基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)

周明 劉 翔 唐華旺 胡朝明

（浙江理工大學(xué)圖書館，浙江 杭州 310018）

1 信息服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的必要性

1.1 有利于實(shí)現(xiàn)信息資源共享

在信息社會(huì)中，人們的各種觀念習(xí)慣都在改變，已不再滿足于各種條件限制，都想充分利用現(xiàn)有資源，更多、更好、更準(zhǔn)確、更及時(shí)地獲得有用信息。如果數(shù)字圖書館能把全球的數(shù)字化資源連結(jié)，形成一個(gè)巨大的圖書館，就能實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

1.2 有利于科研所需的海量計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源

我國高等院校在科研方面正在積極努力趕超世界先進(jìn)水平，新技術(shù)和交叉學(xué)科的不斷涌現(xiàn)，使得很多前沿研究需要海量的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和信息資源，但目前的網(wǎng)絡(luò)無法滿足高校師生科學(xué)研究的迫切需要。如果數(shù)字圖書館能把科研所需的各高校乃至全球的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和信息資源調(diào)度協(xié)作無疑將是對(duì)科學(xué)研究的貢獻(xiàn)。

因此，組建一個(gè)基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)，代表一個(gè)時(shí)代的進(jìn)步，具有實(shí)現(xiàn)信息資源共享的劃時(shí)代意義。

2 目前數(shù)字圖書館需要解決的問題

2.1 數(shù)字圖書館模塊結(jié)構(gòu)問題

數(shù)字圖書館現(xiàn)有的模塊結(jié)構(gòu)屬于局部自治系統(tǒng)，沒有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口，不能做到訪問異地?cái)?shù)據(jù)資源如同訪問本地?cái)?shù)據(jù)庫，數(shù)字圖書館模塊結(jié)構(gòu)上需要提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口，建立統(tǒng)一的邏輯資源視圖，以滿足用戶的更高要求。

2.2 元數(shù)據(jù)采集問題

元數(shù)據(jù)是專門用來描述數(shù)據(jù)和屬性、提供與信息資源有關(guān)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，能夠有效地促進(jìn)Internet信息資源的組織和發(fā)現(xiàn)。數(shù)字圖書館信息服務(wù)需要做到在更廣泛的網(wǎng)格信息中縮小搜索范圍，提供并行檢索，提高信息檢索的準(zhǔn)確率和效率。

3 基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館信息服務(wù)原理

用戶通過Web、身份認(rèn)證、網(wǎng)格應(yīng)用代理進(jìn)行網(wǎng)格連接，根據(jù)用戶提交的檢索任務(wù)，通過數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)完成信息知識(shí)的發(fā)現(xiàn)與存儲(chǔ)，檢索結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸返回用戶，基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館模塊采用可靠的信息安全控制機(jī)制，建立元數(shù)據(jù)目錄服務(wù)，提高資源檢索與利用率。在網(wǎng)格資源環(huán)境下，提供元數(shù)據(jù)目錄的生成、更新、存儲(chǔ)與服務(wù)。

圖1 基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館服務(wù)原理

4 基于網(wǎng)格的信息共享系統(tǒng)建設(shè)

4.1 數(shù)字圖書館標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

數(shù)字圖書館建設(shè)應(yīng)遵循CALIS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，CALIS具有系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)3層體制，資源建設(shè)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源的共享、資源的互補(bǔ)、數(shù)字資源的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。CALIS能把數(shù)字圖書館的標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)很好地結(jié)合起來，使數(shù)字圖書館在網(wǎng)格環(huán)境下更好地發(fā)揮作用。

圖2 基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館模塊結(jié)構(gòu)

4.2 基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館模塊結(jié)構(gòu)組建

基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。模塊結(jié)構(gòu)主要由信息服務(wù)模塊、作業(yè)管理模塊、信息管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、服務(wù)管理模塊、安全管理模塊組成[1]。

4.2.1 信息服務(wù)模塊

數(shù)字圖書館網(wǎng)格服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布、元數(shù)據(jù)管理、服務(wù)檢索與服務(wù)匹配以及資源收集，是信息服務(wù)模塊提供的，它實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的跨域檢索和信息服務(wù)的存儲(chǔ)。信息服務(wù)模塊包括超級(jí)服務(wù)管理、網(wǎng)格服務(wù)管理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理、資源管理、分配調(diào)度管理、域間信息共享、服務(wù)元數(shù)據(jù)描述。

