數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展的論文
【內(nèi)容提要】首先介紹了目前大多數(shù)數(shù)字圖書館所遵循的基本的數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在功能上可劃分為四個邏輯組件：資源庫、命名系統(tǒng)、索引/搜索系統(tǒng)、用戶界面。然后介紹了NSDL、NCSTRL兩個最大的數(shù)字圖書館項目在體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題方面的實踐，最后，作者提出了數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的看法。
【摘要題】專題探討
【【關(guān)鍵詞】體系結(jié)構(gòu)/互操作
1 介紹
世界上有許多國家進行數(shù)字圖書館的建設(shè)，但到目前為止，并不存在一個通用的數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)，這是由于信息技術(shù)和相關(guān)標準不斷發(fā)展的結(jié)果，怎樣基于現(xiàn)有的技術(shù)并考慮到未來技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)筑一個靈活強大的數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)，對于數(shù)字圖書館的建設(shè)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(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化。
數(shù)字圖書館要為用戶提供各種簡單易用、功能強大的知識服務，通常從功能上可將數(shù)字圖書館劃分為：用戶界面、命名服務、搜索系統(tǒng)、資源庫等部分。數(shù)字圖書館的建設(shè)涵括各種數(shù)字資源的創(chuàng)建、管理、查詢、利用、存儲的整個過程。自從williamY.Arms等于1997年提出了數(shù)字圖書館的信息體系結(jié)構(gòu)以來，數(shù)字圖書館的體系結(jié)構(gòu)在不斷完善和發(fā)展，通過許多試驗項目仍在不斷改進。圖1代表了數(shù)字圖書館的基本體系結(jié)構(gòu)。
附圖
圖1 數(shù)字圖書館的基本體系結(jié)構(gòu)
資源庫
資源庫的功能包括存儲和管理各種數(shù)字對象，通常是由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來管理。應用程序通過資源庫提供的庫訪問協(xié)議（RAP）來訪問資源庫。可實現(xiàn)存儲、訪問、復制、移動和刪除數(shù)字對象等操作。
與web上的信息所不同，數(shù)字圖書館中數(shù)字資源是以數(shù) 字對象的形式進行封裝的，一個數(shù)字對象包括：
①一個全球唯一的獨立于地址的長期標識符；
②數(shù)字資料，存儲數(shù)字圖書館的資料，也就是最終用戶需要獲取的信息內(nèi)容，如經(jīng)XML置標后的文本、一本電子圖書等，
③元數(shù)據(jù)，關(guān)于數(shù)字資料的數(shù)據(jù)。一般情況下，元數(shù)據(jù)有三種：a.描述性元數(shù)據(jù)，用于發(fā)現(xiàn)和標識一個對象，如MARC和DublinCore。b.結(jié)構(gòu)性元數(shù)據(jù)，為用戶顯示和導航一個對象（包括該對象的內(nèi)部組織信息），如一本書由章節(jié)組成。c.管理性元數(shù)據(jù)，描述該對象的管理信息；創(chuàng)建日期、文件的格式、訪問權(quán)限、知識產(chǎn)權(quán)問題等。
命名系統(tǒng)
命名系統(tǒng)是針對長期標識符的分配、管理及解析的一個綜合系統(tǒng)，CNRI為數(shù)字圖書館提出了完整的命名系統(tǒng)“調(diào)度系統(tǒng)（HandleSystem）”，它是一個獨立的系統(tǒng)，其職能是負責數(shù)字資源的全球唯一的、長期的、獨立于地址的命名的分配、管理和解析。在調(diào)度系統(tǒng)中，本地名稱空間通過獲取一個調(diào)度系統(tǒng)的命名授權(quán)，就可以納入到全球調(diào)度名稱空間，這樣所有的本地名稱在全球調(diào)度名稱空間中將是唯一的。
