[硕士论文] 虚拟天文台数据访问服务(VO

分类号密级

UDC编号

华中师范大学

硕士学位论文

虚拟天文台数据访问服务(VO-DAS)之任务调度研究

及VO-DAS的应用

田海俊

指导教师郑小平教授、赵永恒研究员、崔辰州副研究员

华中师范大学物理科学与技术学院

申请学位级别硕士学科专业名称理论物理

论文答辩日期2007年6月论文提交日期2007年6月

培养单位物理科学与技术学院

学位授予单位华中师范大学

答辩委员会主席

JobSchedulingRearchinVirtual

ObrvatoryDataAccessService(VO-DAS)

and

VO-DASApplication

Hai-JunTian

Supervisor:

Prof.Xiao-PingZheng&Prof.Yong-HengZhao&Dr.Chen-ZhouCui

HuaZhongNormalUniversity

May,2007

SubmittedintotalfulfilmentoftherequirementsforthedegreeofMaster

inTheoryofPhysics

摘要

天文观测数据资源具有时间跨度大、数据量大、存储管理分散、管理工具驳杂

等特点。如何提供给天文学家一个统一访问这些分布存放的异构数据资源的方案，

是虚拟天文台的一个重要研究课题。

计算机与互联网技术的飞速发展，网格技术、XML技术、语义网技术等全

新IT技术的涌现，以及在此技术背景下，国际虚拟天文台联盟(IVOA)依据天文自身

的特点不断提出并完善的各种规范标准，使得海量、分布式、多波段天文数据的无

缝融合和处理成为可能。

对于异地异构数据的统一访问，我们基于开放网格服务架构（OGSA）提出了一

种网格的解决方案：使用OGSA-DAI技术实现了对异地异构的天文星表数据、图像

数据和光谱数据的统一封装（DataNode）；利用ADQL语言完成对任务的统一描述；

基于WSRF框架完善了对数据资源、计算资源以及存储资源的任务调度。我们设计

的虚拟天文台数据访问服务（VO-DAS）实现了对数据资源、计算资源、存储资源的

自动发现以及异地异构数据的联合访问并对访问结果进行数据分析的一体化工作模

式，这将使天文数据源的多波段交叉证认、海量数据分析及对分析结果的可视化等

成为可能。VO-DAS支持国际虚拟天文台联盟（IVOA）的各项相关标准，使得它具

有良好的互操作性，它的对外接口简单实用、可以针对不同需求的天文数据用户发

展出多种网格应用产品。

论文以VO-DAS的任务调度及其实现为重点，分别对VO-DAS的设计模式、Session

机制、生命周期、资源销毁、异常处理等模块进行了详细的阐述，并从多个角度分别

给出了系统的设计图。为了验证以OGSA-DAI为基础的天文数据访问的可行性和性

能，我们采用两个科学范例对VO-DAS原型进行了实验。

论文最后以VO-DAS对China-VOEphemerisWS计算平台的扩展为例，介绍

了VO-DAS外部接口的扩展方法,以及VO-DAS在星历计算方面的应用，并简要阐述

了VO-DAS在其他方面的科学应用。

关键词：虚拟天文台，数据访问，网格技术，OGSA-DAI

—i—

Abstract

Theresourcesofobrveddatainastronomyhavesuchcharactersaslargetime

span,greatquantityofdata,break-upstorageandmanagement,heterogeneousman-

agementtool,andsoon.Animportantrearchsubjectofthevirtualobrvatoryis

abouthowtoprovidetheastronomerswithaprogrammeonvisitingtheresources

storedindifferentorganisms.

Thegreatdevelopmentofthecomputerandtheinternettechnology,theemerge

ofthetotallyup-to-dateITtechnology,suchasgridtechnology,XMLtechnology,

manticnetworktechnology,andsoon,andonthistechnologybackground,ac-

cordingtothecharacterofastronomyitlf,theInternationalVirtualObrvatory

Alliance(IVOA)continuouslyputforwardandmakethemperfectvariousstandard

document,thismakeitpossiblethemergemonolithicoftheastronomydatawhich

greatcapacity,break-upandmultiplewaveband.

Asforconsolidatedvisittotheresourcesstoredindifferentorganisms,basingon

OGSA,weputforwardasolutionprogrammeforthegrid:makinguoftheOGSA-

DAItechnology,wecancarryouttheDataNodeoftheastronomydataaboutthe

surfaceofthestars,thepicturedataandthespectrumdataindifferentorganisms;

takingadvantageofADQLlanguage,wecangothroughwiththedescriptionofthe

wholetask;groudingonWSRFstructure,wecanmakeitperfectindispatchingtasks

ofthedataresources,caculationresourcesandstorageresources.TheVO-DASthat

wehavedesignedbringintoeffecttheclo-coupledworkpattern:auto-discoverthe

dataresources,caculationresourcesandstorageresources,visitetheresourcesstored

indifferentorganismsanddata-analytheresult,thiswillmakeitpossiblethe

multiplewavebandcross-authentication,thedata-analysisandthevisualisationof

theanalysisresult.VO-DASsupportalltherelatedstandardsoftheIVOA,this

makesithaveexcellentoperability,itsexternalinterfaceissimpleandpractical,it

candevelopvariousgridapplicationproductsaimedatdifferentdemandsofdifferent

astronomydataclients.

FocusingondiapatchingVO-DAStasksandbringingitintoeffect,weelaborate

onthemodulesofVO-DAS,suchasitsdesignmode,Sessionorganisms,lifecycle,

resourcesdestroying,exceptionhandling,andsoon,andputforwardtheblueprints

ofthesystemindifferentangles.Toverifythefeasibilityandperformanceofthevisit

—ii—

totheastronomydatabasingonOGSA-DAI,weadopttwoscientificmodeltotest

theprototypeofVO-DAS.

TakeforexampletheexpansionoftheVO-DAStothecaculationplatformofthe

China-VOEphemerisWS,weintroducetheexpansionmethodofVO-DAS’exterior

interface,andVO-DAS’applicationinthecaculationofthestarcalendar,andwealso

elaborateonVO-DAS’applicationinthescientificapplicationsintheotherfields.

