嵌入式移動(dòng)數據庫與Agent技術(shù)原理及設計

概述：隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展和不斷滲透，在任何地點(diǎn)和任何時(shí)候都能接入網(wǎng)絡(luò )獲取各種信息，必將成為21世紀人類(lèi)的普通要求；同時(shí)，移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步和人們對移動(dòng)數據處理需求的不斷提高，與各種智能通信設備緊密結合的嵌入式移動(dòng)數據庫技術(shù)已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、軍事領(lǐng)域、民用部門(mén)等各方面的高度重視。移動(dòng)計算和移動(dòng)數據庫技術(shù)將使得這種需求得以實(shí)現。

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)數據庫中的計算環(huán)境不同于分布式數據庫，給移動(dòng)數據庫的研究提出了許多新的挑戰。本文分析移動(dòng)數據庫的特點(diǎn)、體系結構；介紹移動(dòng)數據庫系統中的一些關(guān)鍵性技術(shù)，及移動(dòng)Agent在移動(dòng)數據庫中的應用。

移動(dòng)數據庫是移動(dòng)計算環(huán)境中的分布式數據庫，由于移動(dòng)數據庫的應用大都嵌入到諸如掌上電腦、PDA、車(chē)載設備等移動(dòng)通信設備中，故移動(dòng)數據庫有時(shí)也稱(chēng)為嵌入式移動(dòng)數據庫。在數據庫系統的研究歷史中，傳統的分布計算與分布數據庫的研究是基于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和固定主機的。這些都采用了一些默認的隱含假設，例如固定網(wǎng)絡(luò )連接、對等通信代價(jià)、主機節點(diǎn)固定不變等。但進(jìn)入20世紀90年代以來(lái)，隨著(zhù)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)計算機和移動(dòng)通信設備的大量普及，許多計算節點(diǎn)可以在移動(dòng)過(guò)程中與網(wǎng)絡(luò )建立連接，使得上述假設條件不成立。移動(dòng)計算環(huán)境具有移動(dòng)性、低帶寬、頻繁斷接性、網(wǎng)絡(luò )通信的非對稱(chēng)性、電源電力的有限性等特點(diǎn)，使得傳統分布式數據庫中的方法和技術(shù)不斷直接應用于移動(dòng)數據庫。目前，移動(dòng)數據庫的應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)數據庫的體系結構

在傳統的分布式計算系統中，各個(gè)計算節點(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)計算系統改變了這種假設條件。移動(dòng)計算系統是固定節點(diǎn)和移動(dòng)節點(diǎn)構成的分豐計算系統。移動(dòng)計算的網(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 )通信的非對稱(chēng)性、電源能力的局限性等。移動(dòng)環(huán)境中的分布式數據庫就是移動(dòng)數據庫。它是傳統分布式數據庫系統的擴展，可以看作客戶(hù)與固定服務(wù)器節點(diǎn)動(dòng)態(tài)連接的分布式系統。移動(dòng)數據庫系統的結構如圖1所示。

其中，移動(dòng)客戶(hù)機MC（Mobile Client）包括便攜式電腦、PDA等；MSS（Mobile Support Station）支持移動(dòng)計算的固定節點(diǎn)，具有無(wú)線(xiàn)通信接口；FH（Fixed Host）沒(méi)有無(wú)線(xiàn)通信接口，安裝有數據庫和數據庫管理系統。

2 嵌入式移動(dòng)數據庫的關(guān)鍵技術(shù)

為了實(shí)現移動(dòng)數據庫，必須解決移動(dòng)計算環(huán)境中斷接性、移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò )通信的不對稱(chēng)性等因素對移動(dòng)數據庫系統的影響。

（1）數據復制與緩存技術(shù)

該技術(shù)是解決移動(dòng)數據庫數接性的關(guān)鍵技術(shù)，在現有DBMS基礎上進(jìn)行修補以適應移動(dòng)計算也采用該技術(shù)。傳統的復制/緩存技術(shù)都是假設客戶(hù)機和服務(wù)器之間是經(jīng)常保持連接的，并基于這個(gè)前提來(lái)維護一致性。這在移動(dòng)計算中是不適用的。目前，針對移動(dòng)計算特點(diǎn)開(kāi)展數據復制/緩存技術(shù)的研究最具代表性的是：J.Gray的兩級復制機制、CODA系統以及緩存失效報告廣播技術(shù)等。另外，SYBASE公司的移動(dòng)數據庫產(chǎn)品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用該技術(shù)來(lái)支持移動(dòng)計算環(huán)境。

（2）數據廣播

通俗地講，數據廣播是指在移動(dòng)計算環(huán)境中，利用客戶(hù)機與服務(wù)器通信的不對稱(chēng)性，以周期性廣播的形式向客戶(hù)機發(fā)送數據。其最大的優(yōu)點(diǎn)是，廣播開(kāi)銷(xiāo)不依賴(lài)移動(dòng)用戶(hù)數量的變化而變化，借助數據廣播，可以在一定程度上解決移動(dòng)數據庫系統的斷接問(wèn)題。數據廣播的研究可分為服務(wù)器和客戶(hù)機兩個(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(xún)廣播數據的時(shí)間。在國內，長(cháng)沙國際科技大學(xué)的周興銘院士對數據廣播進(jìn)行了深入研究，提出了數據廣播的多盤(pán)調度算法。衡量數據廣播調度算法好壞的參數是訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間和調諧時(shí)間。

（3）位置相關(guān)查詢(xún)優(yōu)化

在移動(dòng)數據庫中，存在著(zhù)與位置相關(guān)信息的查詢(xún)及更新。查詢(xún)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(xún)結果是不同的，如“最近的醫院在哪里？”。移動(dòng)查詢(xún)優(yōu)化技術(shù)是指在傳統分布式數據庫查詢(xún)優(yōu)化技術(shù)的基礎上，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(xún)引擎能夠根據當前可用網(wǎng)絡(luò )條件采取恰當的優(yōu)化策略；同時(shí)，針對移動(dòng)計算機有限電源能力，合理地組織本地數據庫管理、遠程數據庫訪(fǎng)問(wèn)等耗電能較多的操作，達到節能目的，延長(cháng)關(guān)鍵數據的可用時(shí)間。

采用基于分割的地址更新策略時(shí)，由位置服務(wù)器維護的移動(dòng)用戶(hù)對象包含以下數據成員和方法：

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(hù)最近報告的地址（無(wú)線(xiàn)單元的ID），例如Cell1；

ERR――移動(dòng)用戶(hù)當前所在的分割，例如，若LOC=Cell1,則ERR={Cell1,Cell2};

loc()――一個(gè)方法，用于返回該用戶(hù)的實(shí)際地址，即上面介紹的地址查詢(xún)過(guò)程。

在移動(dòng)查詢(xún)的應用中，有各種各樣涉及地址的查詢(xún)，例如“請尋找一名校園附近的醫生”，“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(xún)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(hù)的集合。