索引與搜索系統(tǒng)
索引的創(chuàng)建可能是由機器的自動掃描、手工錄入和干預，或者是這兩者的結(jié)合。客戶機把查詢式提交給索引服務器，將返回相匹配的數(shù)字對象的URN（統(tǒng)一資源命名，如調(diào)度碼）。索引服務還提供被索引信息的元數(shù)據(jù)和查詢機制。
用戶界面
用戶界面是用戶與數(shù)字圖書館的接口，數(shù)字圖書館向用戶提供的最終服務都是通過用戶界面來實現(xiàn)的。一般情況下，數(shù)字圖書館借助通用的Web瀏覽器作為其用戶界面工具。此外，用戶界面的內(nèi)容編排和服務方式問題是很復雜的，不同的用戶需求是不同的，用戶對數(shù)字圖書館的簡單靈活的需求首先就表現(xiàn)在用戶界面上。
2 NSDL項目的體系結(jié)構(gòu)介紹
NSDL（NationalSTEMDigitalLibrary，STEM—Science，Technology，EngineeringandMathematics）是NSF資助的、由多家單位來實施數(shù)字圖書館項目，它包括64個子項目，其目的是支持科學、技術(shù)、工程和數(shù)學教育，提供廣泛接入和方便使用的分布式資源網(wǎng)絡和學習機制，NSDL一期工程已于2002年底為公眾提供服務，它是目前規(guī)模最大的數(shù)字圖書館項目。
由于NSDL的內(nèi)容和用戶的多樣性，為讓各種用戶共享不同的信息，最初的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計就是通過共享元數(shù)據(jù)，并利用元數(shù)據(jù)開發(fā)核心服務（如，搜索和發(fā)現(xiàn)）。其體系結(jié)構(gòu)（見圖2），包括以下幾個基本概念：
附圖
圖2 NSDL體系結(jié)構(gòu)
·采用公共的核心元數(shù)據(jù)實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的資源發(fā)現(xiàn)。
·核心元數(shù)據(jù)與具體領(lǐng)域的擴展元數(shù)據(jù)相結(jié)合。
·以元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)跨庫搜索并創(chuàng)建更豐富的服務。
·采用自動索引和檢索系統(tǒng)來減少編目工作。
元數(shù)據(jù)庫—NSDL體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分是元數(shù)據(jù)庫。元數(shù)據(jù)庫存儲所有藏品集的元數(shù)據(jù)，并通過OAI協(xié)議把它們提供給服務商，服務商通過元數(shù)據(jù)可以開發(fā)出各種服務。在NDSL中，元數(shù)據(jù)庫可能分布在多個服務器上，并有多個鏡像。NSDL早期采用分布式元數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)在改成集中式。這是因為分布式元數(shù)據(jù)庫在檢索時會因為其中的一個元數(shù)據(jù)庫的查詢失敗或響應較慢，而造成整個檢索的失敗或長時間的響應，而集中式元數(shù)據(jù)庫可以避免這種現(xiàn)象。
NSDL的互操作性問題
NSDL的互操作性采用三種方式來實現(xiàn)：
·聯(lián)合：這是一種傳統(tǒng)的方法，其所有的成員組織都遵從某些標準規(guī)范，如通過Z39.50協(xié)議共享在線目錄。
·OAI采集：以O(shè)AI元數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)。每個數(shù)字圖書館藏品的元數(shù)據(jù)都能提供到DublinCore的映射，并以簡單的交換格式向外提供，這樣，服務提供商就能采集這些元數(shù)據(jù)，把它建入到信息發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中，而且這些藏品能夠?qū)崿F(xiàn)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，通過網(wǎng)絡爬蟲收集開放訪問的信息仍然可以實現(xiàn)一定程度上的互操作。各種網(wǎng)絡搜索引擎就是這樣。
