云环境下移动数字图书馆跨系统服务平台构建与实现，本文主要内容关键词为：服务平台论文,数字图书馆论文,环境论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
随着第三代通信技术和云计算技术的不断发展，图书馆用户的阅读逐渐呈现出个性化、开放化、适时化、社会化和网络化的特点，基于传统互联网技术的数字图书馆定制推送服务已无法满足泛在环境下的不同移动终端系统用户的知识需求。面向移动用户的数字图书馆跨系统云服务的开展，一方面，实现了用户通过不同的移动终端系统对数字图书馆资源的无缝访问和即时交互；另一方面，使用不同移动终端设备的用户通过跨系统云服务平台，可以实现用户之间的知识交流和共享，能有效地将隐性知识转化为显性知识，从而实现知识的创新性创造[1]。云计算环境下的数字图书馆也能通过为读者量身制作个性化的阅读计划，并适时提供在线阅读与数字资源的下载，实现碎片化时代移动读者的有效阅读。云环境下面向不同移动终端系统用户的跨系统数字图书馆信息服务已成为数字图书馆发展的新兴服务领域。
2 面向移动用户的数字图书馆应用现状分析
移动数字图书馆的开展最早可以追溯到2000年9月，日本富山大学图书馆开发出IMODE手机的书目查询OPAC系统，此系统为移动数字图书馆的初步尝试，主要功能是为IMODE手机读者提供在线书目查询、催还、预约、续借、即时通知等移动信息推送服务[2]。国内移动图书馆肇始于2000年，2005年进入集中发展阶段。目前其国内移动图书馆的服务模式是以短信服务(SMS)和移动WAP网站为主。IOS、Android、Windows Mobile和Symbian四种不同移动操作系统已成为目前移动阅读的主流终端平台，移动用户通过下载相应的阅读程序，就能够享用图书馆移动数字化服务，并快速访问热门的网络应用程序。
2.1 面向移动用户的数字图书馆信息服务模式分析
从服务内容和服务性质的角度出发，本文认为以通信技术为信息服务手段，以移动终端设备为信息服务工具而开展的数字图书馆信息服务都可以归纳为移动图书馆信息服务模式。按应用技术和通信协议划分，目前移动图书馆信息服务模式主要有两种：基于点播的短信息服务(Short Messaging Service，简称SMS)和基于浏览的WAP(Wireless Application Protocol，无线应用协议)移动图书馆站点服务[3]。其具体服务流程如图1所示。
图1 面向移动用户的数字图书馆服务流程
(1)SMS服务
SMS服务(Short Message Service，短信服务)主要是指移动用户通过发送短信的形式，实现读者与数字图书馆之间的信息交互。以移动用户作为信息源来看，短信服务内容包括馆藏、借阅情况、续借、图书馆工作时间等信息，如中国国家数字图书馆、上海图书馆、清华大学图书馆以及美国加州大学图书馆、澳大利亚莫纳什大学图书馆、瑞典马尔默大学图书馆、新加坡南洋理工学院图书馆等都采用这种信息查询模式；以图书馆作为信息源角度来看，移动数字图书馆的推送服务功能包括新闻、讲座、预约到达、图书催还和过期罚款催缴等[4]。
(2)WAP服务
移动用户通过GPRS网络访问图书馆系统WAP网站实现对数字图书馆的访问称之为WAP服务。具体服务内容包括WAP网站常规服务和WAP网站数据库检索服务两种模式。WAP网站常规服务主要包括馆藏目录检索、借阅信息查询、参考咨询、使用指南等移动信息服务。WAP网站数据库检索服务提供了包括题录、文摘和全文链接等，检索结果也可以直接通过E-mail推送到用户邮箱。
以上两种移动数字图书馆信息服务模式各有其不足。短信服务(SMS)模式下的定制服务和推送服务，都是通过第三方短信服务平台传递给移动用户或图书馆，因而导致使用者无法与信息服务平台进行实时交流；而国内WAP基站覆盖率偏低、收费较高和数据传输速率不高，这也导致了移动用户获取资源效率偏低和使用范围受限。移动数字图书馆既有的信息服务模式存在着诸多不足，已无法满足数字图书馆现有发展需求。
2.2 面向移动用户的终端操作系统比较分析
