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文檔簡介
1、數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 【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?!菊?#160; 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,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
2、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 william Y.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1,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
3、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:一個全球唯一的獨立于地址的長期標識符;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,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
4、象,如MARC和Dublin Core。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)(Handle System)”,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,
5、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。2NSDL項目的體系結(jié)構(gòu)介紹NSDL(N
6、ational STEM Digital Library,STEMScience,Technology,Engineering and Mathematics)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)設計就是通過共
7、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:23附圖圖2NSDL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
8、。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):4·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OAI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Dublin Core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
9、: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Dublin Core元數(shù)據(jù)核心集作為過渡。(1)Dublin Core(2)Dublin Core with DCEd Extensions(3)LTSC(IMS)(4)ADL(SCORM)(5)MARC
10、60; 21(6)Content Standard for Digital Geospatial Metadata(FGDC)(7)Global Information Locator Service(GILS)(8)Encoded Archival Description3NCSTRL項目體系結(jié)構(gòu)介紹NCSTRL(NetworkedComputerScienceTe
11、chnical Reference Library)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)5。附圖圖3NCSTRL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
12、查詢路由器的概念67。查詢路由器QR(Query Routers):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(Collection Service)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
13、)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(Regional Meta Servers)中每個連通域一個RMS。每個RM
14、S從主元服務器MMS(Master Meta Server)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定為主索引服務器,有的被設定為次級服務器。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
15、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。
16、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)設計時需要遵循一下原則:(1)基本體系結(jié)構(gòu)簡單化,在設計基本體系結(jié)構(gòu)時主要考慮信息的流通和管理
17、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Dublin Core、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、.
18、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
19、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)字圖書館工程建設一期規(guī)劃(20002005)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)字圖書館的建設規(guī)模也將是不同的。一個好的體系結(jié)構(gòu)設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?!緟⒖嘉墨I】1 William&
20、#160; Y. Arms etc, An Architecture for Information in Digital Libraries,DLib Magazine, February 1997 http:/www. dlib. org/dlib/feb
21、ruary97/cnri/02armsl, htm2 C. Lagoze (ed.), W. Arms, S. Gan, D. Hillmann, C. Ingram, D. Krafft, R. Marisa, J.
22、0; Phipps, J. Saylor, and C. Terrizzi. Core services in the architecture of the National Digital Library for
23、;science education NSDL).In Proceedings of the Second ACM/IEEECS Joint Conference on Digital Libraries, Portland, OR, 2002.3 D. Fulker
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