嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的應用研究

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

嵌入式系統(tǒng)；移動數(shù)據(jù)庫；移動計算；事務處理0引言

數(shù)據(jù)庫技術(shù)一直隨著計算的發(fā)展而不斷進步，隨著移動計算時代的到來，嵌入式操作系統(tǒng)對移動數(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。隨著智能移動終端的普及，嵌入式移動數(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)的分布計算與分布式數(shù)據(jù)庫的研究是基于有線網(wǎng)絡和固定主機的。這些都采用了一些默認的隱含假設，例如固定網(wǎng)絡連接、對等通信代價、主機節(jié)點固定不變等。但進入20世紀90年代以來，隨著移動通信技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)迅速發(fā)展，加之移動計算機和移動通信設備的大量普及，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(shù)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(shù)的發(fā)展過程來看，計算環(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。移動計算的概念是對“任何時間、任何地點的立即通”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，構(gòu)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(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(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(shù)、分布式計算技術(shù)，以及移動通技術(shù)等多個學科領(lǐng)域，目前已經(jīng)成為一個十分活躍的研究和應用領(lǐng)域——嵌入式移動數(shù)據(jù)庫或簡稱為移動數(shù)據(jù)庫。

2嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)及其主要特點

2.1體系結(jié)構(gòu)

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(gòu)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，移動客戶機MC包括便攜式電腦、PDA等；MSS支持移動計算的固定節(jié)點，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

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(jié)構(gòu)、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(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，諸如復制與緩存技術(shù)、移動事務處理、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，它們會進一步促進移動數(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)庫的關(guān)鍵。根據(jù)目前國際有關(guān)機構(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。目前，針對移動計算特點開展數(shù)據(jù)復制/緩存技術(shù)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(shù)等，另外，SYBASE公司的移動數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品SQLANYWHERE和SQLREMOTE也采用該技術(shù)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。

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（責任編輯：xy）

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