NSDL主要通過OAI元數(shù)據(jù)采集來實現(xiàn)互操作。2001年初，NSDL確定支持8種標準元數(shù)據(jù)格式，這8種元數(shù)據(jù)之間的互換通過DublinCore元數(shù)據(jù)核心集作為過渡。
（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(jié)構(gòu)介紹
NCSTRL （Networked Computer Science TechnicalReferenceLibrary）是另一個有代表性的數(shù)字圖書館項目，其規(guī)模僅次于NSDL，它是由DARPA資助的，來自北美、歐洲和亞洲的160多家學術(shù)研究機構(gòu)參與了該項目。其體系結(jié)構(gòu)以Dienst體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，該體系結(jié)構(gòu)的一個重要特征就是分布式搜索（見圖3）。
附圖
圖3 NCSTRL的體系結(jié)構(gòu)
在NCSTRL的早期項目中，用戶的查詢式被直接提交給所有的索引服務器，但隨著參與機構(gòu)的增多，檢索時同樣會因為其中的一個元數(shù)據(jù)庫的查詢失敗或響應較慢，而造成整個檢索的失敗或長時間的響應，為了解決這一問題，NCSTRL引入了查詢路由器的概念。
查詢路由器QR（QueryRouters）：根據(jù)一定的機制把查詢式發(fā)送到分布式的索引服務器中，并負責合并來自不同的索引服務器的查詢結(jié)果。另外，該體系結(jié)構(gòu)還引入了藏品服務（CollectionService）的概念，它是查詢路由的基礎(chǔ)，提供把各種服務集成到數(shù)字圖書館中的各種機制。按照當前的藏品服務定義，它提供以下信息：
·參與該藏品服務各單位的目錄
·每個單位的索引服務器的網(wǎng)絡地址
·索引服務器的元信息（為查詢路由提供依據(jù)）
查詢路由
查詢路由器定期地與藏品服務通信，藏品服務數(shù)據(jù)包括索引信息（每個機構(gòu)的藏品）在索引服務器之間的分布情況，如斯坦福大學藏品的索引可能在I1和I2兩個索引服務器上有備份，康奈爾大學藏品的索引可能在I2和I3兩個索引服務器上有備份。通過這些信息，查詢路由器將決定查詢式被提交給哪些索引服務器來處理。
附圖
圖4 查詢路由
連通域
由于全球范圍內(nèi)的Internet的連通性差別相差巨大，為了提高數(shù)字圖書館的分布式搜索的相應時間，NCSTRL引入了連通域的概念，連通域是指網(wǎng)絡上具有高度連通性的一組節(jié)點。連通域的概念是藏品服務的一部分，藏品服務分布在一組區(qū)域元服務器RMS（RegionalMetaServers）中——每個連通域一個RMS。每個RMS從主元服務器MMS（MasterMetaServer）獲取特定域的信息，見圖5。
附圖
圖5 連通域
連通域之外的索引信息在連通域內(nèi)的索引服務器上有備份，這樣用戶的查詢將在連通域內(nèi)部完成，只有當其中的索引服務器查詢失敗時，查詢式就被提交給主元服務器，主元服務器再把該查詢式分配給到其它的連通域。
索引服務器的動態(tài)調(diào)整
由于考慮到單個搜索的失敗，故NCSTRL元數(shù)據(jù)在多個索引服務器中存在備份。藏品服務中的數(shù)據(jù)列出了索引服務器接受查詢式的優(yōu)先順序，有的索引服務器被設(shè)定為主索引服務器，有的被設(shè)定為次級服務器。主索引服務器首先接受查詢式，如果在一定的時間內(nèi)沒有完成查詢?nèi)蝿眨樵兪骄蜁D(zhuǎn)交給次級索引服務器。
需要說明的是，主索引服務器和次級索引服務器的順序并不是固定不變的，而是動態(tài)調(diào)整的，其中的參數(shù)可由管理員來設(shè)定。這個動態(tài)調(diào)整的過程是通過一個簡單算法來實現(xiàn)的。在索引服務器成功完成一次查詢之前，查詢路由器給每個索引服務器增加一個失敗記數(shù)，如果查詢成功，失敗記數(shù)就減一。當查詢路由器通過藏品服務提供的信息來選擇索引服務器時，它進行一個穩(wěn)定性測試：該索引服務器最近是否有N次連續(xù)響應失敗（N是可以設(shè)定的）？如果一個索引服務器沒有通過這種穩(wěn)定性測試，它就會被降級，也就是說，如果是一個主索引服務器就降級為次級目錄服務器，而另一個次級目錄服務器就有可能升級為主目錄服務器。
4 對數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的看法
