關(guān)于計算機的畢業(yè)論文：嵌入式移動數(shù)據(jù)庫研究

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　　嵌入式移動數(shù)據(jù)庫研究全文如下：

　　摘要：嵌入式技術(shù)已在人們生活中得到廣泛應用;移動計算更是給人們的生活帶來了極大的方便。有移動計算技術(shù)推動發(fā)展的新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)讓人耳目一新。嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)因此產(chǎn)生。主要論述了嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的特點及應用，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(EMDB)的功能需求及特點，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　關(guān)鍵字： 嵌入式 移動計算 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫 EMDB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1 引言

　　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)中加入移動數(shù)據(jù)庫，也越來越顯示出其重要性。

　　1.1 嵌入式系統(tǒng)

　　嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

　　嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(OS)(要求實時和多任務操作)和應用程序編程。有時設(shè)計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為;而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。

　　1.2 移動計算

　　移動計算是一種新型的技術(shù)，它使得計算機或其它信息設(shè)備，在沒有與固定的物理連接設(shè)備相連的情況下，能夠傳輸數(shù)據(jù)。移動計算的作用在于，將有用、準確、及時的信息與中央信息系統(tǒng)相互作用,分擔中央信息系統(tǒng)的計算壓力, 使有用、準確、及時的信息能提供給在任何時間、任何地點需要它的任何用戶。移動計算環(huán)境比傳統(tǒng)的計算環(huán)境更為復雜和靈活。 典型的移動計算環(huán)境有[1]:

　　(1) 智能計算設(shè)備+ 無線網(wǎng)絡。通過無線網(wǎng)絡,智能計算設(shè)備可以隨時進入MCE 主網(wǎng)絡;

　　(2) 智能計算設(shè)備+ 調(diào)制解調(diào)器+ 電話網(wǎng)絡。在不同地點, 將調(diào)制解調(diào)器和附近的電話相連接, 通過電話網(wǎng)進入MCE 主網(wǎng)絡;

　　(3) 移動用戶+ 傳統(tǒng)工作站+ 傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡。移動用戶在不同場地使用靜態(tài)計算機獲得MCE 的服務。

　　1.3 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫

　　數(shù)據(jù)庫技術(shù)一直在隨著計算的發(fā)展而不斷進步。凡是有數(shù)據(jù)的地方，就要用到數(shù)據(jù)庫來協(xié)助管理數(shù)據(jù)。移動計算也是對數(shù)據(jù)的處理，離開對數(shù)據(jù)的管理、處理，計算機就毫無意義。移動計算同時又強調(diào)其移動性，傳統(tǒng)的PC機要做到移動，同時在苛刻的環(huán)境下作到良好的運作也是不可能的。此時，嵌入式很好的滿足了移動計算對移動客戶端計算的要求。三者從這一點上結(jié)合就產(chǎn)生了當今數(shù)據(jù)庫的一個新的發(fā)展空間：嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。移動數(shù)據(jù)庫是指支持移動計算環(huán)境的分布式數(shù)據(jù)庫。由于移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常應用在諸如掌上電腦、PDA、車載設(shè)備、移動電話等嵌入式設(shè)備中，因此，它又被稱為嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

　　2 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的特點及其應用

　　2.1 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫特點

　　嵌入式移動數(shù)據(jù)庫在實際應用中必須解決好數(shù)據(jù)的一致性(復制性)、高效的事務處理、數(shù)據(jù)的安全性等問題。

　　(1)數(shù)據(jù)的一致性

　　移動數(shù)據(jù)庫的一個顯著特點是，移動終端之間以及與服務器之間的連接是一種弱連接。即低帶寬、長延遲、不穩(wěn)定和經(jīng)常性的斷開。為了支持用戶在弱環(huán)境下對數(shù)據(jù)庫的操作，現(xiàn)在普遍采用樂觀復制方法(Optimistic replication 或 Lazy replication)允許用戶對本地緩存上的數(shù)據(jù)副本進行操作。待網(wǎng)絡重新連接后再與數(shù)據(jù)庫服務器或其它終端交換數(shù)據(jù)修改信息，并通過沖突檢測和協(xié)調(diào)來恢復數(shù)據(jù)的一致性。

