挑战与创新重新审视云图书馆构建的技术走向文档格式.docx

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　　【内容提要】文章分析了目前云图书馆在技术实现方面所存在的问题，阐述了云计算、智能识别、物联网、虚拟化、高性能计算及可信应用设计方法等在解决云图书馆信息平台构建中的契机，在此基础上提出了一种三级技术瓶颈、三种实体对象、七层架构层次的云图书馆技术实施体系，并围绕云图书馆提出的背景、技术概念、现有技术局限、云图书馆系统和体系架构及实施云图书馆需要解决的几个关键技术等问题展开了研究。

　　Thispaperanalyzesthecurrentcloudlibrarythatexistsintermsoftechnicalimplementationproblems,explainstheapplicationofcloudcomputing,intelligentrecognition,applicationnetworking,virtualization,highperformancecomputingandtrusteddesignmethodintheconstructionofcloudlibraryinformationplatforms.Basedonthese,theauthorsproposesathree-stagetechnologybottleneck,threekindsofentityobjects,seven-tierhierarchysystemoftechnologyimplementationsystemincloudlibrary,andresearchesaroundthebackground,technologyconcepts,currenttechnicallimitations,systemsandarchitecture,andtheseveralkeyissuesofcloudlibrary. 

　　【关键词】云图书馆/云计算/关键技术/自治机理/异构融合Cloudlibrary/Cloudcomputing/Keytechnology/Autonomousmechanism/Heterogeneousintegration

　　1研究背景

　　从图书馆发展史来看，几乎每项新信息技术的出现都会给文献信息的生产、交流与服务形态带来巨大的挑战和机遇。

正如当年数字图书馆、Library2.0出现之初所经历的一样[1]，云计算在遭受到质疑之后，正在推动着我们所处的数字信息环境的迅速发展。

　　2009年4月OCLC宣布推出基于WorldCat书目数据的“Web级协作型图书馆管理服务”，这是公认的云计算服务[2]，2009年5月RichardWa11is、FrancesHaugen和MarshallBreeding提出“云计算图书馆（CloudComputingLibrary）”的概念[3]，2008年10月JasonGriffey提出“云图书馆员（CloudLibrarians）”概念[4]，2011年1月由OCLC、HathiTrust数字图书馆、纽约大学ElmerHolmesBobst图书馆及研究型馆藏获取和保存联盟（TheResearchCollectionsAccess&

PreservationConsortium,ReCAP）四方联合策划和实施云图书馆计划（CloudLibraryProject）[5]，这些事件告知我们一种新的数字图书馆形态——云图书馆[6]正在不断地触碰和挑战传统数字图书馆的生存与发展底线。

　　2技术创新的新挑战

　　2.1云图书馆实现的技术瓶颈

　　国内关于云图书馆的理论与实现研究工作乏善可陈，关于云图书馆理论与实践研究进展可参阅文献[6]。

有多种模型对云计算在图书馆实际应用中的技术难题进行描述。

美国加特纳公司数据搜索公司在将云计算列入2009年最值得关注的十大信息战略技术的同时，指出其存在七大技术风险：

优先访问权、数据隔离、数据恢复、管理权限、数据场所、长期发展、调查支持[7]；

美国马里兰大学提出包括“获取障碍、可靠性、安全性、数据保密和隐私、责任、知识产权、数据的所有权、可互换性、可审性”的九大技术瓶颈[8]；

美国加州大学伯克利分校的11位研究人员发表的技术报告《云之上：

伯克利分校对于云计算的观点》最有影响，指出了阻碍云计算实际应用的十大障碍：

服务的可用性、数据锁定、数据保密性和可审计性、数据传输瓶颈、性能不可预测性、伸缩性存储、大型分布式系统中的瑕疵、迅速伸缩、声誉命运共享、软件许可证[9]。

笔者也曾提出过云服务的可替代性、云计算平台标准不一致、访问机制一致性、负载均衡机制等问题是云图书馆实现的几个技术瓶颈[6]。

中国工程院李德毅院士则认为云计算应该提供集支持社会化、集约化和专业化的信息云服务，达到一种“网络丰富、边缘简单、交互智能”的服务功能，并指出虚拟集群和高端服务器应该是云计算发展的两个重要的技术走向[10]。

