摘要：探讨了物联网和云计算结合应用于智能图书馆的优势，并设计了基于物联网和云计算的智能图书馆系统的的架构和功能，并分析了其关键技术。
关键词：物联网；云计算；智能图书馆；系统设计
一、物联网和云计算分别在智能图书馆的应用
智能图书馆是把智能技术运用在图书馆建设之中形成的一种现代化建筑，是智能建筑与高度自动化管理的数字图书馆的有机结合和创新，是在二者共同发展的基础上产生的，它应同时具备两者的设计思想、基本要求、特征和功能［1］。从感知计算的角度：智慧图书馆=图书馆+物联网+云计算+智慧化设备，它通过物联网来实现智慧化的服务和管理［2］。
利用物联网技术提供图书馆的管理和服务在欧美等发达国家和地区应用较为广泛，截止到2004年仅北美地区就已经有超过130家图书馆采用了物联网的RFID技术，国内的国家图书馆、北京理工大学图书馆、深圳图书馆、厦门集美大学图书馆以及武汉大学图书馆等也相继使用了FRID技术。
云计算在图书馆的应用先例较有代表性的主要有三个：（1）2009年4月，全球最大的提供文献信息服务机构之一OCLC（联机计算机图书馆中心）宣布正将世界各地成员图书馆的内容、技术和专家能力结合起来，创建了首个基于WorldCat书目数据的“Web规模协作型图书馆管理服务”［3］。（2）2009年7月，美国国会图书馆与DuraSpace公司共同宣布启动了DuraCloud项目［4］，以检测云技术在维持数字内容永久访问上的性能。（3）2010年7月，盛大文学基于电子书交互台2.0的软硬一体化的解决方案－“云中图书馆”上线。“云中图书馆”是一以内容为载体、提供可读写与互动的基于云计算的智能电子图书馆［5］。
二、物联网和云计算结合应用于智能图书馆的优势
云计算与物联网各自具备很多优势，如果把云计算与物联网结合起来，我们可以看出，云计算其实就相当于一个人的大脑，而物联网就是其眼睛、鼻子、耳朵和四肢。
《智慧的云计算一物联网发展的基石》一书对两者的关系作了详细的论述。物联网与云计算的关系是物在前端、云在后端且相辅相成的关系。物联网的发展需要云计算强大的处理和存储能力作为支撑。从量上看，物联网将使用数量惊人的传感器，采集到海量数据。这些数据需要通过无线传感网、宽带互联网向某些存储和处理设施汇聚，而使用云计算来承载这些任务具有非常显著的性价比优势；从质上看，使用云计算设施对这些数据进行处理、分析、挖掘，可以更加迅速、准确、智能地对物理世界进行管理和控制，使人类可以更加及时、精细地管理物质世界，从而达到“智慧”的状态，大幅提高资源利用率和社会生产力水平[6]。云计算凭借其强大的处理能力、存储能力和极高的性能价格比，很自然就会成为物联网的后台支撑平台，而物联网将成为云计算最大的用户，将为云计算取得更大商业成功奠定基石。
如果物联网、云计算和图书馆相结合，可以高效灵活地把资源和服务有机整合起来，实现任何信息载体、任何人、任何物、任何时间、任何地点的互联互通［７］。物联网和云计算技术结合之后，智能图书馆才会真正从概念走向应用，物联网和云计算在图书馆领域的广泛应用，意味着图书馆真正从局域走向泛在，必将对图书馆管理和服务产生巨大的影响与改变。
然而，据CNKI统计，目前已有75篇有关物联网在图书馆的应用研究的文献，云计算在图书馆的应用研究的文献有378篇，真正探讨物联网和云计算相结合，应用于图书馆的文献仅有一篇，王红发表的《基于物联网的智能“云图书馆”架构与思考》，可见目前在该领域内的研究的不足。
三、基本框架
为了达到图书馆智能化要求，以及感、传、智、用、运、管各环节的物理和逻辑属性，笔者设计了基于物联网和云计算的智能图书馆系统的基本框架。如图1所示：
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图1：基于物联网和云计算的智能图书馆系统的基本框架
（一）感知层
