光子網(wǎng)格技術(shù)及應(yīng)用

1引言

網(wǎng)格(grid)是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)，其標(biāo)志性應(yīng)用為全球范圍內(nèi)的大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算(E-science)[1]。它將位于不同地理位置的科學(xué)儀器、高性能計(jì)算機(jī)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等組合起來(lái)，以解決復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題，如全球氣候模擬、高能物理、基因圖譜的測(cè)繪、核試驗(yàn)?zāi)M、新藥的研制、虛擬專家會(huì)診、大規(guī)模信息和決策支持系統(tǒng)等。網(wǎng)格技術(shù)使人們能夠共享計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和相關(guān)服務(wù)，因此它在天文、航空航天、交通、汽車制造、氣象、鋼鐵生成、核反應(yīng)堆等諸多領(lǐng)域的科研計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

在網(wǎng)格應(yīng)用中，傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備、高性能計(jì)算機(jī)及可視化設(shè)備之間需要實(shí)時(shí)傳送terabyte甚至petabyte量級(jí)的海量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)格應(yīng)用中占有十分重要的地位。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法提供低延時(shí)保證下海量數(shù)據(jù)的高速傳輸，同時(shí)其盡力而為的服務(wù)方式無(wú)法滿足用戶的QoS要求。因此，構(gòu)建在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)格應(yīng)用存在著諸多的局限性，如數(shù)據(jù)傳輸速度慢、可靠性差、用戶交互性差、使用界面不夠友善等，極大地影響了應(yīng)用系統(tǒng)的效率。

光子網(wǎng)格（opticalgrid）是近年來(lái)在上述背景下發(fā)展起來(lái)的一種新興技術(shù)[2~3]。其基本思想是將分布在不同地理位置的高性能并行計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)集群、大型存儲(chǔ)設(shè)備、高清晰顯示設(shè)備、大型科學(xué)儀器以及各種類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。由于光網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬、高度透明、低延時(shí)、低成本、高可靠性和動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整能力，因此光子網(wǎng)格在滿足用戶共享網(wǎng)格信息資源的同時(shí)，還可為網(wǎng)格應(yīng)用提供海量數(shù)據(jù)的快速傳輸、高可靠性管理及資源的靈活調(diào)度和控制。

光子網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施，可突破網(wǎng)格應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題，使網(wǎng)格用戶能夠與高端計(jì)算資源保持同步并維持令人滿意的互動(dòng)功能，從而加速應(yīng)用領(lǐng)域的科研進(jìn)程，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另一方面，光子網(wǎng)格的實(shí)施，使得高性能計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源及科學(xué)儀器的擁有者能夠更有效地拓展應(yīng)用市場(chǎng)，提高資源的利用率。由此可見，光子網(wǎng)格是使網(wǎng)格應(yīng)用真正走向?qū)嵱玫目尚屑夹g(shù)。

2 光子網(wǎng)格產(chǎn)生的背景

近年來(lái)，隨著大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算應(yīng)用的不斷發(fā)展，其對(duì)計(jì)算機(jī)處理能力、存儲(chǔ)能力及高性能可視化的要求在不斷增加。計(jì)算機(jī)處理或存儲(chǔ)能力受技術(shù)及成本等因素的制約，為每個(gè)用戶配備高性能計(jì)算、存儲(chǔ)及可視化設(shè)備既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)。一種可行的解決方法是將計(jì)算及存儲(chǔ)任務(wù)分配給不同的計(jì)算機(jī)，通過(guò)共享不同研究機(jī)構(gòu)的計(jì)算、存儲(chǔ)及可視化資源來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算及可視化應(yīng)用。這種方法可以有效地節(jié)省成本，提高資源的利用率。
與此同時(shí)，當(dāng)今科學(xué)計(jì)算問(wèn)題的復(fù)雜性在不斷增加，它需要不同領(lǐng)域、不同國(guó)家的科學(xué)家共同協(xié)作才能取得突破性的成果。因此，必須構(gòu)建一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)將這些科學(xué)研究工作者、高性能計(jì)算及存儲(chǔ)設(shè)備、高精密儀器及可視化設(shè)備關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)不同地理位置之間海量數(shù)據(jù)的高效傳送。上述應(yīng)用導(dǎo)致了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連通性及帶寬要求的不斷增加。