由于用戶對數(shù)字圖書館的功能需求不斷發(fā)展，信息技術(shù)的迅速進步，數(shù)字圖書館的概念和功能都在不斷發(fā)展。通過對上述兩個項目的體系結(jié)構(gòu)的分析，加上筆者的探索和實踐，我們認為數(shù)字圖書館的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須事先考慮到開放性、互操作性、擴展性以及伸縮性。
4.1 開放性
數(shù)字圖書館系統(tǒng)必須是一個開放的系統(tǒng)，開放的含義包括一下幾個方面：
（1）能夠與第三方系統(tǒng)或功能模塊實現(xiàn)良好的對接和集成；
（2）能夠方便地在本系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)設(shè)計時需要遵循一下原則：
（1）基本體系結(jié)構(gòu)簡單化，在設(shè)計基本體系結(jié)構(gòu)時主要考慮信息的流通和管理機制，強調(diào)系統(tǒng)的`通用性和穩(wěn)固性；
（2）功能模塊化，數(shù)字圖書館的服務功能是不斷發(fā)展的，因此數(shù)字圖書館的每一項服務應該是相對獨立的，便于安裝、撤銷和維護；
（3）選取成熱的通用的標準和協(xié)議。如用戶界面采用通行的Web瀏覽器，文檔表現(xiàn)采用XML定義，元數(shù)據(jù)采用DublinCore、中文元數(shù)據(jù)標準等。
4.2 互操作性
通過信息資源本身實現(xiàn)互操作是最應該受到鼓勵的方法，因為數(shù)字圖書館建設(shè)的基礎(chǔ)是資源，用戶最終利用的也是資源，而且與信息系統(tǒng)比較起來，資源從類型上（如圖書、期刊、科學數(shù)據(jù)、地圖、檔案）要容易預見，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，通過一定的標準規(guī)范讓不同的藏品遵循相應的元數(shù)據(jù)標準，并通過元數(shù)據(jù)的共享或互換，可以實現(xiàn)資源間的共享，就如上面所介紹的NCSTRL項目，也已采用OAI元數(shù)據(jù)采集協(xié)議來實現(xiàn)來自不同單位的藏品的互操作。可喜的是，現(xiàn)在許多數(shù)字圖書館項目一般都主動遵循一定的元數(shù)據(jù)標準去創(chuàng)建元數(shù)據(jù)。并出現(xiàn)了一些工具和方案能夠?qū)崿F(xiàn)不同元數(shù)據(jù)標準的元數(shù)據(jù)元素的映射。當然，信息系統(tǒng)之間的互操作隨著中間件和代理技術(shù)的發(fā)展也取得了很大的進步，同時近年來，Web服務技術(shù)為網(wǎng)絡軟件的共享和互操作方面提供了新的機制，將來隨著這些技術(shù)的進一步發(fā)展，實現(xiàn)信息系統(tǒng)間的互操作將越來越簡單。
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加入，最終選擇了把數(shù)字圖書館劃分成不同的區(qū)域，這
樣不但適應了數(shù)字圖書館不斷延伸的特點，而且還能為本地用戶提供及時的、具有本地特色的服務。在中國數(shù)字圖書館工程建設(shè)一期規(guī)劃（2000—2005）就采用了區(qū)域服務的思想。
4.4 伸縮性
由于各數(shù)字圖書館建設(shè)單位在經(jīng)濟、技術(shù)、管藏資源、用戶需求等方面都不平衡，因此不同數(shù)字圖書館的建設(shè)規(guī)模也將是不同的。一個好的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計必須能夠適應不同規(guī)模的系統(tǒng)，使不同規(guī)模的系統(tǒng)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(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展的論文】相關(guān)文章：
數(shù)字圖書館建設(shè)發(fā)展趨勢的探析論文02-03
發(fā)展數(shù)字動漫產(chǎn)業(yè)論文02-13
校圖書館數(shù)字化建設(shè)可持續(xù)發(fā)展釋義論文02-03
數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展與前景論文02-05
加強中小城市網(wǎng)絡公共信息數(shù)字圖書館的發(fā)展論文02-03
淺析數(shù)字圖書館網(wǎng)站設(shè)計與實現(xiàn)的論文04-23