位于框架的最底层，包括传感器技术，RFID系统、红外线感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，主要负责信息的采集、汇聚、通信。这个层面能够把“物”改变成为“智能物”的设备，它的主要应用是给移动和非移动资产贴上标签，实现各种跟踪和管理［8］。负责实体的感知和信息的采集。主要感知的对象分别是对读者的感知、图书的感知和建筑自动化系统的感知。
（二）网络层
主要负责感知信息的传输，采集数据的处理，包括无线宽带专网，移动公网，无线物联数据专网，是智能图书馆的神经中枢系统，同时服务于上一层的应用，该层的关键是网络协议与传感/控制协议的通讯。
（三）服务器虚拟化层
采用分布式处理技术和虚拟化技术，将指定区域内的各个图书馆的服务器虚拟化成一个个虚拟服务器，这些虚拟服务器保存原有物理服务器的功能(网络服务器、数据库服务器、应用服务器等)，多个虚拟服务器构成一个逻辑上的服务器集群，对外提供统一的资源服务访问方式。服务器虚拟化具备分离性，使一个虚拟机与其他虚拟机完全隔离，针对数据信息的编码、接入、整合、目录、交换、转发和存储、格式化和过滤，有良好的安全性和可靠性。
（四）管理中间件层
负责信息资源管理、程序运行管理、读者管理和网络安全管理等工作。其中信息资源管理负责均衡地使用云计算信息资源节点，可以做到对发生故障的节点，进行屏蔽或恢复；程序运行管理用来执行读者任务映像的部署和管理、程序调度、程序执行、程序回馈管理等；读者管理是提供用户交互接口、管理和识别用户身份、读者程序的运行管理、以及计费管理；网络安全管理保障云设备的安全。
（五）应用服务层
主要基于软件即服务(Saas)的应用，提供智能云图书馆的核心服务项目，包括:书刊管理、数字信息管理、公共信息服务查询、个性化信息服务咨询、全文信息搜索、统一资源搜索、专题订阅推送服务、原文传递服务、代查代检服务、科技查新服务、科技评估服务、参考咨询服务、信息服务统计分析等。
（六）云端层
位于框架的最上层，是读者使用智能图书馆服务的现实载体，是任何能访问服务网络的PC、浏览器、各种移动终端设备和数字电视等设备。
四、关键技术分析
（一）射颇识别技术
应用于感知层，RFID(Radio Frequency Identification)，即为射频识别技术，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，读卡距离最远可超过20m。RFID系统的基本组成部分包括：标签(Tag)、阅读器(Reader)和应用软件系统。其基本的工作原理：标签进入磁场后，要么接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID可识别高速运动的物品，大大提高信息发现和识别的效率。
（二）Ipv6技术
应用于网络层，基于IPv4的Internet由于带宽瓶颈、地址瓶颈、服务质量难以保证，以及存在安全性隐患，制约了网络的进一步发展， IPv6采用128位地址长度，几乎可以为地球上每一粒沙子分配一个IP地址。在物联网中，我们试图构造一个任意物体之间的网络互联，因此每一个物体都需要一个IP地址，现有的IPv4协议肯定无法满足物联网的需求，因此发展IPv6技术是实现物联网和云计算应用的网络基础条件。
（三）并行数据处理技术
应用于服务器虚拟化层，是实现云计算的关键技术，封装了并行处理、容错处理、本地化计算、负载均衡等细节，还提供一个简单而强大的接口。通过接口，可以把大尺度的计算自动并发和分布执行，从而使编程变得容易。管理者可以根据自身的需要和投资的多少选择合适的云资源，根据不同的运行模式使用不同的封装编程语言，完善自身的应用管理。
（四）虚拟化技术
