嵌入式移動數(shù)據(jù)庫應(yīng)用研究

1、嵌入式移動數(shù)據(jù)庫應(yīng)用研究    計(jì)算機(jī)和移動通信設(shè)備的大量普及，畢業(yè)論文許多計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以在移動過程中與網(wǎng)絡(luò)建立連接，使得上述假設(shè)條件不成立。移動計(jì)算環(huán)境具有移動性、低帶寬、頻繁斷接性、網(wǎng)絡(luò)通信的非對稱性、電源電力的有限性等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫中的方法和技術(shù)不能直接應(yīng)用于移動數(shù)據(jù)庫。 1嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的定義 從數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展過程來看，計(jì)算環(huán)境和數(shù)據(jù)庫技術(shù)基本保持著一種同步發(fā)展的態(tài)勢，互相影響、互相促進(jìn)。移動計(jì)算的概念是對“任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的立即通訊”的擴(kuò)展。在分布式計(jì)算的基礎(chǔ)上，計(jì)算環(huán)境進(jìn)一步擴(kuò)展為包含各種移動設(shè)備、具有無線通信能力的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，

2、構(gòu)成了一個(gè)新的計(jì)算環(huán)境，即移動計(jì)算環(huán)境。相應(yīng)地，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)先后出現(xiàn)了集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、B/A/S多層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫和移動數(shù)據(jù)庫。當(dāng)然，這些系統(tǒng)也可以共存在同一個(gè)計(jì)算環(huán)境中。 一般說來，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫可以從系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)方面來定義：嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持移動計(jì)算或某種特定計(jì)算模式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與操作系統(tǒng)、具體應(yīng)用集成在一起，運(yùn)行在各種智能型嵌入設(shè)備或移動設(shè)備上。其中，嵌入在移動設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由于涉及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)，以及移動通訊技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，目前已經(jīng)成為一個(gè)十分活躍的研究和應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式移動數(shù)據(jù)庫或簡稱為移動數(shù)據(jù)庫（EMD

3、BS）。 2嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)及其主要特點(diǎn) 2.1體系結(jié)構(gòu) 在傳統(tǒng)的分布式計(jì)算系統(tǒng)中，各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間是通過固定網(wǎng)絡(luò)連接并保持網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)連接性的，而移動計(jì)算系統(tǒng)改變了這種假設(shè)條件。移動計(jì)算系統(tǒng)是固定節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的分布計(jì)算系統(tǒng)。 移動計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有鮮明的特點(diǎn)：移動性、斷接性、帶寬多樣性、可伸縮性、弱可靠性、網(wǎng)絡(luò)通信的非對稱性、電源能力的局限性等。移動環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫就是移動數(shù)據(jù)庫。它是傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的擴(kuò)展，可以看作客戶與固定服務(wù)器節(jié)點(diǎn)動態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。     其中，移動客戶機(jī)MC(Mob

4、ile Client)包括便攜式電腦、PDA等；MSS(Mobile Support Station)支持移動計(jì)算的固定節(jié)點(diǎn)，具有無線通信接口；FH(Fixed Host)沒有無線通信接口，安裝有數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 2.2主要特點(diǎn) 移動數(shù)據(jù)庫的計(jì)算環(huán)境是傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展，它可以看作客戶端與固定服務(wù)器節(jié)點(diǎn)動態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。因此移動計(jì)算環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一種動態(tài)分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。由于移動數(shù)據(jù)庫在移動計(jì)算的環(huán)境下應(yīng)用在嵌入型操作系統(tǒng)之上，所以它具有：微小內(nèi)核結(jié)構(gòu)、對標(biāo)準(zhǔn)SQL的支持、事務(wù)管理功能、完善的數(shù)據(jù)同步機(jī)制、支持多種連接協(xié)議、完備的數(shù)據(jù)庫管理功能和支持多種嵌入型操作

5、系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能需求。    在移動數(shù)據(jù)庫中還需要考慮諸多傳統(tǒng)計(jì)算環(huán)境下不需要考慮的問題，如對斷接操作的支持、對位置相關(guān)查詢的支持、對查詢優(yōu)化的特殊考慮以及對提高有限資源的利用率和對系統(tǒng)效率的考慮等等。為了有效地解決上述問題，諸如復(fù)制與緩存技術(shù)、移動事務(wù)處理、數(shù)據(jù)廣播技術(shù)、移動查詢處理與查詢優(yōu)化、位置相關(guān)的數(shù)據(jù)處理及查詢技術(shù)、移動信息發(fā)布技術(shù)等技術(shù)仍在不斷的發(fā)展和完善，它們會進(jìn)一步促進(jìn)移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展。 3嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù) 移動數(shù)據(jù)庫涉及的理論和技術(shù)含蓋了當(dāng)今通信、計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的最新成果，其中在移動環(huán)境下如何進(jìn)行數(shù)據(jù)管理是實(shí)現(xiàn)移動數(shù)據(jù)

