移动数据库技术

LOGO移动数据库产生和发展的背景计算技术和无线通讯技术的发展和结合使得一种全新的计算模式——移动计算模式成为了现实。在移动计算模式下，用户可以使用便携计算机通过无线通讯接口实现对信息网络的访问，而不受物理位置变化的影响，在过去的十年里，这种全新的计算模式得到了飞速的发展，并在越来越多的应用领域中发挥了不可替代的作用。可以预测，移动计算技术必将成为未来信息时代的重要成员，并将对人们使用信息的方式产生深远的影响。上述情况的出现时如下两种因素交互作用的结果。a)应用需求的推动对活动范围的扩展商务领域的需求数字化信息服务的发展军事领域的特殊要求b)通讯、硬件技术及相关软件技术的发展无线通讯技术的发展硬件技术的发展相应软件技术的发展LOGO研究移动数据库的意义移动数据库技术是一项实用的新兴技术，开展在该领域的研究有重大意义，表现在：a)我国的研究与国外的研究几乎同时起步。所以有很多的机会，尤其是中国的企业。b)移动数据库的研究有着重要的学术价值。移动数据库技术有很高的学术起点涉及到很多领域的一些关键问题的研究，有着巨大的理论和实践意义。c)移动数据库系统能带来经济效益，有着广阔的应用前景。尽管当前的信息市场风云变幻，但有一点是十分明确的，即未来的信息网络一定是移动的网络，移动性代表了信息社会发展的一种趋势。作为移动计算环境开发的核心部件，移动数据库技术有着广泛的应用前景。d)移动数据库的研究有利于我国信息产业的健康发展。目前我国的信息产业，从整体产业链的角度看，多处在技术下游，而拥有高额利润回报的中上游技术掌握在别人手中，由于有应用的广阔背景，移动数据库的研究成果可以转化为用用自主产权的高科技产品。RETURNLOGO基础知识——移动计算移动计算的概念是对“任何时间、任何地点的立即通讯”的扩展。在分布式计算的基础上，计算环境进一步扩展为包含各种移动设备、具有无线通信能力的服务网络，构成了一个新的计算环境，即移动计算环境。移动计算是建立在移动环境上一种新型的计算技术，它使得计算机或其他信息设备在没有与固定的物理连接设备相连的情况下能够传输数据。移动计算的作用在于，将有用、准确、及时的信息与中央信息系统相互作用，分担中央信息系统的计算压力，使有用、准确、及时的信息能提供给在任何时间、任何地点需要它的用户。移动计算环境由于存在计算平台的移动性、连接的频繁断接性、网络条件的多样性、网络通讯的非对称性、系统的高伸缩性和低可靠性以及电源能力的有限性等因素，它将比传统的计算环境更为复杂和灵活。这使得传统的分布式数据库技术不能有效支持移动计算环境，因此嵌入式移动数据库技术(MobileDatabase)由此而产生，它涉及传统的数据技术，分布式计算技术，以及移动通讯技术等多个学科领域。移动数据库概念：数据并不是纯粹地存储在服务器或PC机上的，也可以存放在内存和处理性能受限的移动设备上。这些安装在移动设备上，用来管理和操作数据的系统就是所谓的移动数据库。LOGO基础知识——移动数据库的特点（1）移动性及位置相关性：移动数据库可以在无线通讯单元内及单元间自由移动，而且在移动的同时仍然可能保持通讯连接；此外，应用程序及数据查询可能是位置相关的。这要求移动数据库系统支持这种移动性，解决过区切换问题，并实现位置相关的处理。（2）频繁的断接性：移动数据库与固定网络之间经常处于主动或被动的断接状态，这要求移动数据库系统中的事务在断接情况下仍能继续运行，或者自动进入休眠状态，而不会因网络断接而撤消。（3）网络条件的多样性：在整个移动计算空间中，不同的时间和地点连网条件相差十分悬殊。因此，移动数据库系统应该提供充分的灵活性和适应性，提供多种系统运行方式和资源优化方式，以适应网络条件的变化。