唐明偉 蔣 勛

（1.南京審計(jì)學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院 南京 211815；2.南京大學(xué)信息管理學(xué)院 南京 210093）

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，人類已步入大數(shù)據(jù)時(shí)代。而數(shù)字圖書館在經(jīng)過30多年的高速發(fā)展后，也同樣面臨著信息爆炸、信息利用和共享率低等大數(shù)據(jù)時(shí)代所面臨的困境[1]。數(shù)字圖書館之間的異構(gòu)性是造成這一困境的根本原因，要促進(jìn)各數(shù)字圖書館之間的互通互聯(lián)，提高信息的利用率，則首先必須從技術(shù)上找出異構(gòu)性的成因。

2 相關(guān)研究情況

目前，國內(nèi)外對(duì)數(shù)字圖書館異構(gòu)性的研究一般從消除異構(gòu)性，實(shí)現(xiàn)信息集成的角度得到體現(xiàn)。Kriewel[2]等認(rèn)為數(shù)字圖書館在功能、查詢語言及用戶界面上存在異構(gòu)，并使用一種名為DAFFODIL的中間件技術(shù)來消除異構(gòu)性。Rao[3]研究了5S框架[4]下數(shù)字圖書館的信息表示異構(gòu)，并提出了一種半自動(dòng)化的數(shù)據(jù)映射和瀏覽技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)集成。Ketchell[5]等研究了生物醫(yī)學(xué)數(shù)字圖書館中電子期刊、引用資源、開放資源解析器等數(shù)字資源的異構(gòu)性，并使用元搜索技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成。Beneventano[6]等研究了MILOS[7]在數(shù)字資源表示上存在的異構(gòu)，并使用一種基于XML的中間件技術(shù)統(tǒng)一數(shù)字資源表示，從而實(shí)現(xiàn)MILOS下各類數(shù)字資源的集成。

我國學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究。孔敬[8]認(rèn)為數(shù)字圖書館在功能、內(nèi)容及界面上存在異構(gòu)性，并提出使用Portal架構(gòu)實(shí)現(xiàn)集成。郭瑞華[9]認(rèn)為數(shù)字圖書館在數(shù)據(jù)源上存在語義異構(gòu)，并提出分層式本體整合方法來消除異構(gòu)性。李靜云[10]研究了數(shù)字圖書館的數(shù)據(jù)庫異構(gòu)，并提出使用本體建立異構(gòu)數(shù)據(jù)映射來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一檢索。曲克竹[11]等認(rèn)為DBMS的多樣性是造成數(shù)字圖書館異構(gòu)性的原因，并提出使用中間件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)字圖書館之間的數(shù)據(jù)交換。陳平華[12]則認(rèn)為數(shù)據(jù)庫異構(gòu)是造成數(shù)字圖書館異構(gòu)性的原因，并提出使用SOA實(shí)現(xiàn)集成。

上述諸多研究雖然指出了數(shù)字圖書館在功能、內(nèi)容、信息表示或數(shù)據(jù)庫等方面的異構(gòu)性，但并未系統(tǒng)性地研究造成這些異構(gòu)的主要原因，而這一點(diǎn)卻是實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書館高效集成的基礎(chǔ)。鑒于此，本文將從分析數(shù)字圖書館系統(tǒng)架構(gòu)出發(fā)，研究數(shù)字圖書館之間異構(gòu)性的形成原因，且對(duì)其類型進(jìn)行分析，并給出消除異構(gòu)性的對(duì)策，從而為實(shí)現(xiàn)各數(shù)字圖書館之間的信息共享、提高數(shù)字資源的利用率作準(zhǔn)備。

3 數(shù)字圖書館系統(tǒng)異構(gòu)性成因分析

數(shù)字圖書館本質(zhì)上屬于一種特殊業(yè)務(wù)的管理信息系統(tǒng)，因此，為了找出其造成異構(gòu)性的主要原因，則必須對(duì)數(shù)字圖書館的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析，只有對(duì)其架構(gòu)及運(yùn)行方式有清晰的認(rèn)識(shí)，才能正確地找出造成數(shù)字圖書館之間異構(gòu)性的主要原因。

