數(shù)字圖書館互操作協(xié)議比較研究

吳育芳

(湛江師范學(xué)院圖書館,廣東 湛江 524048)

1 引 言

Web為數(shù)字圖書館提供了開放的應(yīng)用及開發(fā)環(huán)境,從此,越來(lái)越多的數(shù)字圖書館在 Web上充當(dāng)起信息提供者的角色。但由于各數(shù)字圖書館建設(shè)的主體、理念不同,因而使用了不同的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù),使得其體系結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜多變。用戶查找資料時(shí),必須分別進(jìn)入各個(gè)數(shù)字圖書館的界面,適應(yīng)不同的檢索要求。如何將在 Web上廣泛分布、異構(gòu)、自治的數(shù)字圖書館聯(lián)合起來(lái),向用戶提供統(tǒng)一、透明的一站式服務(wù)(即實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書館之間的互操作),也就不可避免地成為數(shù)字圖書館研究與開發(fā)的中心問題。

根據(jù) USIEEE的定義[1],互操作性是指兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)相互使用已被交換的信息的能力。就其本質(zhì)而言,互操作性是在異質(zhì)實(shí)體(包括異種體系結(jié)構(gòu)、異種操作系統(tǒng)、異種網(wǎng)絡(luò)和異種語(yǔ)言等)中獲得資源的透明調(diào)用的能力。

數(shù)字圖書館的互操作是指數(shù)字圖書館交換文檔、查詢和服務(wù)的能力[2]?；ゲ僮骷瓤沙霈F(xiàn)在不同數(shù)字圖書館系統(tǒng)之間,也可出現(xiàn)在一個(gè)數(shù)字圖書館系統(tǒng)的內(nèi)部各構(gòu)件之間。它要求技術(shù)(軟件體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式等)、內(nèi)容(元數(shù)據(jù)及其語(yǔ)義等)和組織(數(shù)字圖書館提的基本訪問原則、支付方式和認(rèn)證等)三方面的合作。數(shù)字圖書館的互操作主要體現(xiàn)在系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和服務(wù)協(xié)作兩個(gè)層面上。

互操作協(xié)議是數(shù)字圖書館館際通信的基礎(chǔ),也是數(shù)字圖書館互操作的重要研究?jī)?nèi)容。目前主要有三種典型的互操作協(xié)議:HTTP協(xié)議是 Web上最寬泛的數(shù)字圖書館互操作協(xié)議,對(duì)參與成員沒有任何要求,最易實(shí)現(xiàn);Z39.50協(xié)議是被傳統(tǒng)圖書館廣泛認(rèn)同和應(yīng)用的互操作協(xié)議;OAI-PMH協(xié)議是電子文檔共享的互操作協(xié)議。通過對(duì)三者的比較,筆者分析各自的優(yōu)勢(shì)和不足,并根據(jù)“適度代價(jià)獲取充分功能”的原則,認(rèn)為 OAI-PMH協(xié)議更有利于數(shù)字圖書館的互操作。

2 數(shù)字圖書館的互操作協(xié)議

數(shù)字圖書館互操作協(xié)議定義了信息搜索和檢索的接口界面、查詢語(yǔ)言、結(jié)果集格式以及客戶機(jī)與服務(wù)器之間的交互方式等。實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書館的互操作,必須建立數(shù)字圖書館互操作協(xié)議。下面對(duì)三種典型的互操作協(xié)議進(jìn)行討論。

2.1 HTTP協(xié)議

HTTP[3](超文本傳輸協(xié)議,Hypertext Transfer Protocol),是客戶端瀏覽器或其他程序與 Web服務(wù)器之間的應(yīng)用層通信協(xié)議,用于從 WWW服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送。

HTTP包含命令和傳輸信息,不僅可用于 Web訪問,也可以用于其他因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信,從而實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用資源超媒體訪問的集成。它可以使瀏覽器更加高效運(yùn)行,使網(wǎng)絡(luò)傳輸量減少。它不僅能保證計(jì)算機(jī)正確、快速地傳輸超文本文檔,還能確定傳輸文檔中的哪一部分以及哪部分內(nèi)容首先顯示(如文本先于圖形)等。

