數字圖書(shū)館體系結構的發(fā)展的論文
【內容提要】首先介紹了目前大多數數字圖書(shū)館所遵循的基本的數字圖書(shū)館體系結構，該結構在功能上可劃分為四個(gè)邏輯組件：資源庫、命名系統、索引/搜索系統、用戶(hù)界面。然后介紹了NSDL、NCSTRL兩個(gè)最大的數字圖書(shū)館項目在體系結構的關(guān)鍵問(wèn)題方面的實(shí)踐，最后，作者提出了數字圖書(shū)館體系結構發(fā)展的看法。
【摘要題】專(zhuān)題探討
【【關(guān)鍵詞】體系結構/互操作
1 介紹
世界上有許多國家進(jìn)行數字圖書(shū)館的建設，但到目前為止，并不存在一個(gè)通用的數字圖書(shū)館體系結構，這是由于信息技術(shù)和相關(guān)標準不斷發(fā)展的結果，怎樣基于現有的技術(shù)并考慮到未來(lái)技術(shù)的發(fā)展，構筑一個(gè)靈活強大的數字圖書(shū)館體系結構，對于數字圖書(shū)館的建設是至關(guān)重要的，這需要我們了解相關(guān)技術(shù)和標準以及數字圖書(shū)館體系結構的發(fā)展變化。
數字圖書(shū)館要為用戶(hù)提供各種簡(jiǎn)單易用、功能強大的知識服務(wù)，通常從功能上可將數字圖書(shū)館劃分為：用戶(hù)界面、命名服務(wù)、搜索系統、資源庫等部分。數字圖書(shū)館的建設涵括各種數字資源的創(chuàng )建、管理、查詢(xún)、利用、存儲的整個(gè)過(guò)程。自從williamY.Arms等于1997年提出了數字圖書(shū)館的信息體系結構以來(lái)，數字圖書(shū)館的體系結構在不斷完善和發(fā)展，通過(guò)許多試驗項目仍在不斷改進(jìn)。圖1代表了數字圖書(shū)館的基本體系結構。
附圖
圖1 數字圖書(shū)館的基本體系結構
資源庫
資源庫的功能包括存儲和管理各種數字對象，通常是由關(guān)系型數據庫來(lái)管理。應用程序通過(guò)資源庫提供的庫訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議（RAP）來(lái)訪(fǎng)問(wèn)資源庫�？蓪�(shí)現存儲、訪(fǎng)問(wèn)、復制、移動(dòng)和刪除數字對象等操作。
與web上的信息所不同，數字圖書(shū)館中數字資源是以數 字對象的形式進(jìn)行封裝的，一個(gè)數字對象包括：
�、僖粋�(gè)全球唯一的獨立于地址的長(cháng)期標識符；
�、跀底仲Y料，存儲數字圖書(shū)館的資料，也就是最終用戶(hù)需要獲取的信息內容，如經(jīng)XML置標后的文本、一本電子圖書(shū)等，
�、墼獢祿�，關(guān)于數字資料的數據。一般情況下，元數據有三種：a.描述性元數據，用于發(fā)現和標識一個(gè)對象，如MARC和DublinCore。b.結構性元數據，為用戶(hù)顯示和導航一個(gè)對象（包括該對象的內部組織信息），如一本書(shū)由章節組成。c.管理性元數據，描述該對象的管理信息；創(chuàng )建日期、文件的格式、訪(fǎng)問(wèn)權限、知識產(chǎn)權問(wèn)題等。
命名系統
命名系統是針對長(cháng)期標識符的分配、管理及解析的一個(gè)綜合系統，CNRI為數字圖書(shū)館提出了完整的命名系統“調度系統（HandleSystem）”，它是一個(gè)獨立的系統，其職能是負責數字資源的全球唯一的、長(cháng)期的、獨立于地址的命名的分配、管理和解析。在調度系統中，本地名稱(chēng)空間通過(guò)獲取一個(gè)調度系統的命名授權，就可以納入到全球調度名稱(chēng)空間，這樣所有的本地名稱(chēng)在全球調度名稱(chēng)空間中將是唯一的。
索引與搜索系統
索引的創(chuàng )建可能是由機器的自動(dòng)掃描、手工錄入和干預，或者是這兩者的結合�？蛻�(hù)機把查詢(xún)式提交給索引服務(wù)器，將返回相匹配的數字對象的URN（統一資源命名，如調度碼）。索引服務(wù)還提供被索引信息的元數據和查詢(xún)機制。