Keywords:VirtualObrvatory,DataAccessService,Grid,OGSA-DAI

—iii—

目录

目录iv

第一章引言1

1.1虚拟天文台研究背景[1].........................1

1.2国内外研究现状[3]............................3

1.3VO-DAS的研究意义...........................4

1.4论文组织结构...............................4

第二章关键技术和概念综述6

2.1网格技术.................................6

2.1.1开放式网格体系结构(OGSA)[8].................6

2.1.2OGSA的基础访问结构......................6

2.1.3开放式网格服务基础结构（OGSI）[13].............8

2.1.4Web服务资源框架（WSRF）[14]................9

2.2网格技术在国内外现状..........................11

2.3网格相关的中间件............................12

2.3.1GlobusToolkit[15]........................12

2.3.2OGSA-DAI[16]..........................13

2.4国际虚拟天文台联盟（IVOA）及其相关规范..............17

2.4.1IVOA天文数据查询语言（ADQL）[17].............17

2.4.2简单图像访问规范(SIA)[18]、简单光谱访问规范(SSA)[19]..19

2.4.3FITS、VOTable等天文格式规范.................20

第三章基于WSRF的数据访问服务(VO-DAS)22

3.1VO-DAS的需求分析...........................22

3.2VO-DAS的框架[24]...........................23

3.2.1VO-DAS五种访问接口......................23

3.2.2VO-DAS两大核心模块......................23

3.2.3天文数据查询语言（ADQL）..................25

3.2.4数据查询.............................26

3.2.5数据分析.............................27

3.2.6数据分发.............................27

3.2.7服务的信息注册与信息发现...................27

3.2.8数据格式.............................27

3.2.9VO-DAS的运行环境.......................27

3.2.10VO-DAS的性能..........................27

第四章VO-DAS任务调度研究与实现29

4.1多任务调度的几种可能方案.......................29

4.2VO-DAS任务调度方案的设计......................29

4.2.1VO-DAS的Session机制......................29

4.2.2VO-DAS的生命周期控制.....................30

4.2.3VO-DAS的资源销毁.......................31

4.2.4数据查询设计...........................32

4.2.5数据的分析............................35

4.2.6系统的状态监控..........................36

4.2.7VO-DAS异常处理.........................37

4.2.8VO-DAS安全机制.........................37

4.3VO-DAS任务调度的实现和测试.....................38

4.3.1结构图（以三个DataNode为例）.................38

4.3.2类图................................38

4.3.3序列图...............................38

4.3.4测试方案和测试结果.......................39

4.4和国外同类虚拟天文台系统的比较...................40

第五章VO-DAS的功能扩展及其应用48

5.1基于VO-DAS平台可视化日食带的中心食带..............48

5.1.1China-VOEphemerisWS计算平台[31]............48

5.1.2VO-DAS的功能扩展.......................50

5.1.3通过VO-DAS可视化中心食带..................52

5.2VO-DAS其他应用.............................53

—v—

第六章总结与展望54

附录AJDL的xml表述形式55

参考文献57

发表文章目录60

致谢61

—vi—

表格

1.1国际各国虚拟天文台项目........................3

4.1VO-DAS的部分异常列表.........................38

插图

2.1WebServices结构图...........................7

2.2一个典型的WebServices调用过程...................8

2.3从WSDL中生成stubs文件........................9

2.4GT4结构图................................13

2.5数据服务资源DSR、数据资源访问门DRA以及数据资源DR（以关系

型数据资源为例）三者之间的关系....................15

2.6一次SQL查询，OGSA-DAI各模块间的交互...............15

2.7OGSA-DAI体系结构图.........................16

3.1VO-DAS设计图..............................24

4.1VO-DASSession机制...........................30

4.2同步查询工作流..............................33

4.3异步查询工作流..............................33

4.4联合查询工作流..............................34

4.5VO-DAS结构图（以三个DataNode为例）...............41

4.6VO-DAS类图...............................42

4.7VO-DAS的启动..............................43

4.8VO-DAS的关闭..............................43

4.9VO-DAS的元数据查询..........................44

4.10VO-DAS的同步查询...........................44

4.11VO-DAS的异步查询...........................45

4.12VO-DAS上传数据.............................46

4.13VO-DAS的数据分析...........................47

5.1China-VOEphemerisWS功能结构图..................50

5.2Activity生命周期的序列图........................51

5.32008年03月12日之后，第一次中心食食带................52

5.42006年08月12日之前，最后一次中心食食带..............53

第一章引言

1.1虚拟天文台研究背景[1]

四百年前伽利略首次把望远镜指向太空，使人类摆脱了仅能用肉眼直接观测太

空的历史，为从哥白尼开始的天文学革命提供了大量的科学证据。历史悠久的天文

学经过哥白尼、伽利略、开普勒和牛顿等人的发展，演变成了一门崭新的科学，同时

也催生了现代科学技术。

到一百五十年前，由于照相技术和光谱技术在天文观测中的应用，用人眼作为

唯一的天文探测器的时代结束，诞生了天文学的新分支–天体物理学，并发展成为现

代天文学的主流。

五十多年前，在第二次世界大战中得到蓬勃发展的无线电技术使得人类的视

野跃出了可见光的波段，发展成为射电天文学。之后不久随着宇航时代的到来，空

间天文学诞生，天文观测不再局限于地面。人类对宇宙的观测范围扩展到了γ射

线、X射线、紫外和红外波段。天文学开始进入全波段天文学时代。

从20世纪90年代开始，天文学又经历着革命性的变化。这一变化是由前所未有

的技术进步所推动的，即望远镜的设计和制造技术、大尺寸探测器阵列的设计和制

造技术、高性能计算技术和互联网技术。

随着众多先进的地面与空间天文设备的投入使用，特别是大规模CCD探测器

的使用，使得观测数据量急速增长。例如目前哈勃空间望远镜（HST）每天大约产

生5GB的数据；我国正在建造的大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST[2]）

也将每天至少产生3GB到5GB的数据；而美国计划建造的“大口径综合巡天望远

镜（LSST）”，又称为“暗物质望远镜”，每天的观测数据将达到18TB的量级!