HTTP是一個(gè)屬于應(yīng)用層的面向?qū)ο蟮膮f(xié)議,由于其具有簡(jiǎn)捷、快速的優(yōu)點(diǎn),適用于分布式超媒體信息系統(tǒng)。HTTP協(xié)議的主要特點(diǎn)可概括如下[4]:1)支持客戶/服務(wù)器模式;2)簡(jiǎn)單快捷?？蛻粝蚍?wù)器請(qǐng)求服務(wù)時(shí),只需傳送請(qǐng)求方法和路徑;3)靈活。允許傳輸任意類型的數(shù)據(jù)對(duì)象;4)無(wú)連接。限制每次連接只處理一個(gè)請(qǐng)求;5)是無(wú)狀態(tài)協(xié)議。

HTTP協(xié)議是基于請(qǐng)求/響應(yīng)模式進(jìn)行運(yùn)作的,其客戶機(jī)/服務(wù)器模式的信息交換過程分為四部分:建立連接、發(fā)送請(qǐng)求信息、發(fā)送響應(yīng)信息和關(guān)閉連接[5](如圖 1所示)。1)建立連接:連接通過套接字(Socket)實(shí)現(xiàn)的;2)發(fā)送請(qǐng)求:客戶機(jī)把請(qǐng)求送到服務(wù)器的停留端口上,完成提出請(qǐng)求的動(dòng)作;3)結(jié)果響應(yīng):服務(wù)器在處理完客戶的請(qǐng)求后,要向客戶機(jī)發(fā)送響應(yīng)信息;4)關(guān)閉連接:客戶和服務(wù)器雙方都可以通過關(guān)閉套接字來(lái)結(jié)束 TCP/IP對(duì)話。

圖1 HTTP信息交換過程

HTTP協(xié)議不需要信息組織之間達(dá)成任何規(guī)范,只要求信息能公開訪問即可。例如用戶通過Web搜索引擎檢索整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的信息,在這里可以將整個(gè) Internet看作是一個(gè) HTTP協(xié)議下超大的數(shù)字圖書館。顯然,HTTP協(xié)議可以包容最大范圍的信息,但是這種方式的信息服務(wù)質(zhì)量很難令人滿意。

2.2 Z39.50協(xié)議

Z39.50[6](信息檢索應(yīng)用服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范,Information Retrieval Application Service Definition and Protocol Specification),是根據(jù)信息檢索的美國(guó)ANSI/NISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際 ISO23950標(biāo)準(zhǔn),由美國(guó)圖書館界創(chuàng)立的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通訊協(xié)議。

Z39.50起源于圖書館界,主要應(yīng)用在書目信息的共享和互操作上,是傳統(tǒng)圖書館領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它基于客戶機(jī)/服務(wù)器模型,屬于ISO的 OSI參考模型的應(yīng)用層協(xié)議,是有狀態(tài)的、面向連接的協(xié)議。Z39.50是獨(dú)立于任何特定類型的信息或特定類型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),具有豐富的語(yǔ)義表述、良好的互操作性和強(qiáng)大的功能,可管理客戶和服務(wù)器之間信息交換的格式和過程。

Z39.50指定規(guī)范和編碼來(lái)建立不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái),進(jìn)行信息系統(tǒng)之間的連接與通信。它要求計(jì)算機(jī)間使用一種標(biāo)準(zhǔn)的、以相互可理解的方式進(jìn)行通訊,使信息查找的發(fā)起和通信標(biāo)準(zhǔn)化。Z39.50的目的是構(gòu)建聯(lián)邦式數(shù)字圖書館,協(xié)調(diào)各個(gè)參建館的目錄共享,規(guī)范查詢格式、簡(jiǎn)化檢索過程,實(shí)現(xiàn)異構(gòu)機(jī)型、異種操作平臺(tái)和不同圖書館系統(tǒng)之間的通信[7]。并且,Z39.50支持不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和格式的系統(tǒng)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)和系統(tǒng)之間的互聯(lián)和查詢[8]。

采用 Z39.50協(xié)議需要在客戶端和服務(wù)器端安裝相應(yīng)的軟件,其操作的對(duì)象是 MARC紀(jì)錄,雙方的交互采用 TCP/IP協(xié)議。其工作原理如圖 2。1)客戶機(jī)和服務(wù)器建立連接;2)連接成功后用戶向服務(wù)器提交一個(gè)“查詢”請(qǐng)求;3)服務(wù)器接收到請(qǐng)求后,將檢索請(qǐng)求同時(shí)發(fā)送給多個(gè)數(shù)字圖書館,并將各個(gè)數(shù)字圖書館的查詢結(jié)果匯總、整理后保存到服務(wù)器上,根據(jù)用戶的要求實(shí)例化或僅提供集合記錄指針;4)關(guān)閉連接。

