基于SOA的水利水電數(shù)字圖書館架構(gòu)研究

繆 綸 葉 茂 王志璋 段媛媛

（中國水利水電科學(xué)研究院 中水科信息技術(shù)有限公司，北京 100044）

1 引言

近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)資源數(shù)字化日趨成熟，發(fā)展文獻資源的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化共享，實現(xiàn)現(xiàn)代圖書館向數(shù)字圖書館轉(zhuǎn)變已是必然趨勢。目前，水利行業(yè)文獻資源的數(shù)字化程度不高，水利水電藏書及文獻資源面臨著數(shù)字化建設(shè)的極大需求。中國水利水電科學(xué)研究院水利水電行業(yè)國家級綜合性研究中心，從2000年就開始從事數(shù)字圖書館平臺的研究建設(shè)，利用網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)開展圖書和文獻資料的數(shù)字化加工、存儲。并先后建成了一些文獻和圖書查詢和管理的數(shù)字化平臺系統(tǒng)。

然而，隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，特別是文獻資源的日益豐富和用戶需求的多樣化，使得圖書館業(yè)務(wù)格局發(fā)生了改變，更多的新業(yè)務(wù)不斷地涌現(xiàn)出來。面對這些變化，如何建立一種高效的數(shù)字化平臺實現(xiàn)對海量的異構(gòu)數(shù)字化信息資源進行充分整合，有效應(yīng)對不斷增加的新業(yè)務(wù)需求，是目前需要解決的關(guān)鍵問題.。當前國外主流的數(shù)字圖書館平臺已經(jīng)開始采用面向服務(wù)的體系架構(gòu) （Service－Oriented Architecture，SOA），這一架構(gòu)能有效賦予數(shù)字圖書館快速適應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化的能力。本文在分析中國水利水電科學(xué)研究院圖書館館藏資源及數(shù)字化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，將SOA的理念引入到水利水電數(shù)字圖書館的建設(shè)中，意在通過加強文獻數(shù)字化建設(shè)的實踐經(jīng)驗為業(yè)界提供借鑒。

2 面向服務(wù)的架構(gòu)

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu) （Service－Oriented Architecture，SOA）是一個組件模型，它將應(yīng)用程序中的不同功能單元作為服務(wù)，并通過對這些服務(wù)之間定義良好的接口而將其聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，它獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，這使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一、通用的方式進行交互。目前，這樣的通用接口技術(shù)包括COBRA、Java RMI、COM、Web服務(wù)等，其中Web服務(wù)技術(shù)由于其通用性強、開發(fā)簡單、協(xié)議標準、支持豐富等一系列優(yōu)點，成為實現(xiàn)SOA最廣泛的技術(shù)［1］。SOA是為了解決在Internet環(huán)境下業(yè)務(wù)集成的需要，通過連接能完成特定任務(wù)的獨立功能實體實現(xiàn)的一種軟件體系架構(gòu)［2］。因此，SOA特別適合于整合不同的信息應(yīng)用系統(tǒng)來形成統(tǒng)一的服務(wù)體系來供用戶使用。對于用戶而言，系統(tǒng)的服務(wù)是統(tǒng)一的接口，用戶并不需要了解SOA如何整合不同的系統(tǒng)來提供這些服務(wù)的［3～4］。

對于數(shù)字化資源和資源管理系統(tǒng)來說，采用SOA架構(gòu)可以把不同的資源庫和管理作為服務(wù)節(jié)點，采用Web服務(wù)技術(shù)形成統(tǒng)一的服務(wù)接口，然后通過SOA提供統(tǒng)一的資源管理服務(wù)門戶，可以最大限度地提高資源使用效率和提供更好的資源服務(wù)。同時，統(tǒng)一的服務(wù)接口降低了系統(tǒng)之間的耦合度，可方便地實現(xiàn)資源庫的擴展和功能的擴充。

圖1是一個面向服務(wù)的SOA架構(gòu)，從圖中可以看到，在用戶和業(yè)務(wù)層之間引入了一個 “服務(wù)”抽象層。用戶通過服務(wù)層訪問業(yè)務(wù)對象，而不是直接操作業(yè)務(wù)對象，業(yè)務(wù)對象作為類庫的實例而存在，通過服務(wù)加載到內(nèi)存中。同時，服務(wù)層和業(yè)務(wù)層都處在同一流程中，對業(yè)務(wù)對象的操作就變得很簡單和容易了?？梢园逊?wù)層中的 “服務(wù)”看成一個 “黑盒子”：它實際操作業(yè)務(wù)對象，然后得出結(jié)果，從而減少交互。

圖1 面向服務(wù)的架構(gòu)

3 基于SOA的數(shù)字圖書館架構(gòu)

