物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中事務(wù)處理方式

1、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中事務(wù)處理方式目 錄1.背景與意義2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3.假設(shè)干研究問題與關(guān)鍵技術(shù)采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法若干研究問題設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中的事務(wù)問題物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中事務(wù)的特點需解決的關(guān)鍵問題事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀事務(wù)處理技術(shù)的發(fā)展事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀事務(wù)補償研究現(xiàn)狀1. 背景與意義1.背景與意義 設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)的事務(wù)問題物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中事務(wù)的特點需解決的關(guān)鍵問題物聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)典三層架構(gòu)有如下左圖：感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層。包括設(shè)備的標(biāo)識，應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的會聚傳輸，數(shù)據(jù)的融合，應(yīng)用，人工的交互等1.1. 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)以右圖國家地震前兆網(wǎng)

2、絡(luò)觀測系統(tǒng)為例， 在系統(tǒng)中，感知層的大量地震觀測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過地震專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的傳輸，會聚，到達區(qū)域，國家，學(xué)科中心節(jié)點應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)加工，融合，數(shù)據(jù)挖掘，再與用戶進行交互設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)包括如下分類，面向物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)屬于大規(guī)模設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)1.1. 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)屬于大規(guī)模設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)，一次設(shè)備協(xié)同過程中需要地理大范圍內(nèi)的大量設(shè)備共同工作，對設(shè)備協(xié)同過程中的平安性、可靠性以及通信的效率要求也越來越高，具有設(shè)備數(shù)量眾多，種類復(fù)雜，協(xié)同規(guī)模大、時延敏感、同步要求高等特點國家地震前兆網(wǎng)絡(luò)觀測系統(tǒng)工程實現(xiàn)了全國2000多套地震設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，會聚，加工，監(jiān)測，協(xié)同任務(wù)

3、奧運中心區(qū)景觀照明工程實現(xiàn)了97公頃范圍內(nèi)500余部照明設(shè)備、數(shù)萬盞照明燈具的協(xié)同工作在上海世博公園區(qū)域管理系統(tǒng)中實現(xiàn)了5個子系統(tǒng)，各類傳感設(shè)備，照明設(shè)備，音頻視頻設(shè)備之間的互相聯(lián)動1. 背景與意義1.背景與意義 設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)的事務(wù)問題物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中事務(wù)的特點需解決的關(guān)鍵問題1.2.問題的產(chǎn)生面向物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中面對一些事務(wù)問題事務(wù)范疇包括數(shù)據(jù)庫級別上的數(shù)據(jù)一致性保證，以及設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中有關(guān)協(xié)同流程的業(yè)務(wù)事務(wù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中流通的數(shù)據(jù)通常存在多個副本，數(shù)據(jù)在流通過程中造成多點數(shù)據(jù)不一致性。例如：地震工程的觀測數(shù)據(jù)存儲在臺站，區(qū)域，國家，學(xué)科四層節(jié)點上，其中各區(qū)域

4、節(jié)點上擁有其省內(nèi)所有臺站的數(shù)據(jù)與信息，國家節(jié)點擁有全國所有區(qū)域與臺站的數(shù)據(jù)與信息，各學(xué)科節(jié)點擁有局部國家中心節(jié)點的數(shù)據(jù)，這種級聯(lián)的存儲關(guān)系使相同的數(shù)據(jù)存在多個副本，數(shù)據(jù)在會聚，分發(fā)及使用過程中會造成多點數(shù)據(jù)的不一致性，這需要可靠的事務(wù)管理機制對數(shù)據(jù)的分發(fā)與會聚流程進行事務(wù)性保證。因此：系統(tǒng)需要嚴格可靠的數(shù)據(jù)庫級別的事務(wù)支持1.2.問題的產(chǎn)生系統(tǒng)在協(xié)同過程中存在業(yè)務(wù)邏輯級別的協(xié)同任務(wù)，有相當(dāng)一局部這類任務(wù)包括一系列的操作需作為一個事務(wù)來執(zhí)行來滿足系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求。例如：地震前兆網(wǎng)絡(luò)觀測系統(tǒng)中一個設(shè)備采集的數(shù)據(jù)需分解為多個測向分量，在一次數(shù)據(jù)會聚的過程中，這些分量數(shù)據(jù)作為一個整體任務(wù)分別寫入分布的，異