　　(2)高效的事務處理

　　移動事務處理要解決在移動環(huán)境中頻繁的、可預見的、拆連情況下的事務處理。為了保證活動事務的順利完成，必須設(shè)計和實現(xiàn)新的事務管理策略和算法，方法如下：

　　根據(jù)網(wǎng)絡連接情況來確定事務處理的優(yōu)先級，網(wǎng)絡連接速度高的事務請求優(yōu)先處理。

　　根據(jù)操作時間來確定事務是否遷移，即長時間的事務操作將全部遷移到服務器上執(zhí)行，無需保證網(wǎng)絡的一直暢通。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小來確定事務是上載執(zhí)行還是下載數(shù)據(jù)副本執(zhí)行后上載。

　　事務處理過程中，網(wǎng)絡斷接處理時采用服務器發(fā)現(xiàn)機制還是采用客戶端聲明機制。

　　事務移動(如：位置相關(guān)查詢)過程中的用戶位置屬性的實時更新。

　　完善的日志記錄策略。

　　(3)數(shù)據(jù)的安全性

　　許多應用領(lǐng)域的嵌入式設(shè)備是系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理或處理的關(guān)鍵設(shè)備，因此嵌入式設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對存取權(quán)限的控制比較嚴格。同時，許多嵌入式設(shè)備具有較高的移動性、便攜性和非固定的工作環(huán)境，也帶來潛在的不安全因素。同時某些數(shù)據(jù)的個人隱私性又很高，因此在防止碰撞、磁場干擾、遺失、盜竊等對個人數(shù)據(jù)安全的威脅上需要提供充分的安全性保證。保證數(shù)據(jù)安全的主要措施如下：

　　對移動終端進行認證，防止非法終端的欺騙性接入。

　　對無線通信進行加密，防止數(shù)據(jù)信息泄漏。

　　對下載的數(shù)據(jù)副本加密存儲，以防移動終端物理丟失后的數(shù)據(jù)泄密[2]。

　　2.2 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫應用

　　目前，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫有兩種應用，可劃分為水平應用和垂直應用。所謂水平應用，是指應用方案能夠用于多種不同行業(yè)，只需要極少的定制工作;而垂直應用則針對特定行業(yè)的應用，數(shù)據(jù)處理具有獨特性。與水平應用相比，垂直型應用具有明顯的行業(yè)特殊性，不同領(lǐng)域的應用之間差別較大，結(jié)果表示和服務器數(shù)據(jù)庫的管理也有很大不同。主要涉及保險、銀行業(yè)、航班信息、政府部門等具體的行業(yè)領(lǐng)域。如圖所示[3]：

　　圖 1 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的應用分類

　　3 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(EMDBMS)的特性

　　3.1 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能需求

　　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)。由于嵌入式移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運行在移動計算的環(huán)境之下，應用于嵌入式操作系統(tǒng)之上，所以它有自己的功能需求：

　　(1)微小內(nèi)核結(jié)構(gòu)

　　考慮到嵌入式設(shè)備的資源有限，嵌入式移動DBMS應采用微型化技術(shù)實現(xiàn)，可在滿足應用的前提下，緊縮其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以滿足嵌入式應用的需求。

　　(2)對標準SQL的支持

　　嵌入式移動DBMS應能提供對標準SQL的支持。支持SQL92 標準的子集，支持數(shù)據(jù)查詢(連接查詢、子查詢、排序、分組等)、插入、更新、刪除多種標準的SQL 語句，以充分滿足嵌入式應用開發(fā)的需求。