北京航空航天大学张霖教授和中国工程院李伯虎院士在负责实施的国家“863计划”资助项目“云制造服务平台关键技术研究”[11]中提出一种云制造技术体系，认为资源感知和介入技术，资源、能力的虚拟化、服务化技术，服务环境构建和管理技术，服务环境运行技术，可信与安全制造服务技术，普适人机交互技术等是云制造的核心技术。

笔者在仔细分析以上理论成果及研究案例的基础上，结合云图书馆的基本特性、技术需求、构建模式及新信息技术的研究现状，形成云图书馆关键技术瓶颈的结构模型，如图1所示。

　　图1云图书馆实现的关键技术瓶颈的结构模型

　　对于国内图书情报界而言，云图书馆仍是陌生的技术，现有的研究成果也大多处于理论探讨阶段，没有出现实质性的技术进展，因此，笔者认为我们必须跳出现在所能理解和运行的数字图书馆框架，针对现有云计算信息化发展存在的问题，结合现有图书情报行业信息化、云计算、RFID技术、物联网、虚拟化、高性能计算及可信软件设计方法等技术，通过对现有图书馆数字化、网络化、虚拟化构建和服务技术进行延伸和变革，将图书馆的各类物理资源、虚拟资源、信息资源及图书馆的服务能力、管理能力、知识创造能力、信息处理能力等进行虚拟化、服务化，并进行集中的智能化复杂耦合关联、异构融合管理和经营，实现图书馆服务与资源的虚拟互动、异构云计算平台的协同自治，通过网络实现提供安全可靠的、随时可获取、按需使用的、优质廉价的信息资源服务。

　　2.2云图书馆的技术定位及技术特征

　　云图书馆是一种通过实现服务资源和服务能力的流通，达到大规模收益、分散资源共享与协同的图书馆服务新模式，其运行原理如图2所示。

在云图书馆运行模式下，资源是指物理资源、虚拟资源、信息资源等服务资源及服务能力。

　　图2云图书馆运行原理[12]

　　从图2可以看出，云图书馆中的用户角色主要有云资源的运营者、提供者、使用者三种。

云图书馆既是服务的使用者，也是服务的提供者，或是运营者，三者之间角色定义是可以互相切换的。

云资源提供者对异构云计算平合的协同自治全生命周期过程中的资源和能力进行感知、虚拟化接入，通过云图书馆提供的云服务接口对外提供给云服务运营者；

云资源运营者主要是对云图书馆所提供的云服务进行高效管理、运营及对云图书馆完善与构建等，可以根据云资源使用者的服务请求，动态、灵活地为云资源使用者提供云服务，且为云资源提供者提供物理资源、信息资源、管理资源等服务资源；

云资源使用者能够在云图书馆平台的支持下，脱离云图书馆下的各个子节点应用场景作用因素的非本质性差异，在异构融合和系统自治的融合云计算环境中，动态、按需地使用云图书馆所提供的各类云服务，从而实现云计算环境下的各类混杂信息融合和信息资源在采集和传输过程中所需要的智能处理和决策。

　　基于此，笔者认为技术角度的云图书馆是：

一种面向服务的、高效低耗、可信的并基于知识的智能性网络化资源服务新模式，是数字图书馆的未来发展模式。

它将各类资源网络化、数字化、虚拟化后，进行统一规划的智能化管理和经营，实现多方共赢、多方共建、自配置、自优化、自愈合、自保护的普适化和高效化的共享、协同，从而为用户提供按需使用的、可随时获取的、安全可信的、低廉的图书馆服务。

　　云图书馆应该具有以下典型的技术特征：

（1）是面向泛在服务和自主需求的信息服务。

（2）具有基于资源复杂耦合关联和不确定性的信息服务能力（包括云图书馆服务任务的描述、任务与云服务的映射匹配、服务组合选择、绑定、服务结果评估等）。

　　（3）强调用户参与。

云图书馆致力于构建资源提供者、使用者、运营者等多方协同自治、感知融合的公用资源环境，用户参与度不仅仅局限于传统的需求与评价，而且贯穿整个信息服务、知识创新的全生命周期的每个环节，用户不仅仅是使用者，也是云图书馆的提供者、运营者或开发者。

　　（4）是透明、集成的服务环境和主动的服务模式。

云图书馆中信息服务和知识创新具有较强主动性，由于使用者、提供者及运营者都是基于云图书馆服务平台，故可以通过数据挖掘、人工智能、统计推理等技术获取主动服务所需信息。