圖2 Z39.50協(xié)議分布式檢索模式

通過 Z39.50協(xié)議的互操作功能,可實(shí)現(xiàn)協(xié)議圖書館之間各種形式的數(shù)據(jù)記錄交換。Z39.50能夠表述抽象復(fù)雜的搜索要求,還可以實(shí)現(xiàn)文件排序、更新數(shù)據(jù)庫(kù)、查詢的定義、控制和存儲(chǔ)等功能。

Z39.50協(xié)議使用的無(wú)縫性較好。它的應(yīng)用范圍比較廣泛,包括聯(lián)機(jī)編目、公共檢索、館際互借、定題服務(wù)等。它的功能也比較完善,除了資源共享和聯(lián)邦檢索外,還包括會(huì)話管理、結(jié)果集處理等許多復(fù)雜功能。但是良好的無(wú)縫性是需要很高代價(jià)的:它要求不同的參建館在數(shù)據(jù)共享方面達(dá)成共識(shí),遵循共同標(biāo)準(zhǔn);要求系統(tǒng)建設(shè)時(shí)要按照共同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行協(xié)調(diào);要求各成員館有專門的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)互操作的功能。Z39.50協(xié)議系統(tǒng)建設(shè)的成本比較大,對(duì)參建館要求過多,并不適合大量成員館的參與。[9]在Web環(huán)境中,數(shù)字圖書館節(jié)點(diǎn)的數(shù)量都比較大,在這種情況下,利用 Z39.50協(xié)議來(lái)解決數(shù)字圖書館的互操作就變得十分困難。

2.3 OAI-PMH協(xié)議

OAI-PMH[10](OAI元數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,Open Archive Initiative for Protocol Metadata Harvesting),最初起源于電子出版界(E-print Community)的互操作計(jì)劃,因?yàn)閿?shù)字圖書館的互通性檢索與之相似,所以在 2000年上半年,將其適用范圍擴(kuò)展至數(shù)字圖書館領(lǐng)域。

OAI-PMH是一種獨(dú)立應(yīng)用、能夠提高 Web上資源共享范圍和能力的互操作協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。為了標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和廣泛的適用性,OAI-PMH把 Dublin Core(DC)作為互操作的標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù),但是由于 DC的 15個(gè)元素不能很好地滿足不同部門的需求,所以O(shè)AI-PMH也支持其他任何可以編碼成 XML格式的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

OAI-PMH是近幾年在數(shù)字圖書館界引起廣泛關(guān)注的新技術(shù),它具有簡(jiǎn)單、開放與靈活等特點(diǎn),被認(rèn)為能很好地解決數(shù)字圖書館的互操作問題。OAI-PMH以 HTTP為基礎(chǔ)定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口,使服務(wù)器能將其存儲(chǔ)的元數(shù)據(jù)信息有選擇地提供給外部應(yīng)用程序服務(wù)器或其他服務(wù)器。也被認(rèn)為是解決不同資源的元數(shù)據(jù)互操作,有效挖掘、發(fā)布和利用互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)字信息資源的協(xié)議。[11]

OAI-PMH體系包含兩種不同的角色:數(shù)據(jù)提供方(Data Provider)和服務(wù)提供方(Service Provider)。[12][13]該方案能有效地解決各資源庫(kù)在元數(shù)據(jù)格式上存在的異構(gòu)性(互操作框架如圖 3)。1)數(shù)據(jù)提供者利用開放協(xié)議從每個(gè) DL中采集元數(shù)據(jù),經(jīng)過處理、合并后集中保存在一個(gè)元數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)中,并將自己擁有的元數(shù)據(jù)用公共元數(shù)據(jù)格式(Dublin Core)加以表達(dá),通過 OAI協(xié)議提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化接口,向外部揭示自身的元數(shù)據(jù)。2)服務(wù)提供者是元數(shù)據(jù)的收割方,使用 OAI協(xié)議向數(shù)據(jù)提供者發(fā)出請(qǐng)求(Requests),獲取據(jù)提供者的元數(shù)據(jù),并以這些元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)向用戶提供進(jìn)一步的信息增值服務(wù)。