（4）系统规模庞大：在移动计算环境下，用户规模比常规网络环境庞大得多，采用普通的处理方法将导致移动数据库系统的效率极为低下。LOGO基础知识——移动数据库特点（5）系统的安全性及可靠性较差：由于移动计算平台可以远程访问系统资源，从而带来新的不安全因素。此外，移动主机遗失、失窃等现象也容易发生，因此移动数据库系统应该提供比普通数据库系统更强的安全机制。（6）资源的有限性：移动设备的电源通常只能维持几个小时;此外，移动设备还受通讯带宽、存储容量、处理能力的限制。移动数据库系统必须充分考虑这些限制，在查询优化、事务处理、存储管理等诸环节提高资源的利用效率。（7）网络通讯的非对称性。上行链路的通讯代价与下行链路有很大的差异。这要求在移动数据库的实现中充分考虑这种差异，采用合适的方式(如数据广播)传递数据。此外，如果系统所嵌入的某种移动设备支持实时应用，则嵌入式数据库系统还要考虑实时处理的要求。这是因为设备的移动性，如果应用请求的处理时间过长，任务就可能在执行完成后得到无效的逻辑结果，或有效性大大降低。因此，处理的及时性和正确性同等重要。LOGO基础知识——移动数据库典型模型LOGO基础知识——移动数据库典型模型动数据库系统由三类结点组成，即：（1）服务器（SVR）：一般为固定结点，每个服务器维护一个本地数据库，服务器之间由可靠的高速互联网络连接在一起，构成一个传统意义上的分布式数据库系统.服务器可以处理客户的联机请求，并可以保持所有请求的历史记录。（2）移动支持结点（简称MSS）：MSS也位于高速网络中，并具有无线联网能力，它们用于支持一个无线网络单元（cell），该单元内的移动客户机既可以通过无线链路与一个ＭＳＳ通信，从而与整个固定网络连通，也可以接收由ＭＳＳ发送的广播信息。服务器与ＭＳＳ可以是同一台机器。（3）移动客户机（简称ＭＣ）：ＭＣ的处理能力与存储能力相对于服务器来说非常有限，且具有移动性（即可以出现在任意一个无线单元中），经常与服务器断接（指ＭＣ无法与服务器联机通信）。即使在与服务器保持连接时，由于ＭＣ所处的网络环境多变，ＭＣ与服务器之间的网络带宽相差很大，且可靠性较低、网络延迟较大。RETURNLOGO关键技术移动计算环境的特殊性给移动数据库的研究带来了新的挑战。在移动数据库中需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题，如对移动性及位置相关查询的支持、对短接操作的支持、对跨区长事务的支持、对查询优化的特殊考虑、对提高有限资源的利用率及系统效率的考虑等等。为了有效地解决上述问题，如下关键技术在移动数据库中具有特别的意义：1.移动数据库复制与缓存技术2.移动事务处理技术3.移动对象数据库技术4.位置相关数据的处理技术5.位置相关的查询处理6.数据广播及移动信息发布7.移动Agent技术等LOGO移动数据库复制与缓存技术移动数据库的复制技术包括两部分：首先是服务器节点间的数据复制，简称为复制；另外还包括移动节点与服务器节点之间的复制，这常被称为缓存。复制技术首要考虑的问题是维护多个复制节点上数据的一致性。现有的复制协议可分为严格一致性协议和弱一致性协议两类：严格一致性协议要求在任何时刻所有数据库的复制都是一致的;而弱一致性协议允许各个复制之间存在暂时的不一致，但这种不一致总是保持在一定的界限内，而且总是能够趋向于一致，严格一致性协议是数据库系统追求的目标，但是在移动数据库系统中它却并不合适，因为严格一致性协议需要所有节点都处于连接状态，以完成所有副本的更新，而移动计算环境中移动节点却有频繁断接的特点。另外，即使是在保持连接的服务器节点间采用严格一致性协议，其可用性也很差，因此只要允许，服务器节点间的复制更新也常采用弱一致性协议。移动计算环境下复制技术需要考虑的主要问题有三个（1）考虑移动节点与服务器节点间如何合理分配数据的问题。