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基于云计算数字图书馆的设计与实现

【摘　要】云计算是在互联网上的实现分布式处理、 并行处理和网格计算的计算机科学概念, 随着Web2.0技术的发展应用更加广泛。数字图书馆采用了Web2.0的理念和技术,改进自身服务,扩展高端复杂网络应用, 但在数据安全、 数据共享、 用户体验等方面需要更精确的计算方法。采用云计算的模式作为数字图书馆的底层架构,就能够克服上述不足, 极大地改进图书馆的服务。本文从云计算的概念和工作原理入手,分析了数字图书馆如何使用云计算模式来拓展服务和功能,改进用户的搜索效率。
【关键词】云计算　数字图书馆　设计　实现

Design and implementation of Digital Library Based on Cloud Computing

Abstract: Cloud computing is the computer science concepts of distributed processing, parallel processing and grid computing realized on the Internet, more widely applying with the development of application of Web2.0 technology. Digital library is using the Web2.0 concept and technology, to improve its services, to expand high-end application of complex networks, but requires a more accurate calculation method in terms of data security, data sharing, user experience. The cloud computing model as the underlying architecture of digital library, will be able to overcome the above shortcomings, greatly improving the service of the library. Starting from the concept and working principle of cloud computing, this paper analyzes the digital library how to use the cloud computing model to expand its service and function, and improve the user's search efficiency.
Key words: cloud computing　digital library　design implementation

1 引言
云计算是一种在互联网上将分布式处理(Distributed Computing)、 并行处理(ParallelComputing)和网格计算(Grid Computing)结合起来的超级计算模式,它将计算和存取集中于网络中的集群服务器中, 经过云计算, 只要用户联接到互联网,就能使用这些基于Web2.0的、 分布式的、 不需要任何软件支持和用户存储设备的资源和应用服务。这些服务逐渐引领了一种由全新的计算模式所驱动的浪潮: 企业或个人将不再需要在电脑中安装大量套装软件,而是经过Web2.0浏览器接入到一种大范围的、 按需定制的服务用户只需要操作客户端软件, 就能实现自己需求的分布在各种服务器、 个人电脑、 甚至移动电话和其它设备上的大量软硬件资源和应用服务, 还能把这些资源和应用服务集中在一起协同工作。——云计算。
这一特点使个人计算机能以最小化的性能完成最大化的功能, 这样的搜索效率正是数字图书馆需要想实现的。用户用最简便的操作满足最复杂的需求,而这些需求应该是用户定制的,非结构化的,同时能够把用户需要的结果在最短的时间内传递给用户最方便访问的网络设备上, 这就要求数字图书馆做到应用的复杂性和使用的便利性两者的完美结合, 即放弃传统的系统架构,采用云计算的模式。基于云计算架构的数字图书馆能够称为”云图书馆”。
2 基于云计算数字图书馆的整体架构
2.1 云计算系统的体系结构
基于云计算的数字图书馆, 需要构建一个云计算系统, 即把一组资源和应用服务的集合在一起, 共分为基础设施层、 平台层和应用层三个层次。基础设施层, 主要包括计算资源和存储资源,整个基础设施也能够作为一种服务向用户提供,不但向用户提供虚拟化的计算资源、 存储,还要保证用户访问时有足够的网络带宽。平台层, 在基础设施之上, 是整个云计算系统的核心层,主要包括并行程序设计和开发环境、 结构化海量数据的分布式存储管理系统、 海量数据分布式文件系统以及实现云计算的其它系统管理工具,如云计算的系统中资源的部署、 分配、 监控管理、 安全管理、 分布式并发控制等。平台层主要为应用程序开发者设计,开发者不用担心应用运行时所需要的资源,平台层提供应用程序运行及维护所需要的一切平台资源。应用层, 是面向用户提供简单的软件应用服务以及用户交互接口等。图1为云计算系统的体系结构。

2.2 数字图书馆的困境及其对云计算的现实需求
数字图书馆是在网络环境下经过计算机技术和通信技术等高新技术的结合, 将分布式数字化资源及其技术进行组织、 整合和管理并对用户进行有效服务的系统, 其本质上是一种针对特定用户群的信息需求而动态发展的信息资源体系, 主要有4个要素: 信息资源和信息设施( 基础设施层) 、 信息人员( 平台层) 、 信息用户( 应用层) 。数字图书馆在信息资源存储和用户信息需求两方面都面临着技术困境。其中, 信息资源存储问题成为最大的困扰, 信息资源海量增加, 而数字图书馆的数据管理、 备份、 存储设备能力有限, 图片、 视频等流媒体检索技术需要进一步完善, 多语言检索、 不同数据标准之间的数据交换、 人机交互技术、 数字图书馆所需的软件和工具等都有待于技术上的进一步突破。同时, 数字图书馆面临着信息用户的信息需求日益增长, 数字图书馆的搜索服务打破了传统图书馆的时空限制, 使信息用户对信息服务的延续性、 个性化、 多样性和时效性的要求日益提升, 要求数字图书馆提供更好的搜索效率。
云计算的出现能够很好地解决数字图书馆中存在的问题。云计算提供了强大的数据存储和网络服务功能, 经过云计算能够解决数字图书馆技术上的异质问题, 减少数字图书馆存储空间的成本, 提供更完善的人机交互功能。同时, 云计算还能够提供更加多样性的信息服务, 从而提高数字图书馆的信息服务效率。
2.3 基于云计算的数字图书馆基本架构
当前数字图书馆多为静态部署的、 传统B/S三层结构计算机检索系统,即用户经过图书馆终端或者浏览器访问图书馆网站(接口层),进行查询、 借还书等操作请求, 接口层的Web服务器把这些用户请求发送到中间应用层服务器,应用层服务器再对数据库进行操作,实现用户需求, 这种方式需要每一个图书馆都安装一套这样的系统,才能让用户使用。图２传统的B/S架构数字图书馆。