它的主要功能是：軟硬件資源信息組織、資源和服務(wù)信息注冊(cè)、資源信息更新監(jiān)控以及資源發(fā)現(xiàn)與查詢服務(wù)。

超級(jí)服務(wù)管理為網(wǎng)格服務(wù)提供了統(tǒng)一的訪問接口，描述任務(wù)的功能需求，由系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)用戶的資源要求選擇當(dāng)前可用的網(wǎng)格服務(wù)。超級(jí)服務(wù)管理支持動(dòng)態(tài)的資源接入和退出、支持超級(jí)服務(wù)的注冊(cè)、更新、查詢、按分類瀏覽、按域?yàn)g覽。

網(wǎng)格服務(wù)管理提供對(duì)服務(wù)的注冊(cè)、查詢、瀏覽、發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控，支持對(duì)網(wǎng)格服務(wù)的語義和網(wǎng)格服務(wù)動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)描述。

域間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理維護(hù)所有域之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，提供從任何一個(gè)域出發(fā)獲得整個(gè)網(wǎng)格域的功能。

資源管理的功能是在動(dòng)態(tài)查詢時(shí)提供滿足條件的計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源，這個(gè)資源可以是計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的各種軟件和硬件，也可以是科學(xué)儀器設(shè)備。

分配調(diào)度管理是分配調(diào)度接口，根據(jù)用戶的查詢請(qǐng)求，返回滿足條件的接口，對(duì)網(wǎng)格服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。

域間信息共享能滿足多個(gè)域之間信息共享和統(tǒng)一訪問，用戶可以訪問所有域中已授權(quán)的所有資源和服務(wù)。

4.2.2 作業(yè)管理模塊

用戶提交的各類作業(yè)請(qǐng)求、服務(wù)選取、調(diào)度并對(duì)作業(yè)過程進(jìn)行控制是通過作業(yè)管理模塊完成的。它包括作業(yè)提交、作業(yè)調(diào)度、服務(wù)支持管理、作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控。

作業(yè)管理模塊主要功能：負(fù)責(zé)接收用戶執(zhí)行作業(yè)的請(qǐng)求，并按照作業(yè)的定義解釋執(zhí)行作業(yè)，把作業(yè)執(zhí)行的結(jié)果和監(jiān)控等信息返回給作業(yè)請(qǐng)求者。

作業(yè)提交是提供作業(yè)請(qǐng)求的提交入口，用戶在Web頁面填寫、提交作業(yè)請(qǐng)求。

作業(yè)調(diào)度提供作業(yè)執(zhí)行過程中所需要其他服務(wù)參與的調(diào)度以及作業(yè)執(zhí)行中涉及的資源調(diào)度。

作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控提供作業(yè)狀態(tài)的監(jiān)視和控制，定期檢查遠(yuǎn)程執(zhí)行狀態(tài)。

4.2.3 信息管理模塊

信息管理模塊包括信息分類、檢索技術(shù)、信息元數(shù)據(jù)采集、信息管理。它是基于網(wǎng)格環(huán)境下數(shù)字圖書館完成信息分類、檢索以及信息元數(shù)據(jù)采集、處理、調(diào)度的模塊。

4.2.4 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊管理網(wǎng)格中的存儲(chǔ)資源和用戶數(shù)據(jù)，向用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)。其作用是通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為用戶提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)資源訪問方式，通過元數(shù)據(jù)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行透明訪問。

4.2.5 服務(wù)管理模塊

基本的Web服務(wù)、遠(yuǎn)程連接、節(jié)點(diǎn)資源監(jiān)控、提交服務(wù)、運(yùn)行管理和服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控是通過服務(wù)管理模塊完成的。服務(wù)管理模塊結(jié)構(gòu)有資源屬性、節(jié)點(diǎn)資源監(jiān)控、提交服務(wù)、運(yùn)行管理、服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控、通知。