如此巨大的数据产出，在天文学历史上第一次使天文学家得到的数据多得用不

了，使天文学进入一个数据富庶时代。以往那个辛辛苦苦观测许久但数据还是不够

用的年代一去不复返。

随着天文望远镜及终端设备的设计与制造技术的不断提高，天文观测能力大大

增强，天文学已从古老的光学观测变为全波段的天文学，并正在进入一个“数据雪

崩”时代。

天文信息爆炸式增长不仅给天文学家带来了天文发现的巨大机遇，也同时带来

了数据存储、访问和处理等方面的巨大挑战。传统的借助人工来对数据进行分析处

理的方式已经不能满足海量的天文数据了。上百年的天体观测资料积累造成了这样

一种情况：世界各国的天文资料保存和管理方式存在巨大差异，不同历史时期数据

保存和管理方式也存在巨大差异。虽然世界各地的天文数据是自由共享的，但是数

据结构的混乱和数据存储的多样性就像语言不通一样，严重影响着天文学家对这些

数据资料的使用效率。

幸运的是，计算机与互联网技术的飞速发展，网格技术、XML技术、语义网技

术等全新IT技术的涌现，使得海量、分布式、多波段天文数据的无缝融合和处理成

为可能。

在这样的背景下，旨在将世界范围内主要天文研究资源无缝透明地整合在一起

的虚拟天文台（即virtualobrvatory,简称VO）设想应运而生。

如果说利用γ射线巡天、X射线巡天、紫外巡天、光学巡天、红外巡天和射电巡

天所得到的观测数据，用适合的方法对数据进行统一规范的整理、归档，便可以构

成一个全波段的数字虚拟天空；而根据用户要求获得某个天区的各类数据，就仿佛

是在使用一架虚拟的天文望远镜；如果再根据科学研究的要求开发出功能强大的计

算工具、统计分析工具和数据挖掘工具，这就相当于拥有了虚拟的各种探测设备。

这样，由虚拟的数字天空、虚拟的望远镜和虚拟的探测设备所组成的机构便是一个

独一无二的虚拟天文台。由此可见，VO是在互联网时代里天文学发展的必然产物。

VO将使天文学取得前所未有的进展，它将成为开创“天文学发现新时代”的关

键性因素。虚拟天文台将是独一无二的，它将TB甚至PB量级的数据库、波长遍及从

γ射线到射电波段的数十亿个天体的图像库、高度复杂的数据挖掘和分析工具、具

有数千PB量级容量的存储设备和每秒运算次数达到万亿次的超级计算设备、以及

各主要天文数据中心之间的高速网络连成一体；它使世界各地的天文学家可以快速

查询各个PB量级大小的数据库；使埋藏在庞大星表和图像数据库中的多变量模式

可视化；增加发现复杂规律和稀有天体的机会；鼓励研究团体间的实时合作；允许

进行大规模的统计研究，首次使数据库的内容可以和复杂精密的数值模拟结果进行

对比。虚拟天文台将促进我们对许多决定宇宙演化的天体物理过程的理解。它会用

更经济的投资产生新的和更好的科学。虚拟天文台将作为一个协调性的和操作性的

机构来促进新型的工具、协议和合作方面的发展，以充分实现现代天文数据库的科

学潜能，从而将成为“天文学发现”的推进器。

VO的好处是显而易见的，主要表现在如下几个方面：

1．天文望远镜等观测设备得到的数据能被不同的用户出于不同的目的重复使

用，提高了昂贵的观测设备的科学效益;

2．观测数据按照统一的方式管理起来有利于长期的保存和利用，使科学数据的

价值最大化；

可被全球各种各样的群体访问，包括那些没有经济能力建造和运行大型观

测设备的群体，能大大促进发展中国家和不发达国家的天文研究；

—2—

项目地区网址

国家虚拟天文台(NVO)美国

表1.1:国际各国虚拟天文台项目

中国中国虚拟天文台(China-VO)

英国英国虚拟天文台(AstroGrid)

欧洲欧洲虚拟天文台(Euro-VO)

法国法国虚拟天文台(VO-France)

加拿大-加拿大虚拟天文台(CVO)

印度印度虚拟天文台(VO-India)

德国/portal德国虚拟天文台(GAVO)

日本日本虚拟天文台(JVO)

俄罗斯/eng/rvo俄罗斯虚拟天文台(RVO)

意大利意大利虚拟天文台(DRACO)

韩国/en韩国虚拟天文台(KVO)

匈牙利匈牙利虚拟天文台(HVO)

西班牙laeff./svo西班牙虚拟天文台(SVO)

亚美尼亚/亚美尼亚虚拟天文台(ArVO)

/cvo

澳大利亚虚拟天文台(Aus-VO)澳大利亚

/twiki/bin/view/Draco/WebHome

4．VO是非常好的公众教育设施，VO是面向全球、全社会的。它让普通公众和

天文学家一样都能接触到真实的天文资源和服务。这会激发大众对天文学的兴趣，

提高大众的天文水平，促进天文学的普及。

1.2国内外研究现状[3]

