基于分布式處理技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數據庫設計

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò )。從這個(gè)定義可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展具有規模性、廣泛參與性、管理性、技術(shù)性、物的屬性等特征，需要各行各業(yè)的參與。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項綜合性的技術(shù)，其中非常重要的是RFID電子標簽技術(shù)。以簡(jiǎn)單RFID系統為基礎，結合已有的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數據庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無(wú)數移動(dòng)的標簽組成的、比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)已成為RFID技術(shù)發(fā)展趨勢，這使得物聯(lián)網(wǎng)中的數據庫管理問(wèn)題成為了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中的挑戰性問(wèn)題之一，已引起了國際學(xué)術(shù)界和工程界的高度關(guān)注。本文針對物聯(lián)網(wǎng)中的數據庫管理問(wèn)題，通過(guò)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，并結合分布式數據庫技術(shù)、P2P(對等網(wǎng))點(diǎn)云計算技術(shù)，提出了基于分布式處理技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數據庫管理方法，并探索將其應用于醫療系統中。

1 基礎理論

1．1 混合模型

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)構成的應用系統和應用實(shí)例是深入研究物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基礎。本文針對醫療系統物聯(lián)網(wǎng)采用有源CPS(網(wǎng)絡(luò )化物理系統)結點(diǎn)和具備聯(lián)網(wǎng)和控制能力的互聯(lián)網(wǎng)CPS結點(diǎn)的混合模型(如圖1所示)進(jìn)行設計。這使得該系統不但具有物聯(lián)網(wǎng)系統中特有的時(shí)間和空間的控制能力，還擁有物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用的安全性和可靠性的控制體系?；ヂ?lián)網(wǎng)CPS結點(diǎn)具有不間斷電源，不具備移動(dòng)性，又具有感知能力，具有較強的存儲、計算和聯(lián)網(wǎng)能力，可以提供H2T，H2H連接。


1．2 分布式數據庫

分布式數據庫(Distributed DataBase，DDB)是傳統數據庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相結合的產(chǎn)物。近年來(lái)，分布式數據庫的快速關(guān)聯(lián)規則挖掘算法、精簡(jiǎn)頻繁模式集和關(guān)聯(lián)規則的安全挖掘算法以及事務(wù)流的動(dòng)態(tài)可串行調度算法等都是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。一個(gè)分布式數據庫是物理上分散在計算機網(wǎng)絡(luò )各結點(diǎn)上，但在邏輯上屬于同一系統的數據集合，如圖2所示。它具有局部自治與全局共享性、數據的冗余性、數據的獨立性、系統的透明性等特點(diǎn)。分布式數據庫管理系統(DDBMS)支持分布式數據庫的建立、使用與維護，負責實(shí)現局部數據管理、數據通信、分布式數據管理以及數據字典管理等功能。數據庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向對象程序設計技術(shù)、并行計算技術(shù)等互相滲透，互相結合，成為當前數據庫技術(shù)發(fā)展的主要特征。

2 本文物聯(lián)網(wǎng)數據庫設計方法

物聯(lián)網(wǎng)數據庫管理系統中各個(gè)領(lǐng)域都呈現嚴峻的數據存儲性挑戰。這里重點(diǎn)討論分布式數據庫技術(shù)，并引入面向對象數據庫系統技術(shù)和點(diǎn)云計算的P2P技術(shù)，以使物聯(lián)網(wǎng)系統具有局部自治與全局共享性、數據低冗余性、數據高獨立性及系統透明性。

物聯(lián)網(wǎng)是融入大量RFID系統和分布站點(diǎn)的數據庫系統。在系統計算服務(wù)中，需要引入云計算平臺，這是我國正在積極構建的重要基礎計算平臺。在考慮遠程數據庫事務(wù)管理之前，必須從那里獲取數據，并且使其他數據庫能對它進(jìn)行全局訪(fǎng)問(wèn)。因此，主要涉及的管理任務(wù)有：

