移動數(shù)據(jù)庫技術研究

李莎 馬孝賀

摘 要：當前無線網(wǎng)絡的飛速發(fā)展帶動了移動數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，移動數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)的固定數(shù)據(jù)庫的區(qū)別在于其斷接性和動態(tài)性，移動終端設備在各個無線節(jié)點的頻繁切換也給移動數(shù)據(jù)庫的事務處理帶來一定的困難，目前移動數(shù)據(jù)庫支持事務在服務器和客戶端雙向處理的機制。文章具體研究了移動數(shù)據(jù)庫技術。

關鍵詞：移動數(shù)據(jù)庫；無線AP；SVR；MSS

隨著無線網(wǎng)絡的飛速成長和日趨成熟，移動運算和移動數(shù)據(jù)的訪問與存儲己經(jīng)變得非常重要。移動數(shù)據(jù)庫令人們可以在任意時刻，任何地址都可以讀取到數(shù)據(jù)庫上的肆意數(shù)據(jù)。它為數(shù)據(jù)庫操作展示了一個簇新的領域，對并行與分布式數(shù)據(jù)處理的成長也有相當重要的意義。可是，在移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當中，由于無線節(jié)點的移動性和斷接性等技術性問題帶來不少解決問題的麻煩。

1 移動數(shù)據(jù)庫的概念

無線通信技術的飛速成長，移動終端設備計算能力的提高，加快了移動數(shù)據(jù)庫成長的速度，轉變了人們的工作和生活模式，同時也對移動數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和設計提出了新的要求，對于移動數(shù)據(jù)庫，到目前為止還沒有一個公認的概念，但是主要有以下幾種描述。

（1）移動數(shù)據(jù)庫是一種可以變化的數(shù)據(jù)庫。在固定的數(shù)據(jù)庫時代，數(shù)據(jù)的連接是靠電纜線的傳輸，但是移動數(shù)據(jù)庫的連接服務器是可以經(jīng)常變化的，可以在移動設備上復制數(shù)據(jù)，而在本地完成數(shù)據(jù)操作，在數(shù)據(jù)斷開和連接過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新操作。

（2）移動Web數(shù)據(jù)庫是斷接數(shù)據(jù)庫。移動終端設備與固定的網(wǎng)絡連接，也可以和移動的網(wǎng)絡連接。在終端設備與網(wǎng)絡斷接前，要將數(shù)據(jù)從服務器上下載，并在本地完成相關的操作。當重新與新的網(wǎng)絡連接成功后，移動終端會將數(shù)據(jù)上傳完成更新操作。

（3）移動數(shù)據(jù)庫是一種廣播式的數(shù)據(jù)庫。其主要在固定的網(wǎng)絡上，移動數(shù)據(jù)庫會不定時地向一定范圍內的本地用戶廣播數(shù)據(jù)。

以上幾種對移動數(shù)據(jù)庫的描述，能夠從各個角度反應移動數(shù)據(jù)庫和固定數(shù)據(jù)庫的不同，但是并不能夠真正說明移動數(shù)據(jù)庫的含義。所謂移動數(shù)據(jù)庫是指：數(shù)據(jù)庫是分布式的組合，并且支持移動計算，其數(shù)據(jù)的存儲一般較為分散，但是在用戶訪問數(shù)據(jù)的時候和訪問固定數(shù)據(jù)庫沒有差別。它支持數(shù)據(jù)庫斷接、廣播、及數(shù)據(jù)庫的可變性，在這里分布式是移動數(shù)據(jù)庫的主要特點，是基礎。移動數(shù)據(jù)庫可以解釋為：數(shù)據(jù)終端設備可以在移動時進行數(shù)據(jù)的訪問和存取，一旦數(shù)據(jù)庫被訪問后，實際上數(shù)據(jù)的處理是在前端執(zhí)行的，也就是在終端設備上對數(shù)據(jù)的副本進行操作，然后再傳到服務器上進行更新。

2 移動數(shù)據(jù)庫的特點：

移動數(shù)據(jù)庫相對于固定數(shù)據(jù)庫最大的特點就是其支持移動終端的分布式數(shù)據(jù)環(huán)境，是時刻可以動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫，對固定的分布式數(shù)據(jù)庫來說進行了繼承和擴展。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設計和開發(fā)中，都是基于固定網(wǎng)絡和固定終端設備的，各個終端設備之間也都是通過固定的網(wǎng)絡和節(jié)點進行訪問，在訪問數(shù)據(jù)庫的時候，要時刻保持網(wǎng)絡的聯(lián)通性，否則就要進行重新數(shù)據(jù)訪問和存儲。而移動數(shù)據(jù)庫是由移動終端通過無線AP和無線傳輸介質與固定的高速有線網(wǎng)絡連接，是由多個無線移動節(jié)點和傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡組成的分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)。它的分布式計算功能可以使用戶可以不受連接地點的限制，在移動的終端設備上能過無線AP與移動通訊設備一直保持連接，并可以在本地處理數(shù)據(jù)并上傳更新，這是與傳統(tǒng)的固定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的最大區(qū)別。移動數(shù)據(jù)庫和傳的固定的分布式數(shù)據(jù)庫相比而言，其主要的特點如下：