5、構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，倘假設(shè)其中一個或幾個關(guān)鍵的操作失敗或等待響應(yīng)時間過長，其他的操作無論已經(jīng)完成或未完成，都需同時撤銷，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)恢復(fù)到進行該操作之前的狀態(tài)。此外，在協(xié)同收集數(shù)據(jù)的過程中會有資源爭用的問題，如果不進行適宜的資源配置，將造成事務(wù)的執(zhí)行效率低下。例如：奧運景觀照明系統(tǒng)中一次照明場景涉及一系列燈具的操作，如果照明燈具的關(guān)鍵性操作如果全部成功，那么無論其他操作成功與否，整個照明場景強制執(zhí)行；假設(shè)有關(guān)鍵操作執(zhí)行失敗或等待響應(yīng)時間過長，那么需要撤銷整個照明場景的執(zhí)行并將數(shù)據(jù)恢復(fù)到初始狀態(tài)。例如：上海世博會區(qū)域管理系統(tǒng)中周界報警子系統(tǒng)，播送子系統(tǒng)，照明子系統(tǒng)，攝像頭子系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)聯(lián)動需作為一次事務(wù)

6、來執(zhí)行，一次聯(lián)動過程可能涉及周界報警傳感器，水位傳感器，相關(guān)攝像頭，播送，照明燈具的在一定時間內(nèi)的操作序列，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，可以忽略局部設(shè)備的不正常響應(yīng)，但假設(shè)關(guān)鍵的設(shè)備操作執(zhí)行失敗或等待響應(yīng)時間過長，那么需撤銷整個聯(lián)動操作序列并將系統(tǒng)恢復(fù)到聯(lián)動前狀態(tài)。因此：系統(tǒng)需要靈活可靠的業(yè)務(wù)邏輯級的事務(wù)支持1.2.問題的產(chǎn)生對于數(shù)據(jù)庫級別的事務(wù)，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對此類問題提供了全面成熟的保障機制對于業(yè)務(wù)邏輯級的事務(wù)，那么需要一套完整的與之環(huán)境相適應(yīng)的事務(wù)管理方法：包括高效的事務(wù)前協(xié)調(diào)，靈活可靠事務(wù)處理模型以及相應(yīng)的事務(wù)補償方法1. 背景與意義1.背景與意義 事務(wù)對設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)的支持物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)

7、備協(xié)同系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中事務(wù)環(huán)境特點需解決的關(guān)鍵問題事務(wù)參與者的分布性，異構(gòu)性事務(wù)參與者的高動態(tài)性事務(wù)參與者的自治性事務(wù)目標(biāo)的復(fù)雜性事務(wù)補償性的復(fù)雜性1.3. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)系統(tǒng)中的事務(wù)環(huán)境面向物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)環(huán)境中的事務(wù)參與者通常是分布的，異構(gòu)的，而在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中流通的數(shù)據(jù)需要具有統(tǒng)一的存取訪問標(biāo)準(zhǔn)，這需要統(tǒng)一的中間件管理平臺對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的輸入，輸出，通信，管理物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)量特點，和基于感知的數(shù)據(jù)環(huán)境使的事務(wù)參與者具有高度動態(tài)性，同時事務(wù)執(zhí)行過程具有很強的靈活性。這對事務(wù)協(xié)調(diào)階段的資源優(yōu)化配置提出了新的挑戰(zhàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中的事務(wù)參與者常常是自治的，他們對協(xié)同目標(biāo)的執(zhí)行大多是

8、一種盡力而為的態(tài)度，這使得協(xié)同目標(biāo)很難到達一種非有即無的衡量方式，大多數(shù)是一種滿足用戶需求的協(xié)同，這使得嚴格的事務(wù)原子性要求損傷了執(zhí)行效率物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的事務(wù)參與者常常是自治的，參與者本身具有一定的計算能力與存儲能力，互相之間具有自主通信能力，不通過中央效勞器控制，所以，傳統(tǒng)的集中式事務(wù)管理機制將不能滿足物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)的需求現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)多以行業(yè)為總體背景開展與開展，因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中包含大量與業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的事務(wù)，而為這類事務(wù)設(shè)計補償操作的代價通常較高，針對這類事務(wù)，可以設(shè)法減少補償操作的執(zhí)行1. 背景與意義1.背景與意義 事務(wù)對設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)的支持物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中事務(wù)的特點需解

9、決的關(guān)鍵問題針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中事務(wù)參與者的分布，異構(gòu)性，需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取與訪問標(biāo)準(zhǔn)對流通中的數(shù)據(jù)進行管理針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中業(yè)務(wù)事務(wù)協(xié)同交互頻繁且高度動態(tài)的情況，需舍棄獨占的，靜態(tài)的事務(wù)調(diào)度方式針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)長事務(wù)較多，且協(xié)同目標(biāo)復(fù)雜的情況，需要能有效處理長事務(wù)的事務(wù)模型針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)基于業(yè)務(wù)邏輯的事務(wù)操作多，設(shè)計補償事務(wù)復(fù)雜或無補償操作的問題， 需要能有效減少補償操作代價的事務(wù)補償機制1.4. 需解決的關(guān)鍵問題2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀事務(wù)環(huán)境的開展事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀事務(wù)補償研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫事務(wù)分布式事務(wù)WEB效勞事務(wù)物聯(lián)網(wǎng)事

