嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)計(jì)算更是給人們的生活帶來(lái)了極大的方便。有移動(dòng)計(jì)算技術(shù)推動(dòng)發(fā)展的新的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)讓人耳目一新。嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)因此產(chǎn)生。主要論述了嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及應(yīng)用，嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（EMDB）的功能需求及特點(diǎn)，嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 
關(guān)鍵字: 嵌入式 移動(dòng)計(jì)算 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù) EMDB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
1 引言 
隨著移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)逐步走向應(yīng)用，在嵌入式操作系統(tǒng)中加入移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，也越來(lái)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(jì)算機(jī)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(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)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(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)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(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。有時(shí)設(shè)計(jì)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(yùn)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(dòng)計(jì)算 
移動(dòng)計(jì)算是一種新型的技術(shù)，它使得計(jì)算機(jī)或其它信息設(shè)備，在沒(méi)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(dòng)計(jì)算的作用在于，將有用、準(zhǔn)確、及時(shí)的信息與中央信息系統(tǒng)相互作用,分擔(dān)中央信息系統(tǒng)的計(jì)算壓力, 使有用、準(zhǔn)確、及時(shí)的信息能提供給在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)需要它的任何用戶。移動(dòng)計(jì)算環(huán)境比傳統(tǒng)的計(jì)算環(huán)境更為復(fù)雜和靈活。 典型的移動(dòng)計(jì)算環(huán)境有[1]: 
(1) 智能計(jì)算設(shè)備+ 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),智能計(jì)算設(shè)備可以隨時(shí)進(jìn)入MCE 主網(wǎng)絡(luò)； 
(2) 智能計(jì)算設(shè)備+ 調(diào)制解調(diào)器+ 電話網(wǎng)絡(luò)。在不同地點(diǎn), 將調(diào)制解調(diào)器和附近的電話相連接, 通過(guò)電話網(wǎng)進(jìn)入MCE 主網(wǎng)絡(luò)； 
(3) 移動(dòng)用戶+ 傳統(tǒng)工作站+ 傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)用戶在不同場(chǎng)地使用靜態(tài)計(jì)算機(jī)獲得MCE 的服務(wù)。 
1.3 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù) 
數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)一直在隨著計(jì)算的發(fā)展而不斷進(jìn)步。凡是有數(shù)據(jù)的地方，就要用到數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)協(xié)助管理數(shù)據(jù)。移動(dòng)計(jì)算也是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，離開對(duì)數(shù)據(jù)的管理、處理，計(jì)算機(jī)就毫無(wú)意義。移動(dòng)計(jì)算同時(shí)又強(qiáng)調(diào)其移動(dòng)性，傳統(tǒng)的PC機(jī)要做到移動(dòng)，同時(shí)在苛刻的環(huán)境下作到良好的運(yùn)作也是不可能的。此時(shí)，嵌入式很好的滿足了移動(dòng)計(jì)算對(duì)移動(dòng)客戶端計(jì)算的要求。三者從這一點(diǎn)上結(jié)合就產(chǎn)生了當(dāng)今數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)新的發(fā)展空間：嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)是指支持移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。由于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常應(yīng)用在諸如掌上電腦、PDA、車載設(shè)備、移動(dòng)電話等嵌入式設(shè)備中，因此，它又被稱為嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 
  
2 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用 
2.1 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn) 
嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)在實(shí)際應(yīng)用中必須解決好數(shù)據(jù)的一致性（復(fù)制性）、高效的事務(wù)處理、數(shù)據(jù)的安全性等問(wèn)題。 
（1）數(shù)據(jù)的一致性 
移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，移動(dòng)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(zhǎng)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，現(xiàn)在普遍采用樂(lè)觀復(fù)制方法（Optimistic replication 或 Lazy replication）允許用戶對(duì)本地緩存上的數(shù)據(jù)副本進(jìn)行操作。待網(wǎng)絡(luò)重新連接后再與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或其它終端交換數(shù)據(jù)修改信息，并通過(guò)沖突檢測(cè)和協(xié)調(diào)來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)的一致性。 
（2）高效的事務(wù)處理 
移動(dòng)事務(wù)處理要解決在移動(dòng)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(dòng)事務(wù)的順利完成，必須設(shè)計(jì)和實(shí)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(lái)確定事務(wù)處理的優(yōu)先級(jí)，網(wǎng)絡(luò)連接速度高的事務(wù)請(qǐng)求優(yōu)先處理。 
根據(jù)操作時(shí)間來(lái)確定事務(wù)是否遷移，即長(zhǎng)時(shí)間的事務(wù)操作將全部遷移到服務(wù)器上執(zhí)行，無(wú)需保證網(wǎng)絡(luò)的一直暢通。 
根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小來(lái)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(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)斷接處理時(shí)采用服務(wù)器發(fā)現(xiàn)機(jī)制還是采用客戶端聲明機(jī)制。 
事務(wù)移動(dòng)（如：位置相關(guān)查詢）過(guò)程中的用戶位置屬性的實(shí)時(shí)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(kù)系統(tǒng)對(duì)存取權(quán)限的控制比較嚴(yán)格。同時(shí)，許多嵌入式設(shè)備具有較高的移動(dòng)性、便攜性和非固定的工作環(huán)境，也帶來(lái)潛在的不安全因素。同時(shí)某些數(shù)據(jù)的個(gè)人隱私性又很高，因此在防止碰撞、磁場(chǎng)干擾、遺失、盜竊等對(duì)個(gè)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(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行認(rèn)證，防止非法終端的欺騙性接入。 
對(duì)無(wú)線通信進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)信息泄漏。 
對(duì)下載的數(shù)據(jù)副本加密存儲(chǔ)，以防移動(dòng)終端物理丟失后的數(shù)據(jù)泄密[2]。 
2.2 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用 
目前，嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)特定行業(yè)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理具有獨(dú)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(kù)的管理也有很大不同。主要涉及保險(xiǎn)、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(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用分類 
3 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（EMDBMS）的特性 
3.1 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能需求 
移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，是一種動(dòng)態(tài)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。由于嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)運(yùn)行在移動(dòng)計(jì)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(dòng)DBMS應(yīng)采用微型化技術(shù)實(shí)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)SQL的支持 
嵌入式移動(dòng)DBMS應(yīng)能提供對(duì)標(biāo)準(zhǔn)SQL的支持。支持SQL92 標(biāo)準(zhǔn)的子集，支持?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)的SQL 語(yǔ)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(dòng)DBMS應(yīng)具有事務(wù)處理能力，可自動(dòng)維護(hù)事務(wù)的完整性、原子性等特性；支持實(shí)體完整性和引用完整性。 
（4）完善的數(shù)據(jù)同步機(jī)制 
數(shù)據(jù)同步是嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)最重要的特點(diǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)復(fù)制，可以將嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)或主數(shù)據(jù)庫(kù)的變化情況應(yīng)用到對(duì)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(dòng)DBMS應(yīng)支持多種通信連接協(xié)議。可以通過(guò)串行通信、T C P /IP、紅外傳輸、藍(lán)牙等多種連接方式，實(shí)現(xiàn)與嵌入式設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的連接。