科研信息基础设施的运行治理模式研究

doi:10.11871/jfdc.issn.2096-742X.2022.06.009

摘要/Abstract

摘要：

【目的】科研信息基础设施建设是支持科技创新、社会治理与全球合作的坚实基础，需要配套强有力的治理模式来推进实施。【方法】本研究围绕科研信息基础设施，构建了包括组织模式、服务模式和运营模式在内的三维治理框架，遴选了国内外十余个案例进行比较分析。【结果】科研信息基础设施建设要点包括：组织层，应把握中心化与去中心化组织架构的平衡;服务层，技术的去中心化与纵深生态系统建设值得关注;运营层，需建立动态、完整、开放、效率与公平兼顾的成本与收益计量方法、激励机制。此外，面向开放科学范式的一体化治理体系还需聚焦场景、资源特质，并覆盖科研全生命周期。【结论】资源的开放融合，技术架构的联邦化与互操作，服务场景化、智能化，运营管理安全可信，成为当前科研基础设施发展的重要趋势。良好的治理模式，需综合考量上述各要素，并应伴随技术发展与科研范式的变化而革新。

关键词: 科研信息基础设施, 治理模式, 开放科学基础设施, 组织模式, 服务模式, 运营模式

Abstract:

[Objective] The development of research e-infrastructures provides a consolidated foundation for promoting research innovation, supporting societal governance, and aligning global efforts. Robust governance models are still needed to facilitate the operation of these research e-infrastructures. [Methods] This paper initializes a three-dimension governance framework for the research e-infrastructures, which include submodules, namely the organizational model, the service model, and the business model. A comparative analysis is carried out based on over ten different cases. [Results] For the organizational model, we should keep the balance between centralized and decentralized organizational structures. For the service model, key issues include the decentralized ICT design and implementation, and the sustained construction of the service ecosystem. As for the business model, cost-effective, fair metrics and sustained reward systems are essential. In addition, other necessary contributors to a fully open science governance model include also tailored research scenarios, characteristics of research resources, as well as the service status within the research lifecycle. [Conclusions] The future research e-infrastructures may feature open and integrated research resources, federated and interoperable technical architectures, scenario-based intelligent services, secure and reliable stewardship. Mature governance models should comprehensively consider all these elements and stay open and dynamic, adaptive to the innovative digital revolution.

Key words: research e-infrastructure, governance model, open science infrastructure, organizational model, service model, business model

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图/表 6

图1

表1

表2

表3

组织模式分析"

基础设施	组织架构和职责聚焦	治理要点
欧洲开放科学云EOSC^[36-37]	战略层，以机构为主，包括欧盟成员国和欧盟委员会，负责监督评估; 执行层，包括决策委员会和工作组，负责EOSC实施; 咨询层，包括相关利益者论论坛，负责维护EOSC社群; 八类主要相关利益者包括欧洲数字基础设施、（数据）研究计划、云服务提供商、资助机构、云社区、科研机构与社区、科研基础设施、政策制定者等。	目的导向型泛欧治理框架（a fit-for-purpose pan-European governance structure）
GéANT ^[38]	GéANT成员包括国家成员、机构成员、合作伙伴等三类，缴纳会费; 决策与执行：全体大会-董事会-咨询委员会-工作组。	参考公司治理结构的非营利组织模式
INTERNET 2^[39]	INTERNET2高等教育会员需为美国非营利、授予大专以上学历的教育机构，包括高等教育机构会员、附属会员、联邦附属会员，企业会员和科研教育网络会员等; 决策及执行：董事会（审计和财务委员会、执行委员会、薪酬委员会）、咨询委员会（提名委员会、计划和优先事项委员会）、项目咨询团队。	会员为中心，会员为主导（M e-mber-Focused, Member-Led）
ESnet^[40]	能源部科学办公室（资助机构）-LBNL（运维机构）-ESnet（运维标的）-站点用户（机构用户）-终端用户（个人或机构用户）; ESnet只与站点用户签订协议，不直接管理终端用户。	垂直架构
EGI Council^[41]	包括国家数字基础设施、数据与算力国际化服务平台、其他财团等;其他机构作为上述机构附属加入其中，未接入EGI联邦的国家所属机构可作“正式会员”或“准会员”; EGI理事会与EGI执委会负责顶层设计，决策过程邀请外部咨询团队和多个业务委员会参与，涵盖服务和解决方案、运营、用户社区、安全和技术。	泛欧联邦制
XSEDE^[42]	均衡治理模型（balanced governance model）：包括项目负责人（PI/co-PIs）、项目办主任、外部专家组三级架构。通过强有力的中心化管理架构保障决策效率，同时强化面向相关利益者（自然科学基金委、用户委员会、服务提供商论坛、咨询委员会）开放，兼顾决策质量。	环状治理结构，保障管理中心化、面向参与者开放
中国教育和科研计算机网（CERNET）^[43]	管理委员会和专家委员会，负责整体建设规划、组织实施; CERNET国家网络中心，负责日常工作; CERNET地区网，负责各级网络具体实施管理。	垂直架构：主干网、地区网和用户网三级架构体系
中国科技云（CSTCloud）	院网信办，牵头负责中国科技云管理督查;专家委员会，提供技术咨询;用户委员会，进行运行服务发展评估; 三级运维节点：总中心（运维服务牵头单位）-区域中心（区域运维）-服务节点（加入服务目录的注册资源服务提供节点）。	垂直架构，三级服务体系