（1）移動數(shù)據(jù)庫要能夠解決設備頻繁的斷接性。移動的終端設備在與網(wǎng)絡連接的時候一般會頻繁的出現(xiàn)連接和斷接的情況，所以數(shù)據(jù)庫的訪問就會經(jīng)常處于被動斷接狀態(tài)。這就要求移動數(shù)據(jù)庫可以很好的支持斷接后的處理，事務不能因為連接的斷開而中斷，要在設備下一次連接進入的時候能夠延續(xù)，不能因為接入的網(wǎng)絡不同而撤消剛才的連接。

（2）移動數(shù)據(jù)庫要支持不同的網(wǎng)絡接入。在數(shù)據(jù)庫的連接中，由于固定網(wǎng)絡的帶寬和穩(wěn)定性，所以在數(shù)據(jù)庫訪問的時候，數(shù)據(jù)庫設計相對來說比較方便，但是由于移動終端設備是在移動過程中對數(shù)據(jù)庫的連接，可能在不同的網(wǎng)絡環(huán)境中切換，這就要求移動數(shù)據(jù)庫有較強的適應性，能夠對不同的網(wǎng)絡條件提供靈活的接入，適應性要強。

（3）移動數(shù)據(jù)系統(tǒng)規(guī)模比固定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)規(guī)模大。目前無線網(wǎng)絡的發(fā)展速度遠遠大于固定網(wǎng)絡的發(fā)展速度，用戶的規(guī)模和數(shù)量每年都在以成倍的速度增長。這就要求移動數(shù)據(jù)庫有強大的數(shù)據(jù)處理能力如果僅僅以固定的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理方式來處理移動數(shù)據(jù)，則會造成數(shù)據(jù)擁塞。

（4）相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，移動數(shù)據(jù)庫的安全性壓力更大。因為在固定的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，只要做好數(shù)據(jù)的安全性和訪問權限就可以了。但是在移動數(shù)據(jù)庫的設計中，還要充分考慮到移動終端的復雜性，在數(shù)據(jù)訪問的過程中不但要注意訪問權限還要注意終端的丟失，用戶更新設備等各個方面。

（5）移動終端設備的特殊性。移動終端不向固定的計算機設備一樣，可以長期不間斷的使用。移動設備要更換電源，常常就要中斷數(shù)據(jù)連接，而且移動終端設備目前還沒有辦法做到在存儲容量、數(shù)據(jù)處理能力和固定的終端設備一樣，它還有很多限制。此外，移動終端設備的通信帶寬也往往會相差比較大。所以在數(shù)據(jù)庫設計和開的時候要充分考慮到連接的特殊性和限制，在做事務處理或是訪問與存儲的時候做好優(yōu)化，提高查詢效率。

（6）無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛐愿鼜?。由于用戶使用習慣和設備的限制，無線終端設備的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸往往都是非對稱的。數(shù)據(jù)下行量遠大于上行量，而固定的無線AP擁有比較強大的數(shù)據(jù)傳送能力，而用戶的終端設備卻沒有辦法做到大量的數(shù)據(jù)傳送。所以在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)中要象固定網(wǎng)絡的ADSL一樣考慮到各種差異，利用合理的方法進行數(shù)據(jù)傳送。

3 移動數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結構

從移動數(shù)據(jù)庫的特點可以看出它和傳統(tǒng)的固定的數(shù)據(jù)系統(tǒng)還是有比較大的差別，移動數(shù)據(jù)庫在支持動態(tài)的分布式數(shù)據(jù)存儲和傳輸上其復雜程度要遠大于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對外界環(huán)境來說也遠比固定的網(wǎng)絡傳輸情況要復雜的多。所以在移動數(shù)據(jù)庫的設計和開發(fā)中要考慮的問題也比較復雜，傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡連接的數(shù)據(jù)庫不適應新的移動計算的網(wǎng)絡環(huán)境。由于移動數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)的較晚，所以可以從早期的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中吸取經(jīng)驗，對原來的數(shù)據(jù)庫設計方法進行改造和擴展，從而讓新的移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠適應移動網(wǎng)絡環(huán)境。比較典型的移動數(shù)據(jù)庫的設計模型和體系結構如圖1所示。

從圖1可以看出，移動網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，主要有3種節(jié)點：一類是移動支持站（MSS），一類是移動客戶機（MC），還有一種是固定主機服務器（SVR）。所謂固定主機服務器是指用來維護本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個固定結點，這些結點之間的連接是靠高速的有線網(wǎng)絡來實現(xiàn)，這樣就形成了一個由固定主機服務器組成的傳統(tǒng)意義上的分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，SVR可以接受并處理終端的連接請求，并可以對所有的連接請求進行合適的處理。