面向用户的移动终端平台系统是开展移动数字图书馆信息服务的关键元素。从目前移动终端设备的市场占有量和移动操作系统的影响力来看，IOS客户端、Android客户端、Windows Mobile客户端和Symbian客户端等移动操作系统是目前主流的手机操作系统，并且每1-2周即发布一次升级版本，为用户随时随地移动阅读提供了便利。通过对移动操作系统的可移植性、可靠性、连通性、可扩展性、开放性、安全性和云服务七项性能进行比较分析，得出每种移动操作系统的优缺点，具体比较结果如表1所示。
通过对上表中移动终端操作系统相关性能指标的比较分析可得：基于开源Linux的Android操作系统具有源代码开放性的特征，并且免费允许所有厂商和个人在其基础上进行开发，使其赢得多数手机制造商的支持[5]。尽管其他移动终端设备操作系统相对封闭，而且由于各系统编程语言的异质性致使各系统存在各种安全隐患，但面对云计算环境下的移动信息服务需求，所有移动终端设备的开发商在开发其操作系统时，都一致将云服务纳入到开发体系中来。这表明：云计算技术已然成为数字图书馆解决跨系统信息服务的重要技术手段之一，面对移动用户的云服务已成为移动信息服务发展的必然趋势。
3 云环境下移动数字图书馆跨系统服务平台的构建路径
云计算是一种将分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)以及互联网技术结合起来的新的信息资源服务模式[6]。由于目前市场上移动终端设备的操作系统存在着不同的系统架构、接口和协议，这就导致了数字图书馆在开展移动信息服务过程中需要整合不同信息资源和构建满足不同移动操作系统接口协议的跨系统服务平台。而云计算本身具有网络技术、存储技术、桌面技术、集成服务技术和应用技术的虚拟化等技术优势，突破了传统移动终端系统中WAP协议的单一限制，这使得云计算服务成为移动图书馆跨系统服务的发展趋势。
3.1 构建移动数字图书馆跨系统云服务平台的目标定位
面向移动用户图书馆跨系统云服务平台的构建不是一个简单的软硬件集成项目，而是数字图书馆信息化、数字化、网络化和社会化发展战略的转型。除了对云计算技术方面的关注外，数字图书馆需要在管理模式上做出调整。首先需要将云服务作为战略问题来对待，及时引入管理层的关注与支持，并明确设置每一阶段所要实现的目标。
(1)云项目自我评估
首先，数字图书馆在实施云计算项目之前需要进行自我评估，明确云计算是否适合图书馆的发展战略，以及图书馆目前的形式是否适合使用云计算。对于图书馆而言，无论是改造还是迁移原有的计算平台以实现云计算平台的服务功能，都必须从成本和现有硬件资源条件来考虑。
(2)云服务组织构建
实施云计算服务需要图书馆成立相应团队来负责。为了保证推进力度，云计算实施团队必须有领导层参与。由于构建云计算平台的目的是提供面向移动用户的信息服务，云计算的实施和管理还应有相关的业务人员参与。
(3)云服务模式确定
按服务方式，以云计算提供者与使用者的所属关系为划分标准，可以将云计算划分为三类，即公共云、私有云和混合云三种。数字图书馆可按需选择适合自己的云服务模式，通过云服务平台对外提供统一的接口，从而实现数字图书馆的云服务[7]。一般来说，数字图书馆较为适合采用公共云服务模式。因为，公共云计算服务可以帮助图书馆节省投入。通过使用公共云计算服务，图书馆以较小的投入获得稳定的服务平台，并且可以在发展迅速时期利用云平台的灵活性快速地扩展服务。
3.2 面向移动用户的数字图书馆云服务三种模式
通过将数字图书资源存储在各种云服务器中，数字图书馆用户可以通过不同移动终端设备，采用各式浏览器自行选择所需资源，以实现跨不同移动操作系统的信息服务需求。基于此，本文通过搭建三种不同层次的云服务模式平台，构建基于云计算技术的移动图书馆信息服务模型并辅以描述说明，以解决在面向移动图书馆用户开展信息服务过程中不同操作系统所引发的跨系统信息服务障碍问题。如图2所示。
在面向跨系统的移动信息服务过程中，数字图书馆可按自身实际情况选择适合自己的云服务模式，通过云服务平台对外提供的统一接口，从而实现数字图书馆的云服务[7]。
(1)私有云模式
私有云模式是指使用者根据特定信息服务业务和功能需要，独立构建和开发使用的云环境模式。在数字图书馆开展私有云服务过程中，云计算服务必须满足处于局域网安全可控范围内的前提条件，然后以特定服务形式为移动用户提供信息服务。同时，私有云的所有者不与局域网外的其他信息服务组织和用户共享信息资源。由于私有云的虚拟部署在局域网内，故其具有较为灵活的数据安全性、系统可用性和系统扩展性。但私有云的开发、运营和维护需要较高的资金投入与持续的技术支持。
