)展背景面向VO的空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格架構(gòu)研究空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的未來發(fā)展方向,1.空間科學(xué)應(yīng)用研究發(fā)展的新思路,空間科學(xué)應(yīng)用研究：通過天基和地基方式獲取探測數(shù)據(jù)->對海量探測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算->挖掘空間物理規(guī)律->空間物理實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證,2.空間科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境的發(fā)展歷程,3.國外空間科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境發(fā)展

2、現(xiàn)狀,先行者NASA在“與日共存計劃”（LWS）首先提出“一體化的日地空間數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境（HPDE）”，即日地空間虛擬觀測臺（Sun-Earth Connections VxOs）概念，VxO分別是：虛擬太陽觀測臺（VSO） 虛擬空間物理觀測臺（VSPO） 虛擬太陽物理觀測臺（VHO）虛擬宇宙線觀測站（ViCRO）虛擬磁層觀測臺（VMO） 虛擬電離層、熱層、中間層觀測臺（VITMO） 虛擬輻射帶觀測臺（ViRBO）虛擬高能

3、粒子觀測臺（VEPO）日地空間虛擬觀測臺（VxOs）主要功能：描述VxO擁有的數(shù)據(jù)集和資源；為用戶提供發(fā)掘數(shù)據(jù)集方法；提供獲取數(shù)據(jù)或資源的途徑；為用戶提供工具以幫助他們應(yīng)用數(shù)據(jù)。,,4.國內(nèi)空間科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀,“十·五”科學(xué)數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目空間環(huán)境專業(yè)數(shù)據(jù)庫“十一五”信息化專項(xiàng)空間科學(xué)主題數(shù)據(jù)庫建設(shè)項(xiàng)目，空間科學(xué)主題數(shù)據(jù)庫由中科院空間中心承擔(dān)建設(shè)，中科院國家天文臺、地球與地質(zhì)物理所、中國科技大學(xué)共同參加建設(shè)。

4、“十一五”空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格建設(shè)項(xiàng)目,國際日地空間物理界的目標(biāo)：The Heliophysics Great Observatory,二.空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格架構(gòu)研究,空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的核心問題空間科學(xué)的公共數(shù)據(jù)模型空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的設(shè)計原則空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的概念框架空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的核心服務(wù),2.1空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的核心問題,空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格是一個基于當(dāng)前應(yīng)用環(huán)境建設(shè)的中間件，是以空間科學(xué)應(yīng)用研究新模式提出的需求為驅(qū)動力的，是空

5、間科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境發(fā)展的結(jié)果。,,,物理數(shù)據(jù)文件實(shí)體（文件）,標(biāo)準(zhǔn)描述屬性（NASA的PDS標(biāo)準(zhǔn)和SPASE標(biāo)準(zhǔn)）,核心描述屬性,基于觀測平臺片面的目錄樹,基于其他片面的目錄樹,基于學(xué)科片面的目錄樹,,基于分類片面的專業(yè)庫,用于加速檢索的核心屬性索引庫,針對觀測平臺做索引,針對觀測區(qū)域做索引,針對物理要素做索引,,空間事件關(guān)聯(lián)的邏輯庫,CME事件,重要磁暴,質(zhì)子事件,2.2 空間科學(xué)的公共數(shù)據(jù)模型,針對飛行器做索引,公共數(shù)據(jù)模型,

6、專業(yè)數(shù)據(jù)庫：采用學(xué)科社區(qū)公認(rèn)的描述屬性（如觀測目標(biāo)、觀測平臺等）的屬性值，所遴選的數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)集合。專業(yè)數(shù)據(jù)庫一般是學(xué)科數(shù)據(jù)的經(jīng)典分類。邏輯數(shù)據(jù)庫：面向典型應(yīng)用需求和學(xué)科研究人員關(guān)注熱點(diǎn)，采用同類核心描述屬性（如關(guān)聯(lián)事件、特定區(qū)域）屬性值或?qū)傩灾到M合遴選的數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合。邏輯數(shù)據(jù)庫可自由構(gòu)建和動態(tài)生成。,公共數(shù)據(jù)模型是描述和組織空間科學(xué)數(shù)據(jù)資源（數(shù)據(jù)檔案）的基本方法。公共數(shù)據(jù)模型闡述科學(xué)數(shù)據(jù)檔案的數(shù)據(jù)元素組成，專業(yè)數(shù)據(jù)庫和邏輯數(shù)