光纖及光網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的大范圍敷設(shè)及廣泛應(yīng)用為互聯(lián)高性能計(jì)算機(jī)、大型存儲(chǔ)設(shè)備、高清晰顯示設(shè)備及大型科學(xué)儀器提供了可能。目前，在10Gbit/s及更高速率上，與IP交換機(jī)相比，光交換機(jī)具有更低的功耗和成本。光網(wǎng)絡(luò)可以提供低成本、高帶寬、高可靠性光連接，已被絕大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)甚至一些個(gè)人用戶所接受。

光子網(wǎng)格即是在上述背景下產(chǎn)生的，它通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)將終端用戶、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程海量數(shù)據(jù)的高速傳輸。

3光子網(wǎng)格研究的關(guān)鍵問(wèn)題

光子網(wǎng)格不等于簡(jiǎn)單地用光網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供大數(shù)據(jù)傳輸。要有效地支持網(wǎng)格應(yīng)用，傳統(tǒng)的光通信網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)格技術(shù)面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

首先，要支持網(wǎng)格應(yīng)用，需要為大量的用戶和終端設(shè)備提供從Mbit/s至Tbit/s量級(jí)的傳輸帶寬。用戶對(duì)帶寬的請(qǐng)求具有突發(fā)性、并行性、大規(guī)模、多種粒度并存的特點(diǎn)，而光網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源及網(wǎng)格的計(jì)算與存儲(chǔ)資源均是有限的。很顯然，為每個(gè)用戶任務(wù)提供專用的光通路既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)。因此，光通信系統(tǒng)需要支持不同類型、多粒度、突發(fā)性帶寬需求，具有按需分配帶寬的能力；提供組播和廣播能力；同時(shí)，系統(tǒng)為滿足應(yīng)用需求，還需要為用戶或應(yīng)用提供自組織、自管理和自控制分布式網(wǎng)絡(luò)資源的能力，支持靈活、快速的通道建立。

其次，網(wǎng)格應(yīng)用不同于通信網(wǎng)絡(luò)上的點(diǎn)到點(diǎn)通信業(yè)務(wù)，它具有分布式、多任務(wù)流的工作特點(diǎn)，多個(gè)任務(wù)可以分配至不同的計(jì)算資源上并行運(yùn)行，不同的任務(wù)分配方式會(huì)導(dǎo)致不同的光網(wǎng)絡(luò)資源分配方式。即使計(jì)算資源分配方案是確定的，由于光通道源、宿節(jié)點(diǎn)對(duì)之間可以有不同的路由選擇，因此光網(wǎng)絡(luò)資源將有不同的調(diào)度方案。而不同的任務(wù)分配方法又會(huì)導(dǎo)致不同的任務(wù)完成時(shí)間。因此，要在給定的限制條件下高效地完成一個(gè)給定的業(yè)務(wù)，系統(tǒng)必須支持大規(guī)模的分布式并行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，必須合理地描述各業(yè)務(wù)流程之間的相互關(guān)系，并通過(guò)一種全新的方式來(lái)協(xié)同調(diào)度計(jì)算資源及光網(wǎng)絡(luò)資源，否則將直接導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率及資源利用率的降低。

再者，目前網(wǎng)格計(jì)算在完成資源發(fā)現(xiàn)、任務(wù)調(diào)度的過(guò)程中，通常不考慮網(wǎng)絡(luò)資源的限制及可用性，并且缺少?gòu)木W(wǎng)絡(luò)中獲取可用的網(wǎng)絡(luò)資源信息的發(fā)現(xiàn)機(jī)制。而在實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)資源是一個(gè)影響系統(tǒng)效率和應(yīng)用功效的重要因素。因此，必須尋找一種新的資源描述、資源發(fā)現(xiàn)及資源更新機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理和合理利用。

最后，網(wǎng)格應(yīng)用的多業(yè)務(wù)流、大數(shù)據(jù)量特性要求通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的安全性及數(shù)據(jù)正確性保證。雖然網(wǎng)格具有一定的容錯(cuò)機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)也具有一定的保護(hù)/恢復(fù)能力，但是如何根據(jù)用戶的QoS需求，通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格的協(xié)同操作來(lái)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的系統(tǒng)容錯(cuò)，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性及網(wǎng)格用戶與通信網(wǎng)絡(luò)接口的安全性，也是需要解決的問(wèn)題。
針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及相關(guān)學(xué)者就光子網(wǎng)格及其應(yīng)用重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面開展了研究。