　　(3)事務管理功能

　　嵌入式移動DBMS應具有事務處理能力，可自動維護事務的完整性、原子性等特性;支持實體完整性和引用完整性。

　　(4)完善的數(shù)據(jù)同步機制

　　數(shù)據(jù)同步是嵌入式數(shù)據(jù)庫最重要的特點。通過數(shù)據(jù)復制，可以將嵌入式數(shù)據(jù)庫或主數(shù)據(jù)庫的變化情況應用到對方，以保證數(shù)據(jù)的一致性。

　　(5)支持多種連接協(xié)議。

　　嵌入式移動DBMS應支持多種通信連接協(xié)議?？梢酝ㄟ^串行通信、T C P /IP、紅外傳輸、藍牙等多種連接方式，實現(xiàn)與嵌入式設(shè)備和數(shù)據(jù)庫服務器的連接。

　　(6)完備的嵌入式數(shù)據(jù)庫的管理功能

　　嵌入式移動DBMS應具有自動恢復功能，可進行嵌入式數(shù)據(jù)庫管理，并能夠提供數(shù)據(jù)的備份和恢復，保證用戶數(shù)據(jù)安全可靠。支持多種嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式移動DBMS 應能支持Windows CE、Palm OS 等多種目前流行的嵌入式操作系統(tǒng)，這樣才能使嵌入式移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不受移動終端的限制。

　　3.2 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特點

　　基于以上分析不難得出嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)應具有如下特點：

　　(1)提供多種數(shù)據(jù)同步方式。具有上載同步、下載同步和完全同步三種同步方式。

　　(2)具有完善的沖突檢測機制，和靈活的沖突解決方案，具有沖突日志記錄功能。企業(yè)級應用中沖突是不可避免的，不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)認為沖突發(fā)生的位置是不一樣的。解決沖突的規(guī)則可以是系統(tǒng)預定義的也可以是用戶自定義的。

　　(3)支持快速同步。系統(tǒng)同步時，只傳遞變化的數(shù)據(jù)，即增量上下載，節(jié)省了大量的同步時間。

　　(4)支持表的水平分割和垂直分割復制，最大限度地降低了嵌入式數(shù)據(jù)庫的大小。

　　(5)支持異構(gòu)數(shù)據(jù)源連接同步。可以用支持ODBC 的異構(gòu)數(shù)據(jù)源，作為主數(shù)據(jù)庫和嵌入式設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫，以進行數(shù)據(jù)同步。

　　(6)具有主動同步的功能。允許用戶對系統(tǒng)提供的同步事件自定義過程實現(xiàn)，并提供最大靈活度的同步過程。

　　4 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理模式

　　圖2 數(shù)據(jù)管理模式

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫的應用分為個人應用和企業(yè)級應用。在個人應用中，與外界較少交換數(shù)據(jù)，而且不必考慮多個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性。在企業(yè)級應用中，嵌入式數(shù)據(jù)庫要與企業(yè)級數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持復雜的業(yè)務活動。

　　在數(shù)據(jù)庫三級應用模式中，EMDB系統(tǒng)一般采用EMDB+同步/復制服務器+企業(yè)級DB，如我們見到的IBM提供的嵌入式設(shè)備和移動企業(yè)級應用解決方案就是由3部分組成：DB2 Everyplace 嵌入式數(shù)據(jù)庫、DB2 Everyplace Sync Server和Universal Database企業(yè)級數(shù)據(jù)庫。在此模式中，EMDBS由移動設(shè)備中的EMDBMS和固定節(jié)點上的同步/復制服務器這兩部分構(gòu)成。這種方案的指導思想是將DBMS的功能分解，簡化移動設(shè)備中的功能，進而減少對移動設(shè)備資源的需求[4]。

　　5 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　(1) 數(shù)據(jù)庫服務器DBSVR (Database Server)

　　可以是大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng), 如: Oracle, Sybase, DB2,SQL Server, 一般為固定結(jié)點。每個DBSVR 上維護本地數(shù)據(jù)庫的一個完整的副本, 服務器之間由可靠的高速互聯(lián)網(wǎng)連接在一起, 構(gòu)成一個傳統(tǒng)意義上的分布數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