(2)公有云模式
公有云是指使用者利用Google、Amazon、Microsoft等大型企业或机构提供的公用云服务接口通过互联网来实现云计算服务的模式。在公有云模式下，数字图书馆无须具备针对该服务在技术层面的知识，无须雇佣相关的技术专家，无须拥有或管理所需的云计算基础设施，图书馆所需要的云计算能力完全由独立的第三方云提供商提供，该云提供商也同时为其他信息用户服务，这些信息用户共享这个云提供商所拥有的资源。虽然，公有云能够为用户快速而便捷地提供云计算能力，但是由于数据不存储在自己的数据中心，其安全具有一定风险性。
(3)混合云模式
混合云是整合了公有云和私有云所提供服务的云服务模式。混合云模式下，用户根据自身因素和业务需求选择合适的整合方式，制定其使用混合云的规则和策略。自身因素是指用户本身所面临的限制与约束，如信息安全的要求，任务的关键程度和现有硬件基础设施等；业务需求是指用户从云环境中所获得的服务类型。从服务功能上看，混合云主要表现为私有云半公开部分的云服务功能，或者公有云通过再封装以使得其功能得以扩展延伸的云服务模式。相比较而言，混合云的部署方式对提供者的要求更高。
图2 基于云计算的移动图书馆信息服务模型
3.3 面向移动用户的数字图书馆云平台的架构
移动图书馆的建设包括数字信息资源、存储空间、计算资源、应用系统以及移动终端操作界面等。根据云计算技术的特点以及构建移动图书馆的现实需求状况，本文构建了跨系统云服务平台的层次模型，从下至上依次为基础设施服务层(IaaS)、基础服务层(Basic PaaS)、应用支撑层(PaaS)和业务接入层(SaaS)四个层次[8]。
(1)基础设施服务层
基础设施即服务是移动图书馆云架构的基础层，它决定了数字图书馆的服务范围与服务能力。该层主要通过嵌入式云终端技术、虚拟化技术联结网络节点上各类虚拟资源，包括虚拟主机、机群系统、存储设备、数据库以及PC机等虚拟硬件资源。用户无须购买、维护硬件设备和相关系统软件，就可以直接在基础设施即服务层上运行软件系统和实现应用。云计算环境下的各类虚拟资源能够实现根据负载进行统一调度，从而实现数字图书馆云服务平台的优化配置，以满足用户日益增长的信息需求与服务。
(2)基础服务层
基础服务平台主要是为数据库层和应用环境提供技术支持。数据层通过使用虚拟化技术和中间件技术来统一调配云平台中的各个节点，然后采集各节点的元数据和更新表单以提升云服务中心平台的计算效率和服务效果。对于节点上的图书馆，只需要安装集成中间件，并对网络进行设置，通过连接操作界面的服务接口，就可以对节点平台上的信息服务进行动态管理。
(3)应用支撑层
应用支撑层是数字图书馆云服务平台的最高层，向用户提供包括统一认证、服务注册与集成、计费、安全以及用户交互接口等软件即服务。由于数字图书馆云平台界面采用Web形式，将各种业务功能以统一的界面和操作方式展现给用户，用户通过登录云平台网站连入云服务平台，即可获得所需的服务。同时，应用层根据不同用户提供相应的接口以及用户注册、验证等通用管理服务。
(4)业务接入层
业务接入层主要是指面向数字图书馆软件运营(SaaS)服务而提供的最终应用服务系统。包括有本地门户系统、馆际互借系统、文献传递工具、参考咨询系统、科技查新系统、资源发布系统、统一检索系统、移动图书馆系统等。云计算环境下的数字图书馆计算任务和海量搜索由云端完成，移动智能终端与移动图书馆业务系统的接口协议必须实现规范化、标准化和开放性，以保证移动数字图书馆系统各组成部分的协同一致[8]。
总而言之，应用层可以利用软件即服务来构建云图书馆的数字化管理系统、信息检索平台以及其他应用服务软件；数据层可以利用数据即服务来构建和整合文献资源数据库，实现数据库资源利用的最大化；基础设施层可以利用基础实施即服务构建图书馆的存储及计算资源的应用环境，利用硬件即服务来构建计算机集群，形成强大的弹性计算能力。
4 移动数字图书馆跨系统云服务平台的主要功能和实现
基于上文的移动图书馆云平台的架构，针对既有不同的移动终端系统的特点，本文中云计算环境下移动图书馆跨系统服务的实现由四层功能模块组合构成，分别是门户层、应用层、管理层和适配层，以解决移动图书馆开展信息服务过程中的跨移动信息系统的障碍问题。如图3所示。