7、據(jù)庫構(gòu)成方法。,數(shù)據(jù)元素：由數(shù)據(jù)文件實(shí)體和描述屬性構(gòu)成。描述屬性由標(biāo)準(zhǔn)描述屬性和核心描述屬性構(gòu)成。描述屬性的值是元數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)描述屬性：基于學(xué)科數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建；日地空間物理，遵循空間物理檔案搜索和抽?。⊿PASE）聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)；行星科學(xué)，遵循行星數(shù)據(jù)系統(tǒng)（PDS）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)核心描述屬性：面向數(shù)據(jù)網(wǎng)格應(yīng)用集成的需要來定義的，來自于、但并不局限于標(biāo)準(zhǔn)描述屬性。,核心描述屬性,平臺類型 天基 衛(wèi)星型號: fy2、YH1、double-s

8、tar、ace、soho、themis、goes…. 載荷類型: mag、sewpam、sis、epam、eit、lasco… 地基 臺站名稱: 海南空間天氣綜合觀測站、懷柔太陽觀測站、北京宇宙線觀測站、十三陵地磁站 … 設(shè)備類型: 磁通門磁力儀、中子堆、數(shù)字測高儀、激光雷達(dá)…觀測區(qū)域: 太陽、行星際、拉格朗日點(diǎn)、磁層頂、同步軌道、近地軌道、鄰近空間….觀測要素: 太陽黑子、高能離子、高能電子、宇宙線強(qiáng)度、dst指數(shù)、火星

9、電離層參數(shù)、火星大氣層參數(shù) 、火星地形地貌圖像 …關(guān)聯(lián)事件: CME事件、磁暴、質(zhì)子事件時間屬性,2.3空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的設(shè)計基本原則,空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格——利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)空間科學(xué)數(shù)據(jù)資源、計算資源、存儲資源和知識資源的無縫鏈接與全面共享，為空間科學(xué)研究提供易用、高效、智能的虛擬集成應(yīng)用環(huán)境?？臻g科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格服務(wù)——具有特定功能的網(wǎng)格單元，通過提供接口明確的服務(wù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格所必須的數(shù)據(jù)資源注冊、數(shù)據(jù)資源發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)資源訪問、拓?fù)渥越M織、

10、學(xué)科應(yīng)用等核心功能單元?？臻g科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)：指由一個或者若干個網(wǎng)格服務(wù)支撐構(gòu)成的物理節(jié)點(diǎn)?？臻g科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)根據(jù)其部署網(wǎng)格服務(wù)性質(zhì)的不同，可以分別定義為：門戶節(jié)點(diǎn)：提供門戶服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；資源注冊節(jié)點(diǎn)：提供資源注冊服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；資源發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)：提供資源發(fā)現(xiàn)服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)：提供數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)訪問與存儲服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；拓?fù)渲С止?jié)點(diǎn)：提供拓?fù)渥越M織服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；學(xué)科應(yīng)用節(jié)點(diǎn)：提供學(xué)科應(yīng)用服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；綜合節(jié)點(diǎn)：提

11、供2個或者2個以上網(wǎng)格服務(wù)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。,空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的概念框架,,,,化學(xué)與材料科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格,生命科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格,Internet,,,,,,,網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),,,門戶節(jié)點(diǎn),資源注冊節(jié)點(diǎn),,資源發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn),,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),,拓?fù)渲喂?jié)點(diǎn),,學(xué)科應(yīng)用節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),,,,,,,綜合節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),e-Sci