3.1 數(shù)字圖書館系統(tǒng)架構(gòu)分析

數(shù)字圖書館是一種以圖書館相關(guān)業(yè)務(wù)為中心的，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)信息進(jìn)行收集、處理、存儲(chǔ)、查詢和分析，以輔助圖書館日常工作的信息系統(tǒng)[13-14]。不同的數(shù)字圖書館區(qū)別主要在于處理業(yè)務(wù)的不同，其架構(gòu)則大同小異，如圖1所示。

圖1 數(shù)字圖書館基本架構(gòu)

如圖，一個(gè)完整的數(shù)字圖書館由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、表示層以及系統(tǒng)的基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)組成。

3.1.1 數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層通常由數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)操作功能組成。數(shù)據(jù)庫按訪問類型可分為文件型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)一般均要通過數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序才能進(jìn)行訪問。數(shù)據(jù)操作功能即系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)業(yè)務(wù)需要，利用數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序，開發(fā)出來的對(duì)數(shù)據(jù)庫記錄進(jìn)行增、刪、改、查等基本操作的功能。數(shù)據(jù)操作功能僅關(guān)注數(shù)據(jù)庫的操作，以SQL語句作為參數(shù)向數(shù)據(jù)庫發(fā)送操作請(qǐng)求，操作成功后，數(shù)據(jù)庫再將原始數(shù)據(jù)返回給數(shù)據(jù)操作功能。

3.1.2 業(yè)務(wù)層 業(yè)務(wù)層主要由各種圖書館業(yè)務(wù)功能組成，此處的業(yè)務(wù)功能是指由系統(tǒng)開發(fā)人員開發(fā)的、與實(shí)際業(yè)務(wù)相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)功能模塊。業(yè)務(wù)功能從表示層接收用戶請(qǐng)求，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)，調(diào)用數(shù)據(jù)操作功能，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能。需要說明的是，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，除真正的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)外，還包括很多格式信息，這些數(shù)據(jù)稱為原始數(shù)據(jù)；在原始數(shù)據(jù)返回之前，數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序?qū)?duì)原始數(shù)據(jù)去格式化，去格式化后的數(shù)據(jù)稱為初步數(shù)據(jù)；得到初步數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)操作功能將這些數(shù)據(jù)返回給相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能，由業(yè)務(wù)功能對(duì)其進(jìn)行加工處理形成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后，再返回給表示層。

3.1.3 表示層 表示層即系統(tǒng)界面，其將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能按照一定的處理流程組織起來，并以較友好的表示引導(dǎo)用戶使用。系統(tǒng)界面從業(yè)務(wù)層獲得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后對(duì)其進(jìn)行解析，并以可讀性較強(qiáng)的最終數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)界面通常有瀏覽器模式和程序模式兩種。瀏覽器模式是指使用HTML或XML等標(biāo)記性語言開發(fā)的、由瀏覽器負(fù)責(zé)解析和界面展示的運(yùn)行模式；而程序模式則是指用高級(jí)程序語言編寫的，可以在操作系統(tǒng)層面直接執(zhí)行的運(yùn)行模式。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)在很多情況下，內(nèi)容相同，只是展示方式不同。比如瀏覽器模式的系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為HTML，通過瀏覽器來訪問，將得到豐富的超文本多媒體的展示效果，而如果這一層不存在，那么用戶得到的將是枯燥的HTML文本代碼。

3.1.4 系統(tǒng)基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái) 系統(tǒng)的基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)是數(shù)字圖書館系統(tǒng)能夠運(yùn)行的基礎(chǔ)。使用編程語言開發(fā)出來的系統(tǒng)只是一系列代碼的集合，而這些代碼能夠成功運(yùn)行的關(guān)鍵在于語言對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)。基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)封裝了對(duì)操作系統(tǒng)底層資源的調(diào)用，同時(shí)也規(guī)定了程序的數(shù)據(jù)請(qǐng)求、調(diào)用、傳輸、響應(yīng)等機(jī)制，使得由代碼集合組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠按開發(fā)人員的開發(fā)目標(biāo)運(yùn)行。