然而, 基于云计算的数字图书馆, 是以云计算服务器为核心、 部署动态的和虚拟化的硬件服务器为组成部分的云计算系统。用户在使用云计算图书馆时,经过应用层的操作接入云计算系统, 用户动态请求能驱动云计算服务器动态部署虚拟硬件提供存储和计算能力, 从而实现以云计算服务器为平台层的”无处不在”的访问,能够同时与应用层的所有用户共享数据流量和计算能力,用户间也能够动态地提供请求和反馈信息。这些存储信息资源的的服务器集群根据云计算服务器的控制任务,提供用户需要的信息, 这种强大的分布式计算和存储能力的复杂网络让用户省去考虑如何获取和管理数据的麻烦,只需要考虑最终使用这些结果即可, 从而大大提升搜索效率。图３云计算系统的数字图书馆

3　云计算图书馆改进用户搜索效率的方式
3.1　巨量数字资源及一站式搜索
传统数字图书馆的读者要检索不同的数据库的内容需要经过不同的数据库检索系统,分别进入各个数据库自己的检索界面。云计算图书馆的搜索引擎能提供给用户的一站式搜索, 将检索请求提交给云计算服务器,服务器根据用户提交的请求调配强大的计算能力,进行本体演算、 机器智能推理等复杂计算,充分分析用户需求, 并根据分析结果调配存储在分布式云存储服务器的资源,将结果提供给用户。这就避免了出现传统搜索引擎受到学术领域知识产权保护等政策的影响只提供一个简单的索引的情形。云计算的图书馆在技术上将分布式存储的数据库和一站式的检索界面结合起来, 使得用户经过检索界面 的”云”存储极大地提高资源查全率和精确查准率。
3.2　便携式设备上的云服务
在云计算系统中, 能够无限嵌入各种智能终端设备, 掌上电脑、 智能手机和网络电视等, 无论其物理性能、 CPU和存储能力如何, 都视同PC终端, 云计算图书馆能与用户便携式设备实现交互操作, 能够真正带给用户”图书馆无处不在”的体验, 用户还能够经过PC或便携式设备定制数字图书馆的云服务,从而定时的获得云计算数字图书馆推送的信息。
3.3　全方位的用户交互服务
云计算图书馆能够与用户实现全方位的交互操作, 运用云计算系统强大的计算能力和几乎无限的带宽,提供即时通讯的在线解决方案或者智能数字图书馆机器人的互动, 为用户智能提供多种解决方案和推送显而易见的最优选择。利用云计算图书馆开放式系统的特性, 能让用户参与互联网开放空间中的维基百科、 用户博客、 威客等多种服务方式,从而集中整个互联网的力量, 以”人脑联网”的交互和复杂人工智能的帮助相结合的方式, 实现全方位的用户交互服务。
3.4　云计算机图书馆的扩展服务
在云计算机系统的复杂网络上, 能够应用非结构化数据、 空间数据和多维数据服务, 从而云计算图书馆核心业务之外创造性提供多种扩展服务, 给用户全新的体验方式, 如创造出基于人工智能的三维虚拟图书馆员,和用户经过语音交互,如同和真实图书馆员交流; 采用虚拟现实技术对历史著名图书馆场景进行复原; 采用空间计算技术提示距离用户最近的图书馆地点以及行进路线; 采用多维数据分析挖掘技术,根据用户描述的需求,推荐最符合用户借阅的图书等。
3.5　个性化的网络服务
由于云计算机系统的体系构成基于可插件化扩充的平台层上, 用户能够在云计算图书馆操作界面上任意改变初始状态, 定制个性化的网络服务, 实现新的服务和技术能够与原有平台层无缝对接。更重要的是,基于开放API和开源的系统,能够让用户开发和部署满足自己需要的插件,建立符合自己需要的数字图书馆。
4　小结
云计算数字图书馆实现以用户为核心的理念, 极大地改进用户的体验。当前在构建云计算机图书馆时, 还要需要考虑一些特别的问题: 一是数字图书资源的版权问题, 云计算机图书馆将自己的数字资源提供给全体互联网用户使用,当前大多数服务提供商无法做到这一点,而且云计算图书馆的构建还需要重新整合当前整个供应链的电子资源, 知识产权保护条例也会造成一定的阻碍; 二是用户身份验证与数据安全问题, 云计算机图书馆是开放式的, 必须要采取全新的用户身份验证机制面对海量的世界各地的用户, 身份验证和开放式特征是个两难选择, 如果身份验证过于严格,则失去了云计算开放的特性,如果身份验证过于宽松,则不利于数据安全; 三是数字资源整合框架问题, 云计算机系统的基础设施层要求底层架构要整合一定数量的数据资源和信息服务, 究竟采取怎样粗细的整合粒度, 以及按照怎样的方式进行整合, 是一个多维的机制的问题。
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