物聯(lián)網(wǎng)系統計算服務(wù)、訪(fǎng)問(wèn)站點(diǎn)數據的位置透明性管理、數據庫鏈接管理、觸發(fā)器管理和快照管理等分布處理技術(shù)。同時(shí)在確定的每個(gè)服務(wù)站點(diǎn)中，引入面向對象數據庫技術(shù)，以支持面向對象編程技術(shù)與數據庫技術(shù)的融合，改善數據庫技術(shù)的可擴展性。在點(diǎn)云計算中引入P2P技術(shù)，自組織P2P網(wǎng)絡(luò )能夠在對等體進(jìn)入、離開(kāi)和失效時(shí)自動(dòng)加以調整適應。對等體之間的通信是對稱(chēng)的，它們既請求服務(wù)又提供服務(wù)。

綜上所述，該分布式物聯(lián)網(wǎng)數據庫同時(shí)具備面向對象、分布式處理技術(shù)和P2P點(diǎn)云計算數據庫能力。

3 實(shí)例驗證：醫療系統物聯(lián)網(wǎng)

本應用實(shí)例主要是探索將物聯(lián)網(wǎng)分布式數據庫技術(shù)應用于醫療衛生系統中，這將是本文未來(lái)研究的重要課題。醫療衛生系統的物聯(lián)網(wǎng)構建是我國新醫改基礎設施建設的重要保障。本文醫療系統物聯(lián)網(wǎng)系統，如圖3所示。

在上述醫療系統物聯(lián)網(wǎng)中，主要包括了移動(dòng)醫療設備數據庫系統、循證醫學(xué)數據庫系統、醫學(xué)研究網(wǎng)格計算系統、虛擬醫療團隊數據庫信息以及慢性病、流行病監控管理數據庫系統和個(gè)人醫療信息門(mén)戶(hù)數據庫系統、遠程醫療服務(wù)數據庫系統。在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)數據庫系統中，需要P2P技術(shù)與云計算服務(wù)平臺來(lái)實(shí)現整合醫療服務(wù)平臺、健康知識管理、電子健康檔案統一信息管理等工作。其中，整合的醫療保健平臺根據需要通過(guò)醫院的各系統收集并存儲患者信息，并將相關(guān)信息添加到患者的電子醫療檔案數據庫中，這樣所有授權和整合的醫院都可以對這個(gè)數據庫進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，從而使各個(gè)資源和患者能夠有效地在各個(gè)醫院之間流動(dòng)。利用各醫院之間適當的管理系統、轉診系統等保持信息完備性、一致性。這個(gè)平臺滿(mǎn)足一個(gè)有效的多層次醫療網(wǎng)絡(luò )對信息分享的需要，這樣就建立了以分布式處理技術(shù)為基礎的數據庫服務(wù)系統。電子健康檔案系統通過(guò)可靠的門(mén)戶(hù)網(wǎng)站集中進(jìn)行病歷整合和共享，這樣各種治療活動(dòng)就可以不受醫院行政限制而形成一種整合的視角。有了電子健康檔案系統，醫院可以準確順暢地將患者轉到其他門(mén)診或其他醫院，患者可隨時(shí)了解自己的病情，醫生可以通過(guò)參考患者完整的病史為其做出準確的診斷和治療。通過(guò)醫療系統物聯(lián)網(wǎng)的建立，將極大地改善醫療服務(wù)體系．實(shí)現高效、穩健、有效的全面醫療衛生服務(wù)。

4 結語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹并討論了基于分布式處理技術(shù)、混合面向對象程序設計方法以及P2P點(diǎn)云計算服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)數據庫設計方法，并探索將其應用于醫療系統物聯(lián)網(wǎng)中，從而為物聯(lián)網(wǎng)數據庫管理系統提供了一種新的設計方法，可探索將其拓展到智能電力電網(wǎng)、城市設施、交通管理、物流供應鏈等行業(yè)中。然而，系統的設計實(shí)現需要核心云服務(wù)計算平臺，目前的系統有許多工作要做，包括P2P計算中的信息交互、高速移動(dòng)醫療設備診斷、整合醫療平臺建設等。本文今后的工作將進(jìn)一步完善上述設計的物聯(lián)網(wǎng)數據庫系統，并將其用于實(shí)踐，從而為搭建我國基礎醫療系統物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺做出應有的貢獻。