數(shù)字圖書館系統(tǒng)通常由上述4個(gè)部分組成，而開發(fā)的重點(diǎn)則在于數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表示層，但并不是每個(gè)數(shù)字圖書館系統(tǒng)都必須同時(shí)具備上述3層。一個(gè)系統(tǒng)可以沒有表示層，如命令行程序；也可以沒有數(shù)據(jù)層，如數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在內(nèi)存中的軟件；但業(yè)務(wù)層是每個(gè)系統(tǒng)不可缺少的，脫離了業(yè)務(wù)，系統(tǒng)并不能成為一個(gè)系統(tǒng)，只能算是一段沒有意義的代碼。根據(jù)3層的有無和表示層的界面模式，數(shù)字圖書館系統(tǒng)可劃分為無數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的命令行系統(tǒng)、有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的命令行系統(tǒng)、無數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)、C/S模式系統(tǒng)、靜態(tài)WEB系統(tǒng)和B/S模式系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 數(shù)字圖書館運(yùn)行模式劃分

上述模式中，命令行系統(tǒng)功能單一、數(shù)據(jù)量少，集成簡(jiǎn)單，而C/S和B/S系統(tǒng)則較復(fù)雜，且是目前數(shù)字圖書館采取的主流模式，因此這兩個(gè)模式系統(tǒng)的異構(gòu)性是本文研究的重點(diǎn)。

3.2 數(shù)字圖書館系統(tǒng)異構(gòu)類型分析

從上述分析可知，任何一個(gè)數(shù)字圖書館系統(tǒng)的開發(fā)都會(huì)涉及到系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫和信息表示方式的選擇，而這三方面選擇的不同分別導(dǎo)致了數(shù)字圖書館系統(tǒng)之間的基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)異構(gòu)、信息存儲(chǔ)異構(gòu)和信息表示異構(gòu)。

3.2.1 基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)異構(gòu) 基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)異構(gòu)是由數(shù)字圖書館采取的開發(fā)技術(shù)和運(yùn)行模式的不同而引起的基礎(chǔ)架構(gòu)上的異構(gòu)。開發(fā)技術(shù)通常是指高級(jí)程序語言本身及其運(yùn)行平臺(tái)，根據(jù)源代碼編譯方式的不同，目前主流的程序語言可分為編譯型與混合型兩種。前者由程序運(yùn)行庫負(fù)責(zé)運(yùn)行，如C/C++。而后者則由虛擬機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)行，如Java/C#。C/S模式的系統(tǒng)一般使用編譯型語言開發(fā)，依賴程序運(yùn)行庫運(yùn)行，而B/S模式的系統(tǒng)一般使用混合型語言開發(fā)，依賴Web中間件運(yùn)行。這三者的依賴關(guān)系如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)之間依賴關(guān)系

程序運(yùn)行庫和虛擬機(jī)均運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，其區(qū)別在于程序運(yùn)行庫對(duì)所編寫的程序支持需要調(diào)用操作系統(tǒng)的相關(guān)資源，如程序界面的繪制；而虛擬機(jī)是一種虛擬操作系統(tǒng)，有供程序運(yùn)行的完整機(jī)制，除保障虛擬機(jī)本身運(yùn)行的資源外，其編寫的程序不需要調(diào)用宿主操作系統(tǒng)的任何資源；Web中間件則也屬于一種程序，本身需要程序運(yùn)行庫或虛擬機(jī)的支持才能運(yùn)行，但對(duì)運(yùn)行在中間件上的系統(tǒng)，則同樣具有完整的運(yùn)行資源，不需要調(diào)用包括程序運(yùn)行庫、虛擬機(jī)和操作系統(tǒng)的任何資源。

上述3類基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)通常并不開放其數(shù)據(jù)請(qǐng)求與響應(yīng)方法，如果從這方面解決異構(gòu)性，必須對(duì)基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)的構(gòu)造、內(nèi)存管理等機(jī)制有比較深入的了解，這種方法有點(diǎn)類似于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)聽攻擊，要求較高，其難度和工作量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)開發(fā)本身。而對(duì)于構(gòu)建在不同基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)之上的數(shù)字圖書館而言，即使兩個(gè)不同平臺(tái)都開放了對(duì)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)聽和獲取，由于實(shí)現(xiàn)方式不同，要實(shí)現(xiàn)集成，其難度更大。因此從消除基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)異構(gòu)性的角度出發(fā)，來消除數(shù)字圖書館的異構(gòu)性并不可行。