用戶(hù)界面
用戶(hù)界面是用戶(hù)與數字圖書(shū)館的接口，數字圖書(shū)館向用戶(hù)提供的最終服務(wù)都是通過(guò)用戶(hù)界面來(lái)實(shí)現的。一般情況下，數字圖書(shū)館借助通用的Web瀏覽器作為其用戶(hù)界面工具。此外，用戶(hù)界面的內容編排和服務(wù)方式問(wèn)題是很復雜的，不同的用戶(hù)需求是不同的，用戶(hù)對數字圖書(shū)館的簡(jiǎn)單靈活的需求首先就表現在用戶(hù)界面上。
2 NSDL項目的體系結構介紹
NSDL（NationalSTEMDigitalLibrary，STEM—Science，Technology，EngineeringandMathematics）是NSF資助的、由多家單位來(lái)實(shí)施數字圖書(shū)館項目，它包括64個(gè)子項目，其目的是支持科學(xué)、技術(shù)、工程和數學(xué)教育，提供廣泛接入和方便使用的分布式資源網(wǎng)絡(luò )和學(xué)習機制，NSDL一期工程已于2002年底為公眾提供服務(wù)，它是目前規模最大的數字圖書(shū)館項目。
由于NSDL的內容和用戶(hù)的多樣性，為讓各種用戶(hù)共享不同的信息，最初的體系結構設計就是通過(guò)共享元數據，并利用元數據開(kāi)發(fā)核心服務(wù)（如，搜索和發(fā)現）。其體系結構（見(jiàn)圖2），包括以下幾個(gè)基本概念：
附圖
圖2 NSDL體系結構
·采用公共的核心元數據實(shí)現異構系統間的資源發(fā)現。
·核心元數據與具體領(lǐng)域的擴展元數據相結合。
·以元數據為基礎實(shí)現跨庫搜索并創(chuàng )建更豐富的服務(wù)。
·采用自動(dòng)索引和檢索系統來(lái)減少編目工作。
元數據庫—NSDL體系結構的關(guān)鍵部分是元數據庫。元數據庫存儲所有藏品集的元數據，并通過(guò)OAI協(xié)議把它們提供給服務(wù)商，服務(wù)商通過(guò)元數據可以開(kāi)發(fā)出各種服務(wù)。在NDSL中，元數據庫可能分布在多個(gè)服務(wù)器上，并有多個(gè)鏡像。NSDL早期采用分布式元數據庫，現在改成集中式。這是因為分布式元數據庫在檢索時(shí)會(huì )因為其中的一個(gè)元數據庫的查詢(xún)失敗或響應較慢，而造成整個(gè)檢索的失敗或長(cháng)時(shí)間的響應，而集中式元數據庫可以避免這種現象。
NSDL的互操作性問(wèn)題
NSDL的互操作性采用三種方式來(lái)實(shí)現：
·聯(lián)合：這是一種傳統的方法，其所有的成員組織都遵從某些標準規范，如通過(guò)Z39.50協(xié)議共享在線(xiàn)目錄。
·OAI采集：以OAI元數據采集為基礎。每個(gè)數字圖書(shū)館藏品的元數據都能提供到DublinCore的映射，并以簡(jiǎn)單的交換格式向外提供，這樣，服務(wù)提供商就能采集這些元數據，把它建入到信息發(fā)現系統中，而且這些藏品能夠實(shí)現良好的互操作性。
·搜集：即使各種不同的組織之間不存在任何形式的合作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )爬蟲(chóng)收集開(kāi)放訪(fǎng)問(wèn)的信息仍然可以實(shí)現一定程度上的互操作。各種網(wǎng)絡(luò )搜索引擎就是這樣。
NSDL主要通過(guò)OAI元數據采集來(lái)實(shí)現互操作。2001年初，NSDL確定支持8種標準元數據格式，這8種元數據之間的互換通過(guò)DublinCore元數據核心集作為過(guò)渡。
�。�1）DublinCore
�。�2）DublinCorewithDC—EdExtensions
�。�3）LTSC（IMS）
�。�4）ADL（SCORM）
�。�5）MARC21
�。�6）Content 
;StandardforDigitalGeospatialMetadata（FGDC）
�。�7）GlobalInformationLocatorService（GILS）