·光子網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)：重點(diǎn)研究建造光子網(wǎng)格的技術(shù)、光子網(wǎng)格的基本組成與功能、光子網(wǎng)格各組成部分的相互關(guān)系、各部分集成的方式或方法以及它們與網(wǎng)格應(yīng)用之間的相互關(guān)系。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201706/353758.htm

·控制與管理協(xié)議：重點(diǎn)研究光子網(wǎng)格的控制及管理機(jī)制，包括用戶網(wǎng)絡(luò)接口、計(jì)算資源調(diào)用及控制機(jī)制、光網(wǎng)絡(luò)突發(fā)帶寬的動(dòng)態(tài)調(diào)用及調(diào)整、信令和路由協(xié)議、域間和層間控制協(xié)議、光子網(wǎng)格中間件的接口技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法等。

·光子網(wǎng)格資源發(fā)現(xiàn)及調(diào)度機(jī)制：重點(diǎn)研究光子網(wǎng)格環(huán)境下網(wǎng)格信息資源和光網(wǎng)絡(luò)資源的描述、注冊(cè)、發(fā)布、更新、服務(wù)部署、資源發(fā)現(xiàn)和資源調(diào)度機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上研究不同工作模式下網(wǎng)格信息資源與光網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度機(jī)制、實(shí)現(xiàn)算法及性能指標(biāo)分析。

·光子網(wǎng)格容錯(cuò)及安全訪問(wèn)機(jī)制：重點(diǎn)研究光子網(wǎng)格權(quán)限管理機(jī)制、用戶身份認(rèn)證技術(shù)以及跨域調(diào)度的安全和權(quán)限管理技術(shù)，研究在光子網(wǎng)格發(fā)生光纖鏈路中斷、設(shè)備節(jié)點(diǎn)故障、服務(wù)器宕機(jī)或服務(wù)程序中斷情況下，如何設(shè)立不同等級(jí)的容錯(cuò)策略，在保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和及時(shí)性的同時(shí)，使用戶察覺不到系統(tǒng)故障，以滿足不同用戶的QoS要求。

·業(yè)務(wù)模型及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：重點(diǎn)研究多種網(wǎng)格應(yīng)用模型下業(yè)務(wù)類型的分類和整理方法，對(duì)不同類型業(yè)務(wù)，根據(jù)用戶的QoS要求，制訂不同的業(yè)務(wù)等級(jí)機(jī)制，給出不同類型、不同等級(jí)下業(yè)務(wù)工作流的描述方法，并提供一種輔助用戶進(jìn)行流程定義、生成描述文件的可視化工具，在此基礎(chǔ)上針對(duì)高性能計(jì)算及可視化、大規(guī)模協(xié)同設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊湫蛻?yīng)用，探討多業(yè)務(wù)應(yīng)用模式下光子網(wǎng)格的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、應(yīng)用流程和發(fā)展前景。

由此可見，構(gòu)建一個(gè)新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，集成網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)格信息資源和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端用戶、網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)格信息資源的協(xié)同管理，無(wú)論在理論研究或?qū)嶋H應(yīng)用中都存在很多問(wèn)題有待進(jìn)一步探討。

4光子網(wǎng)格研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)已在光子網(wǎng)格領(lǐng)域開展了一系列研究工作，具有代表性的研究計(jì)劃或項(xiàng)目包括：

·美國(guó)的OptiPuter項(xiàng)目[4]，它通過(guò)多個(gè)波長(zhǎng)來(lái)互連計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)、可視化及協(xié)同操作工具，并通過(guò)擴(kuò)展的GMPLS協(xié)議及接口實(shí)現(xiàn)對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的控制；

·由日本和美國(guó)合作研究的G-lambda項(xiàng)目[5]，其目的是在網(wǎng)格資源調(diào)度器（gridresourcescheduler，GRS)和網(wǎng)絡(luò)資源管理（network resource management，NRM）系統(tǒng)之間建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)接口(GNS-WSI)，以保證GRS和NRM之間信息的協(xié)同交互，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跨域連接的建立及相關(guān)應(yīng)用；

·加拿大CA*net4研究網(wǎng)絡(luò)的UCLP（usercontrolled lightpath）計(jì)劃[6]，其目標(biāo)是倡導(dǎo)“用戶使能的網(wǎng)絡(luò)”，旨在為用戶提供動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源的功能，授予用戶更大的能力革新基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用；

·歐盟的Phosphorus項(xiàng)目[7]，其目的是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平面結(jié)構(gòu)，以提供網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和非網(wǎng)絡(luò)（計(jì)算、存儲(chǔ)）資源的集成管理。