虚拟天文台的概念提出后各国也相继出台了自己的虚拟天文台计划。为了相互

借鉴，相互促进以及国际上各项目之间的协调与合作，2002年成立了国际虚拟天文

台联盟（InternationalVirtualObrvationAlliance，IVOA[4]），目前国际虚拟天文

台联盟中成员已经增加到16个国家。如表1.1所示：

近年来，各国虚拟天文台项目分别提出了自己的数据统一访问方案。比如，英

国实现了世界上第一个结构比较完整的虚拟天文台Astrogrid[5]；美国国家虚拟天

文台（NVO）先后提出了SkyQuery[6]原型和OpenSkyQuery[7]原型；日本虚拟天

文台（JVO）也提出了自己的数据访问方案。在这些研究的基础上，IVOA正在制

—3—

订SkyNode数据访问模型。SkyNode是基于WebService设计的，支持异地异构的多

波段天文数据的交叉证认。但是由于WebService的限制，SkyNode仅仅能够用来对

小数据集进行操作，无法完成大数据集的访问和交叉证认。

为了紧跟时代的发展，缩小与发达国家的信息天文学方向的差距，2002年以中

国科学院国家天文台为首在国内天文界首先提出建设“中国虚拟天文台”项目。同

年十月，中国虚拟天文台加入国际虚拟天文台联盟。经过近几年的研究探索，中国

虚拟天文台依据国际虚拟天文台联盟（IVOA）的各项相关标准，使用OGSA-DAI技

术实现了对天文星表数据、图像数据和光谱数据的封装（DataNode），利用Globus

Toolkits4（GT4）等网格技术，提出并初步实现了自己的数据访问平台(VO-DAS)。

1.3VO-DAS的研究意义

中国虚拟天文台提出的数据访问平台VO-DAS将具有以下功能特点：

-能够访问分布异地、异构天文数据库；（初步实现）

-支持自动发现数据资源；（初步实现）

-支持特定空间区域的数据访问；（初步实现）

-支持海量数据访问；（初步实现）

-支持天文数据的交叉证认；（初步实现）

-支持星表数据，图像数据和光谱数据的访问；（仅实现了星表数据的访问）

-集成数据挖掘平台；（尚未实现）

-数据可视化研究;（尚未实现）

-天文科普教育；

-具有标准的数据访问接口；

-有良好的互操作性，可以和任何符合IVOA规范的VO应用程序互联；

-具有良好扩展性，VO-DAS是基于OGSA-DAI的，OGSA-DAI这个灵活框架，

决定了VO-DAS的灵活扩展性，比如可以扩展SwissEphemeris软件包的星历计算能

力。

鉴于VO-DAS上述的功能特点，那么如果能够实现VO-DAS，将很好地解决虚拟

天文台的关键问题，它也将成为中国虚拟天文台的框架和中国天文数据对外的一个

窗口，尤其是我国即将实现的大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）产生

的海量数据的对外窗口(VO-enabledLAMOST)。

1.4论文组织结构

本文阐述了中国虚拟天文台数据访问系统(VO-DAS)，着重阐述基于WSRF的VO-

—4—

DAS的任务调度，具体内容按下面顺序依次叙述：第一章为引言部分，着重介绍

了VO的研究背景、目前国内外的研究现状；第二章综述了有关网格的一些关键技

术和概念，以及国际虚拟天文台联盟的一些相关规范；第三章介绍了基于WSRF的

数据访问服务系统得框架；第四章是本论文的重点所在，将详细介绍VO-DAS的

任务调度方案。第五章主要从VO-DAS平台可视化日食带的中心食带的案例来介

绍VO-DAS的应用，同时简单介绍一下VO-DAS在数据查询以及数据分析的更广泛

的应用。第六章，对全文进行总结，指出本文研究工作的主要成果和今后工作的展

望。

—5—

第二章关键技术和概念综述

2.1网格技术

网格是伴随着互联网技术而迅速发展起来的,最初是专门针对复杂科学计算应

用的一种新型计算模式。随着网格技术的发展和应用的扩展,网格逐步进入到商业使

用中。人们预言,网格技术和应用将成为具有高性能处理、海量数据存储和大量仪器

设备等特征的21世纪人类社会的信息处理基础设施。通过它可以汇聚Internet中分

散异构、动态变化的计算和信息资源,将其中不同组织和机构的资源虚拟化,使人们

能像使用一台计算机那样使用Internet中的各种资源,把Internet从通讯和信息交互

平台提升到资源共享和协同工作的平台。

2.1.1开放式网格体系结构(OGSA)[8]

2000年底,美国网格论坛、欧洲网格论坛和亚洲网格论坛合并组成了全球网格论

坛(GlobalGridForum，GGF)。GGF是由用户、研发人员和产品生产厂家组成的致

力于网格技术标准化的社团。全球网格论坛（GGF）[9]是进行有关网格技术的标准

化工作主要机构。GGF的主要工作是制订与开放式网格服务体系结构（OpenGrid

ServiceArchitecture，OGSA）相关的标准。

2002年6月，Globus联盟首次在全球网格论坛（GGF）上提出了开放式网格服务

体系结构（OGSA）的理念，服务网格的研究开始走上了正确的轨道。

所谓网格体系结构或网格服务体系结构是确定网格服务系统中的基本系统组

件，界定和描述设置系统基本组件的目的和组件的功能，并说明组件之间如何进

行交互式的操作的概念模型。与其他开放系统类似，OGSA通过定义标准的服务

和接口实现虚拟组织之间相互开放。OGSA是面向服务的体系结构,所谓“服务”

在OGSA中被定义为：“在网络支持下通过信息交换能够给客户提供某种能力的实

体”。在分布式环境中，从信息交换的角度来看，服务可以看作是导致服务实体执

行某些操作的特定信息交换序列，因此，在OGSA中可见的操作都是信息交换的结

果。OGSA将服务操作封装在一个面向消息的公共接口之中，从而实现服务的虚拟

化，即将服务的定位与服务实现细节相分离。在OGSA中，计算资源、存储资源、网

络、程序、数据库等都被表示为服务。

2.1.2OGSA的基础访问结构

在网格应用的资源分布的环境中，要实现分布式网络计算必须解决好如何

在OGSA服务间实现交互的问题。为此，必须具备用机器可理解的方式描述服务需

求和接口的能力，动态地发现、定位和组合网格服务的能力。

GGF选择了W3C制订的Web服务相关标准作为实现其目标的基础，并根

据OGSA的需要对Web服务进行扩充与增强，构建其基础服务结构。

2.1.2.1Web服务[10]

Web服务与其支撑平台一道在以计算机网络为支撑的分布、异构计算机

环境中提供一种通用的互操作手段，它具有动态资源发现和组合能力。由于

在Web服务之上构建应用系统十分方便，它已经成为构建互联网分布式应用系

统（E-Science，E-Business和E-Governance等）的基本手段。Web服务涉及四个要

素：Web服务说明（WSD）、用于封装WSD的消息封（envelope）、对下层传输协议的

绑定、运载消息的传输协议以及Web服务的发布机制。

图2.1:WebServices结构图

1)Web服务描述语言（WSDL）[11]

WSDL（WebServiceDescriptionLanguage）是Web咨询机构W3C所定义的Web服

务描述语言。它为描述Web服务提供模型和XML格式。WSDL对Web服务的描述分

为抽象描述和具体描述，描述采用结构化方式进行，以提高服务描述的可重用性。

在抽象描述阶段，Web服务用收发的消息来描述，采用XMLSchema格式。“操

作”是对服务中能够收发的消息种类和消息交换格局的描述，一个操作可与一个

或多个消息交换规则（消息收发序列和顺序及逻辑收发方）相联系。最后在抽象

描述中，Web服务接口是成组的操作，但未与传送或具体格式挂钩。在具体描述阶

段，“绑定”关系的描述将定义抽象的服务接口所使用的传送协议和具体格式；通

过“可用服务端点”（Endpoint）将绑定部件与网络地址联系起来；最后将实现共同

服务接口的可用服务端点合并定义为Web服务。

—7—

图2.2:一个典型的WebServices调用过程

2）简单对象访问协议（SOAP）[12]

Web服务可用于在互联网上发布可用的应用程序模块（服务），完成请求服务

以及WSD和语义的协商。WSDL的描述采用符合扩展标记语言结构与约束（XML

Schema）规定的文本格式，不适合直接作为应用消息传输，需要封装在固定格

式的消息内再进行传输。W3C的简单对象访问协议定义一种封装格式和结构，

定义了用于识别（强制性或选择性）处理部分或全部消息的对象的机制，以及

如何将SOAP消息与下层传输协议绑定的方法。例如，当下层采用超文本传输协

议（HTTP）时，SOAP消息可能作为HTTPPOST请求与应答中的净荷（Payload）

部分传输，或作为SOAP消息对HTTPGET的应答，从而实现与HTTP的绑定。为了

适应远程程序调用的需要，SOAP还定义了SOAP数据模型，即用于运载RPC的数据

编码结构。

3）SOAP消息的传输协议

SOAP定义了可用于装载WSDL描述的消息格式，它需要与端系统之间运

载SOAP消息的传输协议相结合才能完成Web服务既定的功能。前面已经提到，应用

层的超文本传输协议（HTTP）是一种可能的选择，但SOAP并不排除使用其他应用

层协议，如简单邮件传输协议SMTP、微软公司的消息对列协议(MicrosoftMessage

Queue,MSMQ)或者直接利用传送层协议（TCP）。

4）注册或服务发现

为了便于用户查询和使用已有的服务，需要将WebService在管理服务器上

注册。相关技术和标准由“促进结构化信息标准机构”（OASIS）的通用描述、发

现与集成（UniversalDescriptionDiscoveryandIntegration，UDDI）成员组制订。

Web服务的使用过程可以用图2.2来简单描述，即服务请求与提供服务双方通过“代

理”(Stubs文件)交换Web服务描述（WSD）和语义达到服务协商一致来完成的。

客户端和服务器端的Stubs文件都是通过WSDL文件产生的，如图2.3

2.1.3开放式网格服务基础结构（OGSI）[13]

