洪霞

[摘要]信息和通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息檢索系統(tǒng)和服務(wù)的升級(jí)，也造成了很大的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。為了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，綠色I(xiàn)T和云計(jì)算已經(jīng)成為減少能耗、建設(shè)低碳社會(huì)的關(guān)鍵要素之一。綠色檢索系統(tǒng)及其服務(wù)理念可以在減少政府、企業(yè)以及教育和科研機(jī)構(gòu)的信息系統(tǒng)的能耗方面發(fā)揮重要作用。在分析綠色檢索系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出了構(gòu)建一個(gè)綠色檢索系統(tǒng)的4個(gè)關(guān)鍵因素：標(biāo)準(zhǔn)化、可共享、可重用以及綠色的用戶行為。

[關(guān)鍵詞] 信息檢索；綠色信息技術(shù)；云計(jì)算；綠色信息檢索

1引言

隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種搜索引擎已經(jīng)成為人們最常使用的工具，信息檢索工具大大方便了用戶在網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字圖書館中尋找知識(shí)和信息。但是，這些植根于信息和通信技術(shù)（Information and Communication Technologies，ICT）設(shè)備上的信息檢索系統(tǒng)也造成了很大的環(huán)境污染和生態(tài)破壞[1]。據(jù)國(guó)際信息技術(shù)調(diào)研機(jī)構(gòu)估計(jì)，人類因使用信息技術(shù)設(shè)備增排的二氧化碳量占到人類二氧化碳總排放量的2%左右，為了維持全球電腦的正常運(yùn)行，人類每年會(huì)向大氣層增加排放大約3 500萬噸廢氣[2]。在環(huán)境問題如此日益突出的今天，我們對(duì)信息檢索系統(tǒng)的依賴越大，對(duì)環(huán)境的不良影響也會(huì)越大。因此，探討如何在發(fā)展信息檢索系統(tǒng)的同時(shí)保持環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為了可持續(xù)發(fā)展，在本文的研究中，首先提出綠色信息檢索應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)的、環(huán)保的和可持續(xù)發(fā)展的，而綠色信息技術(shù)（或簡(jiǎn)稱綠色I(xiàn)T）和云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用有助于綠色檢索系統(tǒng)的構(gòu)建；其次，本文認(rèn)為綠色的用戶行為是構(gòu)建綠色信息系統(tǒng)的條件之一；基于相關(guān)的研究，本文認(rèn)為云計(jì)算和綠色I(xiàn)T在減少信息和通信技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在此基礎(chǔ)上，本文提出了構(gòu)建綠色信息檢索系統(tǒng)的4個(gè)要點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化、可共享、可重用以及綠色的用戶行為。

2文獻(xiàn)述評(píng)與理論背景

2.1 綠色I(xiàn)T與云計(jì)算

一般而言，綠色I(xiàn)T可以概括為符合社會(huì)進(jìn)步與環(huán)境保護(hù)要求，滿足經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展而采取的舉措和方案[3]。綠色I(xiàn)T的目標(biāo)是通過采取多項(xiàng)措施，從信息設(shè)備的生產(chǎn)和使用環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，并同時(shí)加大虛擬化和數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，以期降低信息技術(shù)對(duì)環(huán)境的不良影響。

現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，云計(jì)算通過共享計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源減少了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本，因此被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)T最合適的選擇之一[4]。云計(jì)算作為一種以服務(wù)的方式提供計(jì)算資源的新型計(jì)算資源組織分配和使用模式，其服務(wù)類型可以分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）[5]。不同的服務(wù)類型都涉及不同級(jí)別的資源共享，依據(jù)不同的服務(wù)水平，云計(jì)算可以選擇不同的方式共享軟硬件資源和信息，以期達(dá)到合理的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。一般而言，云計(jì)算的環(huán)境效益可能來自以下幾個(gè)方面：1）減少服務(wù)器能源消耗。云計(jì)算通過優(yōu)化計(jì)算資源的使用，根據(jù)需求動(dòng)態(tài)劃分或釋放不同的物理和虛擬資源，僅在需要時(shí)使用完全的計(jì)算能力，在不需要時(shí)可以進(jìn)行通過調(diào)度使其休眠，最終減少服務(wù)器的電力能源消耗[6]。2）減少網(wǎng)絡(luò)的能源消耗。云計(jì)算通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)，并根據(jù)不同的任務(wù)和服務(wù)類型自動(dòng)控制和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)占用，最大化地減少了網(wǎng)絡(luò)堵塞，從而減少了能源消耗[7]。3）減少終端設(shè)備能源消耗。對(duì)于最終用戶而言，云計(jì)算服務(wù)提供者負(fù)責(zé)維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施及軟件平臺(tái)，終端用戶一般是通過網(wǎng)頁瀏覽器來獲取資源，而無需關(guān)注通過何種設(shè)備介入資源，因而可以最大幅度降低終端設(shè)備的購(gòu)置和維護(hù)，從而降低了能源消耗[8]。