�。�8）EncodedArchivalDescription
3 NCSTRL項目體系結構介紹
NCSTRL （Networked Computer Science TechnicalReferenceLibrary）是另一個(gè)有代表性的數字圖書(shū)館項目，其規模僅次于NSDL，它是由DARPA資助的，來(lái)自北美、歐洲和亞洲的160多家學(xué)術(shù)研究機構參與了該項目。其體系結構以Dienst體系結構為基礎，該體系結構的一個(gè)重要特征就是分布式搜索（見(jiàn)圖3）。
附圖
圖3 NCSTRL的體系結構
在NCSTRL的早期項目中，用戶(hù)的查詢(xún)式被直接提交給所有的索引服務(wù)器，但隨著(zhù)參與機構的增多，檢索時(shí)同樣會(huì )因為其中的一個(gè)元數據庫的查詢(xún)失敗或響應較慢，而造成整個(gè)檢索的失敗或長(cháng)時(shí)間的響應，為了解決這一問(wèn)題，NCSTRL引入了查詢(xún)路由器的概念。
查詢(xún)路由器QR（QueryRouters）：根據一定的機制把查詢(xún)式發(fā)送到分布式的索引服務(wù)器中，并負責合并來(lái)自不同的索引服務(wù)器的查詢(xún)結果。另外，該體系結構還引入了藏品服務(wù)（CollectionService）的概念，它是查詢(xún)路由的基礎，提供把各種服務(wù)集成到數字圖書(shū)館中的各種機制。按照當前的藏品服務(wù)定義，它提供以下信息：
·參與該藏品服務(wù)各單位的目錄
·每個(gè)單位的索引服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò )地址
·索引服務(wù)器的元信息（為查詢(xún)路由提供依據）
查詢(xún)路由
查詢(xún)路由器定期地與藏品服務(wù)通信，藏品服務(wù)數據包括索引信息（每個(gè)機構的藏品）在索引服務(wù)器之間的分布情況，如斯坦福大學(xué)藏品的索引可能在I1和I2兩個(gè)索引服務(wù)器上有備份，康奈爾大學(xué)藏品的索引可能在I2和I3兩個(gè)索引服務(wù)器上有備份。通過(guò)這些信息，查詢(xún)路由器將決定查詢(xún)式被提交給哪些索引服務(wù)器來(lái)處理。
附圖
圖4 查詢(xún)路由
連通域
由于全球范圍內的Internet的連通性差別相差巨大，為了提高數字圖書(shū)館的分布式搜索的相應時(shí)間，NCSTRL引入了連通域的概念，連通域是指網(wǎng)絡(luò )上具有高度連通性的一組節點(diǎn)。連通域的概念是藏品服務(wù)的一部分，藏品服務(wù)分布在一組區域元服務(wù)器RMS（RegionalMetaServers）中——每個(gè)連通域一個(gè)RMS。每個(gè)RMS從主元服務(wù)器MMS（MasterMetaServer）獲取特定域的信息，見(jiàn)圖5。
附圖
圖5 連通域
連通域之外的索引信息在連通域內的索引服務(wù)器上有備份，這樣用戶(hù)的查詢(xún)將在連通域內部完成，只有當其中的索引服務(wù)器查詢(xún)失敗時(shí)，查詢(xún)式就被提交給主元服務(wù)器，主元服務(wù)器再把該查詢(xún)式分配給到其它的連通域。
索引服務(wù)器的動(dòng)態(tài)調整
由于考慮到單個(gè)搜索的失敗，故NCSTRL元數據在多個(gè)索引服務(wù)器中存在備份。藏品服務(wù)中的數據列出了索引服務(wù)器接受查詢(xún)式的優(yōu)先順序，有的索引服務(wù)器被設定為主索引服務(wù)器，有的被設定為次級服務(wù)器。主索引服務(wù)器首先接受查詢(xún)式，如果在一定的時(shí)間內沒(méi)有完成查詢(xún)任務(wù)，查詢(xún)式就會(huì )轉交給次級索引服務(wù)器。