表3

表4

服务模式分析"

平台	服务内容	资源汇聚
EOSC^[45]	涵盖支持开放科学研究的服务和设施：前端服务（门户、API)，安全与信任，开放科学、数据管理、分析，EOSC 系统治理与管理，计算和云平台（通用资源如虚拟机、容器、网络连接）等。	联邦模式汇聚资源服务;通过EOSC-Hub汇集多服务提供商资源，提供统一入口，用于发现、访问、使用和重用资源服务; 资源聚合按性质分为合规（compliant）、兼容（com-patible）两类，按项目类别分为EOSC联邦资源、EOSC支持资源、外部资源三类。
GéANT^[46]	GéANT 面向国家、欧洲和国际科研教育提供综合服务，包括网络连通、管理、信任、身份和安全、实时通信、存储、云、定制服务等，如无线漫游（eduroam）、联邦访问（eduGAIN）、实时通信（eduCONF和NRENum.net）等。	GéANT 将欧洲的国家研究和教育网络 (NREN) 与高带宽、高速和高弹性的泛欧骨干网相互连接，实现欧洲研究人员互联，并依托国际伙伴合作、援助项目，推进全球互联。
INTERNET2	科研和教育网络，依托INTERNET2 社区共同开发、审查和提供四十余款服务、软件和应用程序，为高等教育定制和开发云服务综合解决方案。	围绕网络基础设施核心资源，横向整合商业云资源，纵向整合教育科研过程软件服务，实现云服务综合解决方案。
ESNET	光纤基础设施服务，全国数十数据中心托管和数百扩展空间托管，网络设备及运营硬件和软件运维服务等。	以网络信息基础设施建设为主，ESNET负责核心网络建设，合作伙伴负责网络扩展建设。
EGI	计算、存储、软件、数据、专题服务。	集中式服务目录、服务入口;使用OpenStack云管理框架接口，通过统一身份验证和授权实现多云资源联合访问。
XSEDE	算力服务为核心，重点支持高性能计算（HPC）服务，高吞吐量计算（HTC）服务，GPGPU服务和数据密集型计算，科学网关、托管存储平台，提供数据管理、托管和长期保存等。	服务提供商通过XRAS 软件即服务来管理资源的独立分配，利用XSEDE 单点登录中心管理资源访问。同时，服务提供商加入 XSEDE 生态系统，可使用 XSEDE 提供的软件工具包和其他集成服务。
中国科技云CST Cloud	计算、存储、网络、平台社区、科学软件、运行服务、数据信息、安全认证等。	注册为平台服务提供商，即加入中国科技云联邦，算力、存储、数据等资源纳入统一管理。
阿里云	云计算基础（网络、存储、弹性计算、数据库、云通信等）、安全（身份管理、云安全、数据安全等）、大数据相关服务、人工智能、企业应用等。	服务商缴纳保证金，合作终止后退回保证金。
华为云	网络、计算、存储、容器、数据库、热门技术（CDN与智能边缘、人工智能、大数据、视频、区块链、华为云stack）、热门服务（中间件、开发运维、企业应用、安全合规、管理监管、迁移）等。	提供咨询合作伙伴计划（如解决方案提供商计划、分销计划、云经销商计划等）和技术合作伙伴计划（如解决方案伙伴计划、华为云商店计划等）。

表4

表5

运营模式分析"

