空間科學(xué)主題數(shù)據(jù)庫(kù)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(guó)重慶 2009年11月,匯報(bào)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(lái)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(guò)天基和地基方式獲取探測(cè)數(shù)據(jù)->對(duì)海量探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)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(guó)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(jì)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(cè)臺(tái)（Sun-Earth Connections VxOs）概念，VxO分別是：虛擬太陽(yáng)觀測(cè)臺(tái)（VSO） 虛擬空間物理觀測(cè)臺(tái)（VSPO） 虛擬太陽(yáng)物理觀測(cè)臺(tái)（VHO）虛擬宇宙線觀測(cè)站（ViCRO）虛擬磁層觀測(cè)臺(tái)（VMO） 虛擬電離層、熱層、中間層觀測(cè)臺(tái)（VITMO） 虛擬輻射帶觀測(cè)臺(tái)（ViRBO）虛擬高能

3、粒子觀測(cè)臺(tái)（VEPO）日地空間虛擬觀測(cè)臺(tái)（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(guó)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(kù)項(xiàng)目空間環(huán)境專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)“十一五”信息化專項(xiàng)空間科學(xué)主題數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目，空間科學(xué)主題數(shù)據(jù)庫(kù)由中科院空間中心承擔(dān)建設(shè)，中科院國(guó)家天文臺(tái)、地球與地質(zhì)物理所、中國(guó)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(guó)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(jì)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(gè)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(dòng)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(cè)平臺(tái)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(kù),用于加速檢索的核心屬性索引庫(kù),針對(duì)觀測(cè)平臺(tái)做索引,針對(duì)觀測(cè)區(qū)域做索引,針對(duì)物理要素做索引,,空間事件關(guān)聯(lián)的邏輯庫(kù),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(duì)飛行器做索引,公共數(shù)據(jù)模型,

6、專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)：采用學(xué)科社區(qū)公認(rèn)的描述屬性（如觀測(cè)目標(biāo)、觀測(cè)平臺(tái)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(kù)一般是學(xué)科數(shù)據(jù)的經(jīng)典分類。邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)：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(kù)可自由構(gòu)建和動(dòng)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(kù)和邏輯數(shù)

7、據(jù)庫(kù)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(lái)定義的，來(lái)自于、但并不局限于標(biāo)準(zhǔn)描述屬性。,核心描述屬性,平臺(tái)類型 天基 衛(wèi)星型號(hào): fy2、YH1、double-s

8、tar、ace、soho、themis、goes…. 載荷類型: mag、sewpam、sis、epam、eit、lasco… 地基 臺(tái)站名稱: 海南空間天氣綜合觀測(cè)站、懷柔太陽(yáng)觀測(cè)站、北京宇宙線觀測(cè)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(cè)高儀、激光雷達(dá)…觀測(cè)區(qū)域: 太陽(yáng)、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(cè)要素: 太陽(yáng)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(shí)間屬性,2.3空間科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的設(shè)計(jì)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(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和知識(shí)資源的無(wú)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(guò)提供接口明確的服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格所必須的數(shù)據(jù)資源注冊(cè)、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(gè)或者若干個(gè)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(cè)節(jié)點(diǎn)：提供資源注冊(cè)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(chǔ)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(gè)或者2個(gè)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(cè)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(cè)和同步資源發(fā)現(xiàn)資源存儲(chǔ)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(cè)和同步,資源注冊(cè)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(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)資源經(jīng)過(guò)資源注冊(cè)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?cè)O(shè)計(jì)3種不同的狀態(tài)名對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)的變化過(guò)程進(jìn)行刻畫。它們分別是：等待審核狀態(tài)審核通過(guò)狀態(tài)審核不通過(guò)狀態(tài),資源注冊(cè)階段的數(shù)據(jù)描述信息狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,,資源注冊(cè)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(guò)資源注冊(cè)服務(wù)描述注冊(cè)到網(wǎng)格系統(tǒng)即可，用戶可以任何地方注冊(cè)數(shù)據(jù)資源，而注冊(cè)點(diǎn)不必是數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)的所在地。,資源存儲(chǔ)和訪問服務(wù)設(shè)計(jì)框架,,資

15、源存儲(chǔ)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(duì)數(shù)據(jù)、服務(wù)、用戶和系統(tǒng)資源等4類對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)系統(tǒng)日志和用戶行為記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。依據(jù)監(jiān)控對(duì)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(jì)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(lái)發(fā)展方向——虛擬實(shí)驗(yàn)室,,Thank You For Your Listening! Looking forward