10、務(wù)2.1. 事務(wù)環(huán)境的開展 傳統(tǒng)事務(wù)概念來源于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，被用來確保應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫訪問的一致性和可靠性。在多個應(yīng)用程序同時對相同數(shù)據(jù)庫資源進行訪問時，事務(wù)處理系統(tǒng)保證在事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)仍然保持一致。傳統(tǒng)的事務(wù)具有嚴格ACID屬性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫事務(wù)之后開展成為分布式事務(wù)。分布式事務(wù)定義兩種不同的事務(wù)類型：局部事務(wù)和全局事務(wù)，每個站點都有自己的事務(wù)管理器和事務(wù)協(xié)調(diào)器來分別管理局部事務(wù)和協(xié)調(diào)全局事務(wù)，分布式事務(wù)仍具有嚴格的ACID屬性。大局部需要協(xié)調(diào)的分布式事務(wù)是非常緊密耦合并且短時事務(wù)，在事務(wù)執(zhí)行過程中，不存在人為不確定因素的干擾；大局部事務(wù)是由專業(yè)技術(shù)人員參與設(shè)計并長期運行的效勞流程，事務(wù)

11、發(fā)起者對事務(wù)執(zhí)行效果的期望是穩(wěn)定而又清晰的，這種缺點在web效勞與物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下將會受到?jīng)_擊。web效勞事務(wù)是分布式事務(wù)的一個分支。在Web 效勞體系中，出現(xiàn)了大量的長事務(wù)，為了解決運行時間長的問題，應(yīng)該允許局部參與者失敗，盡早釋放底層資源，并具有事務(wù)故障處理能力。這樣適當(dāng)放松事務(wù)ACID 特性，能保持Web 效勞技術(shù)的互操作性和動態(tài)性不被破壞，同時保證了復(fù)雜的Web 效勞長事務(wù)順利執(zhí)行。然而，web效勞事務(wù)環(huán)境過度的松耦合性使得它的事務(wù)處理效率難以到達時效性較高的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的要求。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對于事務(wù)處理來說是新興的環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)中包含海量的分布的，異構(gòu)的事務(wù)參與者，且物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常仍具有較強的行

12、業(yè)性，這使得物聯(lián)網(wǎng)中的事務(wù)不像傳統(tǒng)分布式事務(wù)那般緊耦合，也不像web效勞環(huán)境那樣松耦合，是介于兩者之間的；此外，人的參與是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的重要因素，人工參與性導(dǎo)致了物聯(lián)網(wǎng)中相當(dāng)一局部的長事務(wù)的存在；最后，由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)普遍對實效性有較高要求，使得物聯(lián)網(wǎng)中的事務(wù)參與者具有高度的動態(tài)性。2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀事務(wù)處理技術(shù)的開展事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀事務(wù)補償研究現(xiàn)狀多年以來，根據(jù)不同的事務(wù)環(huán)境，針對事務(wù)的ACID屬性，出現(xiàn)了多種與環(huán)境相適應(yīng)的事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議，其中比較有影響力的協(xié)議包括以下幾種：2PC3PCBTPTHP2.2. 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀1. 準(zhǔn)備階段：協(xié)調(diào)者

13、向資源管理者事務(wù)參與者發(fā)消息要求他們準(zhǔn)備資源。當(dāng)某資源管理者完成準(zhǔn)備時，它保證可以為事務(wù)提供資源并不單方面收回承諾。如果該資源管理者不能提供資源，那么它也須明確告知事務(wù)協(xié)調(diào)者。2. 提交階段：在提交階段中，協(xié)調(diào)者將對資源管理者的回應(yīng)進行計數(shù)。如果所有資源管理者都準(zhǔn)備提供資源，那么提交事務(wù)；否那么回滾事務(wù)。并將結(jié)果通知所有參與者，如果結(jié)果為提交，參與者將確認它們已經(jīng)提交。2.2. 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀2PC 協(xié)議起源于分布式環(huán)境，具有完備的ACID屬性，確保數(shù)據(jù)的可靠性與一致性。分為以下兩階段進行：2PC的特點：2PC具有嚴格的ACID屬性，確保數(shù)據(jù)的可靠性與一致性，然而嚴格的ACID屬性在物聯(lián)

