移動(dòng)數(shù)據(jù)庫重要技術(shù)與其運(yùn)用

1、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫重要技術(shù)與其運(yùn)用一、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫移動(dòng)計(jì)算機(jī)指掌上型或便攜式計(jì)算機(jī),小一點(diǎn)的如PDA,大一些的如筆記本電腦。但無論尺寸如何,這些移動(dòng)計(jì)算機(jī)都將裝配無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,從而能夠與固定網(wǎng)絡(luò)甚至其它的移動(dòng)計(jì)算機(jī)相聯(lián)。這樣的計(jì)算環(huán)境稱之為移動(dòng)計(jì)算(MobileComputing),它使用戶不必再固定連接在某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,而是可以攜帶著計(jì)算機(jī)自由地行動(dòng)。移動(dòng)計(jì)算機(jī)中的系統(tǒng)一般都要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、與主服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,因此需要一個(gè)小型的或微型的數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的DBMS,還要有相應(yīng)的特殊配套軟件使之能適應(yīng)它們的特殊要求。在這種情況下,傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)不能支持或是不能有效支持移動(dòng)計(jì)算,因

2、此,研究移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中的數(shù)據(jù)管理技術(shù),已經(jīng)成為目前分布式數(shù)據(jù)庫研究的一個(gè)新的方向,稱之為移動(dòng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)。二、微終端移動(dòng)數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用隨著各種便攜式終端(尤其是手機(jī))的數(shù)量的不斷增加,以及移動(dòng)通訊技術(shù)、無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和應(yīng)用,越來越多的人希望擺脫固定終端在地域上的束縛,能在移動(dòng)狀態(tài)下與網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)保持通信,并且當(dāng)在移動(dòng)終端改變自身位置時(shí),原來的網(wǎng)絡(luò)連接并不中斷。而便攜式終端功能的不斷增強(qiáng),也使得大量數(shù)據(jù)駐留在終端中成為可能。微終端移動(dòng)數(shù)據(jù)庫即是在這種情況下出現(xiàn)的,它是指移動(dòng)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)在微型終端設(shè)備中微型終端設(shè)備指的是:手機(jī)、具有通信功能的PDA,不考慮筆記本電腦等稍大一點(diǎn)的設(shè)備。微終端移動(dòng)數(shù)據(jù)庫

3、在實(shí)現(xiàn)方面有其優(yōu)點(diǎn):終端設(shè)備類似、可以使用移動(dòng)通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、協(xié)議統(tǒng)一、帶寬基本一致。在應(yīng)用中不可忽視的一個(gè)優(yōu)勢是擁有這類設(shè)備的人數(shù)龐大,并且日益增加;而且其功能也在不斷加強(qiáng)。微終端移動(dòng)數(shù)據(jù)庫除了具有移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的特性外,還具有其自身的特點(diǎn):體積小;電源受限;移動(dòng)性更強(qiáng)(頻繁過區(qū)切換);頻繁斷接;規(guī)模大。由于微終端設(shè)備(主要是智能手機(jī))的普及和功能的不斷強(qiáng)化,已經(jīng)出現(xiàn)了很多商務(wù)應(yīng)用,如:移動(dòng)銀行、移動(dòng)支付、移動(dòng)證券交易、股票實(shí)時(shí)查詢。但這些服務(wù)都是以文字和極簡單的圖片為主,并且大都是在生活、娛樂方面,功能有限。當(dāng)然,隨著3G網(wǎng)絡(luò)的普及,今后一定會(huì)出現(xiàn)針對具體企業(yè)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。我們來看幾個(gè)

4、例子:例1:一家三口自行駕車進(jìn)行異地旅行,在陌生的城市可能會(huì)有這樣的疑問:“下一個(gè)高速公路岔道口是否有加油站?”“最近的能用招行一卡通付費(fèi)的旅店在哪里?”如果他們能用手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢,可能會(huì)得到滿意的回答。與基于集中和分布式數(shù)據(jù)庫查詢不同的是,上述查詢的答案是和位置相關(guān)的,甚至?xí)瓦\(yùn)動(dòng)方向、速度有關(guān)。所以,服務(wù)器上的位置相關(guān)數(shù)據(jù)庫應(yīng)該存儲(chǔ)各種有關(guān)旅店、餐館等信息,并提供其他一些有用的本地化信息。這個(gè)例子可能并不需要在移動(dòng)終端上駐留移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(但也不一定:如果用戶需要的話,他可以在手機(jī)中存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)以顯示他所在城市的地圖),但下面的例子就不同了。例2:公司的推銷人員面對客戶促銷時(shí),需要查詢一些有