3.2.2 信息存儲(chǔ)異構(gòu) 信息存儲(chǔ)異構(gòu)是由數(shù)字圖書館采用的數(shù)據(jù)庫的異同引起的數(shù)據(jù)底層結(jié)構(gòu)上的異構(gòu)。按照訪問方式，目前主流的數(shù)據(jù)庫可分為文件型和網(wǎng)絡(luò)型兩種。對(duì)于文件型數(shù)據(jù)庫，在同一臺(tái)服務(wù)器上，可以在各自的系統(tǒng)中添加相應(yīng)的訪問驅(qū)動(dòng)來達(dá)到集成的目的。但這類數(shù)據(jù)庫本身是操作系統(tǒng)上的一個(gè)文件，僅支持單機(jī)訪問。而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫，理論上只要兩個(gè)數(shù)字圖書館在網(wǎng)絡(luò)上是連通的，那么就可以互相訪問數(shù)據(jù)庫。但網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫一般以自定義端口的TCP作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，這種協(xié)議在通常情況下并不能穿透防火墻，因此造成了數(shù)據(jù)訪問上的困難。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫的集成需要考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、事務(wù)、并發(fā)性、安全性等諸多問題，是一項(xiàng)艱巨的工作，要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成、構(gòu)建統(tǒng)一訪問接口無異于對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重新構(gòu)建。更重要的是這個(gè)角度實(shí)現(xiàn)的僅是數(shù)據(jù)庫的集成，并不是數(shù)字圖書館的業(yè)務(wù)，集成后仍然需要再做相應(yīng)的業(yè)務(wù)開發(fā)，這無疑會(huì)大大增加開發(fā)的工作量和成本，因此這一方法也不可行。

3.2.3 信息表示異構(gòu) 信息表示異構(gòu)是指系統(tǒng)在將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)響應(yīng)給用戶時(shí)，采取的數(shù)據(jù)表示技術(shù)的不同而引起的訪問層面上的異構(gòu)。數(shù)據(jù)表示技術(shù)取決于系統(tǒng)的運(yùn)行模式，B/S模式的系統(tǒng)通常使用HTTP作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以TEXT、HTML、XML、JSON等標(biāo)記性語言表示數(shù)據(jù)，而單機(jī)或C/S模式的系統(tǒng)則使用與基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)相關(guān)的通信協(xié)議作為數(shù)據(jù)傳輸和表示技術(shù)。要從信息表示異構(gòu)角度出發(fā)解決系統(tǒng)間的異構(gòu)性，則必須使信息滿足可獲取且易解析的條件。

信息可獲取是指用戶可以通過第三方程序從系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，易解析則是指數(shù)據(jù)本身具有一定的結(jié)構(gòu)性，第三方程序可以通過解析讀懂?dāng)?shù)據(jù)。單機(jī)或C/S模式的系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)管理是封閉的，如果系統(tǒng)本身沒有開放數(shù)據(jù)，則只能通過內(nèi)存監(jiān)聽等非常規(guī)手段獲取和處理數(shù)據(jù)，這種做法難度較大，而且破壞了系統(tǒng)本身的安全性，因此并不可行。而B/S模式的系統(tǒng)其數(shù)據(jù)是開放的，除了可通過瀏覽器操作數(shù)據(jù)外，用戶還可以通過在瀏覽器中查看源代碼或者使用HTTP客戶端獲取包括格式在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常使用半結(jié)構(gòu)化的HTML或結(jié)構(gòu)化的XML、JSON等格式來表示。由此可見，B/S模式的系統(tǒng)滿足上述兩個(gè)條件，不論數(shù)字圖書館系統(tǒng)采取的是何種運(yùn)行模式，只要將其改造成B/S模式，再統(tǒng)一數(shù)據(jù)表示格式即可消除異構(gòu)性。

4 解決數(shù)字圖書館異構(gòu)性的思路及對(duì)策

從上述分析可知，如果一個(gè)數(shù)字圖書館系統(tǒng)使用HTTP協(xié)議傳輸信息，并以HTML/XML/JSON格式對(duì)外發(fā)布其信息，那么該系統(tǒng)滿足信息可獲取并易解析的條件，這意味著其他系統(tǒng)只要遵守HTTP協(xié)議，就可以獲取該系統(tǒng)發(fā)布的信息，再針對(duì)其信息格式，使用相關(guān)的解析方法就可以將獲取的信息變?yōu)榧河?。在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)解析后的信息再進(jìn)行封裝、匯總即可消除不同數(shù)字圖書館之間的異構(gòu)性，其思路如圖4所示。