4.2.6 安全管理模塊

安全管理模塊為數(shù)字圖書館提供安全保護(hù)，包括身份認(rèn)證、認(rèn)證中心（CA）、代理證書管理、服務(wù)安全管理、資源訪問控制。

身份認(rèn)證包括用戶運(yùn)行CA客戶端軟件生成私鑰文件和證書請(qǐng)求文件，存儲(chǔ)于用戶本地文件夾中，登錄證書發(fā)布網(wǎng)站，將證書請(qǐng)求上傳，審核通過后產(chǎn)生證書，用戶登錄證書發(fā)布網(wǎng)站下載證書文件供交互時(shí)進(jìn)行相互驗(yàn)證。

服務(wù)安全管理保證用戶提交的服務(wù)申請(qǐng)為合法有效，是為服務(wù)之間提供安全傳遞設(shè)置的。每個(gè)服務(wù)端點(diǎn)都必須進(jìn)行入侵檢測(cè)、反病毒、身份認(rèn)證、訪問控制、不可抵賴、授權(quán)，并用密鑰管理來保證消息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

通過上述功能模塊的組建提供了一個(gè)網(wǎng)格信息服務(wù)平臺(tái)，能夠擴(kuò)展數(shù)字圖書館的Web服務(wù)，擴(kuò)大資源共享的節(jié)點(diǎn)范圍，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、方便的網(wǎng)格服務(wù)，滿足師生科學(xué)研究需要海量的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、信息資源的需要。

4.3 基于網(wǎng)格技術(shù)的跨庫檢索方案

基于網(wǎng)格技術(shù)的跨庫檢索可以通過引擎集成各類接口，封裝成WebServices部件后，發(fā)布到UDDI注冊(cè)中心，并通過接口加以調(diào)用。集成應(yīng)用平臺(tái)由集成服務(wù)、監(jiān)控服務(wù)、信息服務(wù)3部分組成。

當(dāng)多種數(shù)據(jù)庫需要集成時(shí)，首先調(diào)用集成平臺(tái)接口，將SOAP路由器消息發(fā)布到UDDI注冊(cè)中心。WebServices接口訪問數(shù)據(jù)庫如圖3所示。

SOAP路由器是實(shí)現(xiàn)用戶調(diào)用WebServices的關(guān)鍵部件，以實(shí)現(xiàn)SOAP路由器消息的傳遞。

WebServices接口是集成引擎的核心，也是跨庫整合的關(guān)鍵，由應(yīng)用接口、連接控制邏輯、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、消息路由器等組成。

圖3 WebServices接口訪問數(shù)據(jù)庫

4.4 元數(shù)據(jù)采集解決方案

在網(wǎng)格環(huán)境下數(shù)字圖書館元數(shù)據(jù)并行采集可以通過采集調(diào)度模塊進(jìn)行，經(jīng)過數(shù)字資源處理后進(jìn)行元數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)，并返回給用戶。

元數(shù)據(jù)采集方法：采集模塊通過采集調(diào)度模塊分配地址，進(jìn)行元數(shù)據(jù)采集，在采集完成后將元數(shù)據(jù)傳輸至元數(shù)據(jù)處理模塊；元數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳至元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊分布存儲(chǔ)；應(yīng)用模塊在采集元數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為用戶提供檢索服務(wù)。

①采集調(diào)度模塊和采集模塊：負(fù)責(zé)采集節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載均衡，提供面向網(wǎng)格環(huán)境的一個(gè)接口，用戶可以訪問遠(yuǎn)程機(jī)器上的資源，可以及時(shí)監(jiān)視作業(yè)的遠(yuǎn)程執(zhí)行情況。

②元數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊：收集元數(shù)據(jù)并傳輸至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行分布存儲(chǔ)，建立分類索引。索引要用元數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，對(duì)分布存儲(chǔ)的元數(shù)據(jù)庫進(jìn)行邏輯集中管理。這樣的存儲(chǔ)方式進(jìn)一步縮小了搜索的范圍，提供了并行檢索的功能，整體上提高了信息檢索的準(zhǔn)確度和效率。

③元數(shù)據(jù)訪問服務(wù)：組織因特網(wǎng)信息資源并促進(jìn)因特網(wǎng)資源的發(fā)現(xiàn)是元數(shù)據(jù)的基本功能。元數(shù)據(jù)訪問服務(wù)把用戶對(duì)數(shù)據(jù)的描述生成多條元數(shù)據(jù)，然后在元數(shù)據(jù)目錄中查詢與之相符的記錄，最后把記錄中對(duì)應(yīng)的文件返回用戶。

