嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)與Agent技術(shù)原理設(shè)計(jì)

移動(dòng)環(huán)境中所具有的移動(dòng)性、頻繁的斷接收、低帶寬、電池電量有限性等特性，決定了移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的計(jì)算環(huán)境不同于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，給移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究提出了許多新的挑戰(zhàn)。本文分析移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)；介紹移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵性技術(shù)，及移動(dòng)Agent在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的應(yīng)用。

移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)是移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，由于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用大都嵌入到諸如掌上電腦、PDA、車(chē)載設(shè)備等移動(dòng)通信設(shè)備中，故移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)有時(shí)也稱(chēng)為嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究歷史中，傳統(tǒng)的分布計(jì)算與分布數(shù)據(jù)庫(kù)的研究是基于有線網(wǎng)絡(luò)和固定主機(jī)的。這些都采用了一些默認(rèn)的隱含假設(shè)，例如固定網(wǎng)絡(luò)連接、對(duì)等通信代價(jià)、主機(jī)節(jié)點(diǎn)固定不變等。但進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著移動(dòng)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，加之移動(dòng)計(jì)算機(jī)和移動(dòng)通信設(shè)備的大量普及，許多計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以在移動(dòng)過(guò)程中與網(wǎng)絡(luò)建立連接，使得上述假設(shè)條件不成立。移動(dòng)計(jì)算環(huán)境具有移動(dòng)性、低帶寬、頻繁斷接性、網(wǎng)絡(luò)通信的非對(duì)稱(chēng)性、電源電力的有限性等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中的方法和技術(shù)不斷直接應(yīng)用于移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。目前，移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用與研究正在成為學(xué)術(shù)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，有大批學(xué)者投入到這一新的研究領(lǐng)域。

1 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)的分布式計(jì)算系統(tǒng)中，各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之前是通過(guò)固定網(wǎng)絡(luò)連接并保持網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)連接性的，而移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)改變了這種假設(shè)條件。移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)是固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的分豐計(jì)算系統(tǒng)。移動(dòng)計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有鮮明的特點(diǎn)：移動(dòng)性、斷接性、帶寬多樣性、可伸縮性、弱可靠性、網(wǎng)絡(luò)通信的非對(duì)稱(chēng)性、電源能力的局限性等。移動(dòng)環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)就是移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。它是傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的擴(kuò)展，可以看作客戶與固定服務(wù)器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)連接的分布式系統(tǒng)。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，移動(dòng)客戶機(jī)MC（Mobile Client）包括便攜式電腦、PDA等；MSS（Mobile Support Station）支持移動(dòng)計(jì)算的固定節(jié)點(diǎn)，具有無(wú)線通信接口；FH（Fixed Host）沒(méi)有無(wú)線通信接口，安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

2 嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，必須解決移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中斷接性、移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)通信的不對(duì)稱(chēng)性等因素對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的影響。

（1）數(shù)據(jù)復(fù)制與緩存技術(shù)

該技術(shù)是解決移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)接性的關(guān)鍵技術(shù)，在現(xiàn)有DBMS基礎(chǔ)上進(jìn)行修補(bǔ)以適應(yīng)移動(dòng)計(jì)算也采用該技術(shù)。傳統(tǒng)的復(fù)制/緩存技術(shù)都是假設(shè)客戶機(jī)和服務(wù)器之間是經(jīng)常保持連接的，并基于這個(gè)前提來(lái)維護(hù)一致性。這在移動(dòng)計(jì)算中是不適用的。目前，針對(duì)移動(dòng)計(jì)算特點(diǎn)開(kāi)展數(shù)據(jù)復(fù)制/緩存技術(shù)的研究最具代表性的是：J.Gray的兩級(jí)復(fù)制機(jī)制、CODA系統(tǒng)以及緩存失效報(bào)告廣播技術(shù)等。另外，SYBASE公司的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用該技術(shù)來(lái)支持移動(dòng)計(jì)算環(huán)境。