在GGF进行OGSA相关文本的制订过程中，一方面认定Web服务时提供网

—8—

图2.3:从WSDL中生成stubs文件

格服务的最佳选择，另一方面又感到1.0版的Web服务还存在一些问题，不能满

足OGSA的需要，需要对之进行扩展。

因此，在OGSA刚提出不久，GGF及时推出了开放网格服务基础架构（Open

GridServiceInfrastructure，OGSI）来对Web服务进行扩展。

OGSI是作为OGSA核心规范提出的，其1.0版于2003年7月正式发布。OGSI规

范通过扩展Web服务定义语言WSDL和XMLSchema的使用，来解决具有状态属性

的Web服务的问题。它提出了网格服务的概念，并针对网格服务定义了一套标准化

的接口，主要包括：服务实例的创建、命名和生命期管理，服务状态数据的声明和查

看，服务数据的异步通知，服务实例集合的表达和管理，以及一般的服务调用错误

的处理等。

但近一两年的实践证明，OGSI存在明显的不足。其过分强调网格服务和Web服

务的差别，导致了两者之间不能更好地融合在一起。由于OGSI单个规范中的内容

太多，所有接口和操作都与服务数据有关，缺乏通用性，而且OGSI规范没有对资

源和服务进行区分。OGSI使用目前的Web服务和XML工具不能良好工作，其过于

采用XML模式，比如xsd:any基本用法、属性等，这种性质可能造成移植性差的问

题。OGSI通过封装资源的状态，将具有状态的资源建模为Web服务，这种做法引起

了“Web服务没有状态和实例”的争议，同时某些Web服务的实现不能适应网格服务

的动态创建和销毁。另外，网格服务的定义语言GWSDL不能作为可支持Web服务描

述语言WSDL1.1的功能扩展，由于WSDL2.0发布的延迟使之很难支持OGSI定义。

2.1.4Web服务资源框架（WSRF）[14]