图3 云计算环境下移动图书馆跨系统服务的功能模块图
4.1 门户层功能模块
门户展现层主要是针对不同的用户群提供不同的人机访问方式，包括为用户和管理者提供包括WAP、Web、移动客户端(Client)、Opera和电子阅读器(eReader)等访问方式。
(1)WAP门户
WAP门户以客户机/服务器模式为用户提供内容访问，移动终端设备通过WAP网关与资源服务器通信。客户端的Web浏览器向网络服务器发出服务请求，服务器用标准数据模式进行响应。WAP门户能够支持多首页浏览功能，用户登录后可直接进入并任意切换自行设定的首页。面向移动用户WAP功能的实现主要通过对WAP业务的逻辑内容处理，包括对短信内容进行解析。
(2)Web门户
Web门户采用B/S模式为用户提供内容访问。由于Web门户网站本身具有图形化和导航性的特征，使得Web门户可以技术集成图形、音频和视频等不同格式的信息资源以实现电子图书下载和管理。另外，用户通过填写FORM可以向服务器提交请求，服务器可以根据用户的请求返回相应信息，从而实现与数字图书馆的实时交互。面向Web门户的端口实现采用SQL Server数据库模拟数字图书馆数据库的端口实现功能。
(3)移动客户端(Client)
移动客户端通过C/S模式为用户提供内容访问方式，能通过无线网络为用户提供下载数据。同时，还可以通过客户端各种应用APP实现其他阅读管理功能。在其他小型嵌入式移动设备上，移动客户端管理还可以作为小型WAP网页解析器开展运行功能，根据不同文本语言，自动匹配页面以满足移动用户的需求。面向移动客户端的实现采用Java来调用该类。
(4)Opera浏览器
Opera浏览器是指基于HTML语言采用界面加载语言包形式，面向智能手机的网页浏览器，它具有多页面浏览、页面缩放以及自定义页面格式等人性化功能。以UI框架为技术支撑的Opera浏览器满足了主流移动操作系统的高度统一的设计需求，移动用户只需打开浏览器应用程序并输入目标服务器对应的URL就能访问Web应用程序。
(5)电子阅读器(eReader)
电子阅读器是专门用于显示来源于书籍、杂志、报纸和其他印刷品的书面材料的数字版本的便携式、低能耗、高分辨率的设备。电子阅读器采用C/S模式为用户提供内容访问方式。目前，电子阅读器支持包括PDF、EXE、CHM、UMD、PDG、JAR、PDB、TXT和BRM等常见的电子书格式，主要包括设置书签、设置字体行距和编码切换等一系列交互功能。
4.2 应用层功能模块
应用服务层运行于前台，与底层数据存储交互，获取异构信息资源，呈现给用户可伸缩的信息应用视图，例如基于wml的WAP网站、交互短信和彩信等。业务应用层是用户登录站点后可以进行的一些操作和应用的集合，业务应用层主要包括有用户功能模块：用户注册、用户登录、用户认证和用户退出等子模块；用户个性化服务模块：用户下载、用户收藏、用户打分和用户推荐等子模块；公共信息服务模块：平台导航、信息公告、在线阅读和书签应用等子模块；信息推送服务模块和图书借阅查询等系列子模块。在具体功能设计方面，首先，在用户使用方面，通过指向服务器在门户层上提供移动客户端下载，同时需要标注客户端软件的版本信息、适配的机型等信息；其次，移动阅读方面，可以通过门户层的相应平台进行阅读标签的定义，然后根据标签内容通过与手机阅读平台的交互接口进行内容数据的获取；再次，在数据安全方面，电子图书数据资源必须通过版权保护管理模块加密，用户进行内容下载时，还需下载与内容相关的版权证书和内容解密密钥。版权证书和内容解密密钥也通过加密传输。
4.3 管理层功能模块
业务管理层运行于后台，易于数字资源拓展和服务平台的协同管理。该层通过门户管理层的Web网站来管理具体业务功能模块，包括用户信息维护、用户组别管理、日志文件下载、系统参数设置、系统运行管理、电子资源管理、相关数据统计和重要系统备份等具体业务管理功能。对于业务管理层，系统不仅要具备良好的日常事务处理能力，还要通过设计完善的用户管理功能和身份认证机制，对系统使用者的操作行为进行控制；对系统提供的异构信息资源和异质服务必须进行统一的管理，用以满足跨系统信息检索和协同信息服务的需求[9]。
4.4 适配层功能模块