3.1 資源體系

中國水科院圖書館館藏圖書以水利水電科技圖書、期刊等為主。截止到目前，中文藏書10萬余冊，外文藏書6萬余冊，中文期刊200余種，外文期刊60余種。此外，圖書館材料室收錄全院各種科研文獻 （包括科技報告、技術(shù)論文、技術(shù)譯文等）近百萬冊。如圖2所示，水利水電數(shù)字圖書館現(xiàn)有文獻資源主要包括中文圖書、中／外期刊、特色書庫和自產(chǎn)文獻等，引進資源主要包括有學(xué)位論文、會議論文以及需要擴增的期刊資源等［5］。

根據(jù)資源體系結(jié)構(gòu)，平臺采用基于WEB技術(shù)、B／S結(jié)構(gòu)的信息發(fā)布管理體系模式，自行開發(fā)了中文圖書、外文期刊、特殊書庫、自產(chǎn)文獻管理系統(tǒng)，引進萬方數(shù)字化期刊、學(xué)位論文和會議論文系統(tǒng)［5］。

圖2 資源體系［5］

當前水利水電數(shù)字圖書館已建和待建的數(shù)據(jù)庫一共有7個，分別部署在5臺服務(wù)器、2種數(shù)據(jù)庫平臺上，與之配套的檢索系統(tǒng)有7個，如表1所示。多個資源入口給讀者帶來困擾，也給檢索帶來不便，不同系統(tǒng)之間如何實現(xiàn)有效耦合，為用戶提供簡單、完整的檢索服務(wù)是當前水利水電數(shù)字圖書館急需解決的功能性課題?；赟OA整合圖書館數(shù)字資源改變了圖書館傳統(tǒng)工作流程模式，在圖書館數(shù)字資源整合的基礎(chǔ)上為用戶提供了完整性服務(wù)，其目標是將已經(jīng)存在的檢索功能封裝成檢索服務(wù)，封裝的服務(wù)將部署在服務(wù)器上并向外提供服務(wù)聲明，供外部調(diào)用。

表1 數(shù)據(jù)庫及檢索系統(tǒng)

3.2 體系架構(gòu)

采用良好的架構(gòu)設(shè)計，能降低軟件開發(fā)成本、提高系統(tǒng)性能。架構(gòu)設(shè)計應(yīng)該完成的工作是：業(yè)務(wù)構(gòu)件分析，應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計，按照面向構(gòu)件的思想，識別構(gòu)件、確定構(gòu)件接口和行為，決定服務(wù)構(gòu)件需求，負責(zé)架構(gòu)歸檔?！八姅?shù)字圖書館”基于SOA系統(tǒng)架構(gòu)，并應(yīng)用了數(shù)據(jù)挖掘、智能決策，將先進的技術(shù)、思想與實際的應(yīng)用很好結(jié)合，可使分布各地的用戶在網(wǎng)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的查詢和下載。

“水利水電數(shù)字圖書館”的設(shè)計與制作以圖書館的基本業(yè)務(wù)活動為依據(jù)，并結(jié)合數(shù)字圖書館的特點，為讀者提供個性化服務(wù)，本系統(tǒng)由以下模塊構(gòu)成。

主控模塊：作為平臺系統(tǒng)的主頁，其功能主要是簡要介紹各個子模塊的功能，鏈接各個子模塊。

資源檢索：為用戶提供多種途徑（模糊檢索、書名檢索、分類檢索及作者檢索）檢索數(shù)字文獻的目錄和原文。

全文服務(wù)：給有訪問權(quán)限的讀者提供全文瀏覽及下載功能。

編目錄入和維護服務(wù)：面向數(shù)據(jù)采編人員及維護人員，使其可以方便地維護數(shù)據(jù)庫。

以上模塊都按照高度抽象的法則封裝成SOA的服務(wù)，其體系架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于SOA的體系架構(gòu)［6］

4 數(shù)字圖書館的實現(xiàn)

如圖3所示，數(shù)字圖書館各應(yīng)用系統(tǒng)和資源數(shù)據(jù)庫等按照面向服務(wù)的思想重新集中和整合，各模塊之間采用XML進行數(shù)據(jù)交換，以 WSDL（Web Services Definition Language）來描述服務(wù)，通過UDDI（Universa1 Description，Di8covery and Integration）倉庫進行注冊。

數(shù)據(jù)資源信息服務(wù)申請者可通過SOAP（Simp1e Object Access Protoc01）提出服務(wù)請求并獲得服務(wù)。

服務(wù)組件架構(gòu)（Service component architecture，SCA）是一種簡化面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）中的應(yīng)用程序開發(fā)和實現(xiàn)的新技術(shù)，借助于SCA能夠更容易創(chuàng)建新服務(wù)或者將現(xiàn)有的資源（原有的用傳統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的管理系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化為可重用的服務(wù)，這些服務(wù)可以快速適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

在數(shù)字圖書館架構(gòu)基礎(chǔ)上引入SOA架構(gòu)，構(gòu)建基于SOA的三層數(shù)字圖書館體系架構(gòu)。

最底層是數(shù)據(jù)集成層，該層集成了當前水利水電數(shù)字圖書館已建的數(shù)據(jù)庫，包括中／外期刊數(shù)據(jù)庫、中文圖書庫、論文庫、特種書庫以及代建的資產(chǎn)文獻庫。

