嵌入式移動數(shù)據(jù)庫應用研究

1、嵌入式移動數(shù)據(jù)庫應用研究    計算機和移動通信設備的大量普及，畢業(yè)論文許多計算節(jié)點可以在移動過程中與網(wǎng)絡建立連接，使得上述假設條件不成立。移動計算環(huán)境具有移動性、低帶寬、頻繁斷接性、網(wǎng)絡通信的非對稱性、電源電力的有限性等特點，使得傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫中的方法和技術不能直接應用于移動數(shù)據(jù)庫。 1嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的定義 從數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展過程來看，計算環(huán)境和數(shù)據(jù)庫技術基本保持著一種同步發(fā)展的態(tài)勢，互相影響、互相促進。移動計算的概念是對“任何時間、任何地點的立即通訊”的擴展。在分布式計算的基礎上，計算環(huán)境進一步擴展為包含各種移動設備、具有無線通信能力的服務網(wǎng)絡，

2、構成了一個新的計算環(huán)境，即移動計算環(huán)境。相應地，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多層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫和移動數(shù)據(jù)庫。當然，這些系統(tǒng)也可以共存在同一個計算環(huán)境中。 一般說來，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫可以從系統(tǒng)的體系結構方面來定義：嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持移動計算或某種特定計算模式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與操作系統(tǒng)、具體應用集成在一起，運行在各種智能型嵌入設備或移動設備上。其中，嵌入在移動設備上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由于涉及數(shù)據(jù)庫技術、分布式計算技術，以及移動通訊技術等多個學科領域，目前已經(jīng)成為一個十分活躍的研究和應用領域嵌入式移動數(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)庫的體系結構及其主要特點 2.1體系結構 在傳統(tǒng)的分布式計算系統(tǒng)中，各個計算節(jié)點之間是通過固定網(wǎng)絡連接并保持網(wǎng)絡的持續(xù)連接性的，而移動計算系統(tǒng)改變了這種假設條件。移動計算系統(tǒng)是固定節(jié)點和移動節(jié)點構成的分布計算系統(tǒng)。 移動計算的網(wǎng)絡環(huán)境具有鮮明的特點：移動性、斷接性、帶寬多樣性、可伸縮性、弱可靠性、網(wǎng)絡通信的非對稱性、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)的擴展，可以看作客戶與固定服務器節(jié)點動態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構如圖1所示。     其中，移動客戶機MC(Mob

4、ile Client)包括便攜式電腦、PDA等；MSS(Mobile Support Station)支持移動計算的固定節(jié)點，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 移動數(shù)據(jù)庫的計算環(huán)境是傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫的擴展，它可以看作客戶端與固定服務器節(jié)點動態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。因此移動計算環(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)庫在移動計算的環(huán)境下應用在嵌入型操作系統(tǒng)之上，所以它具有：微小內(nèi)核結構、對標準SQL的支持、事務管理功能、完善的數(shù)據(jù)同步機制、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，諸如復制與緩存技術、移動事務處理、數(shù)據(jù)廣播技術、移動查詢處理與查詢優(yōu)化、位置相關的數(shù)據(jù)處理及查詢技術、移動信息發(fā)布技術等技術仍在不斷的發(fā)展和完善，它們會進一步促進移動數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展。 3嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的關鍵技術 移動數(shù)據(jù)庫涉及的理論和技術含蓋了當今通信、計算機和嵌入式系統(tǒng)的最新成果，其中在移動環(huán)境下如何進行數(shù)據(jù)管理是實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)

6、庫的關鍵。根據(jù)目前國際有關機構研究的研究表明這些關鍵技術主要集中在以下幾個方面。 3.1數(shù)據(jù)復制與緩存 復制是在多個移動節(jié)點上維護數(shù)據(jù)的備份，包括服務器之間的復制和移動計算機上保存數(shù)據(jù)庫的復制。一般前者稱為復制后者稱為緩存。復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多個復制節(jié)點上數(shù)據(jù)狀態(tài)的一致性。按照維護復制一致性的方式來劃分，現(xiàn)有的復制協(xié)議可以分為嚴格一致協(xié)議和弱一致協(xié)議兩種。嚴格一致協(xié)議要求任何時刻所有數(shù)據(jù)庫的復制都是一致的；而弱一致協(xié)議允許各個復制之間存在暫時的不一致，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、針對移動計算特點開展數(shù)據(jù)復制/緩存技術的研究最具代表性的是：J. Gray的兩級復制機制、CODA系統(tǒng)以及緩存失效報告廣播技術等，另外，SYBASE公司的移動數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用該技術來支持移動計算環(huán)境。 3.2數(shù)據(jù)廣播 通俗地講，數(shù)據(jù)廣播是指在移動計算環(huán)境中，利用客戶機與服務器通信的不對稱性，以周期性廣播的形式向客戶機發(fā)送數(shù)據(jù)。其最大的優(yōu)點是，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器和客戶機兩個方面：服務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)點主要考慮