6、庫的關(guān)鍵。根據(jù)目前國際有關(guān)機(jī)構(gòu)研究的研究表明這些關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾個(gè)方面。 3.1數(shù)據(jù)復(fù)制與緩存 復(fù)制是在多個(gè)移動節(jié)點(diǎn)上維護(hù)數(shù)據(jù)的備份，包括服務(wù)器之間的復(fù)制和移動計(jì)算機(jī)上保存數(shù)據(jù)庫的復(fù)制。一般前者稱為復(fù)制后者稱為緩存。復(fù)制的主要目的是提高分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可用性、可靠性和訪問性能。首要的問題是如何維護(hù)多個(gè)復(fù)制節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)狀態(tài)的一致性。按照維護(hù)復(fù)制一致性的方式來劃分，現(xiàn)有的復(fù)制協(xié)議可以分為嚴(yán)格一致協(xié)議和弱一致協(xié)議兩種。嚴(yán)格一致協(xié)議要求任何時(shí)刻所有數(shù)據(jù)庫的復(fù)制都是一致的；而弱一致協(xié)議允許各個(gè)復(fù)制之間存在暫時(shí)的不一致，但這種不一致總能夠保持在一定的界限之內(nèi)，而且總是能夠趨于一致（收斂性）。目前，

7、針對移動計(jì)算特點(diǎn)開展數(shù)據(jù)復(fù)制/緩存技術(shù)的研究最具代表性的是：J. Gray的兩級復(fù)制機(jī)制、CODA系統(tǒng)以及緩存失效報(bào)告廣播技術(shù)等，另外，SYBASE公司的移動數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用該技術(shù)來支持移動計(jì)算環(huán)境。 3.2數(shù)據(jù)廣播 通俗地講，數(shù)據(jù)廣播是指在移動計(jì)算環(huán)境中，利用客戶機(jī)與服務(wù)器通信的不對稱性，以周期性廣播的形式向客戶機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是，廣播開銷不依賴移動用戶數(shù)量的變化而變化，借助數(shù)據(jù)廣播，可以在一定程度上解決移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的斷接問題。數(shù)據(jù)廣播的研究可分為服務(wù)器和客戶機(jī)兩個(gè)方面：服務(wù)器主要考慮如何組織廣播數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)廣播的調(diào)度；移動節(jié)點(diǎn)主要考慮

8、如何利用本地緩存進(jìn)一步減少查詢廣播數(shù)據(jù)的時(shí)間。在國內(nèi)，長沙國防科技大學(xué)的周興銘院士對數(shù)據(jù)廣播進(jìn)行了深入研究，提出了數(shù)據(jù)廣播的多盤調(diào)度算法。衡量數(shù)據(jù)廣播調(diào)度算法好壞的參數(shù)是訪問時(shí)間和調(diào)諧時(shí)間。    3.3位置相關(guān)查詢優(yōu)化 在移動數(shù)據(jù)庫中，存在著與位置相關(guān)信息的查詢及更新。查詢通常是與位置相關(guān)的，即使是同一個(gè)問題，在不同的地方，所得查詢結(jié)果是不同的，如“最近的超市在哪里?”。移動查詢優(yōu)化技術(shù)是指在傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用多種方法，消除帶寬多樣性、斷接等因素造成的影響，使查詢引擎能夠根據(jù)當(dāng)前可用網(wǎng)絡(luò)條件采取恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化策略；同時(shí)，針對移動計(jì)算

9、機(jī)有限電源能力，合理地組織本地?cái)?shù)據(jù)庫管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問等耗電能較多的操作，達(dá)到節(jié)能目的，延長關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可用時(shí)間。采用基于分割的地址更新策略時(shí)，由位置服務(wù)器維護(hù)的移動用戶對象包含以下數(shù)據(jù)成員和方法： 分割集合記錄MSS的分割情況，例如Cell1，Cell2，Cell3，Cell4，Cell5； LOC記錄移動用戶最近報(bào)告的地址(無線單元的ID)，例如Cell1 ； ERR移動用戶當(dāng)前所在的分割，例如，若LOC= Cell1 ，則ERR=Cell1，Cell2； loc()一個(gè)方法，用于返回該用戶的實(shí)際地址，即上面介紹的地址查詢過程。 在移動查詢的應(yīng)用中，有各種各樣涉及地址的查詢，例如“請尋找一

10、家校園附近的超市”，“查找X， Y， Z，這三人都在同一條公路上，且Y在X與Z之間”，等等。一般地，可以把這一類地址相關(guān)查詢表示為： SELECT x1 ，x2 ， xn    FROM Users    WHERE (x1.loc=l1 xn.loc=ln ) C(l1，ln ) W(x1 ， xn ) 其中C(l1, , ln )是關(guān)于地址l1, , ln 的n元約束條件，而 W(x1, , xn ) 是關(guān)于對象x1 ，x2 , , xn 非地址屬性的n元約束條件，Users 是所有移動用戶的集合。 3.4移動