即要考虑如何提高移动节点缓存数据的命中率问题。（2）考虑移动节点与服务器节点数据的同步问题。移动节点在网内时，在可以保持两者数据同步的情况下应尽量减少两者的通信时间与通信量，以节省通信费用。在移动节点断接后重新入网时，节点在断接期间对本地缓存所做的操作可能与服务器对数据的操作产生冲突，这时候采取什么冲突策略是移动复制缓存技术需要考虑的最重要的问题。（3）考虑如何改良服务器节点间的复制策略以使其更高效、更好地支持移动性。LOGO．两级复制体系结构两级复制体系是J.Gray在90年代初提出的，它以主副本更新复制协议为基础。主副本更新方式在分布式数据库中十分常用，其主要思想是在数据对象的多个副本中指定一个主副本，从而更新事务只要更新了主副本的值便认为是逻辑完成了，由主副本所在的场地更新其他副本的值。针对移动数据库系统的结构特点，该体系把节点分成两类：一类称为基节点，它们联接在高速固定网络中，在基节点间存在一个复制策略，称为第一级复制；另一类是移动节点，他们经常处于断接状态，它们也存有与基节点之间的复制缓存，称为第二级复制。数据对象的主副本大部分位于基节点中，但也可位于移动节点中。由于移动节点可能处于断接状态，事务有可能不能及时更新数据对象的主副本的值，因此把事务分成两类：（1）基事务：它在对象的主副本上执行，更新对象的主副本值。（2）暂态事务：它主要产生于移动节点中，即在断接期间对本地缓存的数据进行操作的事务，它保证移动节点在断接期间仍能尽可能的继续工作。暂态事务在移动节点重新联机时，将会产生一个基事务，以真正更新数据对象主副本的值，保持系统数据的一致性。LOGO移动数据库复制与缓存技术由于存在暂态事务，移动节点上的每个复制对象都维护两个值：（1）主版本：指从数据对象的主副本得到的最新值。（2）暂态版本：在断接期间由本地暂态事务对缓存的数据对象进行操作产生的新值。在断接期间该新值对移动节点本身是可见的，即断接期间移动节点看到的数据对象的值为该暂态版本。暂态事务必须遵循一条准则：它们只能访问主节点是基节点或移动节点本身的数据对象。两级复制体系的同步处理策略是这样的：当移动节点处于联机状态时，它类似于主副本更新协议。移动节点使用复制对象的主版本值，并适时更新其值，保持与基节点数据的一致性，为断接状态做好准备。当移动节点处于断接状态时，移动节点使用其数据库复制继续工作，生成若干暂态事务，并把这些事务对数据对象的更新保存到数据的暂态版本中。此时移动节点可见的数据是复制对象的暂态版本。LOGO移动数据库复制与缓存技术当移动节点由断接状态重新入网后，对于移动节点，它需要做以下工作：（1）它需要把断接期间对主副本在本移动节点的数据对象的更新值传给基节点，再在基节点间传播此更新。（2）它需要接收主副本在基节点的数据对象的更新值，使其复制对象的主版本重新与基节点数据保持一致。移动节点可见的数据重新变为主版本，暂态版本将被丢弃。（3）在基节点上重做暂态事务。它向基节点提交所有暂态事务及其输入参数，由基节点生成并执行对应的基事务。并等待基事务的处理结果，与基节点相配合完成对应的基事务。对于基节点，它发现一个移动节点重新联机时，需要做以下工作：（1）将主副本在基节点上的数据对象的更新值发给移动节点，以同步移动节点复制对象主版本的值。LOGO移动数据库复制与缓存技术（2）接收移动节点发送的主副本在该移动节点的数据的更新值，并采用一定的策略把此更新值传播到其他基节点中。（3）接收移动节点的暂态事务序列及其参数，生成相应的基事务并执行。该基事务执行得到的结果很可能与原来在移动节点执行的暂态事务得到的结果不同。此时，根据需要，我们或者可以通知移动节点该事务失败，并同时夭折所有基于该事务结果的事务；也可以