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淺談關(guān)于計(jì)算機(jī)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用分析
[論文關(guān)鍵詞]嵌入式系統(tǒng) 移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù) 移動(dòng)計(jì)算 事務(wù)處理
[論文摘要]隨著移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)逐步走向應(yīng)用,在嵌入式操作系統(tǒng)中移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)更顯示出其優(yōu)越性。分析移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu);介紹移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵性技術(shù),并指出了移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用方向。
一、嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的定義
從數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程來(lái)看,計(jì)算和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基本保持著一種同步發(fā)展的態(tài)勢(shì),互相影響、互相促進(jìn)。移動(dòng)計(jì)算的概念是對(duì)“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(dòng)設(shè)備、具有無(wú)線能力的服務(wù)網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成了一個(gè)新的計(jì)算環(huán)境,即移動(dòng)計(jì)算環(huán)境。相應(yīng)地,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)先后出現(xiàn)了集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、B/A/S多層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)和移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。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。
二、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)及其主要特點(diǎn)
。ㄒ唬w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(guò)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(dòng)計(jì)算系統(tǒng)改變了這種假設(shè)條件。移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)是固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的分布計(jì)算系統(tǒng)。
移動(dòng)計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有鮮明的特點(diǎn):移動(dòng)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(duì)稱性、電源能力的局限性等。移動(dòng)環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)就是移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。它是傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。
。ǘ┲饕攸c(diǎn)
移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算環(huán)境是傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展,它可以看作客戶端與固定服務(wù)器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。因此移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。由于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)在移動(dòng)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(duì)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(kù)管理功能和支持多種嵌入型操作系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能需求。
三、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)
移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)涉及的理論和技術(shù)含蓋了當(dāng)今通信、和嵌入式系統(tǒng)的最新成果,其中在移動(dòng)環(huán)境下如何進(jìn)行數(shù)據(jù)管理是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵。根據(jù)目前國(guó)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。
。ㄒ唬⿺(shù)據(jù)復(fù)制與緩存
復(fù)制是在多個(gè)移動(dòng)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(dòng)計(jì)算機(jī)上保存數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)系統(tǒng)的可用性、可靠性和訪問(wèn)性能。首要的問(wèn)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(lái)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(kù)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)。
。ǘ⿺(shù)據(jù)廣播
通俗地講,數(shù)據(jù)廣播是指在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中,利用客戶機(jī)與服務(wù)器通信的不對(duì)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(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的斷接問(wèn)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(dòng)節(jié)點(diǎn)主要考慮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(guó)內(nèi),長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)的周興銘院士對(duì)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(wèn)時(shí)間和調(diào)諧時(shí)間。
(三)位置相關(guān)查詢優(yōu)化
在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(wèn)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(dòng)查詢優(yōu)化技術(shù)是指在傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)移動(dòng)計(jì)算機(jī)有限電源能力,合理地組織本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等耗電能較多的操作,達(dá)到節(jié)能目的,延長(zhǎng)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(dòng)用戶對(duì)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(dòng)用戶最近報(bào)告的地址(無(wú)線單元的ID),例如Cell1 ;
ERR移動(dòng)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(guò)程。
在移動(dòng)查詢的應(yīng)用中,有各種各樣涉及地址的查詢,例如“請(qǐng)尋找一家校園附近的超市”,“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(duì)象x1 ,x2 , …, xn 非地址屬性的n元約束條件,Users 是所有移動(dòng)用戶的集合。
。ㄋ模┮苿(dòng)事務(wù)處理
事務(wù)處理是數(shù)據(jù)庫(kù)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(wèn),使用戶可以可靠地查詢和更新數(shù)據(jù)庫(kù)。一般來(lái)說(shuō),用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的訪問(wèn)都是通過(guò)事務(wù)來(lái)完成的。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(jiǎn)稱ACID)。移動(dòng)計(jì)算的特點(diǎn),使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)處理技術(shù)不能滿足移動(dòng)事務(wù)處理的要求。
總之,移動(dòng)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(dòng)事務(wù),需要為移動(dòng)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(guò)區(qū)切換(handoff)問(wèn)題是移動(dòng)事務(wù)管理的重要任務(wù)。
四、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用
移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)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。
。ㄒ唬┣度胧揭苿(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)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、、存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)的展開,有利于降低庫(kù)存,節(jié)約在途資金等。在運(yùn)輸方面,利用移動(dòng)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(chǔ)環(huán)節(jié),帶有嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的手持計(jì)算機(jī)輸入的信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)寫入中央數(shù)據(jù)庫(kù),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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳入中央數(shù)據(jù)庫(kù)。因此,在投遞的同時(shí),用戶即可查詢物品投遞的情況。
。ǘ┣度胧揭苿(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)為移動(dòng)鋪平了道路
在我國(guó),移動(dòng)用戶是最具消費(fèi)潛力的群體,因此針對(duì)移動(dòng)用戶開發(fā)的移動(dòng)銀行業(yè)務(wù)將具有很大的潛力,而且能夠推動(dòng)移動(dòng)商務(wù)的發(fā)展。移動(dòng)銀行可以使客戶在異地對(duì)自己的帳務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢、交易,方便、省時(shí),降低,同時(shí)安全可靠,機(jī)動(dòng)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。出差或在外仍可享受銀行服務(wù)。
。ㄈ┣度胧揭苿(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)非常有助于提高實(shí)地/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的數(shù)據(jù)記錄在紙上。如果利用移動(dòng)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)地查詢記錄,這將使得我國(guó)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)用之外,移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)還在零售業(yè)、制造業(yè)、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(dòng)計(jì)算、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)和無(wú)線數(shù)據(jù)通信等相關(guān)技術(shù)迅猛發(fā)展,移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)將成為信息的重要支柱。
五、小結(jié)
本文給出嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的定義,描述了嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)單分析它的特點(diǎn),然后詳細(xì)分析了嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù),最后展望了嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用前景。嵌入式移動(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)的成熟應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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