移动数据库技术讲演

老师，同学们大家下午好:今天我跟大家介绍一下移动数据库，下面我将从以下五个方面介绍移动数据库的相关知识第一部分：既然说的是移动计算那么很显然，移动计算中计算的对象是移动对象。下面我们通过几幅图片了解一下什么是移动对象，移动对象就是随时间而变化的几何实体。比如在马路上行驶的汽车，在空中飞行的飞机、手机用户、飓风、森林火灾等等这些都是移动对象。移动计算了解了移动对象以后，我们来看一下移动计算的概念，顾名思义移动计算就是对移动对象的计算，这是我们通常的理解，我们看一下具体是怎么描述的呢，移动计算是对“任何时间、任何地点的立即通讯”的扩展。移动计算是计算机或其他信息智能终端设备在无线环境下实现数据传输及资源共享。它可以使得计算机或其他信息设备在没有与固定的物理连接设备相连的情况下能够传输数据。移动计算的作用在于，将有用、准确、即时的信息与中央信息系统相互作用，分担中央信息系统的计算压力，使有用、准确、及时的信息能提供给在任何时间、任何地点需要它的用户。是建立在移动环境上的移动新型的计算技术移动计算环境我们把在分布式计算的基础上，计算环境进一步扩展为包含各种移动设备、具有无线通信能力的服务网络，构成的一个新的计算环境，叫做移动计算环境。下面我们来看一下移动计算环境的特点：与固定网络上的分布式计算环境相比，移动计算环境具有以下的一些主要特点：移动性：移动计算机在移动过程中可以通过所在无线单元的MSS与固定网络的节点或其他移动计算机连接。有线网络上的主机结点是因固定的，其地理位置相对于他计算机系统而言是透明的，而在移动环境中，网络所提供的信息服务与移动终端的空间位置有很大的相关性，比如当用户希望知道距离自己当前位置最近的餐馆时，信息系统必须首先获得用户的空间位置坐标。因此移动终端需要随时向无线网络基站传送其位置数据其地理位置是不透明的。网络条件多样性：移动计算机在移动过程中所使用的网络一般是变化的，这些网络既可以是高带宽的固定网络，也可以是低带宽的无线广域网(CDPD),甚至处于断接状态。⑶频繁断接性：由于受电源、无线通信费用、网络条件等因素的限制，移动计算机一般不会采用持续连网的工作方式，而是主动或被动地间连、断接。(4)网络通信的非对称性：一般固定服务器节点具有强大的发送设备，移动节点的发送能力较弱。因此，下行链路和上行链路的通信带宽和代价相差较大。⑸低可靠性。无线网络在不同的时间可用的网络条件(如带宽、费用、延迟以及服务质量等)是变化多端的，与固定网络相比更容易出现网络阻塞故障，计算平台的可靠性较低;同时，由于移动终端的工作环境及便携性特点，比较容易受到磁场的干扰，与网络的断接状态不可预测，也给移动计算带来潜在的不可靠性。移动计算机的电源能力有限：移动计算机主要依靠蓄电池供电，容量有限。经验表明，电池容量的提高远低于同期CPU速度和存储容量的发展速度。第二部分移动数据库了解了上面的基本知识以后我们来看一下什么是移动数据库，数据并不是纯粹地存储在服务器或PC机上的，也可以存放在内存和处理性能受限的移动设备上。这些安装在移动设备上，用来管理和操作数据的系统就是所谓的移动数据库。移动数据库是能够支持移动式计算环境的数据库，其数据在物理上分散而在逻辑上集中。因为移动计算技术是构成移动数据库的基础，所以移动数据库也具有移动性、位置相关性、频繁的断接性、网络通信的非对称性等特点。在移动计算技术的推动下，数据库技术逐步走向新的发展方向，即数据库技术和移动计算技术的融合一一移动数据库。它将传统的数据库技术应用到移动计算环境中，借助于移动终端设备及无线通信设备，使得数据库系统的应用脱离了地理位置等条件的限制，而变得更为灵活。移动数据库的总体目标就是允许用户在数据库中表示移动实体，并执行有关移动的查询。我们可以把这个总体目标看成两方面的含义或者说是要求:首先移动数据库要满足移动用户在移动过程中可以通过连接无线网络访问到服务器中的数据资源;还有就是用户可以带着数据库的副本移动。下面我们来看一下移动数据库的体系结构，移动数据库系统由三类结点组成：（1）、服务器（SVR）:服务器一般都是固定结点，每个服务器负责维护一个本地数据库，服务器之间是由可靠地高速互联网连接在一起的，各个服务器构成一个传统意义上的分布式数据库系统。服务器可以处理客户的联机请求，并可以保持所有客户请求的历史记录。（2）、移动支持结点（MSS）：MSS也位于高速网络中，并具有无线联网能力，它们用于支持一个无线网络单元（cell），该单元内的移动客户机既可以通过无线链路与一个MSS通信，从而与整个固定网络连通，也可以接收由MSS发送的广播信息。服务器与MSS可以是同一台机器。