对应开放网格服务基础架构OGSI1.0版的推出，并试图解决OGSI和Web服务

之间存在的矛盾，Web服务资源框架WSRF被提了出来。2004年3月，IBM、BEA与

微软联合发布了WS-Addressing协议。基于该协议规范，Globus联盟和IBM迅速推出

了Web服务资源框架WSRF。结构信息标准化促进组织（OASIS）随即成立了两个技

—9—

术委员会，分别是网络服务资源框架技术委员会（WSRFTC）和网络服务通告技术

委员会（WSNTC）。

WSRF采用了与网格服务完全不同的定义：资源是有状态的，服务是无状态

的。为了充分兼容现有的Web服务，WSRF使用WSDL1.1定义OGSI中的各项能力，

避免对扩展工具的要求，原有的网格服务已经演变成了Web服务和资源文档两部

分。WSRF推出的目的在于，定义出一个通用且开放的架构，利用Web服务对具有

状态属性的资源进行存取，并包含描述状态属性的机制，另外也包含如何将机制延

伸至Web服务中的方式。

WSRF的规范是针对OGSI规范的主要接口和操作而定义的，它保留了OGSI中

规定的所有基本功能，只是改变了某些语法，并且使用了不同的术语进行表达。成立

网络服务通告技术委员会的目的在于定义多项规格，并进行以通知模式作为网络服

务互通方式的标准化工作。利用通知模式，网络服务在传播信息给其它网络服务时，

不必预先知道这些网络服务。该委员会将修订WcationFramework的相关规格，并发

布WS-NotificationPolicy规格，作为详细描述通告的相关政策语言。WSRF使Web服

务体系结构发生了以下2点演变：

◆提供了传输中立机制来定位Web服务；

◆提供获取已发布服务的信息机制集，具体的信息包括WSDL描述、XML模式

定义和使用这项服务的必要信息。

和OGSA的最初核心规范OGSI相比，WSRF的优势表现为如下5点：

◆融入Web服务标准，同时更全面地扩展了现有的XML标准，在目前的开发环

境下，使其实现简单化。

◆OGSI中的术语和结构让WS组织感到困惑，因为OGSI错误地认为Web服务一

定需要很多支撑的构建。WS-ResourceFramework通过对消息处理器和状态资源进

行分离来消除上述隐患，明确了其目标是允许Web服务操作对状态资源进行管理和

操纵。

◆OGSI中的Factory接口提供了较少的可用功能，在WS-ResourceFramework中

定义了更加通用的WS-ResourceFactory模式。

◆OGSI中的通知接口不支持通常事件系统中要求的和现存的面向消息的中间

件所支持的各种功能，WS-ResourceFramework中规范弥补了上述的不足，从广义

角度来理解通知机制，状态改变通知机制正是建立在常规的Web服务的需求之上。

◆OGSI规范的规模如此庞大，使读者不能充分理解其内容，以及明确具体任务

中所需的组件。在WS-ResourceFramework中通过将功能进行分离，使之简化并拓

展了组合的伸缩性。

—10—

作为OGSA最新核心规范的Web服务资源框架WSRF，它的提出加速了网格

和Web服务的融合，以及科研界和工业界的接轨。

OGSA和WSRF目前都处于不断的发展变化之中。2004年6月，OGSA1.0版

本发布，阐述了OGSA与Web服务标准的关系，同时给出了不同的OGSA应用实

例。OGSA2.0版本于2005年6月发布。作为WSRF的基础支撑协议WS-Addressing，

也得到了万维网联盟（W3C）的承认，并成立了W3CWS-Addressing工作组。

对于WSRF本身而言，由于其提出不久，其规范还有待在实践中得到进一步应

用证明，并逐步得到完善。基于OGSA和WSRF的服务网格平台和规范协议，将最终

成为下一代互联网的基础设施，所有的应用都将在网格的基础平台上得以实施。

2.2网格技术在国内外现状

美国政府自20世纪90年代就开始投资于网格技术研究,累计用于网格技术基础

研究方面的经费已近5亿美元,相继提出了各种网格理论,并建立以Globus、Globe、

NetSolve、Javalin为代表的实验模型和项目。作为网格计算最杰出的代表,由美

国Argonne国家实验室实施研发的Globus,被认为是网格技术的典型代表。Globus通

过对网格技术的研究相应软件的开发及相关标准的制定,力图构造一个规范

的网格计算环境,实现对高性能计算机远程计算资源普遍、可靠、一致性的

访问。在对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网格计算的关键理论进

行研究的同时,Globus于1999年开发出的能运行于各类平台的网格计算工具软

件GlobusToolkit是该系统最重要的成果,其源代码完全开放,可以帮助规划和组建大

型网格实验平台,开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。目前,Globus的技术

已在NASA网格、欧洲数据中心、美国国家技术网格等8个项目中得到应用。美国国

防部规划实施的“全球信息网格”计划,将在2020年完成。作为该计划的一部分,美国

海军和海军陆战队已先期启动了一个耗资160亿美元、历时8年的项目,进行系统的研

制、建设、维护和升级。

英国政府已决定投入1亿英镑用于网格研究,建立英国的国家网格项目,形成全

国范围内互联互通的网络系统。欧盟已于2001年1月起,正式实施由欧洲粒子实验

室等6个研究机构参与的数据网格项目,计划在3年内投资980万欧元,采用Globus网

格技术,建立一个在欧洲范围内不同数据源之间实现海量数据计算与数据交换的

大规模分布计算环境和共享平台,为科学研究提供强大保障。法国启动的国家网

格计划,前3年计划的经费投入是1000万美元。荷兰国家网格计算计划将使5个大学

的研究人员能够更有效地在生物信息到粒子物理等科研项目方面进行合作。这一

网格计算计划包含5台Linux群集系统(每个大学各一台),通过荷兰大学的高性能网

络–SUPERNet连接在一起。

—11—

我国已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施ACI和以中

科院计算所为主的国家高性能计算环境NHPCE。目前正在进行的网格研究项目主

要有:“863”专项计划支持的“中国国家网格（CNGrid）”项目;教育部“十五”211工

程公共服务体系建设的“中国教育科研网格（ChinaGrid）”；由中国科学院计算所领

衔开发的“织女星网格”项目;由上海多所大学参加的“上海教育科研网格”项目;由

航天总公司第二研究院和清华大学共同开展的“仿真网格”项目。其中,由中国科学

院计算所领衔攻关的“织女星网格”项目,涉及到网格超级服务器、网格操作系统、

信息网格和知识网格的架构、性能、应用的各个层面,其未来的目标是具备大规模的

数据处理能力、高性能计算能力,以及资源共享和提高资源利用率方面的能力。

2.3网格相关的中间件

2.3.1GlobusToolkit[15]

怎样将分布在不同地方的计算机组合成一个网格呢？以前大家用的最多的工具

就是GlobusToolkit工具包。由全球网格论坛（GGF）下属Globus项目组成员联合开

发的GlobusToolkit标准工具包，已被公认为当前建立网格系统和开发网格软件事

实上的参考标准。Globus项目是国际上与网格计算相关的最有影响力的项目。

GlobusToolkit之所以能取得成功的关键是它选择了开放系统源码的道路，因

而得到了众多公司的支持。它基于开放结构、开放服务资源和软件库，并支持网格

和网格应用，目的是为构建网格应用提供中间件服务和程序库。

Globus随着体系结构的变化也经历了几次飞跃，变得越来越完善。自1997年

起，GlobusToolkit工具包的第二版（GT2）成为了网格计算的事实标准。它着重于

可用性和互操作性能力，定义和实现了一些协议、API和服务。

2002年，Globus项目组推出了一个全新的网格标准OGSA–开放网格服务体

系，它把Globus标准与以商用为主的WebServices的标准结合起来，网格服务统一

以Services的方式对外界提供。而符合OGSA规范的GlobusToolkit3.0（GT3）随后

推出，标志着OGSA已经从一种理念、一种体系结构，走到付诸实践的阶段了。

2004年，公布了统一网格计算和Web服务的新标准“WS-Notification”和“WS-

ResourceFramework”（Web服务资源框架）。WSRF是OGSI的重构和发展，利用了

新的Web服务标准。WSRF基本保留了OGSI中的所有功能，同时更改了一些语法，

并且还在其表示中采用了不同的技术。Web服务通知（WSN）为Web服务提供基于

消息发布和预定的能力。WSRF和WSN都是建立在已存在的Web服务定义和技术基

础上的，帮助实现了网格计算、系统管理和Web服务的统一。

2005年年初，GlobusToolkit4（GT4）发布，实现了WSRF和WSN标准。GT4提

供API来构建有状态的Web服务，其目标是建立分布式异构计算环境。所有知名

—12—

的GT3协议都被重新设计为可以使用WSRF，并且GT4也在其中增添了一些新

的Web服务的组件（如图2.4）。从中间件的角度看，WSRF提供了应用间的简单的互

连互通。自此，WSRF成为网格中间件事实上的“国际标准”。

图2.4:GT4结构图

2.3.2OGSA-DAI[16]

OGSA-DAI是一种中间件，其设计目标是提供一种简便的方法，在网格环境中实

现数据的访问和集成。在网格环境下OGSA-DAI主要有以下功能特点：

—13—

1.支持各种数据资源以网格的方式发布，主要包括：关系型数据库、XML数据

库以及通过WebServices发布的各种文档数据等常用的数据资源。

2.支持通过Web服务来对各种数据资源进行查询、更新、转换以及传输等操作。

3.支持数据的联合查询以及分布式查询。

4.支持数据转换（比如通过XSLT），数据的压缩、解压（比如通过ZIP或

者GZIP）。

5.数据可以很方便地传输到客户端、其他的OGSA-DAI服务上、一些指定

的URLs、FTP服务器、GridFTP服务器上、或者写入指定的文档中。

6.对OGSA-DAI的Web服务请求都有一个统一的格式，无论数据资源发布在哪

个服务器上。

7.客户端可以获取OGSA-DAI的Web服务上的数据资源信息以及数据资源支持

的功能特性。

-DAI的使用者可以通过扩展OGSA-DAI的Web服务来发布自己的数据

资源，除了OGSA-DAI提供的功能外，同时支持该数据资源本身的功能特性。

2.3.2.1OGSA-DAI的基本概念

(1)数据服务(DataServices,DS)

OGSA-DAI提供两种类型的数据服务接口:WS-RF数据服务和WS-I数据服务。

一个数据服务用来配置各种数据服务资源(DataServiceResources)。

(2)数据服务资源(DataServiceResources,DSR)

数据服务资源承担着OGSA-DAI的核心功能。它从数据服务(DS)上接受执行

文档(PerformDocuments)，然后解析并使执行文档生效，继而顺序执行执行文档

中“承载”的每一个行为指令(Activity),最后生成相应文档(ResponDocument).