與此同時(shí)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，如互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）、分布式管理任務(wù)組（DMTF）、開放網(wǎng)格論壇（OGF），就網(wǎng)格計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和編程環(huán)境、體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)管理、信息系統(tǒng)和性能、P2P、調(diào)度和資源管理以及安全等問(wèn)題開展了一系列研究。OGF的網(wǎng)格高性能網(wǎng)絡(luò)（gridhighperformancenetwork，GHPN）研究組已提出多個(gè)協(xié)議草案，如面向網(wǎng)格的光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（draft-ggf-ghpn-opticalnets-2）、網(wǎng)格基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題（draft-ggf-ghpn-netissues-4）、傳送協(xié)議綜述（draft-ggf-ghpn-transportsurvey-1）、網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的用例（draft-ggf-ghpn-netservices-usecases）和網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（draft-ggf-ghpn-netservices-2）以及網(wǎng)格光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)（draft-ggf-ghpn-GOBS）等。全球光網(wǎng)格論壇（GLIF）也在近期就光網(wǎng)絡(luò)控制平面及網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)啟動(dòng)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。

此外，一些企業(yè)（如HP、IBM、Intel等）也在大力開展光子網(wǎng)格相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用研究（如云計(jì)算、云存儲(chǔ)等），他們?cè)谑澜绺鞯卣谕毒拶Y建立數(shù)據(jù)中心，這些都對(duì)光子網(wǎng)格技術(shù)及應(yīng)用起到了或多或少的推動(dòng)作用。

中國(guó)也對(duì)光子網(wǎng)格技術(shù)給予了高度重視，國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金已設(shè)立多個(gè)項(xiàng)目開展了相關(guān)技術(shù)的研究，目前一些重要的研究技術(shù)包括：光網(wǎng)絡(luò)集成計(jì)算環(huán)境[8,9]、網(wǎng)格與網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同調(diào)度[10,11]、光子網(wǎng)格容錯(cuò)技術(shù)等[12]。

目前常見的光子網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)主要有：基于密集波分復(fù)用、暗光纖和低成本光交換機(jī)的波長(zhǎng)網(wǎng)格；基于光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)（OBS）的網(wǎng)格；基于自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）的網(wǎng)格。圖1所示為典型的基于ASON的光子網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。

該體系結(jié)構(gòu)框架分成3個(gè)層次。第1層為應(yīng)用層，包括所有運(yùn)行在光子網(wǎng)格上的分布式應(yīng)用。第2層為服務(wù)層，是該體系結(jié)構(gòu)的實(shí)體，包括工作流和網(wǎng)格中間件兩個(gè)部分。工作流封裝多種不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)并對(duì)外發(fā)布服務(wù)。網(wǎng)格中間件負(fù)責(zé)向下調(diào)度、封裝資源，具有資源監(jiān)控、資源發(fā)現(xiàn)、資源調(diào)度、容錯(cuò)及安全控制等多種功能。第3層為物理資源層，它分為兩個(gè)部分:一部分為傳統(tǒng)的網(wǎng)格信息資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、顯示設(shè)備等；另一部分為光子網(wǎng)格特有的資源，包括端口資源、節(jié)點(diǎn)資源、鏈路帶寬資源、光路資源等。

其基本工作流程為：首先，服務(wù)層通過(guò)相關(guān)接口獲取物理資源層的相關(guān)信息；當(dāng)服務(wù)層接收到應(yīng)用層的用戶請(qǐng)求時(shí)，它調(diào)用資源管理和調(diào)度模塊，將計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示等任務(wù)分配至不同的可用資源上，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，調(diào)用光網(wǎng)絡(luò)的控制平面，動(dòng)態(tài)地建立光通道連接。通過(guò)上述步驟，可有效地實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用并最大限度地滿足用戶的QoS需求。

5光子網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用

眾所周知，E-science對(duì)很多領(lǐng)域的科研計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，例如：天文領(lǐng)域中的行星流體與磁流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算；新一代無(wú)毒、無(wú)污染運(yùn)載火箭的計(jì)算和仿真；飛機(jī)設(shè)計(jì)中數(shù)值風(fēng)洞、載荷疲勞計(jì)算；汽車制造中的虛擬制造、整車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)；鋼鐵生產(chǎn)中鋼板碰撞性能計(jì)算、鋼管成型仿真分析；核反應(yīng)堆堆芯熱工水力分析、核反應(yīng)堆保護(hù)和控制分析、核級(jí)設(shè)備應(yīng)力分析與抗震力學(xué)分析等。在這些應(yīng)用中，位于不同區(qū)域的用戶需要共享數(shù)據(jù)資源、進(jìn)行大規(guī)模協(xié)同計(jì)算和分析并實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)交互和傳送。