（3）移动客户机（MC）：MC的处理能力与存储能力相对于服务器来说是非常有限的，但是移动客户机MC具有移动性（即可以出现在任意一个无线单元中），经常与服务器断接指MC无法与服务器联机通信）。即使在与服务器保持连接时，由于MC所处的网络环境多变，MC与服务器之间的网络带宽相差很大，且可靠性较低、网络延迟较大。（4）（LDB）:本地数据库MSS：MobileSupportStations了解了移动数据的体系结构以后，移动数据库系统的数据管理涉及网络层和用户层，传统的数据管理的方法难以适应移动计算的要求。解决移动数据库存在问题的技术需要一些关键技术支持：一、复制和缓存技术；二、数据广播技术；三、移动事务管理、四、移动查询及优化技术。下面我们来看一下复制和缓存技术：复制是指在多个结点上完成数据的备份，包括服务器的中心数据库的复制以及在移动计算机中保存数据库的复制，其目的是保持数据库系统各结点中的数据状态的一致性。对于服务器直接利用传统的复制技术在固定高速网络中所进行的复制，称之为服务器级复制。为了支持移动计算环境，一半采用一种弱一致性服务器级复制机制。数据复制/缓存技术：移动计算环境下，网络连接是一种弱连接，经常处于断连状态。如何保证网络断连时移动数据库的可用性是移动数据库需要解决的关键问题。数据复制/缓存技术是解决这一问题的有效手段。但传统分布式数据库系统中的复制控制算法不能很好地适用于移动计算环境。移动数据库复制应该是一种异步复制，即系统允许移动主机在断连的情况下，在本地副本上执行读写操作，从而造成系统短暂的不一致。重新连接时进行数据同步处理，将移动主机上所做的数据修改上传至固定主机，同时将固定主机副本上所做的修改下传到移动主机，从而使系统重新达到一致性状态。缓存（Cache）技术是通过在客户机上缓存数据服务骑上的部分数据，减少客户访问数据库服务器的频率，从而提高系统的性能。这项技术被广泛地应用到分布式系统。但是，分布式的缓存技术要求客户机保持与服务器的连接，以保证缓存数据的一致性，而在移动数据库系统，用户经常处于断接状态，客户机上缓存的数据有可能处于不一致的状态，因此，传输的缓存技术不能很好的适用于数据库系统。数据广播技术:采用广播数据有两个原因第一，移动主机避免发送数据请求的电源代价第二广播数据可被大量的移动主机立即接收而无额外代价，这样可以更有效地利用可用的发送带宽。数据广播技术室移动数据库的关键技术之一，由于数据广播技术具有良好的扩展性便被广泛的应用到移动计算环境中。通过广播，可以使服务器同时支持大量的客户机，节省通信带宽和服务器处理资源，保证客户机获得最新的数据。在一个无线单元以内，从服务器到MC的下行通信带宽一般要远大于从MC到服务器的上行通信带宽，而且MC从服务器接收数据的开销也远小于发送开销：在极端的情况下，即使是处于断接状态（即无法向服务器发送信息）的MC也可以选择接收从服务器发送的下行广播信息。于是服务器可以利用这种网络的非对称性，把大多数MC用户频繁访问的数据（即热点数据）组织起来，以周期性的广播形式提供给MC访问。这就是移动计算环境下的数据广播技术。图是一个利用卫星信道广播数据的范例，从图中可以看出，MC通过上行信道向服务器发送数据访问请求，服务器通过卫星信道广播被MC频繁申请的热点数据。所有MC均配备广播接收装置，可以从空中获取数据。若已执行服务器级复制机制：这种机制策略是让每个复制服务器都支持查询与更新操作，并且允许各个复制之间存在暂时的不一致。移动事务管理:事务管理是数据库管理系统的一个基本功能，它主要用于维护数据的一致性，支持多用户的并发访问，使用户可以可靠地查询和更新数据库移动查询处理：在移动数据库系统中，存在着与位置相关信息的查询及更新。系统为每个用户提供一个唯一的标识（ID），系统统一对这些ID进行管理，并根据安全性需要进行存取权限的控制。移动查询优化技术：移动数据库系统还应将网络环境的多样性，电源消耗等因素作为查询优化的考虑因素，研究适用于移动计算环境的数据库查询优化算法。基于多移动Agent的查询优化模型：基本思想：1.分层：将模型按照查询流程分为用户接口、查询处理层和查询服务层。层之间通过层接口通信。分层有利于降低模型的复杂程度、便于模块化设计和实现。2.查询分解：按照“分解后的子查询是简单查询且能被并行执行，对应Agent只需到一个场地”的粒度分解查询。分解可以提高查询的并行性、简化操作。3、多Agent多个移动Agent之间相互写作解决了单个移动Agent需要在各数据库节点间频繁迁移的问题°Agent组能节省查询处理时间、提高系统效率。