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《以网络为基础的科学活动环境研究》2003年度项目申请指南

日期 2003-05-29   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

一、宗旨和目标

  随着现代高科技的发展,以网络为基础的科学活动环境成为当前国际计算机技术研究的热点和前沿领域,已经引起了国外政府、学术界和工业界的高度重视,各国政府纷纷设立重大项目对网络计算环境进行研究和开发。我国在这一领域同样具有重大的应用需求,同时也具备了一定的研究基础。以网络为基础的科学活动环境研究将为高能物理、大气、天文、生物信息和石油地质等许多重大应用领域提供科学活动的虚拟计算环境,必然将对我国社会和经济的发展、国防、科学研究、以及人们的生活和工作方式产生巨大的影响。

  建设以网络为基础的科学活动环境的目标是利用网络技术将地理上位置不同的计算设施、存储设备、仪器仪表等集成在一起,建立面向网络服务的通用基础支撑环境,实现Internet上计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合和广泛共享,从而建立一个能够实现区域或全球合作或协作的虚拟科研和实验环境,支持以大规模计算和数据处理为特征的科学活动。

  本重大研究计划定位在网络计算环境的基础科学理论、综合试验平台、典型应用示范三个层次中的基本科学问题和关键技术研究,同时重点建立高能物理、大气和生物信息等网络计算环境实验应用系统。以网络计算环境中所涉及的新理论、新结构、新方法和新技术为突破口,力图实现科学理论和实验技术的原始创新。通过计划的执行,形成一支高水平的科学研究和技术攻关队伍;对若干重要的基础科学问题,取得一批具有原创性的科学研究成果,取得一批有影响力的国际标准、国际专利,以及高水平的学术论文;掌握和突破一批关键技术,获得具有广泛应用前景的国际领先或国际先进的研究成果;构建具有国际水准的以网络为基础的科学活动综合试验平台。研究成果需在NSFCnet和其它科学实验网上得到实验验证,其中相当部分应具备应用前景,形成具有我国自主的知识产权的科学理论成果和专利技术,提高我国在网络计算环境领域的整体创新能力和国际竞争力。

  本着“有所为有所不为”的精神和同其他研究计划“衔接与继承”的原则,本计划以“项目群”的方式执行,计划中设立一个重大项目、几个重点项目以及若干面上项目。一个重大项目是指研制基于互联网的科学研究活动试验平台--即网络计算环境综合试验平台,支持科学研究过程中多种资源(计算资源、数据资源、软件资源以及各种数字化设备)的共享、聚合与协同,推动面向重大科学领域的典型网络计算环境应用示范,支撑以网络为基础的科学研究;几个重点项目将侧重网络计算环境的基础科学理论研究和重大示范应用的实施;若干面上项目将对重大项目和重点项目进行丰富和补充,解决以网络为基础的科学活动环境中基础理论和关键技术问题。

二、拟资助项目

  本重大研究计划鼓励具有不同学术背景的科学家开展联合研究,从而促进学科交叉,共同解决研究计划中的科学问题和关键技术问题。本年度“研究计划”拟资助领域有:

网络计算环境的基础科学理论
以网络为基础的科学活动环境研究对未来的计算模式和科研活动产生深刻的影响,同时也提出了挑战,如:无序成长性与动态有序性的统一;自治条件下的协同性及安全保证;异构环境下的系统可用性和易用性;海量信息的结构化组织与管理等。为此,开展基于网络计算的基础科学理论研究,可促进网络计算技术的原始创新,为建立高性能的区域或全球协作的虚拟科研试验环境提供基础理论和方法,并力争形成国际标准。
1)重点项目(拟资助强度为 200万元)
网络计算环境下资源组织与管理的理论、机制与方法
协调管理非集中控制的资源,通过标准的、开放的、通用的协议和接口,提供良好的服务质量(QoS)保证,以实现动态的、多机构虚拟组织中的协同资源共享与问题求解。具体研究内容是:分布、异构、大规模、多组织的网络计算环境下的资源管理与任务调度的模型、机制与策略;网络计算环境的性能保证与QoS控制的模型、算法;网络计算环境的系统性能评价模型与分析方法。
2)面上项目(拟资助如下研究方向,平均强度30万元/项)
(1)网络计算模型
网络计算环境主要体现在虚拟组织、资源的异构、分布、动态、演化特性以及共享模式、协同方式的变化上。为此,需要研究和建立网络计算的信息模型、海量信息系统模型、分布式计算模型、协议模型、经济模型、时空模型等,对网络信息资源进行有效的建模与表示。
(2)网络计算环境下的协同工作理论与机制
建立一套适应网络计算环境的协同工作的理论,提出适应协同工作的行为主体的构造方法,构建网络计算的协同工作模型,包括资源共享的协同性模型、问题解决的协同性模型,以及网络计算环境下的工作流模型等,并提出行为主体通信语言和协议,实现跨平台资源的透明互操作,通过互连、组合和协作,解决用户需要解决的科学问题。
(3)网络计算环境下的可信自治域计算模型与群组安全
主要研究在网络计算环境下各自治域系统的可信接入、可信传输、可信管理等计算模型,提供对网络计算系统中各种计算资源、数据资源、服务资源的整合与共享,对终端设备的安全可信接入、网络设备的安全可信管理、数据信息的安全可信传输等环节进行组织与管理,以数据和信息的机密性、完整性、身份认证和行为的不可抵赖为目的,为各类科学活动提供可信的互联、互通和互操作手段,以及群组安全的保证机制。
(4)网络计算环境下的程序模型及其理论
为适应网络计算环境的分布、动态、自组织和自适应的特点,把握正确、高效的编程,网络计算环境下的程序模型是重要的。为此,需要研究网络计算的程序语言模型、程序验证模型、程序测试模型,以及程序运行模型等。
(5)网络计算资源的动态管理与任务调度机制
在动态的网络计算环境下,针对资源的分布性、存取的普适性,研究跨多个管理域的资源管理体制,资源的定位、查询、更新方法,研究为完成一个任务动态地组合资源集合的方法、广域环境下多个资源的联合分配和预约技术,依据网络上资源的动态情况,最终实现任务的动态分配与调度。
(6)网络计算资源的监测与控制
提供对网络计算系统进行监测和控制的方法,获取资源(网络计算结点和网络)的使用、应用程序的运行等情况,提供对资源和应用进行监控管理的统一协议和接口标准,及时发现系统运行的异常以及影响系统功能和性能的瓶颈,并将获取得到的信息作为反馈,在一个统一监控调度框架下调整系统的行为。从而使整个系统的资源利用比较均衡,提高系统的整体效率。