14、網(wǎng)環(huán)境下，會造成長事務(wù)的長時間資源鎖定，造成資源利用效率低；當(dāng)參與者在第二階段等待協(xié)調(diào)者的答復(fù)時，可能因為網(wǎng)絡(luò)故障或協(xié)調(diào)者故障使之收不到答復(fù)信息而出現(xiàn)等待超時，這時事務(wù)進入等待狀態(tài)，此時事務(wù)就一直處于阻塞狀態(tài)，整個系統(tǒng)的可用性降低。針對2PC的阻塞情況，在2PC 中增加一階段使得參與者在進入鎖定狀態(tài)之前就能夠知道所有的參與者的決議事務(wù)協(xié)調(diào)者向所有參與者發(fā)送“準(zhǔn)備提交報文，這時 2PC 變成 3PC 協(xié)議。在 3PC協(xié)議中，報文有三次接收和發(fā)送，協(xié)調(diào)者第二次向參與者發(fā)出的報文不是“提交報文，而是提交前的“準(zhǔn)備提交報文，告訴所有的參與者均可以自己做出決定，或撤銷或提交，而不必因等待協(xié)調(diào)者惡意問答而

15、進入阻塞狀態(tài)。然而3PC 協(xié)議也無法完全防止阻塞，且由于其較大的通信開銷而沒有在業(yè)界廣泛使用2.2. 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀BTP協(xié)議是一種“參數(shù)化的兩階段提交協(xié)議，它允許事務(wù)設(shè)計者可以通過程序中的代碼顯示地控制事務(wù)的執(zhí)行過程。BTP包含兩種類型的事務(wù)：原子型和聚合型事務(wù)原子型事務(wù)具有嚴格的ACID屬性聚合型事務(wù)放寬了原子性，允許基于高層業(yè)務(wù)規(guī)那么來選擇確認或取消工作，事務(wù)顯得更加靈活；聚合事務(wù)也放松了隔離性，在事務(wù)執(zhí)行期間，允許子事務(wù)的內(nèi)容在頂層事務(wù)提交前對外可見BTP的特點：違背了經(jīng)典事務(wù)管理思路中事務(wù)處理和業(yè)務(wù)處理別離的原那么，更適合緊耦合的事務(wù)環(huán)境，存在可取之處它的兼容性不好，未定義補償

16、的實現(xiàn)，遺留事務(wù)處理體系整合較差2.2. 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀THP將事務(wù)執(zhí)行顯示地分為兩個階段，在第一階段，一個資源可以被多個事務(wù)同時預(yù)定，在第二階段，先提交的事務(wù)獲得資源的最終所有權(quán)。這樣，因為獨占資源而引起的資源利用率低的問題就可以得到有效地緩解。2.2. 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀THP協(xié)議：與嚴格的ACID屬性所造成的獨占性資源鎖定方式不同，THP允許事務(wù)參與者在事務(wù)協(xié)調(diào)之前通過一種嘗試性的、非阻塞的方式預(yù)定或消費所需的事務(wù)資源。嚴格ACID的排他型資源訪問方式THP的共享資源協(xié)調(diào)方式THP類似拍賣的交易規(guī)那么在極端的情況下使得預(yù)訂資源變得毫無意義，為此THP提出了“請求拒絕和“預(yù)占用過期

17、兩個協(xié)議控制概念，起到限制資源預(yù)定范圍的作用。 但THP 協(xié)議并沒有對這兩個概念的具體實現(xiàn)方法做出明確規(guī)定。Park等研究者在這方面做出了首次嘗試，他們定義了“預(yù)占用限額和“預(yù)占用時限兩個重要參數(shù)， 通過設(shè)置合理的預(yù)占用時限，來控制預(yù)定請求的規(guī)模，但該方法僅適用于預(yù)定與確認環(huán)節(jié)無時間間隔的緊湊事務(wù)協(xié)調(diào)模式，且未考慮到事務(wù)參與者的動態(tài)性綜上所述：2PC兩階段提交協(xié)議,3PC協(xié)議具有完備的ACID屬性，確保數(shù)據(jù)的可靠性與一致性，但在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，會引起長事務(wù)的長時間資源鎖定，資源利用效率低；BTP協(xié)議降低了ACID中的原子性與隔離性，可以支持長事務(wù)管理；但BTP要求在事務(wù)協(xié)議中對業(yè)務(wù)邏輯進行編碼，

18、大大增加了實現(xiàn)的難度和復(fù)雜度，且遺留事務(wù)處理體系整合較差THP協(xié)議放松ACID屬性中的隔離性，在事務(wù)執(zhí)行階段前引入事務(wù)協(xié)調(diào)階段，實現(xiàn)事務(wù)資源優(yōu)化配置。但其缺少對請求資源的限制和明確的實現(xiàn)方法，面對物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)環(huán)境，須針對其的特點進行擴展，設(shè)計明確的實現(xiàn)方法。2.2. 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀事務(wù)處理技術(shù)的開展事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀事務(wù)補償研究現(xiàn)狀平坦事務(wù)模型擴展事務(wù)模型Flexble模型；分支集合模型；嵌套模型；Sagas模型；2.3. 事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀平坦事務(wù)模型是最原始的事務(wù)模型，具有嚴格的ACID屬性原子性，一致性，隔離性，持久性；