圖3 OAI-PMH互操作框架結(jié)構(gòu)模型

OAI-PMH協(xié)議的設(shè)計(jì)是按簡(jiǎn)單易用的原則進(jìn)行的,因此實(shí)施起來(lái)比較容易。在編碼方式上,所有成功的檢索均以 XML記錄的形式將元數(shù)據(jù)返回給請(qǐng)求方。OAI-PMH利用的都是現(xiàn)有 Web的成熟技術(shù),是一個(gè)應(yīng)用成本很低的元數(shù)據(jù)收割機(jī)制。

OAI-PMH協(xié)議因其易用性和直接基于元數(shù)據(jù)操作的特點(diǎn),不需要共同規(guī)范,也不要求復(fù)雜的協(xié)議,數(shù)字圖書館可以以一種低門檻的方法加入聯(lián)盟,各館之間是比較松散的群體,可以盡量保持參建館的獨(dú)立性,這更符合中國(guó)圖書館在組織建設(shè)上的實(shí)際情況。[9]參建館只需要根據(jù) OAI-PMH協(xié)議做很小的改動(dòng)就可以進(jìn)行元數(shù)據(jù)層的互操作,因此,比較適合更大范圍內(nèi)數(shù)字圖書館系統(tǒng)間的合作。

3 HTTP、Z39.50、OAI-PMH三種協(xié)議的互操作比較

上面三種協(xié)議方式都能解決分布式數(shù)字圖書館的異構(gòu)性問題,實(shí)現(xiàn)跨資源庫(kù)、跨館的檢索。但其功能定位和發(fā)展前景各有不同,應(yīng)根據(jù)數(shù)字圖書館自身發(fā)展情況加以斟酌使用。

3.1 協(xié)議應(yīng)用情況比較

表1 三種互操作協(xié)議的比較

HTTP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種互操作協(xié)議,所有的 WWW文件都必須遵守這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),但它沒有規(guī)定元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),協(xié)議復(fù)雜程度低,是使用最廣泛也是最輕量級(jí)的互操作標(biāo)準(zhǔn)。Z39.50協(xié)議始于圖書館界的書目數(shù)據(jù)共享,是一個(gè)功能完善但使用較為復(fù)雜的重量級(jí)協(xié)議。OAI-PMH協(xié)議起源于電子出版界的電子文檔共享,它提供了基于元數(shù)據(jù)的、簡(jiǎn)單易行的互操作框架,是一種輕量級(jí)的協(xié)議,目前應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

在元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)上,Z39.50協(xié)議采用的 MARC元數(shù)據(jù)著錄信息的準(zhǔn)確度高,但字段繁瑣重復(fù),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,數(shù)據(jù)處理要求高,操作難度大、效率差,只有專業(yè)編目人員才能使用。其技術(shù)的復(fù)雜性提高了標(biāo)準(zhǔn)使用的門檻,顯然在描述電子資源方面有一定的局限性;而 Dublin Core相對(duì)簡(jiǎn)單,其內(nèi)核只是一個(gè)很小的應(yīng)用集合,而且經(jīng)過幾年的發(fā)展和修正,已經(jīng)能很好地對(duì)大多數(shù)電子資源進(jìn)行描述。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施起來(lái)比較容易。

對(duì)開放互聯(lián)參考的七層模型來(lái)說(shuō),HTTP協(xié)議、Z39.50協(xié)議基于 TCP/IP,屬于底層協(xié)議;而 OAIPMH協(xié)議基于 HTTP,更容易實(shí)現(xiàn)。