　　圖3 典型嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　(2)移動支持結(jié)點MSS (Mobile Support Station )

　　進行分布式事務處理, 控制EMDB和DBSVR之間的數(shù)據(jù)交換并支持一個無線單元(cell),具有無線聯(lián)網(wǎng)能力和同步功能,MSS也位于高速網(wǎng)絡中。服務器可以與MSS為同一臺機器。

　　(3)位置服務器LS(Location Server)

　　(4)可信部分

　　由固定網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡上的固定主機組成, 固定主機分為兩類: 一類是不帶無線通訊的主機, 如DSSVR 和LS; 另一類是帶有無線通訊接口MSS。

　　(5)移動客戶機MC (Mobile Client)

　　MC的處理能力與存儲能力相對于服務器來說非常有限, 且具有移動性(即可以出現(xiàn)在任意一個無線單元中) , 在它上面保存一部分數(shù)據(jù)庫副本, 并通過EMDB對本地數(shù)據(jù)進行管理,可以通過無線鏈路與一個MSS通信,通過MSS上的ODBC 接口, EMDB可以與DBSVR進行數(shù)據(jù)交換。從而與整個固定網(wǎng)絡連通, 也可以接受由MSS 發(fā)送的廣播信息。它會經(jīng)常與服務器斷接(指MC無法與任意一個聯(lián)機通信) 即使在與服務器保持連接時, 由于MC 所處的網(wǎng)絡環(huán)境多變,MC與服務器之間的網(wǎng)絡帶寬相差很大,且可靠性較低,網(wǎng)絡延遲較大。

　　(6)本地數(shù)據(jù)庫Rep(Replication) 數(shù)據(jù)庫副本

　　(7)EMDB

　　嵌入式移動數(shù)據(jù)庫, 工作方式為: 每當MC發(fā)出一個查詢請求Q1時,它首先查詢本地數(shù)據(jù)庫(移動子集上),若滿足查詢條件要求則直接返回給MC, 否則就向VS提交查詢請求, 由VS代替MC完成查詢并將結(jié)果返回給MC(前提是兩者處于連接狀態(tài))。若MC 處于斷接狀態(tài), 則也只能在MC上執(zhí)行本地查詢。若在斷接期間更新了MC上的數(shù)據(jù), 則該數(shù)據(jù)將在VS再次連接時, 進行數(shù)據(jù)重集成, 通過一致性維護算法來保證一致性。主要EMDB的應用模式都是立足于嵌入式設(shè)備作客戶端, 在嵌入式設(shè)備上運行一個精巧的EMDB,在通過同步或復制技術(shù)與企業(yè)級數(shù)據(jù)庫連接。這種應用模式在支持嵌入式設(shè)備的同時, 還支持移動設(shè)備,甚至無線移動設(shè)備, 構(gòu)成基于移動環(huán)境的應用[5]。

　　6 結(jié)束語

　　現(xiàn)在，世界已經(jīng)進入了后PC機時代。信息電器如個人數(shù)字助理、web可視電話、移動電話的GPS或W-CDMA產(chǎn)品、TV機頂盒、電視會議機、數(shù)碼相機等嵌入式設(shè)備已經(jīng)在人們生活中廣泛應用。相信隨著科技的發(fā)展，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)也必將給人們的生活帶來更大的方便和改變。

　　參考文獻：

　　[1] 馮玉才李東等.一種移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),計算機研究與發(fā)展[J]，2001年

　　[2] 黃軍政.蔡瀛捷.移動計算推動數(shù)據(jù)庫移動,中國計算機用戶[J],2004年9月第36期

　　[3] 周克江.嵌入式移動數(shù)據(jù)庫及其應用問題研究,湖南第一師范學報[J]，2004年9月第4卷第3期

　　[4] 王彤.王良.嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的綜述及評價,計算機工程[J],2001年12月第12期

　　[5] 朱英.嵌入式移動數(shù)據(jù)庫及其相關(guān)問題,桂林電子工業(yè)學院學報[J],2003年6月第3期