嵌入式移動數(shù)據(jù)庫研究

摘要:  嵌入式技術(shù)已在人們生活中得到廣泛應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。有時設(shè)計人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)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(yīng)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(luò)。通過無線網(wǎng)絡(luò),智能計算設(shè)備可以隨時進入MCE 主網(wǎng)絡(luò)； 
(2) 智能計算設(shè)備+ 調(diào)制解調(diào)器+ 電話網(wǎng)絡(luò)。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(luò)； 
(3) 移動用戶+ 傳統(tǒng)工作站+ 傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)。移動用戶在不同場地使用靜態(tài)計算機獲得MCE 的服務(wù)。 
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(yīng)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(yīng)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(yīng)用中必須解決好數(shù)據(jù)的一致性（復制性）、高效的事務(wù)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(wù)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(luò)重新連接后再與數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(wù)處理 
移動事務(wù)處理要解決在移動環(huán)境中頻繁的、可預(yù)見的、拆連情況下的事務(wù)處理。為了保證活動事務(wù)的順利完成，必須設(shè)計和實現(xiàn)新的事務(wù)管理策略和算法，方法如下： 
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接情況來確定事務(wù)處理的優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)連接速度高的事務(wù)請求優(yōu)先處理。 
根據(jù)操作時間來確定事務(wù)是否遷移，即長時間的事務(wù)操作將全部遷移到服務(wù)器上執(zhí)行，無需保證網(wǎng)絡(luò)的一直暢通。 
根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小來確定事務(wù)是上載執(zhí)行還是下載數(shù)據(jù)副本執(zhí)行后上載。 
事務(wù)處理過程中，網(wǎng)絡(luò)斷接處理時采用服務(wù)器發(fā)現(xiàn)機制還是采用客戶端聲明機制。 
事務(wù)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(yīng)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(yīng)用 
目前，嵌入式移動數(shù)據(jù)庫有兩種應(yīng)用，可劃分為水平應(yīng)用和垂直應(yīng)用。所謂水平應(yīng)用，是指應(yīng)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(yīng)用則針對特定行業(yè)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理具有獨特性。與水平應(yīng)用相比，垂直型應(yīng)用具有明顯的行業(yè)特殊性，不同領(lǐng)域的應(yīng)用之間差別較大，結(jié)果表示和服務(wù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)采用微型化技術(shù)實現(xiàn)，可在滿足應(yīng)用的前提下，緊縮其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以滿足嵌入式應(yīng)用的需求。 
（2）對標準SQL的支持 
嵌入式移動DBMS應(yīng)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(yīng)用開發(fā)的需求。 
（3）事務(wù)管理功能 
嵌入式移動DBMS應(yīng)具有事務(wù)處理能力，可自動維護事務(wù)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(yīng)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(yīng)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(wù)器的連接。