需要說(shuō)明的是，主索引服務(wù)器和次級索引服務(wù)器的順序并不是固定不變的，而是動(dòng)態(tài)調整的，其中的參數可由管理員來(lái)設定。這個(gè)動(dòng)態(tài)調整的過(guò)程是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單算法來(lái)實(shí)現的。在索引服務(wù)器成功完成一次查詢(xún)之前，查詢(xún)路由器給每個(gè)索引服務(wù)器增加一個(gè)失敗記數，如果查詢(xún)成功，失敗記數就減一。當查詢(xún)路由器通過(guò)藏品服務(wù)提供的信息來(lái)選擇索引服務(wù)器時(shí)，它進(jìn)行一個(gè)穩定性測試：該索引服務(wù)器最近是否有N次連續響應失�。∟是可以設定的）？如果一個(gè)索引服務(wù)器沒(méi)有通過(guò)這種穩定性測試，它就會(huì )被降級，也就是說(shuō)，如果是一個(gè)主索引服務(wù)器就降級為次級目錄服務(wù)器，而另一個(gè)次級目錄服務(wù)器就有可能升級為主目錄服務(wù)器。
4 對數字圖書(shū)館體系結構發(fā)展的看法
由于用戶(hù)對數字圖書(shū)館的功能需求不斷發(fā)展，信息技術(shù)的迅速進(jìn)步，數字圖書(shū)館的概念和功能都在不斷發(fā)展。通過(guò)對上述兩個(gè)項目的體系結構的分析，加上筆者的探索和實(shí)踐，我們認為數字圖書(shū)館的體系結構的設計必須事先考慮到開(kāi)放性、互操作性、擴展性以及伸縮性。
4.1 開(kāi)放性
數字圖書(shū)館系統必須是一個(gè)開(kāi)放的系統，開(kāi)放的含義包括一下幾個(gè)方面：
�。�1）能夠與第三方系統或功能模塊實(shí)現良好的對接和集成；
�。�2）能夠方便地在本系統內部增加刪除或修改某些功能模塊；
�。�3）盡可能廣地支持各種資源格式和標準；
因此在系統設計時(shí)需要遵循一下原則：
�。�1）基本體系結構簡(jiǎn)單化，在設計基本體系結構時(shí)主要考慮信息的流通和管理機制，強調系統的`通用性和穩固性；
�。�2）功能模塊化，數字圖書(shū)館的服務(wù)功能是不斷發(fā)展的，因此數字圖書(shū)館的每一項服務(wù)應該是相對獨立的，便于安裝、撤銷(xiāo)和維護；
�。�3）選取成熱的通用的標準和協(xié)議。如用戶(hù)界面采用通行的Web瀏覽器，文檔表現采用XML定義，元數據采用DublinCore、中文元數據標準等。
4.2 互操作性
通過(guò)信息資源本身實(shí)現互操作是最應該受到鼓勵的方法，因為數字圖書(shū)館建設的基礎是資源，用戶(hù)最終利用的也是資源，而且與信息系統比較起來(lái)，資源從類(lèi)型上（如圖書(shū)、期刊、科學(xué)數據、地圖、檔案）要容易預見(jiàn)，發(fā)展變化也相對緩慢，從資源的格式上講（如標準的文件格式.txt、.html、.mpeg等），大家對通用標準的認同更加一致。因此，通過(guò)一定的標準規范讓不同的藏品遵循相應的元數據標準，并通過(guò)元數據的共享或互換，可以實(shí)現資源間的共享，就如上面所介紹的NCSTRL項目，也已采用OAI元數據采集協(xié)議來(lái)實(shí)現來(lái)自不同單位的藏品的互操作�？上驳氖�，現在許多數字圖書(shū)館項目一般都主動(dòng)遵循一定的元數據標準去創(chuàng )建元數據。并出現了一些工具和方案能夠實(shí)現不同元數據標準的元數據元素的映射。當然，信息系統之間的互操作隨著(zhù)中間件和代理技術(shù)的發(fā)展也取得了很大的進(jìn)步，同時(shí)近年來(lái)，Web服務(wù)技術(shù)為網(wǎng)絡(luò )軟件的共享和互操作方面提供了新的機制，將來(lái)隨著(zhù)這些技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現信息系統間的互操作將越來(lái)越簡(jiǎn)單。
4.3 擴展性
NCSTRL為我們在擴展性方面提供了很好的經(jīng)驗。由于NCSTRL的成員單位比較分散，并且不斷有新的成員單位及新的用戶(hù)加入，最終選擇了把數字圖書(shū)館劃分成不同的區域，這