(3)数据资源(DataResource,DR)

OGSA-DAI的数据资源(DR)主要包括三种类型：关系数据库(如:MySQL,

SQLServer,Oracle等)、XML数据库(如:eXist,Xindice)、文件(如:OMIM,SWIS-

SPROT,EMBL等类型)。

(4)数据资源访问“门”(DataResourceAccessor,DRA)

数据资源访问“门”是OGSA-DAI的一个扩展点，你可以针对不同的数据资

源(DR)书写与该资源类型对应访问“门”。这也是OGSA-DAI封装异构数据的关键

所在。DR、DRA以及DSR三者之间的关系（如图2.5所示）。

(5)执行文档(PerformDocument,PD)

—14—

图2.5:数据服务资源DSR、数据资源访问门DRA以及数据资源DR（以关系型数据

资源为例）三者之间的关系

一种XML格式的文档，用于定义要在DS上执行的活动，如一条SQL查询，然后

再定义如何将查询的结果传送给第三方。

(6)响应文档(ResponDocument,RD)

一种XML格式的文档，是DS处理执行文档后返回的结果。

(7)行为指令(Activity或Activities)

它代表客户端向OGSA-DAI下达一个或多个指令操作，比如查询或更新某数据

库、将查询结果文件压缩、存入某ftp等等单元操作。它实现程序复杂功能的单元模

块。

以客户端下达一次SQL查询为例，来分析各基本概念之间的调度关系，如

图2.6所示:

图2.6:一次SQL查询，OGSA-DAI各模块间的交互

2.3.2.2OGSA-DAI体系结构

OGSA-DAI提供了将现有数据资源,如关系数据库和XML(eXtensibleMarku-

pLanguage)数据库以及文件目录集成到网格环境中的基本架构.它主要包括四个层

次（如图2.6）:数据层、业务逻辑层、表示层和客户层。

—15—

图2.7:OGSA-DAI体系结构图

(1)数据层

OGSA-DAI可以访问各种数据源，包括关系数据库、XML数据库、文件。

(2)业务逻辑层

该层封装了OGSA-DAI的核心功能，可以接受客户端的请求(如查询、修改等)，

响应客户端的请求，管理数据传输和发布，Session管理，以及与数据源的连接、管

理、交互等等。

(3)表示层

该层通过Web服务(WS)接口封装了OGSA-DAI向网格展示的所有服务，主要有

两种实现模式：一种和WS-RF相匹配，一种和WS-I相匹配。每种接口的实现，都采

用WSDL(WebServiceDescriptionLanguage，Web服务描述语言)和XMLSchema来描

—16—

述。

(4)客户层

OGSA-DAI支持与WSRF，WS-I兼容的客户端的访问,这主要依赖于服务器端

表示层中提供的服务。通过客户端工具可以实现对底层数据源的检索、更新等操作；

该框架中还提供数据层与业务逻辑层接口，可以调用JDBC驱动器，XMLDB驱动器

等；表示层与业务逻辑层的接口负责在2层间的通信，支持对OGSA-DAI核心功能的

调用。

2.4国际虚拟天文台联盟（IVOA）及其相关规范

2.4.1IVOA天文数据查询语言（ADQL）[17]

天文数据查询语言(ADQL)是被国际虚拟天文台联盟（IVOA）用来向VO数据

服务（比如SkyNodes）提交数据查询的一种典型语言。为访问天文数据库，IVOA已

经发展了多种标准协议，比如，针对天文图片数据的简单图片访问协议（SIAP）、

针对光谱数据的简单光谱访问协议（SSAP）等。目前的ADQL1.0.1版本仅仅支持

星表数据查询，在将来的ADQL版本，IVOA将会把SIAP、SSAP以及ADQL统一整

合起来。ADQL1.0.1是基于标准的结构查询语言(SQL)，主要是基于SQL92标准规

范的。虚拟天文台的底层有大量的表格化数据集，并且许多这样的数据集市存放

在关系型数据库（RDBs）中的，所以使用SQL语句查询是一种非常方便的方法。但

是ADQL是SQL的一个子集,IVOA根据天文数据的特点,对SQL92进行了必要的限制

和扩展。

ADQL有两种表现形式:脚本形式(ADQL/s)和xml形式(ADQL/x)。这两者可以

表现形式可以对等地相互转换。

ADQL和SQL的语法类似，他们主要不同点表现如下：

（1）支持函数功能。包括计算大圆的距离、从六十进制到十进制的转换、单位

换算等函数。例如：

SelectHEALPIXID(,),,fromphotobjalla

(2)INTO子句

INTO为专门支持将来的VOSpace的互操作性设置的。在SQL语句中，我们是

用“SELECTINTO”去创建一个新表或者用“INSERTINTO”去向已经存在的表

中添加数据。但是在ADQL中，INTO子句专门用来向VOSpace中添加或者创建文件

或表的。例如：

—17—

Selectg.*intoVOS:/JHU/galfromgalaxygwhereft>3.5

（3）ADQL仅仅支持/**/的注释语法

（4）ADQL中所有的表名必须使用别名，别名的使用仅仅是标准SQL的一部分，

但是在ADQL中别名的使用是强行的。例如：

Select*fromtablet（t就是table的一个别名）

（5）ADQL中增加了REGION关键字，REGION是在WHERE之句中用来限定

查询范围的。在ADQL/s中的用法如下：

Region(’CIRCLEJ200019.5-36.70.02’)

在ADQL/x中，Region关键字表示为：RegionXML。

（6）支持数学函数JDBC中的数学函数应该允许在ADQL中有效三角函数:

acos(x),asin(x),atan(x),atan2(x,y)这里x和y是数字

cos(x),cot(x),sin(x),tan(x)这里的x都代表半径。

数学函数:abs(x),ceiling(x),degrees(x),exp(x),floor(x),log(x),log10(x),

mod(x,y),pi(),power(x,y),radians(x),sqrt(x),rand(),round(x,n),truncate(x,

n)这里x和y是数字，n代表整数.

