城市中心图书馆向社区基层延伸的系统与网络架构实践探索，本文主要内容关键词为：架构论文,基层论文,图书馆论文,城市论文,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。
［分类号］G258
自2000年12月开始启动的上海市中心图书馆建设，至2005年上半年已连接了上海20家区县公共图书馆、12家大学图书馆、2家专业图书馆。其中， 在业务系统上与总馆实行“一卡通”功能的分馆有22家（计有24个连接分馆馆址），这22家遍布全市的分馆与总馆一起不仅构建了一个小型城域网，而且在这个城域网平台上也实现了一个较大型的图书馆自动化管理应用系统，即全市通借通还的一卡通服务。2005年10月27日，上海市中心图书馆普陀区甘泉路街道基层服务点的开通，揭示着上海市中心图书馆系统与网络建设跨入了一个新的阶段[1]。未来5年中建设100 个街镇社区中心图书馆服务点，与建设100个在机场、车站、商厦、 地铁和会所等服务点的目标，对上海市中心图书馆的网络结构模型、连接方式与系统承载的压力提出了新的挑战。如何找寻新的模式，了解与规划现有系统的能力，迎接挑战，是目前中心图书馆的工作重心，也是保障中心图书馆建设目标实现的重要技术基石。
1 目前的系统、网络架构与未来需求
1.1 中心图书馆的模式
纵观世界上各大城市中心图书馆的系统网络，其组织结构模式大致上分为两种：一是松散的图书馆联盟模式；一是在行政管理与系统网络组建上属于独立一体化的总分馆模式。前者，各馆在行政管理及图书馆系统上各自独立，以联盟的形式提供统一和相关的共享资源及服务政策，通过通用的规范提供联合采购、馆际互借、数字资源共享、合作化的数字参考服务等。但这样的松散联盟形式在各自的系统上是完全独立的，相互也是通过公用的网络进行信息交换和互联的，在信息资源与用户资源共享方面存在着诸多不便，比如，读者在这样的图书馆联盟中较难享受到方便的东家借、西家还的一卡通服务模式。后者，则是在系统与网络架构上自成一体，总分馆采用一个或几个共用的图书馆自动化系统。由于目前大型的图书馆自动化系统多采用C/S（客户机／服务器）架构，因此在网络架构上经常还需要构建一个独立的专网。
随着图书馆自动化管理技术的发展与相关标准规范的成熟，也产生了一种既采用独立系统运行，同时也在资源共享上对用户透明的共享技术。比如在原Dynix 公司推出的HORIZON 7.3版本上[2] 增加的基于NCIP协议的互惠借阅，即可以让读者用某馆的借阅证件直接去借阅他馆的图书资料。与一卡通相比，这样的技术可以称其为“卡卡通”。
1.2 上海市中心图书馆目前的系统与网络架构
上海市中心图书馆自2000年底开始建设以来，第一阶段以连接区县级公共图书馆和大学图书馆与专业图书馆为目标。由于所需要连接的图书馆类型众多，条件也各不相同，因此，在系统和网络的构架层面上，既要考虑到与各馆系统网络连接时的实际情况，又要最大限度地实现资源共享；既要考虑不同社团、单位的读者需求，又要做到尽最大可能地为普通市民提供方便（就近利用共享资源）。因此，上海市中心图书馆创造性地采用了既有图书馆联盟特色，又有统一系统资源共享优势的分类整合的系统网络架构。在与高校图书馆及专业图书馆的连接中，采用了各自系统独立，通过互联网专线或其他公共线路进行互联的方式，从而实现部分联合采购、部分电子资源共享的图书馆联盟模式。而在与区县公共图书馆连接时，则采用共享一个统一的系统模型，让市民读者更为方便快捷地享用一卡通服务。