5、關(guān)客戶的信息。當(dāng)然,他可以使用筆記本電腦通過Internet進(jìn)入企業(yè)網(wǎng)站進(jìn)行查詢,但公司不可能為每一位推銷人員配備筆記本電腦,如果用手機(jī)就能完成查詢,并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在手機(jī)上就更加方便了,因?yàn)槿绻P記本電腦不能聯(lián)網(wǎng),或聯(lián)網(wǎng)效果不佳的話,將無法得到所要的數(shù)據(jù),而在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫環(huán)境中,上述查詢既可以在聯(lián)網(wǎng)時(shí)發(fā)給遠(yuǎn)端的服務(wù)器,也可以在網(wǎng)絡(luò)情況不好甚至斷接時(shí)從本地移動(dòng)數(shù)據(jù)庫中得到結(jié)果。例3:以往人們總是在每一個(gè)個(gè)人設(shè)備上拷貝一份諸如日程表、地址簿之類的信息。如果將這些信息放置在一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫中,人們就可以從工作用的桌面計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、無線PDA,甚至家中電器通過Internet和無線網(wǎng)絡(luò)訪問同一份信息并下

6、載存儲(chǔ)。而公司存儲(chǔ)在中央數(shù)據(jù)庫中的工作計(jì)劃、客戶資料等也可以由員工使用聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自由訪問。在以上幾個(gè)例子中,能充分體現(xiàn)出微終端移動(dòng)數(shù)據(jù)庫在移動(dòng)商務(wù)和移動(dòng)辦公中的強(qiáng)大功能。尤其是針對跨區(qū)域大型企業(yè)的商務(wù)應(yīng)用。三、微終端移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)(1)緩存/數(shù)據(jù)一致性維護(hù)傳統(tǒng)的復(fù)制/緩存技術(shù)都是假設(shè)客戶機(jī)和服務(wù)器之間是經(jīng)常保持連接的,并基于這個(gè)前提來維護(hù)一致性。這在移動(dòng)計(jì)算中是不適用的。移動(dòng)環(huán)境一般采用部分復(fù)制方式。三層復(fù)制體系結(jié)構(gòu)可減少網(wǎng)絡(luò)擁塞。第一層復(fù)制是指服務(wù)器之間利用傳統(tǒng)的復(fù)制技術(shù)在固定高速網(wǎng)絡(luò)中所進(jìn)行的復(fù)制,稱之為“服務(wù)器級復(fù)制”。第二層復(fù)制是指服務(wù)器利用無線網(wǎng)絡(luò)固有的廣播能力將數(shù)據(jù)庫中經(jīng)常被大

7、部分用戶訪問的公共熱點(diǎn)數(shù)據(jù)組織起來,向無線網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的所有移動(dòng)終端廣播,這實(shí)際上是在無線廣播信道上做數(shù)據(jù)復(fù)制,稱之為“空中復(fù)制”,空中復(fù)制充分利用了無線網(wǎng)絡(luò)非對稱性的特點(diǎn)。第三層復(fù)制是為了支持移動(dòng)用戶的斷接操作,移動(dòng)終端利用本身的處理和存儲(chǔ)能力緩存數(shù)據(jù)庫中部分?jǐn)?shù)據(jù),稱之為“終端緩存”。由于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的有限帶寬和低信道速率,緩存(Cache)是改善系統(tǒng)性能的有效途徑。Cache技術(shù)在傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫中得到廣泛應(yīng)用,它通過在客戶機(jī)上緩存部分?jǐn)?shù)據(jù),達(dá)到減少訪問主數(shù)據(jù)庫的目的,從而提高了性能。但是,傳統(tǒng)的緩存技術(shù)要求客戶機(jī)保持與服務(wù)器的連接,這樣才能維護(hù)緩存的一致性。移動(dòng)終端上的數(shù)據(jù)庫是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化