  1. 网络计算环境综合试验平台(重大项目拟资助1200万元)
    以网络为基础的科学活动环境综合试验平台,依托国家自然科学基金委员会已有的中国高速互连研究实验网(NSFCnet),以及正在建设的国家下一代互联网示范工程,连接国内重要的科学研究资源,应包含不少于2个具有大规模计算能力的节点。针对网络计算环境的重点科学问题开展原创性研究,突破网络计算环境的体系结构、中间件、协议和安全机制等关键技术,确立试验平台的体系结构及其评价机制,初步建立起支持示范应用的科学活动环境试验平台,为跨地域和跨学科的大型科学研究活动提供基于网络的协同应用支撑环境,开展有典型示范意义的科学研究活动,并用于验证网络计算环境的基础科学理论及关键技术的研究成果。建立一个安全可靠的网络计算环境综合试验平台,支持多个节点间的高性能协同计算、大规模数据存储与分布、信息与软件服务资源的高效共享,形成科学数据网格和网络计算资源,承载若干个具有典型示范意义的网格应用。形成一个开放的、具有国际水准的实验环境,并争取取得重要的国际标准和自主知识产权。本重大项目的主要研究方向有:
    (1)网络计算环境的体系结构
    针对科学活动及其应用的多样性、动态性和协同性,研究开放的、可扩展的体系结构、关键协议,研制试验平台的功能组件,研究其动态交互和协同工作机理;研究面向科学活动的网络计算环境的分布式安全控制体系及其核心协议,形成可信的网络计算环境;研究试验平台体系结构的分析框架和评价方法,指导综合试验平台的研究与开发。
    研究内容包括:
    规范的、开放的、基于服务的网络计算模型;综合试验平台的体系结构及其关键协议、标准;面向网络计算的分布式安全体系结构等;网络计算环境的体系结构评价方法与测试标准。
    (2)网络计算应用支撑中间件
    针对网络计算资源的共性处理需求,研究网络计算环境下共性服务的功能特征、实现机制与关键协议,结合应用需求为网络计算环境,提供分布资源管理机制、应用任务调度机制、信息获取、集成和检索等机制。
    研究内容包括:
    网络计算资源元数据的分布表示、存储、传播与检索机制;网络计算资源的注册、发现与监控机制;网络计算环境的任务调度与资源协同技术;海量数据的元数据管理、副本维护与调度技术;网络计算资源的监测与控制机制;网络计算环境下的动态服务组合与协同工作机制;面向领域的经济模型及其任务调度机制;网络计算系统的重构方法及其管理机制。
    (3)网络计算资源服务中间件
    屏蔽网络计算资源的异构性,支持网络计算资源的统一管理、分布调度、安全控制,并能集成和整合多种异构资源,支撑面向领域的问题求解系统,与网络计算应用支撑中间件共同构成网络计算的基础架构。
    研究内容包括:
    网络服务的基本运行环境与运行管理机制;网络计算环境中各类资源与服务的开发、部署、调试机制与支持工具;海量数据的高效存储与高速传输机制;网络资源的性能评测与服务质量。
    (4)安全支撑环境
    针对大规模网络计算环境的异构性、动态性和变化性等特点,研究安全互操作技术、安全信息的共享与控制,以保障科学活动环境中的信息安全性。
    研究内容包括:
    基于策略的分布式安全控制;安全策略的协商机制;安全协议模型与设计;群组通信安全机制;异构环境下安全系统的集成框架;安全策略的一致性分析。
    (5)面向应用的问题求解系统
    通过对异构资源的无缝集成,为用户提供异构资源的一致交互机制,支持时间、空间上分布的群组工作,提供相关编程模型,解决领域相关的应用问题。
    研究内容包括:
    网络计算环境的统一的服务访问机制与服务门户;面向领域的人机交互技术,重点研究计算可视化技术;网络环境下面向分布资源与服务的编程模型与编程环境;科学数据网格。
  2. 网格计算环境示范应用(只设置重点项目,本年度总资助强度320万, 每项资助强度100-150万元)
    在网络计算环境综合试验平台的基础之上,针对生物计算、大气监测与分析、高能物理、天文虚拟观测、电力监控等典型应用领域,建立一批具有实际应用价值与显示度的示范应用。2004年度优先资助生物计算(包括药物筛选、人类基因组计划)、大气监测与分析、高能物理等三个领域内的示范应用。
    示范应用应能充分展示以网络为基础的科研试验平台的应用特点,形成知识产权或技术标准,应用水平达到国际先进,具有示范意义。
    (1)生物计算领域示范应用
    基于网络计算环境综合试验平台,结合网络计算技术在药物筛选和人类基因组计划等生物、医药领域的应用前景,建立示范应用,提高同类科研活动的效率。
    (2)大气监测与分析示范应用
    基于网络计算环境综合试验平台,结合大气信息数据处理需求,实现对多类气候相关信息处理,建设面向我国气象研究和预测的数据基础和计算环境。该环境通过对由大气、海洋、陆面、冰雪和生物圈等五大圈层组成的气候系统数据的收集、分析和监控,为我国的气候研究、环保研究、多种社会生产活动提供有效辅助手段。
    (3)高能物理示范应用
    基于网络计算环境综合试验平台,结合网络计算技术在全球高能物理界的应用前景,建立面向高能物理领域的网络计算环境示范应用,加强同国际高能物理研究项目的合作,改进高能物理的计算与试验环境,实现海量数据的实时采集、传输与高计算强度的数据处理。

三、申请注意事项

  请申请者认真阅读重大研究计划《以网络为基础的科学活动环境研究》申请指南。本计划旨在将相关研究项目联系起来,成为一个协调的综合“研究计划”。申请书应符合本计划的实施原则,并论述与项目指南最接近的科学问题,以及对解决核心科学问题和实现项目总体目标的贡献。不符合项目指南的申请将不予受理。

  请申请人特别注意,申请书的研究内容不一定包含某个拟资助研究方向的所有内容,可以针对某一研究方向的若干研究内容,提出具有特色和创新性的申请。除本指南拟资助研究方向外,还鼓励围绕本“研究计划”的总体科学目标提出具有原创性的新概念、新思路、新方法和新理论的项目申请。

  为加强研究计划项目的学术思想与信息交流,促进多学科交叉与集成,以及科学研究群体的形成,每年将举行一次“研究计划”项目负责人会议。申请书经费预算部分应包括年度会议经费预算。

  为实现项目总体科学目标和多学科集成的需要,项目申请人须承诺遵守数据和资料管理的相关规定。

  项目承担者应积极开展国际合作研究,鼓励项目承担者争取其他资金来源。为避免重复投资,对参加国家其它项目的(如“973”等),申请人应论述与其他部委项目的不同与联系。

  本研究计划由信息科学部、数理科学部、化学科学部、生命科学部、地球科学部、工程与材料科学部联合组织实施,由信息科学部负责受理申请。

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