上海市中心图书馆采用的统一系统模式，沿用了上海图书馆原用的SirsiDynix公司的图书馆自动化管理系统——HORIZON，其实施关键是要在全市范围内建立一个小型的城域网。在最初的几个分馆和总馆的连接之中，分馆是全部采用两根ISDN2B＋D线路做互相备份，总馆使用ISDN 30B＋D线路。随着事业的发展和外部条件的变化，从2003年5月开始，总馆增加了155M ATM，而分馆增加了帧中继（FR）线路。这样，加大了总馆和分馆之间网络带宽，同时也提高了网络的高可用性。2005年，我们又在分馆增加了帧中继（FR）线路，更加提高了系统的高可用性。
到目前为止，在上海市中心图书馆与区县分馆的网络连接上，总馆使用155ATM和ISDN30B＋D双线路连接，各个分馆采用帧中继（FR）或ISDN2B＋D线路连接；其中，有的分馆是同时具备两种线路，帧中继（FR）线路做主线路，ISDN2B＋D 线路是备份线路。
图1 上海市中心图书馆（与区县分馆）网络连接示意
1.3 上海市中心图书馆的未来发展需求
随着中心图书馆事业的不断发展及上海市民对服务需求的不断提高，早在2004年10月，上海市中心图书馆就提出了两个100的发展目标，即在未来5年中建设100个街镇社区图书馆服务点，在机场、车站、商厦、地铁和会所等建立100个服务点。要达到这个目标，从系统网络的角度来看，一是如何来构架一个完整的城域中心网络体系；二是目前的图书馆自动化系统（也就是HORIZON 系统）是否能够满足未来发展的需求（终端数的增加导致系统并发用户数的增加）？网络建设的成本及由之带来的日常费用，街镇及其他服务点是否承受得起？这些，都亟须解决的问题。
2 大型城市中心图书馆建设的网络架构
2.1 存在的问题
在2005—2006年的建设目标中，首要考虑的是将中心图书馆延伸至街镇图书馆这一目标。但在上海现有211个街镇图书馆中，各馆一般仅有1—3台电脑， 多采用各种方式与公网建立了链接。从目前情况来看，采用帧中继接入的形式是最为稳定与可靠的，其带宽要优于ISDN2B＋D的连接模式。但无论采用哪一种模式，除去一次性由总馆投入的网络设备建设费用外，其每月高额的专线通讯费用对于街镇图书馆来说也较难承受。
换一个角度来看，街镇图书馆在中心图书馆系统中的业务量并不是很大，对网络的连续稳定性及带宽要求较低，且其一般都与廉价的公网连接，因此如何利用这些特点，寻求一种更为现实的组网方式，就成为中心图书馆向街镇图书馆延伸时网络架构设计所要考虑的首要问题。而原有的中心图书馆的城域网组网模式，除了每个月的专线通讯费用较高外，也并没有充分利用到公网的资源。
2.2 向街镇服务点延伸的组网模式
通过调研与分析，我们最终选择了用IP VPN的方案作为中心图书馆向街镇社区服务点延伸的网络平台。在基本满足应用系统的前提下，这个网络平台最大化地节约了总投资；同时网络的使用费用也降了下来。所谓IP VPN（Internet Protocol Virtual Private Network），就是基于因特网协议的虚拟私有网络[3]，即虚拟专有网络。它不是真正的物理线路，但能够实现专有网络功能——利用隧道加密技术，在公用网络上建立专用的数据通信网络，与企事业单位任何两个授权端点连接；排除了传统专网端对端的物理链接，利用某种公众网的物理链路资源，动态组成，达到“不花钱的专网”的效果。用户只需购买VPN硬件设备和客户端产品， 向企业所在地的网络服务提供商支付一定的Internet接入费用。这样，不仅节约了租用专线的费用，而且对于不同地域的客户联系还能达到节省长途电话费的目的。目前的网络结构就是在原有的总馆155ATM和ISDN30B＋D的基础上，再增加IP VPN的连接。