一個(gè)典型的光子網(wǎng)格應(yīng)用實(shí)例是歐洲原子能研究機(jī)構(gòu)CERN開展的高能物理實(shí)驗(yàn)，它的目標(biāo)是處理大型粒子對(duì)撞機(jī)源源不斷產(chǎn)生的petabyte量級(jí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的分析和處理超出了目前世界上任何一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)或集群系統(tǒng)的能力，因此，CERN計(jì)算機(jī)中心負(fù)責(zé)將這些數(shù)據(jù)通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)分配給歐洲、北美、日本等國(guó)的區(qū)域中心，后者再將任務(wù)進(jìn)一步分解到物理學(xué)家的桌面上，通過(guò)不同區(qū)域物理學(xué)家的計(jì)算和協(xié)同分析來(lái)共同完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。目前，已有位于世界60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的近萬(wàn)名科學(xué)家參加到該實(shí)驗(yàn)中，不同區(qū)域間采用的是10Gbit/s的光網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和傳輸。

另一個(gè)應(yīng)用例子是實(shí)時(shí)甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量法（electronic-verylongbaselineinterferometry，e-VLBI）應(yīng)用。e-VLBI是采用網(wǎng)絡(luò)將天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理的射電干涉技術(shù)。它在航天器精密跟蹤、航天測(cè)控、精密時(shí)間比對(duì)、深空觀測(cè)、人造地球衛(wèi)星、月球探測(cè)器、太陽(yáng)系行星際探測(cè)器等領(lǐng)域均有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。在下一代e-VLBI系統(tǒng)中，其觀測(cè)站的射電望遠(yuǎn)鏡的采樣速率將達(dá)到10 Gbit/s，數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)匯聚速率將達(dá)到40 Gbit/s，數(shù)據(jù)需要從位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的觀測(cè)站通過(guò)超長(zhǎng)距離的高速光網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行相關(guān)處理。面對(duì)上述應(yīng)用需求，歐洲、美國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)的科學(xué)家正在開展一系列基于高速光網(wǎng)絡(luò)的e-VLBI技術(shù)研究，如歐洲EXPRES研究計(jì)劃和東亞e-VLBI研究計(jì)劃。美國(guó)自然科學(xué)基金資助的GRAGON研究項(xiàng)目也針對(duì)e-VLBI應(yīng)用就光通路動(dòng)態(tài)建立、大文件數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M(jìn)行了相關(guān)研究及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)[13]。

光子網(wǎng)格可以突破E-science應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)瓶頸，使得高性能計(jì)算廣泛應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，用戶和用戶之間、用戶和高性能計(jì)算機(jī)之間可方便、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息互動(dòng)，這些將加速用戶的科研進(jìn)程，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給科研工作者及高性能計(jì)算資源的擁有者帶來(lái)光明的前景。

光子網(wǎng)格可用來(lái)管理分布在各地的貴重儀器，通過(guò)提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)儀器設(shè)備的手段，可提高儀器的利用率，大大方便用戶的使用。同時(shí)，它還可以用于構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)化虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能計(jì)算結(jié)果或數(shù)據(jù)庫(kù)的可視化，使分布在各地的使用者能夠在相同的虛擬空間協(xié)同工作。該環(huán)境可以廣泛應(yīng)用于交互式科學(xué)可視化、醫(yī)療、教育、訓(xùn)練、藝術(shù)、娛樂(lè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、信息可視化等許多領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)、虛擬歷史博物館、協(xié)同學(xué)習(xí)環(huán)境等。

從上述分析可以看出，光子網(wǎng)格具有廣闊的應(yīng)用前景。光子網(wǎng)格代表著光傳送網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)方向，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)應(yīng)用融合的一個(gè)大趨勢(shì)。光子網(wǎng)格技術(shù)及應(yīng)用體系研究將有助于推動(dòng)網(wǎng)格應(yīng)用的發(fā)展和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步。可以預(yù)見，光子網(wǎng)格具有十分重要的理論研究?jī)r(jià)值和社會(huì)意義，同時(shí)有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中將起著極為重要的作用。