19、平坦的事務(wù)模型中嚴格的ACID屬性保證了數(shù)據(jù)操作的可靠性與一致性，但存在以下缺點：事務(wù)執(zhí)行出現(xiàn)過失時，嚴格原子性的要求將使之前做的大量的工作全部喪失。隔離性要求使得不同的事務(wù)之間不能進行消息或者控制的交換，然而對于協(xié)同活動而言，在不同的事務(wù)之間存在相互依賴關(guān)系，長時間的資源鎖定會造成資源的浪費和事務(wù)執(zhí)行效率的低下。2.4.事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀隨著時間的開展與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變更，研究者們考慮到具體應(yīng)用語義和依賴關(guān)系提出了各種擴展事務(wù)模型(主要包括flexible模型，分支集合模型，嵌套模型， sagas模型),采用補償和等價替換等手段,適當(dāng)調(diào)整并放松事務(wù)的 ACID 要求2.4.事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀

20、分支,集合事務(wù)模型：支持分支和集合事務(wù)的操作 ,可將一個執(zhí)行中的事務(wù)分為兩個事務(wù) ,或者將兩個事務(wù)合并為一個事務(wù),通過動態(tài)重構(gòu)執(zhí)行中的事務(wù) ,可解決多個事務(wù)的協(xié)同問題 ,提高事務(wù)的并發(fā)度和吞吐率.Flexible 事務(wù)模型：適用于多庫系統(tǒng),一個Flexible事務(wù)由多個子事務(wù)組成，根據(jù)子事務(wù)的恢復(fù)特性 ,可將其分為可補償?shù)摹?可重試的和 Pivot 三種,為確保發(fā)生失效后 Flexible事務(wù)仍可正確恢復(fù) ,需要保證該事務(wù)是良構(gòu)的。嵌套事務(wù)：允許子事務(wù)的包含關(guān)系 ,從而形成樹形結(jié)構(gòu)，父事務(wù)開始后子事務(wù)才能開始 所有子事務(wù)提交后父事務(wù)方可提交 ,父事務(wù)回滾那么其子事務(wù)都回滾，分層結(jié)構(gòu)增加了模塊化

21、程度 ,允許更細粒度的恢復(fù)和更高的并發(fā)性。開放式嵌套事務(wù)模型：支持更為放松的隔離性:已提交子事務(wù)的結(jié)果對其他并發(fā)執(zhí)行的子事務(wù)可見 ,從而得到更高的并發(fā)度 。Sagas模型：面向長事務(wù) ，一個 Sagas 由預(yù)先定義好執(zhí)行順序的子事務(wù)集合和對應(yīng)的補償子事務(wù)集合組成，假設(shè)其中某個子事務(wù) 失敗,Sagas將通過逆序執(zhí)行補償子事務(wù)來撤銷該子事務(wù)和之前提交的全部子事務(wù)的操作結(jié)果在目前出現(xiàn)的多個具代表性的事務(wù)工作流研究工程和原型系統(tǒng)中包括 ConTracts， FlowMark , WAMO , METEOR , OPERAP，WISE,WIDEP CrossFlow 等這些工程與原型系統(tǒng)通?；?Sag

22、as模型與Flexible 模型Sagas沒能普遍應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)，因存在以下的缺陷:Sagas模型強制要求每個子事務(wù)有對應(yīng)的補償事務(wù),而在復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中, 不存在補償事務(wù)的子事務(wù)十分普遍;當(dāng)一個子事務(wù)失敗時,必須回滾之前的所有子事務(wù),這個要求對于大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而言過于嚴格和低效; 2.4.事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議研究現(xiàn)狀事務(wù)處理技術(shù)的開展事務(wù)處理模型研究現(xiàn)狀事務(wù)補償研究現(xiàn)狀補償?shù)母拍钍紫仁怯蒅arcia Molina于 1987 年提出補償定義為：根據(jù)語義有選擇的撤銷局部事務(wù)性操作，從而使系統(tǒng)又恢復(fù)到一致的狀態(tài)下，防止具有級聯(lián)依賴