樣不但適應了數字圖書(shū)館不斷延伸的特點(diǎn)，而且還能為本地用戶(hù)提供及時(shí)的、具有本地特色的服務(wù)。在中國數字圖書(shū)館工程建設一期規劃（2000—2005）就采用了區域服務(wù)的思想。
4.4 伸縮性
由于各數字圖書(shū)館建設單位在經(jīng)濟、技術(shù)、管藏資源、用戶(hù)需求等方面都不平衡，因此不同數字圖書(shū)館的建設規模也將是不同的。一個(gè)好的體系結構設計必須能夠適應不同規模的系統，使不同規模的系統都能夠獲取最佳的效率。
【參考文獻】
WilliamY.Armsetc,AnArchitectureforInformationinDigitalLibraries,D—LibMagazine,February1997http://www.dlib.org/dlib/february97/cnri/02armsl,htm
C.Lagoze（ed.）,W.Arms,S.Gan,D.Hillmann,C.Ingram,D.Krafft,R.Marisa,J.Phipps,J.Saylor,andC.Terrizzi.CoreservicesinthearchitectureoftheNationalDigitalLibraryforscienceeducationNSDL）. InProceedingsoftheSecondACM/IEEE—CSJointConferenceonDigitalLibraries,Portland,OR,2002.
D.FulkerandG.Janee.ComponentsofanNSDLarchitecture:Technicalscopeandfunctionalmodel.InProceedingsofthe&nbs
p;secondACM/IEEECSJointConferenceonDigitalLibraries.Portland.OR.submittedinJanuary2002.
WilliamY.Arms,DianeHillmannetc.ASpectrumofInteroperabilityTheSiteforSciencePrototypefortheNSDL,D—LibMagazineJanuary2002http://www.dlib.org/dlib/january02/arms/01arms,html
Dushay,N.,J.C.French,andC.Lagoze,“ACharacterizationStudyofNCSTRLDistributedSearching,”CornellUniversityComputerScience,TechnicalReportTR99—1725.January1999
Ca
rlLagoze,DavidFielding.SandraPayette,Makingglobaldigitallibrarieswork:collectionservices,connectivityregions,andcollectionviews,ProceedingsofthethirdACMconferenceonDigitallibraries,p.134—143,June23—26,1998,Pittsburgh,Pennsylvania,UnitedStates
DienstArchitectureSummaryDescription.http://www.cs.cornell,edu/cdlrg/dienst/architecture/architecture,htm
【數字圖書(shū)館體系結構的發(fā)展的論文】相關(guān)文章：
數字圖書(shū)館建設發(fā)展趨勢的探析論文02-03
發(fā)展數字動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)論文02-13
校圖書(shū)館數字化建設可持續發(fā)展釋義論文02-03
數字圖書(shū)館著(zhù)作權論文05-30
加強中小城市網(wǎng)絡(luò )公共信息數字圖書(shū)館的發(fā)展論文02-03
淺析數字圖書(shū)館網(wǎng)站設計與實(shí)現的論文04-23