格式适配层主要通过格式适配器将图书资源中各种格式的数字图书转换为移动终端可支持的格式，如HTML、PDF、TXT、CAJ、JPG等主要数字图书格式。格式适配器使Web浏览器可以通过HTTP通信协议来接触被管对象。格式适配器使用JSP(Java Server Pages)技术在HTML页码中陈述各种格式的数据信息来管理多协议代理。另外，由于各个移动终端设备的型号和服务提供商不一致，导致无线网络节点上的图书馆业务系统提供的访问接口和功能实现方式存在差异，所以，必须要对不同的移动访问实现方式进行封装，采用参数配置模块对终端型号进行初始化分类适配，以实现不同型号移动终端设备的访问功能的调用。
5 面向移动用户的数字图书馆云平台的应用
2010年9月，中国高等教育文献保障系统(China Academic Library Information System，简称CALIS)成立了基于云计算技术的两级云数字图书馆共享服务平台——国家级云服务中心和省级云服务中心，并已推广到30个省级共享域中心[10]。CALIS数字图书馆云平台的创建与运维主要采用混合云服务模式，其部分IT基础设施被托管在由第三方云服务公司提供的专业数据中心内，从而保证CALIS在该数据中心内对信息资源在物理上或逻辑上的独占性，具有自适应扩展的能力，以形成一个可控自适应的新型移动云服务体系来满足不同层次和规模的数字图书馆需求。目前，CALIS Nebula Platform云服务平台主要包括有面向图书馆的CALIS图书馆公共服务平台、面向图书馆的CALIS图书馆SaaS服务平台、面向图书馆的数字图书馆本地服务平台和面向图书馆的CALIS云联邦服务平台。其云平台总体模型如图4所示。
图4 CALIS云平台总体模型框架图
(1)基础设施服务和基础平台服务
CALIS基础设施即服务和基础平台即服务采用的是混合云服务模式，即以IT资源为中心，包括经过虚拟化后的硬件资源和相关管理功能的集成构建自己的云计算服务中心，从而搭建自己的基础设施平台IaaS；同时，CALIS结合第三方云服务商提供的部分IaaS服务租用相关的定制化软件应用[11]。
(2)CALIS数字图书馆公共服务平台
面向全国高校图书馆用户的云服务中心(Nebula Central Platform)提供的基本服务包括统一认证服务、计费服务、联合资源检索服务、数据服务、知识服务、数字对象存储和下载服务、元数据联合编目服务、文献联合订购服务、全局资源调度服务等。
(3)CALIS数字图书馆SaaS服务平台
该平台采用了多租户技术，通过网络交付给需要租用云服务的各地图书馆。用户不需要在本地安装该软件的副本，也不需要维护相应的硬件资源。移动用户只需要打开浏览器或者终端软件即可使用该服务。面向数字图书馆提供的终端服务包括有馆际互借服务、参考咨询服务、特色库加工服务、教参管理服务、学位论文服务等，各馆可以按需租用部分或全部服务。
(4)云联邦服务平台
为满足跨云服务的集成信息服务需求，降低服务集成难度，CALIS整合不同的图书馆本地服务平台(私有云)、CALIS公共服务平台(公有云)和第三方公共服务平台，以统一服务接口方式提供给图书馆，构建了云联邦服务平台(Nebula Federation Platform)的混合云服务平台，从而能形成高度集成的数字图书馆系统，以统一的界面和操作方式为移动读者提供服务。
(5)CALIS本地服务平台
CALIS本地服务平台体系主要由本地应用系统和CALIS本地应用基础平台构建。在具体业务开展层面上，CALIS本地服务应用系统提供包括参考咨询、统一检索、文献传递、馆际互借、科技查新、资源发布以及其他的门户系统服务功能。移动信息服务通过CALIS应用系统内置化的标准接口，包括通过支持标准化的统一认证、监控和日志等，实现了不同移动终端系统的CALIS用户通过本地应用系统与本地基础平台的无缝集成，成为移动图书馆的一个有机组成部分。
6 结语
基于云计算技术的移动数字图书馆跨系统服务平台，是图书馆社会化、网络化和虚拟化发展的趋势。面向移动用户的数字图书馆跨系统云服务平台不仅具有建设成本低、响应速度快和使用方便等优点，而且有效地解决了不同移动终端系统的服务集成问题。同时，大规模分布式云计算服务平台结点的形成，也能促进我国图书馆知识联盟网络的发展。移动数字图书馆通过在跨系统云服务平台上开发和集成新的信息服务，采取线上线下互动的服务内容和方式，能更好地满足高校图书馆的内部管理和移动用户服务的需求。