4、双重身份：根据“就近原则”为子查询的移魂gent制定配对伙伴，当一方堵塞不能及时完成任务时，请求对方替代自己完成任务。双重身份机制可以改善系统可靠性、提高查询效率。查询处理层接收用户接口层提交的查询任务，结合站点信息库内容分解查询，并将结果提交给查询服务层。查询服务层的LeaderAgent（LA）启动各任务Agent并指派他们到各自的场地。图中，MA1已经被指派到目标场地，蒸鱼当地服务Agent进行交流，MA2正在去木匾场地的途中，但它同时已经收到了配对伙伴MA4交给的次任务:MA3已经完成了自己的主任务，行进在返回途中：MA4虽然已经完成任务，但被堵塞在半途中，浴室想自己的配对伙伴MA2发求助信号，请求它代替自己完成任务，同时LA在堵塞记录表中登记MA4的AgentID，最后，当所有子查询的任务完成后，LA根据用户提交的请求重新整合结果并反馈给用户。随着社会经济和科学技术的不断发展，气象在农业、民航、军事等领域的作用越来越被人们所重视。同时气象业务也正迈向市场化，需要具备提供及时、全面的气象信息服务的能力。因此，面向各个领域和用户群体的气象信息服务需要具备以下特点：（1）精确性：向用户提供精确的气象数据。（2）实时性：保证用户及时获取所需的气象信息。（3）交互性：用户可以与气象业务系统进行交互，而不是被动的接受数据。（4）针对性：各个领域对气象数据的要求不同，因此，气象信息需要具有针对性。气象信息服务系统体系结构:图中可以看到在气象信息服务系统中，采用的是三级系统结构，处于第一级的是气象信息服务中心，处于第二级的是气象信息服务基站：处于第三级的是移动信息客户端和网络客户端。气象信息服务中心是有中心级气象信息数据服务器、FTP服务器和WEB服务器等组成。它的只要任务是：1、对气象实时数据和历史数据进行收集、整理和处理，维护气象信息数据库。2、设置和维护系统的各项运行参数、保证系统正常运行。3、对气象信息服务基站进行管理，为气象信息服务基站提供数据库及时更新。4、为网络客户提供气象资料的WEB查询服务和FTP下载服务。气象服务基站既是移动支持结点又是数据库系统，采取这样的体系可以提高气象信息在系统中的传输效率，同时可以方便气象业务人员的日常管理和维护。它主要有以下的任务：（1） 设置和维护系统的各项运行参数，如移动客户端最大接入数、无线链路参数初始化等。（2） 对移动客户端进行管理，包括权限设置，密码管理等。（3） 本地数据库管理，维护本地数据库与中心数据库的一致性。（4）移动事务处理，为移动事务分配进程，进行调度等，维护移动数据传输的正常工作。（5）为本地移动客户端传送数据。系统的服务对象为：网络客户和移动客户。网络客户通过高速以太网与气象信息服务中心相连，可以使用中心提供的WEB服务和FTP服务，来查询或下载所需的气象资料。而移动客户则是通过无线链路与气象信息服务基站进行数据通信。移动计算在银行业务中的应用移动银行业务主要有以下几类:银行账户操作、支付账单、信用卡账户操作、股票买卖、联机外汇、讯息通知、移动商务和第三方身份验证。随着广大的移动用户为移动银行所吸引，首先开展这项业务的银行将吸引大量的新客户，便利的服务将刺激客户更多地使用银行服务，从而扩大银行的业务量。银行可充分利用移动计算设备，与客户快速而直接地沟通，很多客户事务均可以利用移动设备的短信息功能发布，从而提高银行的工作效率。移动银行可以使客户在远程对“自己的银行业务”实现简单操作，方便省时，降低成本，同时安全可靠，机动灵活。客户可以在任何时问、任何地点进行银行交易，节约了去银行的时问。客户出差或旅游在外，仍可以方便地享受银行服务。客户不仅可以依靠计算机、调制解调器和电话线，还可以凭借一部手机就可以随时操作“电子商务”，安全可靠地随时随地查询自己的账目。移动银行可先从银行的现有电话银行和网上银行业务人手，即把原有有线电子银行服务业务转换到智能电话和WAP手机上。同时随着智能电话、双向寻呼机和各种掌上设备的迅速发展，移动用户不仅可以利用这些设备进行日常金融活动，如查阅债券、转账和支付账单，还可以在这些设备上安装移动嵌入式数据库，利用移动数据库的功能，定制移动用户数据库，保持其与企业数据库的双向同步，使移动数据库仅是企业数据库的一个子集，从而真正实现移动用户信息本地化，实现移动银行个性化服务，让客户把“银行”带到身边，使当今的银行能够为总是处于运动和静止之中的客户提供及时、准确、方便和个性化的服务。2.3系统实现的关键技术实现基于移动数据库技术开发的气象信息服务系统时，需要解决以下关键技术：（1）气象数据复制与缓存技术在图2所示的气象信息服务体系结构中，存在多个气象信息数据库服务器，每个数据库服务