2.2 云計(jì)算與信息檢索

利用檢索詞“云計(jì)算”與“信息檢索”分別在ISI Web of Knowledge數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最早的相關(guān)研究論文發(fā)表于2008年，說明此領(lǐng)域的相關(guān)研究處于起步階段，國(guó)外的相關(guān)研究論文共檢索到81篇，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究論文16篇。此外，相關(guān)研究并不僅局限于云計(jì)算和信息檢索，也包含了云計(jì)算和信息管理、信息檢索和資源共享等多方面。如Basirat和Khan[9]探討了如何使用分布式的模式識(shí)別方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和云檢索；Bales等人[10]討論了使用手機(jī)和其他計(jì)算設(shè)備，尤其是智能手機(jī)進(jìn)行信息訪問和獲取。安俊秀[11]提出了分布式云檢索數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案；付永貴[12]針對(duì)云計(jì)算平臺(tái)下的信息檢索的特性，提出一個(gè)新的信息檢索模型。

這些研究表明，信息檢索的研究人員越來越多地開始把云計(jì)算作為擴(kuò)展他們研究領(lǐng)域的一個(gè)新機(jī)會(huì)。但正如前文所討論的，目前的檢索系統(tǒng)和相關(guān)服務(wù)缺乏對(duì)環(huán)境影響的研究，具體來說，就是綠色信息檢索系統(tǒng)和服務(wù)如何能在不同的應(yīng)用環(huán)境下訪問和使用不同形式的數(shù)字信息，并以此來促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。然而，綠色信息檢索系統(tǒng)研究面臨的主要挑戰(zhàn)是缺乏一個(gè)合適的方法來計(jì)算信息檢索系統(tǒng)和服務(wù)所排放的溫室氣體。

目前對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)使用較多的方法是生命周期評(píng)價(jià)分析（Life Cycle Analysis，LCA）方法。然而研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的LCA方法還很不成熟，存在模型不成熟、可操作性差等不足[13]。因此，本文的研究將在已有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合Raghavan等人[14]的評(píng)價(jià)方法，對(duì)綠色檢索系統(tǒng)的環(huán)境影響進(jìn)行分析。

3信息檢索系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響分析

針對(duì)LCA方法的缺點(diǎn)，Raghavan等人提出了一個(gè)比LCA廉價(jià)、高效的方法，這個(gè)方法能較為方便地評(píng)價(jià)互聯(lián)網(wǎng)的能源消耗，以及信息檢索系統(tǒng)和服務(wù)的溫室氣體排放量。該方法認(rèn)為，在對(duì)信息檢索的能源消耗進(jìn)行評(píng)價(jià)之前，需要評(píng)價(jià)兩種能源消耗：1）用于建設(shè)信息檢索系統(tǒng)和服務(wù)所需要設(shè)備的能源消耗，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、路由等；2）數(shù)據(jù)庫(kù)和搜索引擎創(chuàng)建的能源消耗，包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和維護(hù)，以及訪問和獲取、使用數(shù)字信息的各種設(shè)備的能源消耗?；谶@個(gè)判斷，如果要估算一個(gè)信息檢索系統(tǒng)或服務(wù)的能源消耗，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估：1）構(gòu)建和管理信息檢索系統(tǒng)（服務(wù)）需要不同的通信設(shè)施和IT設(shè)備，這些設(shè)備的生產(chǎn)和最終回收所需要的能源；2）構(gòu)建和管理信息檢索系統(tǒng)（服務(wù)）需要不同的通信設(shè)施和IT設(shè)備，這些IT設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信所需要的能源；3）構(gòu)建和管理信息檢索系統(tǒng)（服務(wù)）需要商業(yè)活動(dòng)、辦公設(shè)備等，這些與此相關(guān)的活動(dòng)所需要的能源；4）用戶訪問信息系統(tǒng)時(shí)需要各種不同的終端設(shè)備，這些終端設(shè)備的制造、維護(hù)和回收處理所需要的能源；5）不同的用戶終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)所需要的能源。

