二十世紀后期，在分子生物學、高性能計算、航天、地質氣象等學科的快速發(fā)展和半導體制造、通信技術、計算機和互連網(wǎng)技術的推動下，出現(xiàn)了網(wǎng)格(Grid，也譯作柵格)的概念。網(wǎng)格的目的是希望網(wǎng)絡能像用電和打電話那樣方便及對用戶透明。目前，網(wǎng)格在世界范圍內已引起了前所未有的關注和重視，美國、英國、瑞典、澳大利亞、荷蘭等發(fā)達國家投入了大量的資金開展相關的研究和建設，并取得了階段性的成果。網(wǎng)格技術逐步顯示出巨大的優(yōu)越性和廣闊的應用前景。
1 網(wǎng)格技術
1.1 網(wǎng)格的定義及分類
　　1999年，全球網(wǎng)格研究的領軍人物、美國阿崗(Argonne)國家實驗室的資深科學家、美國Globus項目的領導人伊安·福斯特(Lan Fostor)在其網(wǎng)格的經典著作《網(wǎng)格：21世紀信息技術" title="信息技術">信息技術基礎設施" title="基礎設施">基礎設施的藍圖》一書中這樣描述：“網(wǎng)格是構筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設備等融為一體，為科技人員和普通百姓提供更多的資源、功能和交互性?；ヂ?lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能，而網(wǎng)格具有更多更強的功能，能讓人們透明地使用計算、存儲等各種資源。”
　　目前，雖然對于網(wǎng)格的定義還沒有一個統(tǒng)一的標準，但學術界已達成了基本的共識，即網(wǎng)格就是一個集成的計算與資源環(huán)境，或者說是一個計算資源池?？梢娋W(wǎng)格是一個軟硬件基礎構架，利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一臺“虛擬的超級計算機”，實現(xiàn)對因特網(wǎng)上所有資源可靠的、一致的、普遍的訪問，包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源和知識資源等。
　　網(wǎng)格技術的研究一般可分為：計算網(wǎng)格(Computational Grid)、數(shù)據(jù)網(wǎng)格(Data Grid)、信息與知識網(wǎng)格(Information and Knowledge Grid)、服務網(wǎng)格與商業(yè)網(wǎng)格(Service Grid，Business Grid，Commercial Grid)和其他廣義類型。
1.2 網(wǎng)格的特征
　　網(wǎng)格具有三個主要特征：(1)資源共享，動態(tài)配置，協(xié)同工作，不存在任何集中控制；(2)使用標準、通用、開放的協(xié)議和接口；(3)高質量服務，包括響應時間、流量、可用性和安全性。
　　資源共享和動態(tài)配置是網(wǎng)格最主要的特征。這里的資源共享不是指文件交換，而是指對他人計算機、軟件、數(shù)據(jù)和其他各種資源的直接訪問，并按照一定共享規(guī)則，動態(tài)地、富有彈性地配置共享關系。因為是動態(tài)的，所以共享的時間、權限和資源數(shù)量都在不斷發(fā)生變化。
　　網(wǎng)格中共享的關鍵不是設備，而是實體的接口與界面，是資源或實體間的互操作。網(wǎng)格強調使用標準、通用、開放的協(xié)議和接口，只有這樣才能將Internet從通信和信息交互的平臺提升到資源共享的平臺。
　　高質量的服務和安全性對網(wǎng)格的發(fā)展與應用十分重要。在網(wǎng)格環(huán)境下，用戶既是資源提供者，又是資源使用者。因此需要網(wǎng)格的安全構架透明地對用戶進行鑒別，使其擁有在一定時段內訪問多個特定站點的權利。
　　此外，應強調的是：網(wǎng)格是基礎設施，是通過各種網(wǎng)格整合了計算機、數(shù)據(jù)、設備和服務等資源的基礎設施。網(wǎng)格管理的是廣域分布、動態(tài)、異構的資源，通過網(wǎng)格中間件層(或稱網(wǎng)格操作系統(tǒng)) 屏蔽這些資源的分布、異構特性, 為用戶提供一個分布、共享、透明、一致、安全和容錯的計算服務環(huán)境。
1.3 網(wǎng)格體系結構模型及其發(fā)展趨勢
　　網(wǎng)格體系結構(Grid Architecture)就是關于如何建造網(wǎng)格的技術，它是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格最核心的技術。網(wǎng)格體系結構給出了網(wǎng)格的基本組成和功能，描述了網(wǎng)格各組成部分的關系、集成的方式和支持網(wǎng)格有效運轉的機制。