图2 上海市中心图书馆IP VPN网络构建
注：VPN网关采用透明接入绿色虚线，表示VPN用户访问中心服务器的路径。
引入VPN组网模式，并不是全面替代现有的中心图书馆分馆的连接方式。 作为一种依赖于公网资源的专网组网模式，它易受公网资源紧张以及其他情况所带来的不稳定性的影响，降低了系统的可靠性。从理论上讲，它所依赖的加密技术也有被攻破的可能，因此城域网亦有安全性的问题。但是，VPN方案具有灵活性、 经济性却是不争的事实。同时引入VPN连接方式， 可使其成为其他分馆的一种备份连接方案，当分馆网络连接专线中断时，可以利用基于公网的VPN连接继续进行业务操作。我们所需要的只是一台笔记本电脑，一块无线网卡与GPS/CDMA/WIFI等无线连接，再加上一个VPN插件（硬件或软件），就可以实现一个移动的分馆。
每一种网络连接方式都有其优缺点，对应于不同的对象与环境有着不同的适用性。事实上，从图2可以看出， 目前上海市中心图书馆的组网是采用不同连接方式的混合组网模式。对于不同的分馆，完全可以根据自身情况与条件选择相应的连网方式。在表1中，我们对不同环境下不同连网方式的优劣作了一个比较。
以上三种连接方式中，最经济的还是IP VPN。但是，这种接入方式带宽随着公网应用情况的变化而变化，缺点也是显而易见的。
3 大型城市中心图书馆建设的系统承载压力测试
上海市中心图书馆系统经多年建设，已形成了一定系统规模及业务量。根据未来5年的发展规划其规模与业务量还将大量地增长（如图3）。
表1 IP VPN/ISDN/FR联网方式的比较
原有 网络接优势
劣势
总馆对
条件 入方式 应接入
IP VPN共享带 1.共享网络资源,无 1.网络接入将共享总
宽方式,支持上 需新增专线投入。
馆的100MB互联网
海电信ADSL、 2.支持方式众多,
出口,网络带宽和稳
有上网条件
有线通、长城宽VPN连接,适应面广, 定性有欠缺.分馆同
(首选)
带、网通宽带、灵活性大;建立VPN
样将与上网应用竞争 总馆100MB
FTTB+LAN等连接方式选择可高可 带宽,稳定性稍逊. 互联网专线
大多数主流的 低.
2.安全接入必须在总
上网方式 3.只需一次性投入
馆投入VPN设备,并
VPN设备,无新增通
需要特别加强VPN
信费用,设备维护费 链路的安全防护.
低.
1.需要额外的ISDN
1.带宽和稳定性有保 专线申请和专项投
无任何上网 证,VPN连接基于路
入.
条件,投入少 ISDN拨号VPN
由器支持的协议.
2.总馆通过与电信协 总馆30B+D
(次选)
专线方式 2.不共享总馆的互联 商,以分馆包月制的 专线(中心图
网专线,分馆不竞争 形式租用,费用低廉.书馆、龙吴路
上网带宽,技术方案 3.一次性投入路由器 书库用)
成熟. 等网络设备成本高于
IP VPN设备.
无任何上网 1.带宽和稳定性更
1.需要额外的FR专
条件,但需要优.
线申请和专项投入.
稳定接入,又 FR帧中继VPN
2.不共享总馆的互联 2.总馆通过与电信协 总馆155MB
需要有一定
专线方式(备
网专线,分馆不竞争 商,以分馆包月制的 ATM专线
投入(备选)
选)
上网带宽,技术方案 形式租用,费用较高.(中心图书
成熟. 3.一次性投入路由器 馆、徐家汇藏
等网络设备的成本高 书楼用)
于IP VPN设备.