移動支持站MSS也同樣處于高速的網(wǎng)絡節(jié)點中，并支持無線網(wǎng)絡的連接，它主要用于對無線網(wǎng)絡單元的支持，無線網(wǎng)絡單元是指無線網(wǎng)絡中的一個單位，在這個單元內的移動終端可以通過無線通訊設備與移動支持站相連，從而連接由固定網(wǎng)絡支持的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也可以通過固定主機服務器的廣播來接受網(wǎng)絡信息。SVR和移動支持站可以在同一臺服務器上。

移動客戶機（MC）由于受到電子技術發(fā)展的影響，目前還沒有辦法將其處理數(shù)據(jù)的能力和服務器接近，其存儲和訪問能力都非常有限。并且移動客戶機由于其經(jīng)常移動的特性，可能在各個服務器之間會產生斷接性，無法象固定服務器那樣保持長久的連接，直到數(shù)據(jù)處理完畢才斷開。移動終端在處理數(shù)據(jù)時與服務器保持連接，但是由于客戶機在移動時網(wǎng)絡連接的環(huán)境、帶寬、傳輸速度都有所不同，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟顒e比較大，可靠性比較低，并且有較大的網(wǎng)絡延遲。

從移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構可以看出，移動數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)的固定的數(shù)據(jù)系統(tǒng)一樣，都支持分布式數(shù)據(jù)庫的存儲和訪問，只不過移動數(shù)據(jù)庫對固定式的分布式系統(tǒng)進行了擴展和延伸，它實際上是一個支持動態(tài)變化的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和計算環(huán)境。它的動態(tài)和變化主要表現(xiàn)在：各個網(wǎng)絡接點的連接不是固定的，是不斷變化和無規(guī)律的動態(tài)滾動；連接進來的移動客戶機的帶寬、速度和環(huán)境是不斷變化的，移動客戶機在各個結點之間切換，在數(shù)據(jù)庫支持的固定節(jié)點和移動結點之間不斷的切換。

4 移動數(shù)據(jù)庫事務處理

在移動數(shù)據(jù)庫環(huán)境主要有固定主機、移動主機、和基站這3種類型的數(shù)據(jù)處理設備來完成?；净蚴且苿又С终军c和固定主機，是實現(xiàn)將無線網(wǎng)絡信號進行廣播的設備，其主要是通過通訊線路與高速的固定網(wǎng)絡相連，它們自己帶有無線通訊接口，可以與其覆蓋范圍內的所有移動終端相連接并保持通信。其事務處理如圖2所示。

由于基站是無間斷時間工作的，所以在其管理單元內的移動設備可以在任意時間和地點對其進行訪問，移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也應該支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事務處理。移動數(shù)據(jù)庫的事務是由終端發(fā)起，也可以固定網(wǎng)絡中的固定節(jié)點發(fā)起，由終端發(fā)起的事務叫做移動事務，它具有斷接性。移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事務處理不像固定數(shù)據(jù)庫的事務處理那樣全部都在服務器來完成，它的一部分事務是在移動終端實現(xiàn)的，另一部分則在服務器上來完成。每一個移動支持站或基站上都有一個平衡器，主要是用來從移動終端接收事務并將他們分發(fā)給處理能力更強大的固定網(wǎng)絡服務器來處理。并實時監(jiān)控它們的運行狀態(tài)，終端在各個節(jié)點間切換的時候可以協(xié)調間斷的事務。一個移動事務可以分解成許多子事務，每個子事務本身是一個局部事務，它所包含的操作序列是所有操作序列的一個子集。

5 結語

移動數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)處理的核心技術就是移動終端在各個固定的數(shù)據(jù)庫服務器間的平滑切換，其事務處理的核心機制就是服務器端和客戶端的雙向事務處理。在移動終端和移動數(shù)據(jù)流量越來越大的今天，如何快速、安全地處理數(shù)據(jù)查詢和更新事務，成了移動數(shù)據(jù)庫處理技術的關鍵。

[參考文獻]

[1]S.Buchholz，T.Ziegert，A.Schill，A.Held.Transaction Processing in a Mobile ComputingEnvironment with Alternating Client Hosts[C]//10th International Workshop on Research Issuesin Data Engineering （RIDE00）. San Diego，2000.

[2]陳霞.“小金靈”移動數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)同步機制的設計與實現(xiàn)[D].北京：中國人民大學，2001.

[3]張孝，孟小峰，王珊.Lite/2中基于同步對象的事務性同步技術[J].軟件學報，2002（5）：123-136.

Research on Mobile Database Technology

Li Sha， Ma Xiaohe

（Zhengzhou Institute of Finance and Economics， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： The rapid development of the wireless network， led to the development of mobile database， the difference between mobile database and the traditional fixed database is off its connection and dynamic， mobile terminal equipment in the frequent switching of each wireless node to the mobile database transaction processing with certain difficulties， the mobile database support affairs in the server and client bidirectional processing mechanism.

Key words： mobile database； wireless AP； SVR； MSS