4.5 數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)功能模塊

下沙高教園區(qū)數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)包括：

①數(shù)字圖書館任務(wù)管理平臺(tái)：該平臺(tái)對(duì)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證后由用戶向網(wǎng)格提交任務(wù)，對(duì)任務(wù)進(jìn)行元數(shù)據(jù)描述后，進(jìn)行服務(wù)分配選擇，建立庫函數(shù)，對(duì)任務(wù)進(jìn)行管理。

②數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)處理平臺(tái)：該平臺(tái)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為用戶提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)資源訪問方式，通過元數(shù)據(jù)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)使用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行透明訪問。

③分布式知識(shí)存儲(chǔ)平臺(tái)與檢索平臺(tái)：知識(shí)網(wǎng)格中的各種數(shù)據(jù)庫可以集中存儲(chǔ)在互聯(lián)網(wǎng)的某一點(diǎn)，也可以分散存儲(chǔ)在若干點(diǎn)，用戶可將網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)庫視為知識(shí)網(wǎng)格站點(diǎn)，利用知識(shí)網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)、知識(shí)挖掘、知識(shí)融合，最后形成新的知識(shí)服務(wù)于用戶。

圖4 信息服務(wù)平臺(tái)功能模塊

④知識(shí)服務(wù)平臺(tái)：知識(shí)服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用軟件為圖書館提供了高質(zhì)量的知識(shí)服務(wù)，該平臺(tái)利用網(wǎng)格軟件實(shí)現(xiàn)信息檢索、信息發(fā)現(xiàn)、信息組織、知識(shí)生產(chǎn)、知識(shí)存儲(chǔ)、知識(shí)傳遞，以提供用戶需要的各種知識(shí)服務(wù)。

信息服務(wù)平臺(tái)功能模塊分為3層：高教園區(qū)數(shù)字圖書館門戶層、資源應(yīng)用層及資源層。如圖4所示。

①高教園區(qū)數(shù)字圖書館門戶層是軟件子模塊的整合，完成一站登錄。

②資源應(yīng)用層包括資源管理、資源服務(wù)、資源加工3個(gè)子模塊。資源管理模塊：統(tǒng)一檢索、資源調(diào)度、資源服務(wù)及版權(quán)保護(hù)；資源服務(wù)模塊：數(shù)據(jù)庫檢索、館際互借、參考咨詢；資源加工模塊：教科資源、聯(lián)合資源、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航。

③資源層主要包括電子期刊、自建數(shù)據(jù)庫、資源倉庫等。

下沙高教園區(qū)數(shù)字圖書館是根據(jù)浙江省教育廳《浙江省高等教育數(shù)字圖書館（ZADL）數(shù)字圖書館服務(wù)體系建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施方案》實(shí)施的，目標(biāo)是以系統(tǒng)化、數(shù)字化的學(xué)術(shù)信息資源為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的數(shù)字圖書館技術(shù)為手段，構(gòu)建面向整個(gè)高教園區(qū)的數(shù)字化文獻(xiàn)信息保障服務(wù)體系，形成具有國內(nèi)先進(jìn)水平、功能齊全、資源豐富、機(jī)制穩(wěn)定、運(yùn)行高效的數(shù)字化圖書館。

5 結(jié)束語

基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)能夠整合多樣的、異構(gòu)的資源，提供高性能和高效率的檢索服務(wù)；為師生提供科研所需的海量計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，最終實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下資源共享；代表著一個(gè)時(shí)代的進(jìn)步，終將打破現(xiàn)有的各高校間局部自制系統(tǒng)，提高科研資源的調(diào)度協(xié)同能力。隨著人類對(duì)網(wǎng)格技術(shù)研究的不斷深入，數(shù)字圖書館將連結(jié)全球的數(shù)字化資源，形成一個(gè)巨大的圖書館，實(shí)現(xiàn)和提高資源共享和快速響應(yīng)能力。我們相信基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)定會(huì)愈加完善。

[1]中國教育科研網(wǎng)絡(luò)公共支撐平臺(tái)工作組.中國教育科研網(wǎng)絡(luò)公共支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2] 張付志，韓菁華，王斐.網(wǎng)格環(huán)境下的元數(shù)據(jù)并行采集框架研究與改進(jìn).現(xiàn)代情報(bào)技術(shù)，2008（8）：88-90.