12、ence,科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格,空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格,數(shù)據(jù)網(wǎng)格的服務(wù)分析與功能集成,2.4空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的核心服務(wù),資源注冊和同步資源發(fā)現(xiàn)資源存儲與訪問網(wǎng)格安全和監(jiān)控學(xué)科應(yīng)用,2.4.1資源注冊和同步,資源注冊服務(wù)是空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格向數(shù)據(jù)資源提供者的一種服務(wù)。為數(shù)據(jù)網(wǎng)格提供數(shù)據(jù)資源的提供者，可以依據(jù)空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格制定的公共數(shù)據(jù)模型和描述標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)資源經(jīng)過資源注冊服務(wù)的錄入、審核和發(fā)布三階段，最終融入開放的網(wǎng)格共享環(huán)境

13、。為更好的反映描述信息的數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)狀態(tài)變化，我們設(shè)計3種不同的狀態(tài)名對數(shù)據(jù)狀態(tài)的變化過程進(jìn)行刻畫。它們分別是：等待審核狀態(tài)審核通過狀態(tài)審核不通過狀態(tài),資源注冊階段的數(shù)據(jù)描述信息狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,,資源注冊3階段,資源在線型的數(shù)據(jù)資源錄入,,,資源離線型的數(shù)據(jù)資源錄入,,,數(shù)據(jù)資源審核,,數(shù)據(jù)資源發(fā)布,,數(shù)據(jù)資源錄入、審核、發(fā)布的數(shù)據(jù)流總結(jié),,2.4.2資源發(fā)現(xiàn)服務(wù),,數(shù)據(jù)資源發(fā)現(xiàn)框架層次圖,分布式環(huán)境下檢索的策略,,基于空間事件關(guān)聯(lián)

14、的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),,資源發(fā)現(xiàn)服務(wù)流程總結(jié),,2.4.3資源存儲和訪問服務(wù),為提高空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)資源融合的靈活性，我們采取數(shù)據(jù)資源描述和數(shù)據(jù)資源存儲訪問剝離的思想，摒棄傳統(tǒng)數(shù)據(jù)資源描述和數(shù)據(jù)資源存儲訪問必須相捆綁在一地的做法。因此，資源的加入和發(fā)布只需要資源提供者按照公共數(shù)據(jù)模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述，并通過資源注冊服務(wù)描述注冊到網(wǎng)格系統(tǒng)即可，用戶可以任何地方注冊數(shù)據(jù)資源，而注冊點(diǎn)不必是數(shù)據(jù)資源存儲的所在地。,資源存儲和訪問服務(wù)設(shè)計框架,,資

15、源存儲和訪問服務(wù)和網(wǎng)格監(jiān)控的關(guān)系,,2.4.4網(wǎng)格安全和監(jiān)控服務(wù),空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的網(wǎng)格監(jiān)控服務(wù)主要針對數(shù)據(jù)、服務(wù)、用戶和系統(tǒng)資源等4類對象進(jìn)行監(jiān)控，并對系統(tǒng)日志和用戶行為記錄進(jìn)行統(tǒng)計分析。依據(jù)監(jiān)控對象的不同，網(wǎng)格監(jiān)控主要分為4類監(jiān)控：數(shù)據(jù)監(jiān)控、服務(wù)監(jiān)控、用戶監(jiān)控和硬件監(jiān)控。,2.4.5學(xué)科應(yīng)用服務(wù),基于空間事件關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)可視化科學(xué)數(shù)據(jù)文件的閱讀器（CDF FITS SAO）科學(xué)數(shù)據(jù)文件的格式轉(zhuǎn)換器軌道計算,,,與

16、科學(xué)應(yīng)用高度集成的虛擬實(shí)驗(yàn)室,基于空間GIS描述方法的數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境,標(biāo)注式數(shù)據(jù)描述模型為主要特征的數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境,三.空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的未來發(fā)展方向——虛擬實(shí)驗(yàn)室,,Thank You For Your Listening! Looking forward