平台	计费方案	激励措施
EOSC^[47]	降低服务门槛，鼓励所有利益相关者参与，将消费决定权留给用户;依据服务类型、服务提供商、用户提供有偿服务，特定情况下，公开成本，如数据服务，包括维护与管理成本等。	使用时免费（Free at The Point of Use）：资源提供需获得补偿和财政支持。补偿模式包括依托成员国和机构的资源贡献，由行政部门直接委托;建立跨域（如跨国）虚拟访问机制或“云币”等新机制的使用补偿或其他信用机制，并提供支持此类信用机制的设施和服务。
GéANT^[48]	成本分摊模型（Cost-sharing Model）：费用分摊委员会每年计算以分摊为参与国、参与成员提供服务的成本，提供费用明细标准。	强调核心竞争力：富于活力的社群力量、强有力的信任机制、支持持续创新。
INTERNET 2 ^[49-50]	资金来源：欧洲委员会管理网络和相关项目，NREN网络服务订阅会员订阅; 按规模收费模式（Scale-based Fee Model）：含会费和网络参与费，按责任划定“比例份额”;会费，建设可信赖社群，支持会员全球协作研究;网络参与费，提供国家骨干网、核心网服务。	为同一高等教育系统多个高校实体提供折扣;新用户优惠、专业服务、定制服务折扣;不同产品的差异化定价（如NET+Canvas的价格瀑布策略）。
ESNET^[51]	合作管理模式（Cooperative Stewardship Model）：科学办公室为核心运营提供全额资金（如承担ESnet 定期重大升级）;站点用户负责ESnet广域网建设运营，并支付需求/使用增量成本;收费坚持成本透明、方法简便的原则; 用户费用=直接费（电费、税费）+间接费（LBNL管理费）+ESnet联网使用费分摊+10%其他。	项目统一管理。
EGI^[52]	资金来源：会员费、项目经费等; 权责对等模式：会费额度由GDP（国家会员）/财政预算（机构会员）规模决定，与投票权对应。	提供超算服务与技术支持（资源优势）;专家级社群，可提升知识共享能力，推进国际化水平（社群优势）;增加申请项目机会，提升战略和政策制定水平（发展潜力）。
XSEDE^[53?-55]	经费来源于美国自然科学基金委，并免费服务全美大学、非营利研究人员; 择优评议规则（Merit-review Criteria）：支持PI、多PI、社群可公开出版研究成果的资源使用;资源分配委员会遵循“方法合理、科研计划合理、资源利用充分、资金资助”等四项评审原则。	各类研究成果需对 XSEDE贡献明确致谢。
北京大学高性能计算平台^[56]	区分校内、校外两类用户; 按照机时费、节点共享、节点独享三类策略;计费参考性能指标（如CPU/GPU/KNL/多路胖节点数）、使用时长、计费方式核算。	优惠奖励重大科研成果用户。
中科大超级计算中心^[57]	区分中科院超算环境用户、校内用户、校外教育及科研用户、校外企业用户四类用户; 区分排队、独占两类策略;按照使用情况（节点数、使用时长）核算。	优惠或奖励措施涵盖四类：大规模并行计算;托管设备共享;重点项目应用;优秀科研成果。
中国科技云CSTCloud^[58]	经费来源为中国科学院等科研项目，其中，公共资源服务院内免费，部分服务按成本收费;以算力为例：计费参考云服务器（CPU、内存、镜像、I/O、时长、台数，登陆方式、带宽和IP）以及云硬盘（容量、时长、数量、I/O）使用情况。	研究成果需标注CSTCloud致谢;研发云联邦计量计费系统。

表5

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泛欧教育科研网GéANT	网络基础设施	https://geant.org	欧洲国家研究和教育网络的合作组织，非营利性机构^[35]，面向全球科研教育创新，提供基础设施服务。
INTERNET 2	网络基础设施	https://internet2.edu/	非营利组织，为高等教育、研究机构、政府实体和文化组织提供安全可信的云解决方案、研究支持和网络服务。
能源科学网络ESNET	网络基础设施/领域基础设施	https://www.es.net/	隶属于美国能源部科学办公室（SC）的高性能网络基础设施，由劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）科学网络部门负责运维管理，为国家实验室系统、超级计算设施和主要科学仪器等五十余研究站点服务，连接百余研究和商业网络，推进国际合作。
欧洲网格基础设施EGI Federation	算力基础设施	https://www.egi.eu/	数字基础设施，由遍布欧洲和全球的数百个数据中心和云提供商组成，旨在为研究创新提供计算和数据服务。
极限科学与工程发现环境XSEDE	算力/数据基础设施/主题科研基础	https://www.xsede.org/	美国科学院资助的虚拟科研组织，通过超级计算、可视化和数据资源共享与数字服务，支持国家级科研活动。

名称	类别	网址	概况	侧重点
中国教育和科研计算机网CERNET	网络基础设施	https://www.edu.cn/	中国教育科研领域的国家级网络基础设施	组织模式
阿里云	企业信息基础设施	https://cn.aliyun.com/	企业级云平台综合解决方案	服务模式
华为云	企业信息基础设施	https://www.huaweicloud.com/	企业级云平台综合解决方案	服务模式
北京大学高性能计算平台	算力基础设施	https://hpc.pku.edu.cn/	校级高性能计算服务平台	运营模式
中科大超级计算中心	算力基础设施	https://scc.ustc.edu.cn/	中科院高性能计算平台	运营模式
中国科技云 CSTCloud	综合基础设施	http://www.cstcloud.cn/	国家级基础设施，为科学院及全国提供一体化、特色云服务	综合