8、如何利用本地緩存進一步減少查詢廣播數(shù)據(jù)的時間。在國內(nèi)，長沙國防科技大學的周興銘院士對數(shù)據(jù)廣播進行了深入研究，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)是訪問時間和調(diào)諧時間。    3.3位置相關查詢優(yōu)化 在移動數(shù)據(jù)庫中，存在著與位置相關信息的查詢及更新。查詢通常是與位置相關的，即使是同一個問題，在不同的地方，所得查詢結果是不同的，如“最近的超市在哪里?”。移動查詢優(yōu)化技術是指在傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術的基礎上，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)當前可用網(wǎng)絡條件采取恰當?shù)膬?yōu)化策略；同時，針對移動計算

9、機有限電源能力，合理地組織本地數(shù)據(jù)庫管理、遠程數(shù)據(jù)庫訪問等耗電能較多的操作，達到節(jié)能目的，延長關鍵數(shù)據(jù)的可用時間。采用基于分割的地址更新策略時，由位置服務器維護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告的地址(無線單元的ID)，例如Cell1 ； ERR移動用戶當前所在的分割，例如，若LOC= Cell1 ，則ERR=Cell1，Cell2； loc()一個方法，用于返回該用戶的實際地址，即上面介紹的地址查詢過程。 在移動查詢的應用中，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 )是關于地址l1, , ln 的n元約束條件，而 W(x1, , xn ) 是關于對象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、事務處理 事務處理是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的一個基本功能，主要用于維護數(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來完成的。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一個事務由一系列讀寫操作組成。事務處理必須滿足四個準則，即原子性、一致性、隔離性和永久性(簡稱ACID)。移動計算環(huán)境的特點，使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務處理技術不能滿足移動事務處理的要求。 通常，將移動客戶機發(fā)出的事務叫移動事務，它屬于分布事務。移動事務處理具有以下特點： 1) 移動性。這不僅指移動事務執(zhí)行期間，發(fā)出事務的移動客戶機是移動的，而且事務本身也在相應地移動。 2) 長事務。由于無

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

13、數(shù)據(jù)庫在物流領域有著廣闊的應用前景 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，因為及時準確的信息有利于協(xié)調(diào)生產(chǎn)、銷售、運輸、存儲等業(yè)務的展開，有利于降低庫存，節(jié)約在途資金等。在運輸方面，利用移動計算機與GPS/GIS車輛信息系統(tǒng)相連，使得整個運輸車隊的運行受到中央調(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)庫的手持計算機輸入的信息通過無線通信網(wǎng)絡寫入中央數(shù)據(jù)庫，大大提高了工作效率和信息的時效性，有利于物流優(yōu)化控制。在配送環(huán)節(jié)，輸入手持計算機的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳入中央數(shù)據(jù)庫。因此，在投遞的同時，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、是最具消費潛力的群體，因此針對移動用戶開發(fā)的移動銀行業(yè)務將具有很大的市場潛力，而且能夠推動移動電子商務的發(fā)展。移動銀行可以使客戶在異地對自己的帳務進行實時查詢、交易，方便、省時，降低成本，同時安全可靠，機動靈活?？蛻艨梢栽谌魏螘r間，任何地點進行交易，節(jié)約了去銀行的時間。出差或旅游在外仍可享受銀行服務。 4.3嵌入式移動數(shù)據(jù)庫非常有助于提高實地調(diào)查/工作的效率 煤氣、水電等公用事業(yè)檢查員查驗數(shù)據(jù)就是一個很好的應用實例，目前一般的檢查員仍然是將檢驗的數(shù)據(jù)記錄在紙上。如果利用移動計算機記錄和傳輸數(shù)據(jù)，遇到糾紛時還可以實時地查詢歷史記錄，這將使得我國的公用事業(yè)單位的收費工作大大地改善。 除了上述主要應

15、用之外，移動數(shù)據(jù)庫技術還在零售業(yè)、制造業(yè)、金融業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領域展現(xiàn)了廣闊的應用前景。隨著移動計算、移動數(shù)據(jù)庫和無線數(shù)據(jù)通信等相關技術迅猛發(fā)展，移動數(shù)據(jù)庫將成為信息社會的重要支柱。 5.總結    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)庫的體系結構并簡單分析它的特點，然后詳細分析了嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的關鍵技術，最后展望了嵌入式移動數(shù)據(jù)應用前景。嵌入式移動數(shù)據(jù)的相關技術研究不斷取得進步，這為嵌入式移動數(shù)據(jù)的成熟應用打下了堅實的基礎。 參考文獻 1 李東，曹忠升，馮玉才，等. 移動數(shù)據(jù)庫技術研究綜述J. 計算機應用研究，2000(10): 47 2 Madria S K，Mohania M，et al. Mo