（7）交叉证认（XMATCH）功能

XMATCH是指两个或者多个天文星表之间的交叉证认。XMATCH是用在WHERE子

句中，貌似一个函数，XMATCH有四个参数：前两个参数是需要交叉证认的表名，

第三个参数是κ方匹配σ的值，最后一个参数N代表交叉模式。例如

SELECT,,o.r,,FROMSDSS:PhotoPrimaryo,TWOM-

ASS:PhotoPrimarytWHEREXMATCH(o,t,3.5,1)ANDRegion(’CircleJ2000181.3

-0.766.5’)AND=3

（8）存档资格功能

（9）支持XPATH，像支持SQL一样，ADQL支持XQuery，因为我们的有些数据

使用XSD描述的。例如：

Select/Resource/Contact/NamefromResourcewhere/Resource/Typelike’cat-

alog’

(10)支持TOP，返回子集记录数。例如Selecttop10g.*fromgalaxyg

(11)支持单位，ADQL语句中支持所有的常数值带上单位。这是可选的做

法，ADQL并不详细说明这些单位都是什么意思，他只是在语法上是允许的。例如：

Selectg.*fromgalaxygwhere>100Jansky

(12)Table名称支持特殊的字符“[]”，当表的名称容易被解析错误时，需要

用“[]”将表名括起来。例如：

—18—

Selecta.*from[2df]a

一个ADQL/s的例子，如下：

SELECT,,FROMSDSSDR2:PhotoprimaryaWHERERe-

gion(’CIRCLEJ2000181.3-0.766.5’)

将他转换成ADQL/x形式如下:

<?xmlversion=“1.0”encoding=“utf-8”?>

<Selectxmlns:xsd=”/2001/XMLSchema”

xmlns:xsi=“/2001/XMLSchema-instance”

xmlns=“/xml/ADQL/v1.0”>

<SelectionList>

<Itemxsi:type=“columnReferenceType”Table=“a”Name=“objid”/>

<Itemxsi:type=“columnReferenceType”Table=“a”Name=“ra”/>

<Itemxsi:type=“columnReferenceType”Table=“a”Name=“dec”/>

</SelectionList>

<From>

<Tablexsi:type=“archiveTableType”Archive=“SDSSDR2”

Name=“Photoprimary”Alias=“a”/>

</From>

<Where>

<Conditionxsi:type=“regionSearchType”>

<Regionxmlns:q1=“/xml/STC/STCregion/v1.10”

xsi:type=“q1:circleType”unit=“deg”>

<q1:Center>181.3-0.76</q1:Center>

<q1:Radius>6.5</q1:Radius>

</Region>

</Condition>

</Where>

</Select>

2.4.2简单图像访问规范(SIA)[18]、简单光谱访问规范(SSA)[19]

SIA和SSA协议都是数据获取层（DataAccessLayer）的协议。简单地说，SIA协

议是在制定天区搜索并获取图像数据的协议，而SSA则是在制定天区搜索、获取光

谱的协议。SIA、SSA协议的工作过程都可以分为两个部分：定位图像和获取图像。

—19—

定位图像中，它们都使用HTTPGET方法，访问CGI服务。客户端必须提供的

三个参数是天区的中心位置（POS）、天区的尺寸（SIZE）和返回图像/光谱的格

式（FORMAT）。POS是用逗号分割的、以度为单位的赤经和赤纬；SIZE则是用逗号

分割的角距离；FORMAT则可以是多种格式，如image/fits，image/jpeg。而HTTP返

回的则是VOTable格式的图像/光谱，在这个VOTable中，每行代表一个符合要求的

图像。在此行的列VOX:ImageAccessReference中是这个图像的URL地址，客户端可

以据此获取图像。按照SIA、SSA协议，服务器端传回的图片可能是本来就存在于服

务器中的，也可由服务器临时生成。

2.4.3FITS、VOTable等天文格式规范

它专FITS(FlexibleImageTransportSystem)[20]是天文学界常用的数据格式，

门为在不同平台之间交换数据而设计。1988年的国际天文学联合会（IAU）大会指

定IAU的FITS工作组全权负责此格式的修订。IAU规定，今后对FITS标准的修改不

得破坏前后一致性，也就是所谓的“onceFITS,alwaysFITS”一说。

FITS文件由文件头和数据组成。在文件头中存储有对该文件的描述，如观测时

间、观测对象、拍照温度、曝光时间等信息，同时也可以在文件头中注明观测时的

视场、精度等，便于后期数据分析之用。文件头部分每行占80个字符，并以END结

尾。按南京大学郑兴武教授所编《现代天体物理实验指导》一书中的说法，文件头共

有36行，若不够，则再增加36行（或其倍数），未满部分以空格补之。每行的数据值

一般为右对齐，“/”之后是注释内容。其具体表示格式是：

Keyword=Value/Comments

其中Value部分可以为空。较重要的几项有：BITPIX（指明图象位数）、NAXIS（指

明图象维数）、NAXISn（代表第n维的像素数）。数据部分可以是图象或其他信息（如

数据表），这些数据按头部所给出的描述组织。

这里给出FITS文件头的一个例子（引自AVISFITSviewer所带的FITS样品）：

SIMPLE=T/

BITPIX=16/

UpdatedbyAstroArtNAXIS=2/

NAXIS1=228

NAXIS2=242

COMMENTCOMMENTOBJECT=’M57Nebula’

TELESCOP=’CelestronC5’

EXPOSURE=120

APOLY0=4.94607111393E+000

—20—

APOLY1=5.77546902777E-001

APOLY2=-2.E-005

APOLY3=-4.E-006

APOLY4=2.7E-003

APOLY5=-5.25005427724E-006

APOLY6=1.64728178524E-005

APOLY7=-1.27203899586E-003

CTYPE1=’RA—TAN’

CTYPE2=’DEC–TAN’

CRVAL1=2.83389000000E+002

CRVAL2=3.3E+001

CRPIX1=1.E+002

CRPIX2=1.E+002

CD001001=-1.21046310023E-003

CD001002=-2.35697440267E-004

CD002001=-3.E-004

CD002002=9.43822939631E-004

CDELT1=-1.24727909385E-003

CDELT2=9.72807804616E-004

CROTA1=0.E+000

CROTA2=1.39885366995E+001

AVISUMIN=1.56000000000E+002

AVISUMAX=1.E+003

AVISUTYP=-1.E+001

END

按IAU的规定，FITS文件格式有指定的几类，如FITS、TABLE、IMAGE等，具

体可参考fi/

VOTable[21]是XML格式的，用来存储和传输天文星表数据及其元数据的标

准。在VOTable标准中，提供了对星表元数据的描述。元数据包括对星表自身的描

述和对星表每一列的描述，如表名、使用的坐标框架、数据类型、单位等等。同时它

还引入了统一内容描述（UnifiedContentDescriptors，UCD），使程序可以理解每一

列的具体天文含义。

天文文档常用格式还有ASCII、CSV等，这里我们就不一一介绍了。

—21—

第三章基于WSRF的数据访问服务(VO-DAS)

3.1VO-DAS的需求分析