中間層是面向服務(wù)的SOA業(yè)務(wù)邏輯層，它將數(shù)字圖書館的各應(yīng)用系統(tǒng)，屏蔽底層數(shù)據(jù)的異構(gòu)性，并內(nèi)嵌到業(yè)務(wù)邏輯層中，提供統(tǒng)一的視圖和接口。

表示層，它能夠提供用戶查詢服務(wù)，并根據(jù)需要提供個性化服務(wù)，實現(xiàn)戶便捷、高效地用戶操作。

在這種三層架構(gòu)中，各層的主要構(gòu)成模塊如下所述。

（1）數(shù)據(jù)集成層。數(shù)據(jù)集成層由數(shù)字圖書館已建的數(shù)據(jù)庫庫組成，它將業(yè)務(wù)利邏輯從底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中抽象出來，維護底層數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、位置、格式、同步模式和交叉引用關(guān)系。該層利用挖掘管理工具，對已有數(shù)據(jù)資源進行綜合分析，提取有用信息，提供數(shù)據(jù)集成服務(wù)，對數(shù)據(jù)進行可高的讀取和更新。并通過相應(yīng)的管理手段保證其運行，提高生產(chǎn)率，降低了創(chuàng)建和維護的成本和復(fù)雜度。

（2）SOA業(yè)務(wù)邏輯層。應(yīng)用集成是基于SOA數(shù)字圖書館體系架構(gòu)的首要問題。在這一層中，各個應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯或某些單獨的功能被模塊化并作為服務(wù)呈獻給客戶端的用戶。這些服務(wù)采用接口提供獨立的功能。對應(yīng)用開發(fā)人員或集成者來說，可以通過組合一個或多個服務(wù)來構(gòu)建應(yīng)用，而無需理解服務(wù)的底層實現(xiàn)。SOA服務(wù)通過統(tǒng)一描述，定義和集成 （UDDI，Universa1 Description，Definition，and Integration）登記服務(wù)，提供統(tǒng)一的服務(wù)列表，并使用 WSDL（Web Service Description Language）來描述具體的服務(wù)。而SOAP，作為傳輸層，用來在表示層和業(yè)務(wù)邏輯層之間傳送消息。表示層的用戶提交的查詢信息，通過UDDI注冊表查找服務(wù)，取得服務(wù)的WSDL描述，最終通過SOAP來調(diào)用服務(wù)。

（3）表示層。表示層主要負責(zé)與用戶之間的交互，包括期刊、圖書、論文的查詢以及編目維護；表示層與業(yè)務(wù)邏輯層平臺采用XML進行數(shù)據(jù)交換，并由表示層翻譯成客戶端瀏覽器可以識別的格式（如HTML格式）。在這一層，系統(tǒng)為用戶提供外觀以及查詢內(nèi)容的定制，還可利用相應(yīng)的工具編制個性化的內(nèi)容。同時，通過對數(shù)據(jù)的分類和權(quán)限劃分，建立統(tǒng)一界面入口，并實現(xiàn)不同用戶的多級需求，建立統(tǒng)一訪問的界面接口和風(fēng)格。

在基于SOA水利水電數(shù)字圖書館架構(gòu)中，將數(shù)字圖書館已有的各應(yīng)用系統(tǒng)整合在一起。

通過采用XML標準定義的服務(wù)接口，在不改變原有應(yīng)用系統(tǒng)工作模式的基礎(chǔ)上，隨時增加業(yè)務(wù)功能模塊，可以用一個服務(wù)替換另一個服務(wù)而無須關(guān)心其底層的實現(xiàn)技術(shù)，使系統(tǒng)更加具備可擴展性。

這種架構(gòu)可以結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和理論模型及專家經(jīng)驗，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和管理的集成，同時也為用戶提供統(tǒng)一的查詢平臺，同時采用SOA架構(gòu)實現(xiàn)的應(yīng)用程序可使水利水電數(shù)字圖書館擁有更大的靈活性，應(yīng)用程序更加簡潔和高效。

5 結(jié) 語

數(shù)字圖書館是現(xiàn)代化圖書館發(fā)展的趨勢，建設(shè)水利數(shù)字圖書館是水利信息化建設(shè)中的重要課題。本文在研究SOA體系架構(gòu)及其理論的基礎(chǔ)上，探討了基于SOA的水利水電數(shù)字圖書館架構(gòu)，同時，提出建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源服務(wù)體系，整合不同數(shù)據(jù)庫資源，建立統(tǒng)一的信息資源訪問接口。本文針對水利信息化對數(shù)據(jù)資源建設(shè)、資源共享的要求，建設(shè)性的提出了采用SOA的體系架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)字圖書館的構(gòu)建的思想，具有一定的參考價值，必將推進我國水利水電數(shù)字圖書館建設(shè)的進程。

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