　　目前，比較主要的網(wǎng)格體系結構有兩個：一個是Foster等早期提出的以協(xié)議為中心的五層沙漏結構，如圖1所示。它將系統(tǒng)劃分為：構造層、連接層、資源層、匯聚層和應用層，主要實現(xiàn)對資源的共享；另一個是在五層沙漏結構的基礎上，結合Web Service提出的以服務為中心的開放網(wǎng)格服務" title="網(wǎng)格服務">網(wǎng)格服務體系結構OGSA(Open Grid Service Architecture)，主要實現(xiàn)對服務的共享。從資源到服務，這種抽象將資源、信息、數(shù)據(jù)等統(tǒng)一起來，不但實現(xiàn)了靈活、一致、動態(tài)的共享機制，而且使分布式系統(tǒng)管理有了標準的接口和行為，從而將網(wǎng)格從學術研究領域擴展到更廣泛的社會與經濟活動領域。

　　網(wǎng)格服務可以表示為“網(wǎng)格服務＝接口/操作＋服務數(shù)據(jù)”。目前OGSA已提供服務生命周期管理、創(chuàng)建臨時服務、注冊服務、主鍵服務、消息發(fā)布服務、消息接收服務、句柄映射共7個服務接口。其中服務生命周期管理服務接口是必需的，且每一個服務接口提供了相應的操作。網(wǎng)格服務是通過提供一組相對統(tǒng)一的核心服務接口實現(xiàn)的。
　　OGSA層次結構從下到上依次為：資源層、Web服務層、基于OGSA架構的服務層和網(wǎng)格應用層，如圖2所示。其中：(1)資源層：包括物理資源和邏輯資源，物理資源包括存儲器、網(wǎng)絡、計算機、服務器等其他相關的本地服務。邏輯資源通過虛擬化和聚合物理層的資源提供額外的功能和通用的中間件。(2)Web服務層：在這一層所有網(wǎng)格資源都被建模為服務，OGSA規(guī)范定義了網(wǎng)格服務并將其建立在標準Web Service技術之上。(3)基于OGSA架構的服務層：Web服務層及其OGSA擴展為上一層提供了基礎設施——基于架構的網(wǎng)格服務。目前，研究人員主要在程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)服務、核心服務等方面定義了基于網(wǎng)格架構的服務。這些核心網(wǎng)格服務包括服務管理、服務通信、策略服務和安全服務等。(4)網(wǎng)格應用層：隨著基于網(wǎng)格結構的服務不斷增加，使用一個或多個基于網(wǎng)格架構服務的新網(wǎng)格應用程序將大量出現(xiàn)，從而構成網(wǎng)格應用層。

　　由于滿足不同的具體商業(yè)需求的網(wǎng)格結構不同，所以網(wǎng)格構架(Grid Framework)的選擇主要依據(jù)要解決的商業(yè)問題，這直接影響網(wǎng)格的整體設計方案。網(wǎng)格體系結構設計的主要內容包括：安全模型、資源管理、負載管理、信息服務、數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)格拓撲等幾部分。它可以采用各種成熟的開發(fā)工具(如Globus Toolkit等)開發(fā)。
　　近年來，在IBM、HP、微軟、ORACLE等公司的參與和推動下，新版OGSA將Grid和Web Service相結合進行服務網(wǎng)格研究和開發(fā)，不僅解決了網(wǎng)格應用的基礎平臺問題，還極大推動了網(wǎng)格技術的研究和應用，促進網(wǎng)格技術從計算和數(shù)據(jù)網(wǎng)格向服務網(wǎng)格產業(yè)化遷移。服務網(wǎng)格的研究正在成為網(wǎng)格研究的熱點。
2 網(wǎng)格軍事應用
　　隨著網(wǎng)格技術的發(fā)展、完善，其在軍事領域也得到了高度重視，如同計算機和互聯(lián)網(wǎng)的應用促使機械化作戰(zhàn)向信息化作戰(zhàn)改變一樣，網(wǎng)格技術的應用也會對未來作戰(zhàn)方式產生深遠影響。美國已經基于網(wǎng)格技術開始實施全球信息網(wǎng)格GIG(Global Information Grid)項目，還提出了全新的未來的戰(zhàn)爭樣式——網(wǎng)絡中心戰(zhàn)NCW(Network Centric Warfare)。
2.1 軍事需求背景與網(wǎng)絡中心戰(zhàn)
　　在經過多年的局部戰(zhàn)爭，特別是911后的“阿富汗反恐戰(zhàn)爭”和“伊拉克自由行動”的實踐之后，美軍認識到現(xiàn)有的各種軍事信息系統(tǒng)存在著信息孤島現(xiàn)象，在互聯(lián)、互通、互操作方面存在許多問題。尤其是在日益重要的聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境中，現(xiàn)有的戰(zhàn)略指揮與控制系統(tǒng)、戰(zhàn)術指揮與控制系統(tǒng)及其信息技術基礎設施已經越來越不能滿足分布在全球的作戰(zhàn)及部隊對于信息優(yōu)勢的需求。美軍在《2020年聯(lián)合構想》中闡述了對信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢的需求，強調了“全譜優(yōu)勢”。這就要求未來的信息系統(tǒng)具有無縫連接、以網(wǎng)絡為中心、分布式的系統(tǒng)構成和快速決策的功能。網(wǎng)格技術的出現(xiàn)和發(fā)展給這一目標的實現(xiàn)提供了強有力基礎與支持。