23、的事務(wù)活動全部中止。補償最早應(yīng)用在 Sagas模型中Sagas中長事務(wù)中每個子事務(wù)都被提供一個屬于它自己的補償塊，如果發(fā)生失效,失敗的那個子事務(wù)按照常規(guī)的方法進行回滾,Sagas按照子事務(wù)被提交的逆序調(diào)用對應(yīng)的補償塊。早期的擴展事務(wù)模型在事務(wù)補償方面達成的共識是：事務(wù)可以盡早提交，如果事務(wù)失敗，可以通過執(zhí)行補償操作來消除已執(zhí)行效勞的影響。這些補償機制未對事務(wù)執(zhí)行的運行狀態(tài)進行評估,很可能產(chǎn)生子事務(wù)剛提交就要被補償?shù)那闆r,導(dǎo)致不必要的開銷.2.4. 事務(wù)補償研究現(xiàn)狀隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，研究者們發(fā)現(xiàn)在如今的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，設(shè)計并測試正確的補償事務(wù)將使技術(shù)人員面臨極大的困難，局部事務(wù)操作不存在補償

24、操作，完全的補償機制不是事務(wù)處理的最正確解決方法。因此，許多研究開始圍繞事務(wù)前的協(xié)商和資源預(yù)定環(huán)節(jié)展開，希望通過良好的“事務(wù)前準(zhǔn)備工作，最大程度地防止補償操作的執(zhí)行。以THP為代表的重大革新,通過一種嘗試性的、非阻塞的方式預(yù)定事務(wù)資源,通過由傳統(tǒng)的資源完全鎖定方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣蚕礞i定方式,放松對隔離性的要求，從而將補償?shù)目赡苄源蟠蠼档汀＿@種資源的準(zhǔn)占用模式雖然可以在一定程度上降低補償活動的數(shù)目,但是仍未考慮補償活動本身的代價，不適用于具有高動態(tài)性，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境2.4. 事務(wù)補償研究現(xiàn)狀3. 假設(shè)干研究問題與關(guān)鍵技術(shù)3.假設(shè)干研究問題與關(guān)鍵技術(shù)采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法假設(shè)干研究問題針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

25、協(xié)同系統(tǒng)中事務(wù)參與者的分布，異構(gòu)性，需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取與訪問標(biāo)準(zhǔn)對流通中的數(shù)據(jù)進行管理為事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問中間件平臺針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)中設(shè)備自治，業(yè)務(wù)事務(wù)協(xié)同交互頻繁且高度動態(tài)的情況，需舍棄獨占性的，靜態(tài)的資源調(diào)度方式放松事務(wù)的隔離屬性，在事務(wù)協(xié)調(diào)階段引入有動態(tài)協(xié)商思想的事務(wù)協(xié)議，實時優(yōu)化資源分配，提高效率針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)長事務(wù)較多，且業(yè)務(wù)事務(wù)協(xié)同交互頻繁的情況，需要能有效處理長事務(wù)的事務(wù)模型放松事務(wù)的原子屬性，采用分級的原子性完成事務(wù)目標(biāo)針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)基于業(yè)務(wù)邏輯的事務(wù)操作多，設(shè)計補償事務(wù)復(fù)雜或無補償操作的問題， 需要能有效減少補償操作代價的事務(wù)補償機制通過確立

26、最適宜的事務(wù)提交時間來減少補償操作數(shù)目，從而減少補償代價1.4. 需解決的關(guān)鍵問題擬在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)提供相適應(yīng)的事務(wù)支持，在分析物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)環(huán)境特點的根底上，1.通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問平臺標(biāo)準(zhǔn)整合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)的流通數(shù)據(jù)；將事務(wù)處理分為兩個階段，2.在事務(wù)協(xié)調(diào)階段引入?yún)f(xié)商思想，設(shè)計一種針對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議，優(yōu)化資源配置；3.在事務(wù)執(zhí)行階段，定義一種具有放松的原子性和隔離性的事務(wù)模型，使之能夠有效處理協(xié)同流程事務(wù)；4.在事務(wù)補償問題上，提出一種能夠有效減少補償操作，提高系統(tǒng)運行效率的事務(wù)補償機制3.1. 主要研究方法設(shè)備服務(wù)器人工服務(wù)其他數(shù)據(jù)1.數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問平臺3.事務(wù)模型定義4.事

27、務(wù)補償機制2.事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議3.事件處理協(xié)議事務(wù)管理系統(tǒng)3. 假設(shè)干研究問題與關(guān)鍵技術(shù)3.假設(shè)干研究問題與關(guān)鍵技術(shù)采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法假設(shè)干研究問題根據(jù)面向物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)環(huán)境下的事務(wù)的特點，擬采取的事務(wù)ACID屬性：滿足用戶要求的原子性可恢復(fù)的一致性分階段的隔離性必須保持的持久性3.2. 采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法傳統(tǒng)的原子性要求事務(wù)的每一個操作必須全部成功或者完全取消，不允許局部事務(wù)成功。這種約束在物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)中需要改變。在參與協(xié)調(diào)的事務(wù)中，關(guān)鍵性是可以分等級的，只要保證事務(wù)的關(guān)鍵目標(biāo)不受影響，其它的一些效勞是可以放棄或重新選擇的。一致性是事務(wù)從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另外一個狀態(tài)。原子性的破壞是導(dǎo)致事務(wù)