（2）數(shù)據(jù)廣播

通俗地講，數(shù)據(jù)廣播是指在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中，利用客戶機(jī)與服務(wù)器通信的不對(duì)稱(chēng)性，以周期性廣播的形式向客戶機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是，廣播開(kāi)銷(xiāo)不依賴移動(dòng)用戶數(shù)量的變化而變化，借助數(shù)據(jù)廣播，可以在一定程度上解決移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的斷接問(wèn)題。數(shù)據(jù)廣播的研究可分為服務(wù)器和客戶機(jī)兩個(gè)方面：服務(wù)器主要考慮如何利用本地緩存進(jìn)一步減少查詢廣播數(shù)據(jù)的時(shí)間。在國(guó)內(nèi)，長(zhǎng)沙國(guó)際科技大學(xué)的周興銘院士對(duì)數(shù)據(jù)廣播進(jìn)行了深入研究，提出了數(shù)據(jù)廣播的多盤(pán)調(diào)度算法。衡量數(shù)據(jù)廣播調(diào)度算法好壞的參數(shù)是訪問(wèn)時(shí)間和調(diào)諧時(shí)間。

（3）位置相關(guān)查詢優(yōu)化

在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，存在著與位置相關(guān)信息的查詢及更新。查詢通常是與位置相關(guān)的，即使是同一個(gè)問(wèn)題，在不同的地方，所得查詢結(jié)果是不同的，如“最近的醫(yī)院在哪里？”。移動(dòng)查詢優(yōu)化技術(shù)是指在傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)查詢優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用多種方法，消除帶寬多樣性、斷接等因素造成的影響，使查詢引擎能夠根據(jù)當(dāng)前可用網(wǎng)絡(luò)條件采取恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化策略；同時(shí)，針對(duì)移動(dòng)計(jì)算機(jī)有限電源能力，合理地組織本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等耗電能較多的操作，達(dá)到節(jié)能目的，延長(zhǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可用時(shí)間。

采用基于分割的地址更新策略時(shí)，由位置服務(wù)器維護(hù)的移動(dòng)用戶對(duì)象包含以下數(shù)據(jù)成員和方法：
分割集合——記錄MSS的分割情況，例如{Cell1,Cell2},{Cell3,Cell4,Cell5}；
LOC——記錄移動(dòng)用戶最近報(bào)告的地址（無(wú)線單元的ID），例如Cell1；
ERR——移動(dòng)用戶當(dāng)前所在的分割，例如，若LOC=Cell1,則ERR={Cell1,Cell2};
loc()——一個(gè)方法，用于返回該用戶的實(shí)際地址，即上面介紹的地址查詢過(guò)程。
在移動(dòng)查詢的應(yīng)用中，有各種各樣涉及地址的查詢，例如“請(qǐng)尋找一名校園附近的醫(yī)生”，“查找X，Y，Z，這三人都在同一條公路上，且Y在X與Z之間”，等等。一般地，可以把這一類(lèi)地址相關(guān)查詢表示為：
SELECT x1,x2,…，xn
FROM Users
WHERE(x1,loc=11∧…∧xn.loc=1n)∧C(11,…，1n)∧W(x1,…,xn)
其中C（11,…，1n）是關(guān)于地址11，…，1n的n元約束條件，而W（x1,…,xn）是關(guān)于對(duì)象x1,x2,…，xn非地址屬性的n元約束條件，Users是所有移動(dòng)用戶的集合。

（4）移動(dòng)事務(wù)處理

事務(wù)處理是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的一個(gè)基本功能，主要用于維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，支持多用戶的并發(fā)訪問(wèn)，使用戶可以可靠地查詢和更新數(shù)據(jù)庫(kù)。一般來(lái)說(shuō)，用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的訪問(wèn)都是通過(guò)事務(wù)來(lái)完成的。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，一個(gè)事務(wù)由一系列讀寫(xiě)操作組成。事務(wù)處理必須滿足四個(gè)準(zhǔn)則，即原子性、一致性、隔離性和永久性（簡(jiǎn)稱(chēng)ACID）。移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的特點(diǎn)，使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)處理技術(shù)不能滿足移動(dòng)事務(wù)處理的要求。