　　NCW是以美軍全球信息網(wǎng)格為基礎，以網(wǎng)格技術、衛(wèi)星技術、無線寬帶通信技術、無人武器系統(tǒng)、計算機處理芯片技術、納米技術、軟件技術等為技術支撐，為最終獲得“全譜優(yōu)勢”的美軍的未來主要作戰(zhàn)樣式?！熬W(wǎng)絡中心戰(zhàn)”理念是在1997年由美國海軍提出的，2003年第一次在政府國防政策報告《國防報告》中明確闡述：網(wǎng)絡化戰(zhàn)略就是利用正在興起的信息技術和理念，為美軍提供無縫隙、安全、寬頻的鏈接和通用性手段，通過使用信息技術和創(chuàng)新性的“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”概念，聯(lián)合各軍種，采取各種行動，以達成目標。美國國防部先進概念和技術中心在其出版物《網(wǎng)絡中心戰(zhàn)》中定義“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”是關于人和組織的理念，它基于全新思維方式——網(wǎng)絡中心思想之上，并把這一理念用于軍事行動中。
　　“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”以戰(zhàn)斗力為核心，通過把各作戰(zhàn)單元有效地連接起來，并結網(wǎng)行事而提高戰(zhàn)斗力。戰(zhàn)法強調：作戰(zhàn)重心將由傳統(tǒng)平臺轉向網(wǎng)絡；作戰(zhàn)節(jié)奏明顯加快；信息即是戰(zhàn)斗力；作戰(zhàn)單元網(wǎng)絡化可產生高效的協(xié)同；可使指揮員以更多手段捕捉戰(zhàn)機，指揮作戰(zhàn)；增加了作戰(zhàn)的靈活性和適應性。
　　美國作為網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的倡導者和實施者，其網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的研究具有典型代表性。美國國防部目前正在大力推進網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的研究、開發(fā)、測試和評估工作，主要項目有：聯(lián)合戰(zhàn)術無線系統(tǒng)(JTRS)、全球信息網(wǎng)格帶寬擴展(GIG-BE)項目、基于IPv6協(xié)議的全球信息網(wǎng)格(2.0版)、聯(lián)合戰(zhàn)術無線系統(tǒng)(JTRS)、空軍Link 16、海軍協(xié)同作戰(zhàn)能力項目(CEC)、聯(lián)合無人戰(zhàn)斗機系統(tǒng)(J-UCAS)項目等。
2.2 全球信息網(wǎng)格
　　全球信息網(wǎng)格的思想由國防部主管信息辦公室(DoD CIO)1999年9月22日的“全球信息網(wǎng)格”備忘錄支持，并確認了該項目的需求。GIG可描述為全球互連的、端對端的信息能力、相關過程和用于收集、處理、存儲、散布并根據(jù)作戰(zhàn)單元、決策人員和支持人員的要求來管理信息的人員的集合。其體系結構是建立在網(wǎng)格技術和IPv6協(xié)議上的全維、立體、多頻譜、多節(jié)點的網(wǎng)格構架，可以分為基礎、通信、計算、全球應用和使用人員五個層次。它可以在正確的時間將正確的信息以正確的形式傳遞到正確的接收者手中，同時壓制敵方同樣的能力，將信息獲取能力最大限度地轉化為決策能力和作戰(zhàn)能力。
　　GIG本質上是將國防有關部門和單位轉變?yōu)橐跃W(wǎng)絡為中心的組織，實現(xiàn)水平匯聚(Horizontal Fusion)，為網(wǎng)絡中心戰(zhàn)提供基礎平臺。要實現(xiàn)以網(wǎng)絡為中心，就必需做到：使用IPv6協(xié)議、信息安全和加密、信息只處理一次、并行傳送、應用鼓勵數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、以數(shù)據(jù)為中心、服務質量高等。
　　在網(wǎng)絡中心環(huán)境中，GIG采用了如圖3所示的網(wǎng)絡中心的數(shù)據(jù)方法(Net-Centric Data Strategy)進行數(shù)據(jù)管理，目標是使數(shù)據(jù)可視、可訪問、可理解、可信和一致。網(wǎng)絡中心的數(shù)據(jù)方法主要內容包括：(1)確保使用中數(shù)據(jù)的可視、可訪問、可理解、可信和一致；(2)所有的數(shù)據(jù)用元數(shù)據(jù)(metadata)進行標識，保證環(huán)境中用戶可以發(fā)現(xiàn)；(3)除安全、規(guī)則限制外，用戶訪問的數(shù)據(jù)都放入共享空間；(4)組織戰(zhàn)爭和商業(yè)等領域共同感興趣的數(shù)據(jù)。