11、事務(wù)處理 事務(wù)處理是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的一個(gè)基本功能，主要用于維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，支持多用戶的并發(fā)訪問，使用戶可以可靠地查詢和更新數(shù)據(jù)庫。一般來說，用戶對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問都是通過事務(wù)來完成的。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一個(gè)事務(wù)由一系列讀寫操作組成。事務(wù)處理必須滿足四個(gè)準(zhǔn)則，即原子性、一致性、隔離性和永久性(簡稱ACID)。移動計(jì)算環(huán)境的特點(diǎn)，使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務(wù)處理技術(shù)不能滿足移動事務(wù)處理的要求。 通常，將移動客戶機(jī)發(fā)出的事務(wù)叫移動事務(wù)，它屬于分布事務(wù)。移動事務(wù)處理具有以下特點(diǎn)： 1) 移動性。這不僅指移動事務(wù)執(zhí)行期間，發(fā)出事務(wù)的移動客戶機(jī)是移動的，而且事務(wù)本身也在相應(yīng)地移動。 2) 長事務(wù)。由于無

12、線網(wǎng)絡(luò)通信的低帶寬、高延遲以及移動客戶機(jī)的頻繁斷接性，都可能使移動事務(wù)成為長事務(wù)。 3) 易錯(cuò)性。由于移動客戶機(jī)不如固定結(jié)點(diǎn)可靠，而且無線網(wǎng)絡(luò)通信也不如固定網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，因此，與一般事務(wù)相比，移動事務(wù)更容易出錯(cuò)。 4) 異構(gòu)性。由于客戶機(jī)的移動性，移動事務(wù)可能要訪問分布的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 總之，移動事務(wù)不同于傳統(tǒng)事務(wù)，傳統(tǒng)的ACID模型已不能很好地描述移動事務(wù)，需要為移動事務(wù)尋找更好的模型。維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性和解決過區(qū)切換(handoff)問題是移動事務(wù)管理的重要任務(wù)。 4嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用方向 移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)的許多特性都與信息時(shí)代的不斷進(jìn)步的需求相吻合, 有著廣闊的發(fā)展空間。 4.1嵌入式移動

13、數(shù)據(jù)庫在物流領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景 物流的信息化在未來的物流發(fā)展中將發(fā)揮日益重要的作用，因?yàn)榧皶r(shí)準(zhǔn)確的信息有利于協(xié)調(diào)生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸、存儲等業(yè)務(wù)的展開，有利于降低庫存，節(jié)約在途資金等。在運(yùn)輸方面，利用移動計(jì)算機(jī)與GPS/GIS車輛信息系統(tǒng)相連，使得整個(gè)運(yùn)輸車隊(duì)的運(yùn)行受到中央調(diào)度系統(tǒng)的控制。在存儲環(huán)節(jié)，帶有嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的手持計(jì)算機(jī)輸入的信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)寫入中央數(shù)據(jù)庫，大大提高了工作效率和信息的時(shí)效性，有利于物流優(yōu)化控制。在配送環(huán)節(jié)，輸入手持計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳入中央數(shù)據(jù)庫。因此，在投遞的同時(shí)，用戶即可查詢物品投遞的情況。 4.2嵌入式移動數(shù)據(jù)庫為移動銀行鋪平了道路 在我國，移動用戶

14、是最具消費(fèi)潛力的群體，因此針對移動用戶開發(fā)的移動銀行業(yè)務(wù)將具有很大的市場潛力，而且能夠推動移動電子商務(wù)的發(fā)展。移動銀行可以使客戶在異地對自己的帳務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢、交易，方便、省時(shí)，降低成本，同時(shí)安全可靠，機(jī)動靈活?？蛻艨梢栽谌魏螘r(shí)間，任何地點(diǎn)進(jìn)行交易，節(jié)約了去銀行的時(shí)間。出差或旅游在外仍可享受銀行服務(wù)。 4.3嵌入式移動數(shù)據(jù)庫非常有助于提高實(shí)地調(diào)查/工作的效率 煤氣、水電等公用事業(yè)檢查員查驗(yàn)數(shù)據(jù)就是一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例，目前一般的檢查員仍然是將檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄在紙上。如果利用移動計(jì)算機(jī)記錄和傳輸數(shù)據(jù)，遇到糾紛時(shí)還可以實(shí)時(shí)地查詢歷史記錄，這將使得我國的公用事業(yè)單位的收費(fèi)工作大大地改善。 除了上述主要應(yīng)

15、用之外，移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)還在零售業(yè)、制造業(yè)、金融業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。隨著移動計(jì)算、移動數(shù)據(jù)庫和無線數(shù)據(jù)通信等相關(guān)技術(shù)迅猛發(fā)展，移動數(shù)據(jù)庫將成為信息社會的重要支柱。 5.總結(jié)    本文給出嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的定義，描述了嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)并簡單分析它的特點(diǎn)，然后詳細(xì)分析了嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)，最后展望了嵌入式移動數(shù)據(jù)應(yīng)用前景。嵌入式移動數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)研究不斷取得進(jìn)步，這為嵌入式移動數(shù)據(jù)的成熟應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 1 李東，曹忠升，馮玉才，等. 移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究綜述J. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2000(10): 47 2 Madria S K，Mohania M，et al. Mo