　　（5）是按需付费和需求驱动的服务模式。

　　（6）是社会化、集约化和专业化的信息服务。

传统的图书馆业务流程在云图书馆中将会被分解、组合、外包，并且加以虚拟化，图书馆只需要关注于自身的核心业务，而其他相关业务或服务则可以通过调用云图书馆中的云服务来完成，而图书馆通过所构建云图书馆平台，将所有资源、能力、知识及服务虚拟化为云服务，形成云图书馆中不同类型的业务云服务。

　　（7）是基于资源与能力共享和知识交易的服务。

云图书馆运行是基于资源与能力共享和交易的，离不开知识的应用，且知识贯穿于其全生命周期，包括资源和能力的虚拟化耦合关联和接入、云服务的构建和描述、云服务的选取、匹配、组合、调度、优化和处理，以及云图书馆负载均衡机制、容错机制、任务迁移机制等。

　　（8）是基于开放式创新的构建模式，在云图书馆中，任何参与者都可以向云图书馆提供资源、能力、知识及服务。

　　（9）是更为绿色环保的图书馆构建模式。

　　3云图书馆构建技术

　　3.1云图书馆构建层次

　　本文提出云图书馆的构建模式，如图3所示，该图描述了云图书馆的构建层次、过程及云图书馆构建所需要的关键技术。

（1）资源层：

提供云图书馆全生命运行周期[13]中通过嵌入式云计算技术、虚拟化技术、物联网技术等将各类资源及能力虚拟化到传输网络中，实现云图书馆的资源与能力的复杂耦合关联，从而为云图书馆提供泛在服务。

（2）服务感知层：

是指通过云图书馆智能识别体系、适配器技术、网络通信技术及传感技术[13]等实现云图书馆平台的业务管理、信息资源感知的调度等，从而进一步实现信息资源的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等。

这一层解决云图书馆的主要问题是信息资源的感知、识别、分析、采集及处理等，从而实现云图书馆对资源和用户行为的智能化识别及管理。

　　（3）服务虚拟接入层：

包括两层虚拟资源池和虚拟化封装和接入。

在前面两层的基础上，采用服务感知系统和虚拟化技术，将分散的各类资源和能力介入到虚拟资源池中[14]，从而隐藏底层资源和服务感知的复杂性、异构性和动态性，为云图书馆信息平台提供基于资源复杂耦合关联和不确定性的信息服务能力的共享协同体系。

　　（4）核心服务层：

该层主要面向云图书馆三类用户：

云资源提供者、云资源使用者、云资源运营者。

通过相应技术将云图书馆的核心服务进行虚拟封装、发布等操作，形成云服务，针对不同类型的云服务选择不同的管理、配置、优化及供应方式，包括为云资源提供者提供云服务标准化、业务、调度、变更及计费管理；

为云资源使用者提供云服务管理、云服务搜索、匹配、优化选取、调度等管理；

为云资源运营者提供用户、云服务、应用系统、资源、发布、维护等管理。

　　（5）应用层：

包括应用接口层和应用显示层，其涵盖整个云图书馆业务的管理、维护、操作的智能服务全生命周期的服务应用，用户可以通过不同终端获取不同资源交互方式，并支持多主体及多接口的高效协同。

　　（6）可信服务管理层：

在云图书馆中数据安全性、用户隐私权、知识产权、可用性、可靠性等涉及可信化应用设计体系的问题，笔者将其归结到云图书馆可信应用机制设计方法中，从而在分析和验证技术的研究方面考虑到云图书馆运行环境与云计算的结合性、实时性、动态演化性及可用性，提出应该建立云图书馆可信应用机制的设计方法和推理机制，为云图书馆可信应用系统分析和建模的研究提供数学模型和验证手段。