8、的小型數(shù)據(jù)庫,是數(shù)據(jù)庫整體的一個(gè)子集,是移動(dòng)終端上的自治數(shù)據(jù)庫,同時(shí)也是整個(gè)數(shù)據(jù)庫的一個(gè)時(shí)間、空間副本。而移動(dòng)終端又不能與主服務(wù)器一直保持連接,因此它與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的緩存存在一定區(qū)別。在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫中,由于數(shù)據(jù)量的限制,每個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)中都有一個(gè)固定的中央系統(tǒng)與之相關(guān)聯(lián),它們之間通過無線通訊聯(lián)系,可以將中央設(shè)備系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫看成是移動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫的后援?dāng)?shù)據(jù)庫,移動(dòng)數(shù)據(jù)庫中所要的數(shù)據(jù)可以從中央數(shù)據(jù)庫中取得;反之,移動(dòng)設(shè)備所獲得的數(shù)據(jù)可以通過移動(dòng)數(shù)據(jù)庫隨時(shí)轉(zhuǎn)存到中央數(shù)據(jù)庫中。同時(shí),由于一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫可能對應(yīng)幾個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫,因此存在著多個(gè)數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)的同步與一致問題。為解決此問題,必須在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置同

9、步機(jī)制,以保證數(shù)據(jù)的一致性。斷接性是移動(dòng)數(shù)據(jù)庫環(huán)境下眾多特點(diǎn)中很重要的一條。采用復(fù)制/緩存技術(shù)是解決數(shù)據(jù)庫斷接操作的一條有效途徑。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫的存在最主要的作用就是支持移動(dòng)終端的斷接操作。由于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫只能是緩存部分?jǐn)?shù)據(jù)對象,于是,合理選擇移動(dòng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。因?yàn)橐苿?dòng)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫容量是有限的,并且在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生變化,所以應(yīng)能有效地替換移動(dòng)數(shù)據(jù)庫中不再需要使用或使用頻率較低的信息和數(shù)據(jù)。(2)位置管理和移動(dòng)性支持移動(dòng)數(shù)據(jù)庫因?yàn)樘幱谝苿?dòng)環(huán)境,所以移動(dòng)終端的位置管理是一個(gè)重要問題。在集中式數(shù)據(jù)庫中,每個(gè)數(shù)據(jù)對象只有份。在分布式環(huán)境中則可能存在多個(gè)副本,但只有一個(gè)唯一正確的值。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫在

10、微終端的Cache中緩存數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)是主服務(wù)器中的一個(gè)副本,但因?yàn)椴樵兪桥c位置相關(guān)的,所以即使是同一個(gè)問題,在不同的地方,所得到的查詢結(jié)果也可能存在多個(gè)值。比如,開車途中查詢離旅游者位置最近的加油站,在旅游者發(fā)出查詢與獲取結(jié)果這個(gè)時(shí)間段中,位置已經(jīng)變化,導(dǎo)致所獲得的副本具有不同的值。這種情況被稱為多副本的多值性。這種應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵在于移動(dòng)定位。移動(dòng)定位系統(tǒng)是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為用戶提供定位功能的服務(wù)。在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中,位置相關(guān)信息的更新及查詢是一個(gè)重要的應(yīng)用。在美國聯(lián)邦通信委員會(huì)公布的E-911標(biāo)準(zhǔn)中,定位服務(wù)是3G網(wǎng)絡(luò)必備的基本功能。移動(dòng)終端的移動(dòng)性與地理位置密切相關(guān)。移動(dòng)終端的移動(dòng)性管理主要采用

11、歸屬位置數(shù)據(jù)庫(HLR)和拜訪位置數(shù)據(jù)庫(VLR)。移動(dòng)時(shí)須進(jìn)行信道切換,切換涉及的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體可能不同。移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)樹型結(jié)構(gòu)。樹根是MSC(移動(dòng)交換中心),其各級枝干依次是:BSC(基站控制器)、BS(基站)、MU。隨著傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用,MU還可以作為傳感網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn),進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和分發(fā)。在切換時(shí)需根據(jù)位置數(shù)據(jù)庫,進(jìn)行位置數(shù)據(jù)查詢、遷移和在新的基站或交換局進(jìn)行注冊、信道分配等處理。(3)廣播機(jī)制數(shù)據(jù)廣播是指在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中,利用網(wǎng)絡(luò)信道帶寬的不對稱性,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)是減少客戶請求的網(wǎng)絡(luò)流量,提高信道利用率,改進(jìn)用戶的訪問性能,且廣播開銷與移

