基于网格技术的数字图书馆信息服务架构设计

●冯京桉（国家图书馆,北京 100081）

1 引言

数字图书馆的目标是基于网络环境实现分布式数字化信息资源的集成与共享，为用户方便、快捷地提供高水平的信息服务。[1]数字图书馆作为在网络环境下数字化信息资源的一种新的服务与技术体系结构，是基于广域网环境的计算机信息资源系统的联合体。[2]网络技术的发展推动了数字图书馆的产生和发展，但是鉴于当前整个互联网中从硬件到软件系统的异构性，以及在资源共享与服务提供上的局限性，客观上制约了数字图书馆的进一步发展。如何有效地实现数字化信息资源共享，为用户提供可灵活控制的、智能的、个性化的信息服务成为数字图书馆建设迫切需要解决的问题。

网格技术的出现，为最终解决数字图书馆建设中的信息资源共享与信息服务的灵活实施提供了有效的技术手段。网格把用通信手段连接起来的资源无缝集成为一个有机的整体，为用户提供一种基于国际互联网的新型工作平台，在这个平台上对来自客户的请求和提供资源的能力进行合理匹配，为用户请求选择合适的资源服务，实现广域范围的资源共享。[3,4]探讨网格技术在数字图书馆的应用与发展成为国内外情报学界的研究热点。[5]美国和欧盟先后资助了多项基于网格的数字图书馆研究项目，例如欧盟资助的DILIGENT项目、美国的DigitalLibraryGRID项目、葡萄牙国家图书馆的ARCO项目、国际合作研究项目GRACE等等。[6]而在我国，网格技术在数字图书馆建设中的应用研究也成为图书情报领域的研究热点，研究内容涉及网格技术的影响分析、资源处理能力、体系结构、服务提供、互操作技术等多个方面，正在从意义作用的分析、理论层面的研究向结合系统的实证式研究转变。本文在分析数字图书馆提供的信息服务的基础上，提出了基于网格技术的信息服务架构设计方案，对信息服务流程进行了分析。

2 基于网格的数字图书馆信息服务分析

基于网格的数字图书馆是以现有的国际互联网为基础，在其上建立的一个满足用户对信息资源更高需求的信息服务平台，实现广域范围内分布式信息资源的有效集成，管理跨组织、跨区域的信息资源，为各种应用提供全面的资源共享接口，在任何时间、任何地点为用户提供共享各种信息资源的个性化服务。由此决定了网格支持下的全球数字图书馆的服务模式是主动服务，信息服务类型主要包括资源数据服务、知识导航服务、信息集成服务、知识服务和个性化服务等，具有如下特征：

（1）提供对全球分布式信息资源的透明访问。用户登录基于网格的数字图书馆信息应用服务系统后，可以透明访问全球分布式信息资源，无须知道信息资源的具体位置。信息资源所在的地理位置、所存储的数据服务器、所在的数据库管理系统对读者来说是透明的。

（2）实现对海量分布式信息资源的共享与统筹优化。网格技术具有超大规模的信息吞吐量，能够实现互联网上包括硬软件资源、计算资源、存储资源、通信资源、信息资源、知识资源、专家资源等海量资源的全面联通，最终实现网络虚拟环境下的资源共享和协同工作，支持数字图书馆的知识服务体系的构建，并能够进行资源的优化调度,将用户的资源请求与可用资源进行匹配，作出统筹优化。

（3）按需提供高质量的无缝信息服务。基于网格技术的数字图书馆使用户在共享全世界范围内信息资源的同时，还可享受到智能推理服务，使相互理解没有任何障碍。通过自然语言的语义检索，并基于知识挖掘、过滤、推荐、探索等手段，对全球分布的相关知识进行智能聚合，提供满足用户需要的、合适的、完备的最小知识集。

（4）实现知识的动态发现、存储与持续更新。基于网格技术的数字图书馆通过资源共享与协同工作，从事实、数据和信息中提取对决策有直接作用的知识，完成知识的动态发现。在网格环境中，知识不是静态存贮的，所服务的知识能动态演化、迁移与整合，并保持常新。