应用于服务器虚拟化层，是一种调配计算资源的方法，它将应用系统的不同层面的硬件、软件、数据、网络存储等一一隔离起来，从而打破数据中心、服务器、存储、网络和应用的物理设备之间的划分，实现架构动态化，并达到集中管理和动态使用物理资源及虚拟资源，以提高系统结构的弹性和灵活性、降低成本、改进服务、减少管理风险等目标。当虚拟化技术推广到互联网时，就是我们所说的“云计算”了[8]。
（五）传感技术
应用于感知层，传感技术针对自然信息源获取的信息进行处理和识别。它涉及传感器、信息处理和识别等技术。传感器是指测量某一类物理变量，并将它转化为设备可以识别的电子信号的器件。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。
五、功能设计
依照智能图书馆系统云服务区域内的实体文献和数字文献业务、读者和图书管理员的职责、基于物联网和云计算的的智能图书馆系统的业务包括：馆内外的自动借还书、实体文献的盘点、分检、查找、安全门禁功能：以及区域云内的所有数字文献的使用。功能设计如图2所示：
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图2：基于物联网和云计算的智能图书馆系统的功能图
在智能图书馆系统云服务区域内，实体文献的业务包括安全门检测、自助借还书、图书自动分检、盘点等。其借阅过程大致如下:⑴在应用物联网RFID技术的图书馆中都设置有RFID安全门禁系统，读者通过门禁系统进入图书馆。⑵若读者要借阅图书，寻找好图书后，只要将图书和借阅证放在RFID借书系统机器上，无论多少本都可以一次性借阅。⑶若读者要还书，他只需将图书放在RFID还书系统还书口即可，图书通过RFID自动传输到RFID图书分检拣系统，由分检系统调用云服务器的图书信息，识别是否跨馆还书。若是本馆图书，工作人员可以将图书直接上架；若是跨馆还书，则通过物流管理系统，实现图书的再循环。
在云图书馆服务区域内还可以同时实现无人值守、24小时服务的馆外自动借还书。该系统主要由自助图书馆服务机、图书馆监控中心和物流管理系统等三部分构成，其中最核心的部分就是可任意分布在服务区域内的各个角落的自助图书馆服务机[９]，读者可利用分布于各个角落的自助图书馆服务机办理借书卡、自助借还书、预约需要的图书等服务，解决了读者因图书馆场地、距离、时间等因素的限制而造成的烦恼和不便。
结束语
目前的物联网和云计算仍处于起步阶段，两种技术的结合应用，还存在下列问题：安全及隐私泄漏问题、云计算的服务质量保障问题、通信带宽的不足问题、标准不统一等问题，以待解决。相信不久的将来, IPv6的网络技术的使用、随着云计算和物联网结合的不断成熟、完善,云计算和物联网在图书馆中应用将越来越广泛，图书馆上空将盛开朵朵“云”。
参考文献：
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[2] 严栋.基于物联网的智慧图书馆[J].图书馆学刊,2010(7):8-10．
[3] OCLC.OCLC宣布向网络规模图书馆管理服务发展的战略
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[4] 孙坦,黄国彬.基于云服务的图书馆建设与服务策略[J].图书馆建设,2009(9):1-6．
[5] 吴文辉.盛大电子书:“云中图书馆”策略[EB/OL］.[2010-07-10].
http://www.gmw.cn/01ds/2010-06/16/content_1154437.htm．
[6] 陈刚,程建钢,韩锡斌.网络教育资源库建设与支撑平台构建[J].
[7] 马费成.信息资源开发与管理[M].北京:电子工业出版社.
[8] WIKI互动百科.云计算[EB/OL].［2009-05-01］.http://www.hoodong.com．
[9] 图书馆领域的一场革命［EB/OL］.［2011-03-15］．
http//www.gmw.cn/content/2009-12/11/content_1019702.htm．