12、動(dòng)用戶的數(shù)目無關(guān)。數(shù)據(jù)廣播是移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和信息分發(fā)的主要方式,借助數(shù)據(jù)廣播,也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)廣播的主要問題在于廣播內(nèi)容的選擇。在頻繁請求數(shù)據(jù)的情況下,可以通過自動(dòng)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)收集的方式來提高系統(tǒng)性能。其過程可分為三個(gè)階段:(1)在主服務(wù)器側(cè)分析SQL歷史查詢;(2)構(gòu)建候選集;(3)形成結(jié)果集并發(fā)送到移動(dòng)終端,終端將數(shù)據(jù)保存在各自的Cache中。其理論依據(jù)是最近被訪問的數(shù)據(jù)更有可能在最近的將來被訪問,將其緩存在客戶端可大大提高訪問效率,減少帶寬的消耗,降低網(wǎng)絡(luò)沖突。數(shù)據(jù)廣播在無線網(wǎng)絡(luò)中作為信息發(fā)布的主要方式,對熱點(diǎn)數(shù)據(jù)廣播頻率高,對冷數(shù)據(jù)廣播頻率低,雖在一

13、定程度上節(jié)約了帶寬和終端節(jié)點(diǎn)的能量消耗,但可能造成服務(wù)器單點(diǎn)失效,同時(shí)維護(hù)訪問頻率表占用了處理時(shí)間和存儲(chǔ)空間,并易于造成冷數(shù)據(jù)的饑餓現(xiàn)象。(4)事務(wù)處理和并發(fā)控制移動(dòng)事務(wù)處理技術(shù)是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的個(gè)基本功能,它主要用于維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性,支持多用戶的并發(fā)訪問,使用戶可以可靠的查詢和更新數(shù)據(jù)庫。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(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ACID準(zhǔn)則。與傳統(tǒng)事務(wù)相比,移動(dòng)事務(wù)模型應(yīng)適應(yīng)通信可靠性低、低帶寬、能量有限、存儲(chǔ)容量小的移動(dòng)計(jì)算環(huán)境,具備可分解、可移動(dòng)、長事務(wù)、低回滾、低通信開銷、支持并發(fā)、斷接和復(fù)制一致性、局部自治等特點(diǎn)。由于偶然因素或有意的節(jié)能、移動(dòng)導(dǎo)致拓?fù)渥兓?/p>

14、等原因,移動(dòng)終端經(jīng)常從網(wǎng)絡(luò)斷開。與傳統(tǒng)主機(jī)不同,這樣的斷連是可容忍的,事務(wù)處理仍可在服務(wù)器或移動(dòng)終端繼續(xù)執(zhí)行。移動(dòng)終端的本地自治性使得事務(wù)持續(xù)執(zhí)行,在重連后提交到主服務(wù)器,從而保證數(shù)據(jù)庫的致性和事務(wù)的正確性。另外,無線網(wǎng)絡(luò)信道延遲也可能使事務(wù)執(zhí)行的時(shí)間延長。因此,事務(wù)管理可看作是長事務(wù),往往涉及到并發(fā)控制和緩存一致性。在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫中一般采用弱一致性的并發(fā)控制機(jī)制。用戶可能需要隨時(shí)隨地訪問數(shù)據(jù)庫,如付款、轉(zhuǎn)賬等。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須具備多用戶并發(fā)事務(wù)處理的能力。兩層復(fù)制下的并發(fā)控制機(jī)制的主要算法思想是:允許用戶在移動(dòng)終端本地更新,在連接到服務(wù)器后作為原子事務(wù)再度提交更新,并在失敗時(shí)通知各MU。四、結(jié)語在過去的幾年里,智能手機(jī)用戶呈爆炸式的增長,這致使無線通信成為世界上最熱門和發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。在中國大陸,短短幾年內(nèi),手機(jī)