3 基于网格的数字图书馆信息服务层次架构

在对基于网格技术的数字图书馆信息服务特征进行深入分析的基础上，设计网格环境下数字图书馆的信息服务架构对于数字图书馆工程的建设与发展具有重要的意义。IanFoster提出了基于“沙漏模型”的层次式网络结构模型；[7]Globus小组和IBM将计算网格和互联网服务结合起来，提出了开放的网格服务结构，即 OGSA （Open Grid Service Architecture） 架构。[8]笔者在对相关网格系统体系结构进行深入分析的基础上，设计了面向数字图书馆信息服务的层次化数字图书馆网格架构，如图1所示。

图1 基于网格的数字图书馆信息服务架构图

整个基于网格的数字图书馆信息服务架构采用层次化的面向服务的架构，便于对软件的复用、系统的可扩充性与健壮性有良好支持。整个层次架构共分为网格服务协议和标准层、基本服务层、通用服务层、应用服务层等四个层次。

网格服务协议和标准层：以现有的国际互联网为基础，制定一系列的网格服务协议和标准，完成资源描述、资源发现、资源访问和共享，是以服务形式共享资源，把资源有机组织联系起来的基础。

基本服务层：为基于网格技术的数字图书馆提供基本的功能，类似于操作系统的内核，提供数字图书馆网格环境中的数据传输服务、通信服务、信息管理服务、安全服务、监控服务等。基本服务要求具有运行的可靠性和实现的高效性。

通用服务层：通用服务与具体资源没有太紧密的关联，提供数字图书馆的统一资源访问服务、远程资源控制服务、中介服务、审计服务、队列调度、统一数据访问服务、出错管理服务、事件管理服务、网络缓存服务等。

应用服务层：应用服务层通过应用支持环境与下层服务打交道，为用户提供各种数字图书馆服务，用户不需要了解各种服务的实现细节。具体服务类型包括：基于语义的检索服务、虚拟参考咨询服务、定题信息服务、个性化信息服务、培训服务等。

4 基于网格技术的数字图书馆信息服务实现流程

基于层次化的数字图书馆信息服务网格架构，参考基于Web服务的网格体系结构的工作过程，[9]设计数字图书馆一般性信息服务的逻辑流程，如图2所示。

图2 基于网格技术的数字图书馆信息服务流程

（1）数字图书馆服务门户系统提供基于Web的统一用户界面，用户通过门户界面选择数字图书馆各种应用服务类型，提交服务申请，门户系统后台基于任务描述语言，完成用户服务申请描述，提交给服务代理，服务代理在任务执行完毕后，将结果返回给用户界面显示。

（2）服务代理通过服务工作流引擎，分析由数字图书馆服务门户提交的任务描述，确定服务类型，如是执行检索服务还是执行馆际互借服务等，继而查询网格信息服务并收集必要的信息，按照一定策略为用户申请任务的执行选取相应的服务执行过程，包括服务选择、创建服务实例、任务执行以及执行过程中的任务监控等。在任务执行完毕后，服务代理将处理结果返回给数字图书馆服务门户系统。

（3）数字图书馆网格服务运行环境支持网格服务的实例、状态和整个服务执行的生命周期中的协商机制，运行环境通过面向服务的结构实现对数字图书馆应用服务、通用服务、基本服务等层次化服务的部署，完成服务功能的共享。

（4）网格安全支持机制主要为了实现对数字图书馆网格中分布式资源的有效、一致的管理和共享，保证资源不被非法破坏和获取。安全支持机制是基于面向异构环境的跨自治域的安全系统，基于策略实现分布式资源安全控制与自治域间的安全互操作，主要包括全局统一强制身份认证授权机制、访问控制策略及安全信任域管理等。

5 结论

网格技术是解决数字图书馆信息资源共享与信息服务提供的有效技术手段，网格技术正处在飞速发展之中，应该充分利用网格技术最新研究成果，促进数字图书馆在资源处理、技术应用与服务能力的全面提升。

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