28、執(zhí)行不一致的主要原因，放松的隔離性可能會破壞數(shù)據(jù)的完整性和一致性，因此不要求系統(tǒng)時刻處于一致性狀態(tài)，但是并發(fā)調(diào)度要保證即使出現(xiàn)不一致情況，狀態(tài)仍然是可恢復(fù)的，即“可恢復(fù)的一致性。隔離性是一把“雙刃劍。完全不考慮事務(wù)的隔離問題，在事務(wù)提交時，肯定會造成嚴重的錯誤，影響效勞質(zhì)量；而嚴格遵守隔離性要求，又會影響到資源提供者的利益，因此，折中的方案是采用分階段的隔離策略，在資源的協(xié)調(diào)階段，采用擴展的THP協(xié)議，實行弱隔離策略，讓供求雙方進行充分協(xié)商和選擇；在事務(wù)執(zhí)行階段，實行強隔離策略，保證提交的事務(wù)能到達預(yù)期的結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)與傳統(tǒng)分布式事務(wù)一樣，必須保持事務(wù)的持久性。物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)在成功完成一個操作之

29、后，即時效勞器系統(tǒng)失敗，也必須保證它的數(shù)據(jù)的改變是持續(xù)的；同時，物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)也需要提交機制來保證其組合過程中的數(shù)據(jù)的持久性，例如：設(shè)備某時段采集的數(shù)據(jù)聚集到系統(tǒng)效勞器之后，即使系統(tǒng)效勞器當(dāng)機，相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息不能喪失 例如：地震工程中國家節(jié)點與云南省上百套相關(guān)地震設(shè)備進行協(xié)同收集數(shù)據(jù)的過程中，因一次設(shè)備操作執(zhí)行失敗就終止并回滾整個事務(wù)過程的代價是巨大的，應(yīng)在不破壞關(guān)鍵子事務(wù)的情況下對該操作進行重試或補償；例如：奧運中心區(qū)的一個景觀區(qū)域的一次景觀照明活動，涉及上千盞照明燈具大量設(shè)備的協(xié)同，持續(xù)時間到達數(shù)個小時。當(dāng)一次設(shè)備操作執(zhí)行失敗時，可采用補償、重試、甚至功能替代等手段，使得應(yīng)用可以繼續(xù)執(zhí)行并正確

30、完成。例如：上海世博會區(qū)域管理系統(tǒng)中，周界報警子系統(tǒng)的報警行為將引發(fā)播送系統(tǒng)的播送,照明系統(tǒng)中的相關(guān)燈具，攝像頭系統(tǒng)中的相關(guān)攝像頭的聯(lián)動，其間如果因為個別子系統(tǒng)的非關(guān)鍵性設(shè)備聯(lián)動失敗而撤銷整個聯(lián)動過程，將造成嚴重影響。事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議：擬在THP協(xié)議的根底上進行擴展，將資源授予概率，執(zhí)行成功率等因素引入THP協(xié)議來決定資源的分配，并應(yīng)用后驗概率法動態(tài)計算事務(wù)執(zhí)行成功率，采用模擬實驗分析驗證協(xié)議的性能事務(wù)處理模型：為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問平臺，利用O/R二級映射的技術(shù)整合特定物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)在sagas模型的根底上進行擴展模型，將事務(wù)的關(guān)鍵性分級，根據(jù)事務(wù)的語義定義事務(wù)的類型，針

31、對不同類型的事務(wù)，采取適應(yīng)的協(xié)調(diào)策略， 使模型在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下具有好的并發(fā)性，并采用形式化方法描述事務(wù)模型事務(wù)補償機制：擬在事務(wù)提交階段引入事務(wù)執(zhí)行成功率和執(zhí)行時間的概念來計算事務(wù)的補償代價，通過關(guān)聯(lián)分析計算相關(guān)聯(lián)的事務(wù)對補償造成的影響，確定事務(wù)的提交時間，采取一種順序執(zhí)行逆序提交的方式，使之后可能進行的補償操作變?yōu)榛貪L操作，從而減少補償操作的數(shù)量，提高事務(wù)并發(fā)控制執(zhí)行的效率，并采用模擬實驗驗證算法的性能3.2.采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議：擬在THP協(xié)議的根底上進行擴展，將事務(wù)執(zhí)行時間，執(zhí)行成功率，資源授予概率等因素引入THP協(xié)議，讓資源提供者主動的選擇是否參與事務(wù)，合理地優(yōu)化資源的分配，