如圖4，消除數(shù)字圖書館異構(gòu)性的關(guān)鍵在于將原圖書館業(yè)務(wù)功能以Web方式發(fā)布，這一步即通過二次開發(fā)，使得可以開發(fā)的業(yè)務(wù)功能使用HTTP協(xié)議傳輸信息，并以XML/JSON格式對(duì)外發(fā)布信息。完成這個(gè)工作后，再開發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)采集程序，獲取各異構(gòu)數(shù)字圖書館的業(yè)務(wù)信息，并對(duì)其進(jìn)行解析、封裝和匯總，最后返回給目標(biāo)數(shù)字圖書館。該數(shù)據(jù)采集程序可視為目標(biāo)數(shù)字圖書館的一個(gè)功能擴(kuò)展。該程序可根據(jù)請(qǐng)求客戶端的不同，返回不同形式的數(shù)據(jù)。此處客戶端主要為數(shù)字圖書館和自然人。對(duì)于數(shù)字圖書館，采集程序返回結(jié)構(gòu)化的XML/JSOM數(shù)據(jù)，由數(shù)字圖書館的相關(guān)業(yè)務(wù)模塊接收，并封裝成自己的業(yè)務(wù)功能，到這一步即完成了獲取異構(gòu)數(shù)字圖書館的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)為己用。而對(duì)于自然人用戶，采集程序返回可讀性較強(qiáng)的HTML信息，在瀏覽器中顯示。當(dāng)該方法中的數(shù)據(jù)采集程序獨(dú)立存在時(shí)，可視為集成中間件，可集成更多的數(shù)據(jù)，據(jù)此則可以構(gòu)建數(shù)字圖書館聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)更大范圍的數(shù)字資源共享。

圖4 數(shù)字圖書館異構(gòu)性解決思路

根據(jù)上述技術(shù)思路，本文給出如下對(duì)策來消除不同數(shù)字圖書館之間的異構(gòu)性。

（1）成立數(shù)字圖書館聯(lián)盟，搭建數(shù)字資源共享平臺(tái)，制定數(shù)字資源共享和交互標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)用于定義數(shù)字資源的元數(shù)據(jù)描述，建議采用XML、JSON或本體等簡(jiǎn)單并且具有自描述性的語言來構(gòu)建。加入數(shù)字圖書館聯(lián)盟的任何成員館，均需要將可以共享的數(shù)字資源按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述。

（2）對(duì)于擬新建的數(shù)字圖書館，其信息管理方式按照面向資源架構(gòu)的方式進(jìn)行構(gòu)建，而數(shù)字資源則按照資源共享和交互標(biāo)準(zhǔn)來描述；對(duì)于現(xiàn)有數(shù)字圖書館，不改變現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)行方式，僅將可以共享的數(shù)字資源按照共享和交互標(biāo)準(zhǔn)改造成基于面向資源架構(gòu)的信息管理方式。

（3）數(shù)字圖書館聯(lián)盟管理方定期維護(hù)加入的成員館，檢查共享資源的格式和內(nèi)容，保證共享資源的合法性和完整性。

5 總結(jié)

本文從技術(shù)角度總結(jié)了數(shù)字圖書館的一般架構(gòu)，并對(duì)架構(gòu)分層進(jìn)行了描述，總結(jié)了數(shù)字圖書館的運(yùn)行模式，根據(jù)不同的層次特點(diǎn)及運(yùn)行模式，分析了數(shù)字圖書館的3個(gè)主要異構(gòu)類型，得出從解決信息表示異構(gòu)的角度解決數(shù)字圖書館異構(gòu)性是較理想的方法，隨后從該角度給出了解決數(shù)字圖書館異構(gòu)性的思路及對(duì)策。然而本文的研究?jī)H僅是從理論角度出發(fā)，還缺乏實(shí)際的驗(yàn)證，這將是下一階段的研究工作。

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