　　（7）传输网络层：

云图书馆的运行必须依赖于网络及相应的网络传输协议。

　　3.2关键技术

　　在云图书馆构建过程中，所涉及技术领域非常广泛，根据云图书馆的构建需求及云计算技术发展现状，笔者认为云图书馆关键技术大致可以分为以下几个方面：

（1）云图书馆构建模式、体系架构、平台标准规范和资源分类等理论体系。

由于目前云计算技术目前尚无统一标准，支持云图书馆平台运行的相关技术标准和规范也没有统一的标准，这就给云图书馆服务平台的构建环境造成先天障碍。

云图书馆所涉及资源的分类、采集、处理等，服务感知体系的智能识别接口、传感规范等，云服务业务管理标准、云服务全生命周期的交互准则等，云服务主体的服务评估标准、资源服务的质量评价标准、资源交易、共享及互操作标准等，云图书馆核心服务群的介入标准、描述规范、及访问协议等，这些都是需要进一步探讨。

（2）资源、服务感知、传感和适配技术。

主要指在服务感知层所涉及的相关理论及技术，包括RFID技术、传感技术、服务适配技术等，通过剥离云图书馆中的不同服务应用场景及脱离非本质性差异，对云服务资源、能力、用户行为及定位等进行抽象，重点分析这些云实体在不用作用域的关联关系，构建云图书馆物理空间和信息空间耦合的统一信息模型、动态行为关联模型、反馈机制模型及服务实例化模型，分析云服务和主体要素间的相关性，为云图书馆上一层提供支持和服务。

　　图3云图书馆构建层次

　　（3）资源虚拟化封装和加入云端化技术。

主要指为虚拟资源、虚拟能力及服务过程提供云图书馆资源的嵌入式云服务封装、介入、调度、优化、发布等技术，并研究云图书馆服务请求介入云图书馆服务平台、访问、调用和管理云服务的技术，包括软硬件物理资源、虚拟资源、信息资源的虚拟化技术，资源和能力的云服务化技术，接入技术，云资源和能力的封装、建模、发布等技术，云服务动态部署和监控技术，云服务接入和访问技术等。

　　（4）云服务业务管理技术。

主要是指支撑云图书馆服务平台运行的核心服务功能，研究和支持云服务提供者和运营者对云业务进行接入、管理、组织、审核、优选、调度、发布等功能，包括资源的采集、分析、融合、发布；

资源服务智能优选匹配与组合；

服务接口定义一管理、资格认证管理等；

领域知识的抽取、分析、融合等；

资源及能力的优化配置、负载均衡及容错机制的管理等。

　　（5）支持异构协同的可视化云终端交互技术。

云计算技术处于发展的初级阶段，不同的云服务供应商提供不同云计算平台，彼此之间是异构的，各个云计算平台的应用和数据无法实现互操作和可移植。

这就要求云图书馆从云计算异构融合与云图书馆自治协同的场景分析和应用需求出发，研究云图书馆的异构环境的场景感知机制，支持各类资源、服务终端及可视化、普适化终端交互技术，摆脱目前“以计算机为中心”的访问模式。

　　（6）云图书馆可信服务机制设计技术。

如上文所述，云图书馆可信服务机制设计是解决目前云计算在图书馆中应用的关键问题之一，也是难点之一。

笔者认为，需要提出可信服务机制设计方法理论，在理论基础上结合传统的逻辑体系，创建出适用于云图书馆的逻辑描述体系和建模语言，通过扩充现有的分析与验证方法，实现云图书馆可信服务机制。

从技术细节来描述，包括数据安全性、用户隐私权、知识产权、负载均衡机制、容错处理机制、复杂服务管理技术、支持语义的资源服务匹配技术、云服务的可信价值评估等技术。

　　（7）混杂信息融合和决策研究技术。

云计算环节中所包含的信息资源类别繁多、数量庞大，如何将这些信息资源进行智能感知、识别、分析、整理、发布等是云图书馆信息融合的难点之一。

笔者认为云图书馆需要在资源的采集和传输过程中进行智能处理和决策，借鉴主动网络技术、上下文感知及普适计算等技术，根据云图书馆服务终端性质和资源流转规模，提出基于智能、联动、多级及主动机制的云图书馆资源处理系统。

　　4结语

　　笔者认为，云图书馆是图书馆的未来发展形态，为图书馆实现服务模式的转化、降低服务成本、快速灵活地响应社会和市场等需求提供了新的思路和解决方案，也是所有“图书馆人”无法回避的。

从运营机制来看，云图书馆可能会将传统（数字）图书馆的业务方式、服务模式等“翻个底朝天”，也对云图书馆员、云图书馆管理者、使用者、运营者等提出了更高的要求，积极地“创新和探索”是实现云图书馆梦想的唯一途径。

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