將上述的能源消耗累計(jì)就可以估算出一個(gè)信息檢索系統(tǒng)（服務(wù)）的能源和環(huán)境成本。很明顯，一方面，隨著系統(tǒng)訪問次數(shù)的增加，每次訪問的固化能（embodied energy）會(huì)減??；另一方面，用戶端的能源消耗會(huì)隨著用戶數(shù)量的增加而增加。因此，基于這種判斷，我們可以采取一系列措施用于平衡信息檢索服務(wù)的能源消耗，例如，通過使用云計(jì)算模式使服務(wù)器的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源的使用最優(yōu)化，然后在客戶端使用較為簡(jiǎn)單的終端減少能源消耗，等等。

Raghavan等人的研究發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)的能源消耗中有53%是固化能，同時(shí)，終端機(jī)器（如臺(tái)式電腦、筆記本電腦等）的能源消耗占整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)能源消耗的一半左右。也就是說，信息檢索系統(tǒng)和個(gè)人終端是互聯(lián)網(wǎng)能源消耗的主要貢獻(xiàn)者。而云計(jì)算可以減少信息檢索系統(tǒng)的固化能，此外，用戶的行為（如在信息檢索時(shí)選擇的終端類型、檢索的時(shí)長(zhǎng)、檢索的行為習(xí)慣等）也會(huì)對(duì)減少能源消耗有著重要的作用。因此，為了構(gòu)建綠色的檢索系統(tǒng)，可以通過云計(jì)算的使用，以及改變用戶習(xí)慣，最終達(dá)到綠色目標(biāo)。

4綠色檢索系統(tǒng)（服務(wù)）構(gòu)建

為了減少溫室氣體的排放和能源消耗，在運(yùn)用信息檢索系統(tǒng)時(shí)可以采用以下方法：1）改進(jìn)信息檢索系統(tǒng)，使之更為高效，以便在處理檢索、處理和生成檢索結(jié)果的整體時(shí)間減少；2）通過瘦客戶機(jī)的使用，幫助用戶獲取信息的同時(shí)降低能源消耗；3）減少終端用戶設(shè)備的設(shè)計(jì)功耗，通過減少網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)長(zhǎng)，最終降低能源消耗。此外，基于已有的研究，還可以采用一些通用的方法來構(gòu)建綠色信息檢索系統(tǒng)。在本研究中，我們認(rèn)為推動(dòng)綠色檢索系統(tǒng)構(gòu)建有4個(gè)關(guān)鍵要素，即標(biāo)準(zhǔn)化、共享性、重用性以及綠色的用戶行為。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化

相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在數(shù)字內(nèi)容的創(chuàng)建、組織和處理過程中的標(biāo)準(zhǔn)化。此外，Hargreaves等人[15]在數(shù)字經(jīng)濟(jì)的相關(guān)研究中為支持知識(shí)密集型活動(dòng)的創(chuàng)新提出了一些建議，其中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化的建議，對(duì)于信息檢索系統(tǒng)的發(fā)展同樣具有重要的參考作用。因此，以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，通過云架構(gòu)的PaaS和SaaS層，利用云計(jì)算技術(shù)遠(yuǎn)程訪問和獲取數(shù)據(jù)，將極大地方便信息檢索。同時(shí)，相對(duì)于本地化數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)托管而言，將數(shù)字內(nèi)容移送到云端也將顯著減少溫室氣體的排放。

然而，云計(jì)算這種遠(yuǎn)程接入的真正優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：首先，云端中的數(shù)據(jù)必須使用標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)格式對(duì)各種來源的數(shù)字化信息進(jìn)行處理，以便創(chuàng)建可以檢索的數(shù)字內(nèi)容；其次，標(biāo)準(zhǔn)化模式和工具的使用可以使開發(fā)人員忽略數(shù)字信息的格式，開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)化的信息檢索系統(tǒng)。因此，在開放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，數(shù)字信息創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)化將大大地有助于信息檢索的發(fā)展，包括數(shù)據(jù)內(nèi)容的識(shí)別、索引以及使用特定的數(shù)據(jù)挖掘工具創(chuàng)建特定領(lǐng)域的使用等方面。

4.2 共享性

在過去的十年中，TREC（文本檢索會(huì)議）為共享資源提供了良好發(fā)展契機(jī)。此外，作為TREC的一種新的信息服務(wù)模式，眾包（crowd sourcing）信息檢索成為資源共享的成功案例[16]。同時(shí)，云計(jì)算的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為共享性。相對(duì)于在本地服務(wù)器上對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相互獨(dú)立地檢索，這些不斷涌現(xiàn)的共享技術(shù)和共享檢索標(biāo)準(zhǔn)為降低溫室氣體的排放起到了重要的作用。