在互操作方式上,HTTP協(xié)議采用數(shù)據(jù)收集的集聚式檢索模式,既不要求對(duì)現(xiàn)有聯(lián)盟參與館的結(jié)構(gòu)做任何修改,也不要求成員館遵從某種協(xié)議,而是通過收集各個(gè)數(shù)字圖書館可公開訪問信息的路徑來(lái)獲得最基本的互操作。這種方法通常提供統(tǒng)一的用戶界面,用戶輸入查詢請(qǐng)求,系統(tǒng)執(zhí)行分布式搜索,并將查詢結(jié)果合并后返回給用戶。這種方式簡(jiǎn)單易行,有很好的適應(yīng)性和伸縮性,不過效率低,服務(wù)的質(zhì)量差。Z39.50采用的是一種聯(lián)邦檢索模式,即將檢索請(qǐng)求同時(shí)發(fā)送給多家數(shù)字圖書館,并將各家數(shù)字圖書館的查詢結(jié)果匯總整理后發(fā)送給用戶,這種方式符合技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),但是因?yàn)橐c多個(gè)數(shù)字圖書館進(jìn)行交互,運(yùn)行速度會(huì)變慢。OAI采用的是元數(shù)據(jù)收割模式,即服務(wù)提供者從多個(gè)數(shù)字圖書館信息提供者處收集元數(shù)據(jù),建立一個(gè)集中式的聯(lián)合目錄,這種方式大大提高了查詢的速度,但要求服務(wù)提供方必須擁有足夠的空間來(lái)存儲(chǔ)不斷增長(zhǎng)的元數(shù)據(jù)信息,而且聯(lián)合目錄無(wú)法實(shí)時(shí)反映數(shù)據(jù)提供者的數(shù)據(jù)更新情況。在這一點(diǎn)上 Z39.50更加符合技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

3.2 三協(xié)議應(yīng)用前景的比較

William Arms根據(jù)互操作協(xié)議所提供的功能和實(shí)施代價(jià)這兩個(gè)主要指標(biāo),給出了一種評(píng)價(jià)數(shù)字圖書館互操作的“功能——代價(jià)”曲線模型。其中橫軸表示互操作方法提供的功能,縱軸表示實(shí)施互操作方法的代價(jià)(如圖 4)。[14]

曲線左下方的 HTTP和 HTML提供適度的功能,成本低。曲線右上方的 Z39.50協(xié)議和 MARC具有強(qiáng)大的功能,但因?qū)嵤┐鷥r(jià)太高很難大范圍推廣應(yīng)用。雖然理想的互操作方法應(yīng)置于曲線的右下方,以較小的代價(jià)獲得強(qiáng)大的功能,但目前仍很難實(shí)現(xiàn)。數(shù)字圖書館的研究講究以適度的代價(jià)獲取充分的功能,位于曲線中部的 OAI-PMH、XML和 DC有著廣闊的應(yīng)用前景。目前,基于 OAI-PMH協(xié)議的聯(lián)邦搜索是數(shù)字圖書館界互操作研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。國(guó)際上著名的數(shù)字圖書館項(xiàng)目 NDLTD和 NSDL均采用此方法作為互操作的解決方案。需要說(shuō)明的是,“功能——代價(jià)”曲線并不是一成不變的,隨著實(shí)施成本的降低和具有強(qiáng)大功能的新技術(shù)的應(yīng)用,曲線模型將會(huì)有所改變。

4 結(jié) 語(yǔ)

在 Web上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的數(shù)字圖書館互操作,OAI-PMH協(xié)議具有相對(duì)低的運(yùn)行成本。但是 OAI-PMH方案在很多方面還需要改進(jìn),尤其在具體實(shí)施時(shí)所涉及的設(shè)計(jì)和技術(shù)問題,如:元數(shù)據(jù)選擇的標(biāo)準(zhǔn);元數(shù)據(jù)收割到中心倉(cāng)儲(chǔ)后怎樣進(jìn)行再組織;元數(shù)據(jù)的更新問題;不斷增長(zhǎng)的元數(shù)據(jù)信息與集中式目錄存儲(chǔ)等。為了解決這些問題,目前有一種提法:將先進(jìn)的網(wǎng)格技術(shù)與 OAI-PMH協(xié)議相結(jié)合以增強(qiáng)數(shù)字圖書館的互操作性,利用網(wǎng)格技術(shù)存儲(chǔ)元數(shù)據(jù),并對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書館信息資源共享和跨倉(cāng)儲(chǔ)的無(wú)縫檢索。隨著研究的深入,我們相信在不久的將來(lái),不同數(shù)字圖書館系統(tǒng)間的互操作會(huì)變得愈來(lái)愈容易,數(shù)字圖書館系統(tǒng)能夠真正實(shí)現(xiàn)開放性、互操作性和擴(kuò)展性。

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