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嵌入式移動數(shù)據(jù)庫研究
摘要: 嵌入式技術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。有移動計算技術推動發(fā)展的新的數(shù)據(jù)庫技術讓人耳目一新。嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術因此產生。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)結構。關鍵字: 嵌入式 移動計算 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫 EMDB 系統(tǒng)結構
1 引言
隨著移動計算技術的發(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，以計算機技術為基礎，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，它使得計算機或其它信息設備，在沒有與固定的物理連接設備相連的情況下，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) 智能計算設備+ 無線網(wǎng)絡。通過無線網(wǎng)絡,智能計算設備可以隨時進入MCE 主網(wǎng)絡；
(2) 智能計算設備+ 調制解調器+ 電話網(wǎng)絡。在不同地點, 將調制解調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。三者從這一點上結合就產生了當今數(shù)據(jù)庫的一個新的發(fā)展空間：嵌入式數(shù)據(jù)庫技術。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、車載設備、移動電話等嵌入式設備中，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
許多應用領域的嵌入式設備是系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理或處理的關鍵設備，因此嵌入式設備上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對存取權限的控制比較嚴格。同時，許多嵌入式設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，不同領域的應用之間差別較大，結果表示和服務器數(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）微小內核結構
考慮到嵌入式設備的資源有限，嵌入式移動DBMS應采用微型化技術實現(xiàn)，可在滿足應用的前提下，緊縮其系統(tǒng)結構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。可以通過串行通信、T C P /IP、紅外傳輸、藍牙等多種連接方式，實現(xiàn)與嵌入式設備和數(shù)據(jù)庫服務器的連接。