目前，對(duì)于共享數(shù)據(jù)和檢索標(biāo)準(zhǔn)而言，如何使用開放標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，進(jìn)行不同模式的合作與交流是需要重點(diǎn)研究的問題，也是綠色檢索系統(tǒng)能否成功的一個(gè)重要因素。

4.3 重用性

信息檢索工具和內(nèi)容的重用性在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將是信息檢索和數(shù)字圖書館研究領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。例如，TREC研究會(huì)為了改進(jìn)信息檢索，已經(jīng)對(duì)檢索工具和內(nèi)容的重用性進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的相關(guān)研究。而將云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)引入到相關(guān)研究中將大大推動(dòng)研究進(jìn)展，這是因?yàn)椋鞣N研究數(shù)據(jù)集、索引內(nèi)容以及各項(xiàng)指標(biāo)和工具都可以存儲(chǔ)在云端，方便在各種研究和應(yīng)用開發(fā)活動(dòng)中使用。

顯然，云計(jì)算基礎(chǔ)構(gòu)架有利于數(shù)據(jù)的共享，也有利于綠色檢索的研究。這是因?yàn)檠芯咳藛T不再需要對(duì)已經(jīng)建成的數(shù)字資源和應(yīng)用程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和獲取，同時(shí)也節(jié)約了能源。此外，這些已有的索引、日志數(shù)據(jù)、各種數(shù)據(jù)分析，可以重新利用以進(jìn)行進(jìn)一步的研究，最終有利于減少溫室氣體的排放，也有利于綠色檢索系統(tǒng)的構(gòu)建。

4.4 綠色的用戶行為

在信息化社會(huì)中，人類的信息行為是其主要研究領(lǐng)域，同時(shí)也是信息檢索研究的一個(gè)重要方面。此外，任何信息系統(tǒng)（服務(wù)）的成敗取決于它如何滿足用戶的信息需求，因此，用戶的行為特征成為信息系統(tǒng)需要考慮的因素。在這個(gè)基礎(chǔ)上，綠色的用戶行為已經(jīng)成為綠色I(xiàn)T的一個(gè)重要組成部分[3]，目前已經(jīng)有相關(guān)的研究關(guān)注用戶行為的能源消耗以及用戶行為對(duì)環(huán)境的影響[17]。

在氣候變化的背景下，綠色的用戶行為可能意味著一系列與能源使用有關(guān)的行為改變，如生活習(xí)慣、商業(yè)慣例等。此外，正如前文所述，綠色的用戶行為是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要推動(dòng)者。已有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無節(jié)制的打印浪費(fèi)了大量紙張的同時(shí)也增加了環(huán)境壓力。而云計(jì)算和綠色I(xiàn)T可以在幫助用戶更加方便地訪問和獲取信息的同時(shí)，引導(dǎo)用戶獲取信息行為方式的改變。例如iPad、電子書等各種移動(dòng)終端的大量出現(xiàn)既方便了用戶隨時(shí)隨地獲取知識(shí)，又減少了紙張打印，最終減少能源消耗。

此外，相對(duì)于傳統(tǒng)的信息獲取方式而言，已有研究發(fā)現(xiàn)，用戶通過低能耗的終端連接到云端，并訪問和獲取數(shù)據(jù)可以顯著地減少溫室氣體的排放[18]。雖然已經(jīng)取得了一些改變，但是為了綠色信息檢索系統(tǒng)的建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，還需要對(duì)改變用戶信息獲取行為進(jìn)行更多的研究。

5結(jié)語

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、設(shè)備的不斷出現(xiàn)，促進(jìn)了社會(huì)信息化水平的快速發(fā)展，人們對(duì)信息系統(tǒng)的依賴程度越來越高，信息檢索已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪忻懿豢煞值囊粋€(gè)組成部分。然而，這也增加了溫室氣體的排放。因此，面向可持續(xù)發(fā)展的低成本、低能耗的綠色檢索已經(jīng)成為未來信息技術(shù)領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。

為了構(gòu)建和發(fā)展綠色信息檢索系統(tǒng)，首先需要知道一個(gè)信息檢索系統(tǒng)中哪個(gè)系統(tǒng)組件或服務(wù)產(chǎn)生多少溫室氣體，然后才可以尋找適當(dāng)?shù)姆绞綔p少這些排放?；谝延械南嚓P(guān)研究，本文認(rèn)為，云計(jì)算和綠色I(xiàn)T在減少信息和通信技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、共享性、重用性和綠色的用戶行為的探討，有助于構(gòu)建綠色檢索系統(tǒng)和服務(wù)，并最終實(shí)現(xiàn)信息檢索系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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