嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用研究

隨著移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)庫逐步走向應(yīng)用，在嵌入式操作系統(tǒng)中移動(dòng)數(shù)據(jù)庫更顯示出其優(yōu)越性。本文分析移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)；介紹移動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵性技術(shù)，并指出了移動(dòng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用方向。

嵌入式系統(tǒng)；移動(dòng)數(shù)據(jù)庫；移動(dòng)計(jì)算；事務(wù)處理0引言

數(shù)據(jù)庫技術(shù)一直隨著計(jì)算的發(fā)展而不斷進(jìn)步，隨著移動(dòng)計(jì)算時(shí)代的到來，嵌入式操作系統(tǒng)對移動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的需求為數(shù)據(jù)庫技術(shù)開辟了新的發(fā)展空間。隨著智能移動(dòng)終端的普及，嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)目前已經(jīng)從研究領(lǐng)域逐步走向廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究歷史中，傳統(tǒng)的分布計(jì)算與分布式數(shù)據(jù)庫的研究是基于有線網(wǎng)絡(luò)和固定主機(jī)的。這些都采用了一些默認(rèn)的隱含假設(shè)，例如固定網(wǎng)絡(luò)連接、對等通信代價(jià)、主機(jī)節(jié)點(diǎn)固定不變等。但進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著移動(dòng)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，加之移動(dòng)計(jì)算機(jī)和移動(dòng)通信設(shè)備的大量普及，許多計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以在移動(dòng)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(dòng)計(jì)算環(huán)境具有移動(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)庫。

1嵌入式移動(dòng)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(dòng)計(jì)算的概念是對“任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的立即通”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、具有無線通信能力的服務(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(dòng)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(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持移動(dòng)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(dòng)設(shè)備上。其中，嵌入在移動(dòng)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(dòng)通技術(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(dòng)數(shù)據(jù)庫或簡稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)庫。

2嵌入式移動(dòng)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(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)庫就是移動(dòng)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(dòng)態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，移動(dòng)客戶機(jī)MC包括便攜式電腦、PDA等；MSS支持移動(dòng)計(jì)算的固定節(jié)點(diǎn)，具有無線通信接口；FH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(dòng)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(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)庫管理系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。由于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫在移動(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系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能需求。在移動(dòng)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(dòng)事務(wù)處理、數(shù)據(jù)廣播技術(shù)、移動(dòng)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(dòng)發(fā)布技術(shù)等技術(shù)仍在不斷的發(fā)展和完善，它們會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展。

3嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)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(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(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。目前，針對移動(dòng)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(jí)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(dòng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品SQLANYWHERE和SQLREMOTE也采用該技術(shù)來支持移動(dòng)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(dòng)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(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(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。

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