32、并應(yīng)用后驗概率法提高算法對高動態(tài)性的支持，采用模擬實驗分析驗證協(xié)議的性能事務(wù)協(xié)調(diào)環(huán)境：假設(shè)在事務(wù)協(xié)調(diào)環(huán)境中有n個資源提供者RPRP1,RP2 ,RP3 ,.,RPn 分別提供不同種類的資源如：各類設(shè)備或設(shè)備代理，每個資源提供者 RPi擁有 ki個資源 ri，其中i 1,., s。在整個協(xié)調(diào)過程中，共有 m 個事務(wù) T1,T2 ,T3 ,.,Tm (如：一次協(xié)同觀測數(shù)據(jù)的收集，一次協(xié)同照明場景的實現(xiàn)，一次報警的聯(lián)動流程),向這些資源提供者提出資源預(yù)定或確認請求，其中每個事務(wù)由不同的資源需求構(gòu)成r1,.,rj , j =n;資源授予概率：在任何時刻 t，資源 ri的預(yù)定請求和已經(jīng)分配的資源分別用

33、hi(t)和 ui(t)表示，在不考慮事務(wù)提交時刻影響的前提下，資源 ri的資源授予概率 Pi是唯一的Pit=ki- ui(t)/hit事務(wù)執(zhí)行成功率：在t時刻下Tj的執(zhí)行成功概率為 3.2.采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法事務(wù)處理模型：將系統(tǒng)中的子事務(wù)按照其屬性進行分類, 在本文中擬將子事務(wù)劃分為如下五類:( 1)可忽略事務(wù),該事務(wù)失敗無需進行任何操作; ( 2 )可重復(fù)事務(wù),該事務(wù)失敗后可通過有限次重新執(zhí)行使其成功; ( 3)可替代事務(wù),該事務(wù)失敗后可執(zhí)行事先定義好的其它替代事務(wù)到達同樣的效果; ( 4)不可補償事務(wù), 該事務(wù)失敗后整個工作流將失敗,并強制回滾整個工作流到初始狀態(tài); ( 5)可補償事務(wù)

34、, 該事務(wù)失敗后可通過執(zhí)行補償事務(wù)來消除影響。在協(xié)同流程的執(zhí)行中, 當(dāng)可忽略的事務(wù)失敗時,工作流管理引擎可直接跳過該事務(wù)繼續(xù)進行; 當(dāng)可重復(fù)事務(wù)失敗時,工作流管理引擎會重復(fù)執(zhí)行該事務(wù)直到該事務(wù)順利完成;當(dāng)可替代事務(wù)失敗時,工作流管理引擎會執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的其它子事務(wù)來替代該子事務(wù);當(dāng)不可補償事務(wù)失敗時,必須對所有正在執(zhí)行的子事務(wù)強制執(zhí)行撤銷操作使整個事務(wù)流程恢復(fù)初始狀態(tài)。3.2.采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法事務(wù)協(xié)調(diào)協(xié)議：評價指標(biāo)： 資源消費總數(shù) Nres；平均失敗時延 Tdelay資源消費總數(shù) Nres代表事務(wù)協(xié)調(diào)算法的奉獻，它是整個系統(tǒng)中所有事務(wù)最終獲取資源數(shù)量的總和。如果事務(wù) Ti(i1,n)中消費

35、的資源數(shù)量可以用表示 NTi，那么消費總數(shù)表示為 該指標(biāo)越高，說明事務(wù)協(xié)調(diào)算法的效果越好：在不改變可靠性保證的前提下，促成了更多資源的消費和更多事務(wù)的成功平均失敗時延 Tdelay代表事務(wù)協(xié)調(diào)算法的代價，它是整個系統(tǒng)中所有失敗事務(wù)持續(xù)時間的平均值。如果事務(wù) Tj(j1,m)表示所有失敗的事務(wù)，該事務(wù)在得到失敗通知前的持續(xù)時間用 DTj表示，那么平均失敗時延可以表示為 .從實際事務(wù)協(xié)調(diào)效果來看，系統(tǒng)平均失敗時延越小越好，因為系統(tǒng)平均失敗時延越小，意味著資源提供者越早讓事務(wù)協(xié)調(diào)者了解到資源實際競爭的情況，從而有充裕的時間去調(diào)整事務(wù)組成或選取更容易獲取的替代效勞.3.2.采用的關(guān)鍵技術(shù)與方法1 J. Park and K. Choi. An adaptive coordination framework for fast atomicmulti-business transactions using web services. Decision Support Systems, 2006. 42: p.1959-1973 2T. Devadithya, K. Chiu, K. Huffman, et al. The common i