图3 上海市中心图书馆系统业务量的增长
注：其中2005年后数据为预测数值。
目前的系统环境是否能够支撑今后的业务增长？在软硬件环境不变的情况下，系统能够支撑到怎样的系统规模呢？要回答这些问题，必须进行科学的压力测试来得到相关结果。
2005年年中，上海市中心图书馆针对图书馆应用管理系统的主要功能进行了压力测试，检查并评估：①在模拟环境中系统对负载的承受能力；②在不同用户连接情况下，系统的吞吐能力和响应能力；③在预计的数据容量（馆藏量）增加后，图书馆应用管理系统的性能表现。在测试中，我们采用了业界公认领先的压力测试软件LoadRunner[4]，对照测试的要求与目的，在HORIZON图书馆自动化管理系统上，我们对平时的应用做了相应的脚本。测试使用的脚本根据实际使用中可能发生的13组交易模拟录制，测试过程中针对每个脚本的特点选择使用不同的参数，保证脚本在多次运行情况下都能够正确执行操作，并且在测试过程中不使用重复数据。
测试结果表明，目前的图书馆自动化管理系统可以支撑未来两年内的业务增长量。当2006年预估并发用户数（业务量）达到250—300个时，系统性能仍将是合理可靠的。而其最大可支撑的并发用户数可达到350个左右，这大致是2007年上海市中心图书馆预计将达到的业务量。总之，无论是硬件环境的升级，或者是软件系统应用模式的变化，都是未来两年内应予考虑的实施选项，否则目前的软硬件资源是不可能支撑至2010年的中心图书馆发展目标的。
此次测试也反映出了目前系统的一些特性与相关瓶颈。例如：用户登录时将耗用大量的系统资源，用户过多时可能大大影响整个系统的响应速度；一些较低速的网络连接也将对系统的性能造成影响；大量来自低速连接的请求同时发起时，导致服务器端不能快速响应客户端，从而影响系统的性能；后台一些涉及馆藏类的业务交易占用系统资源较多，交易处理时间长；大量馆藏类交易的并发请求将会影响服务器端的处理能力，等等。针对这些系统瓶颈，我们建议今后各分馆尽量错开开馆时间或直接错开开启终端的时间，以避开用户同时登录对系统性能的影响。同时在条件许可的情况下，尽可能地采用较高带宽与性能的高速连接，以提高系统的整体性能。当然，最可能的系统提升性能模式，就是硬件升级，增加服务器端的资源，提高系统的吞吐能力。
4 问题与讨论
上海市中心图书馆的延伸计划正在有条不紊地进行，灵活的组网模式和系统压力测试使得系统实施及规划有了可靠的保障及依据。但是，从技术、管理和未来发展看，上海市中心图书馆的网络与系统架构仍然存在着一些值得关注的问题。
4.1 连网技术的可靠性
从上海市中心图书馆的分馆组网模式来看，VPN在性能上受诸公网的环境影响，稳定性较差。从实践来看，ISDN/FR 等连网模式也存在着线路中断与不稳定的可能性。那么，利用多种连网方式互为备份，是一种较为可行的技术备份方案。但不同的组网方式其所需要支撑的网络设备或连接模块是不同的，实际使用中混合组网、多线复用也还存在着连接网络客户端线路切换时的难题。因此，如何降低手工连接线路切换时的技术难度，或采用一些自动切换的多线复用网络连接技术，是中心图书馆网络组网中需要重视的技术课题。目前有的厂商已经开发了能够支持多线路相互备份的技术，但是这一技术与设备等方面的条件尚不成熟，包括线路复用备份时所产生的附加通讯费用，因此目前暂时不适宜推广。
4.2 区域范围广，缺乏终端维护人员
对于上海市中心图书馆系统与网络架构的管理维护，存在着区域范围广、情况各异、终端维护人员缺乏的困难。由于网络与系统架构是在城域网中直接平铺的星形网络，所有的分馆及相关服务点直接与总馆网络相连，在技术选择上是一个比较现实的实现方案。但这一方案将所有的管理维护职责直接分散到各个服务终端上，在各个服务终端的相关支持人员缺乏的情况下，相关的技术支持压力又再一次地转嫁到总馆。鉴于此，上海市中心图书馆采用了在技术上不分层级的星形网络，而在管理上分层次维护的解决方案，将一部分系统与网络技术支持维护分布到各地区中心分馆，分解了总馆的技术维护压力，也提高了技术维护的管理能力。同时，在网络与设备的一般性维护问题上，寻求社会化服务的技术支撑也是我们正在实施的解决方案。
随着上海市中心图书馆网络规模的不断扩大和服务点的不断增多，从系统网络的角度来看，采用分层次、分结构的分中心组网模式，有效地分解系统压力，将是一个可行且科学的方案。届时，上海市中心图书馆将形成由多个地区分中心总馆为中心的区域网络合并成的大型的城域网。当然，任何网络模式的实现都应服务于应用系统的需求，要实现理想的组网模式，必须依赖于应用系统的发展。令人欣慰的是，我们目前购买的HORIZON图书馆自动化系统的未来版本将支持这样的应用模式。因此，可以说上海市中心图书馆的系统网络建设有着光明的前景。
收稿日期：2005—12—08修回日期：2005—12—19
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