浅析嵌入式移动数据库应用及发展

浅析嵌入式移动数据库应用及发展

刘艳艳

刘艳艳

（河南司法警官职业学院,河南开封市450002）

摘要：随着移动计算技术的发展，移动数据库逐步走向应用，在嵌入式操作系统中移动数据库更显示出其优越性。本文分析移动数据库的特点、体系结构；介绍移动数据库系统中的一些关键性技术，并指出了移动数据库应用方向。

关键词：嵌入式系统；移动数据库；应用；发展

中图分类号：TP311.13文献标识码：A文章编号：1007-9599(2010)05-0000-02

EmbeddedMobileDatabaseApplicationsandDevelopment

LiuYanyan

(HenanJudicialPoliceVocationalCollege,Kaifeng450002,China)

Abstract:Alongwiththedevelopmentofmobilecomputingtechnology,mobiledatabaseapplicationtotheembeddedmobiledatabasesystemofoperationmoreshowsitssuperiority.Inthispaper,thecharacteristicsofthemobiledatabasesystemstructure,Introducethemobiledatabasesystemofsomekeytechniquesandpointedoutthedirectionofthemobiledatabaseapplications。

Keywords:Embeddedsystem;Mobiledatabase;Application;Development

在数据库系统的研究历史中，传统的分布计算与分布式数据库的研究是基于有线网络和固定主机的。这些都采用了一些默认的隐含假设，例如固定网络连接、对等通信代价、主机节点固定不变等。从20世纪90年代以来，随着移动通信技术和网络技术迅速发展，加之移动计算机和移动通信设备的大量普及以及网络系统的完善，许多计算节点可以在移动过程中与网络建立连接。移动计算环境具有移动性、低带宽、频繁断接性、网络通信的非对称性、电源电力的有限性等特点，使得传统分布式数据库中的方法和技术不能直接应用于移动数据库。

一、嵌入式移动数据库的基本情况

（一）嵌入式移动数据库的发展现状：随着信息时代的不断发展，嵌入式操作系统对移动数据库系统的需求为数据库技术开辟了新的发展空间。随着智能移动终端的普及，人们对移动数据实时处理和管理要求的不断提高，嵌入式移动数据库越来越体现出其优越性，从而被学界和业界所重视。

（二）移动计算与嵌入式移动数据库移动计算是一种新型的技术，它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、及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、任何地点需要它的任何用户。所谓移动数据库是指支持移动计算环境的分布式数据库。由于移动数据库系统通常应用在诸如掌上电脑、PDA、车载设备、移动电话等嵌入式设备中，因此，它又被称为嵌入式移动数据库系统。移动计算环境比传统的计算环境更为复杂和灵活。移动技术的发展必将对嵌入式移动数据库的发展起强大的推动作用，同时嵌入式移动数据库的发展也能促进移动计算的广泛应用。

二、嵌入式移动数据库的体系结构、主要特点以及管理系统的特性

（一）体系结构

移动计算的网络环境具有鲜明的特点：移动性、断接性、带宽多样性、可伸缩性、弱可靠性、网络通信的非对称性、电源能力的局限性等。移动环境中的分布式数据库就是移动数据库。它是传统分布式数据库系统的扩展，可以看作客户与固定服务器节点动态连接的分布式系统。其中，移动客户机MC(MobileClient)包括便携式电脑、PDA等；MSS(MobileSupportStation)支持移动计算的固定节点，具有无线通信接口；FH(FixedHost)没有无线通信接口，安装有数据库和数据库管理系统。

（二）主要特点

由于移动数据库在移动计算的环境下应用在嵌入型操作系统之上，所以它具有：微小内核结构、对标准SQL的支持、事务管理功能、完善的数据同步机制、支持多种连接协议、完备的数据库管理功能和支持多种嵌入型操作系统的特点和功能需求。与此同时在移动数据库中还需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题，如对断接操作的支持、对位置相关查询的支持、对查询优化的特殊考虑以及对提高有限资源的利用率和对系统效率的考虑等等。为了有效地解决这些问题，诸如复制与缓存技术、移动事务处理、数据广播技术、移动查询处理与查询优化、位置相关的数据处理及查询技术、移动信息发布技术等技术仍在不断的发展和完善它们会进一步促进移动数据库技术的发展。

（三），由于嵌入式移动数据库管理系统在移动计算的环境下应用在嵌入式操作系统之上，所以它有自己的特点和功能需求：

1.微小内核结构

考虑到嵌入式设备的资源有限，嵌入式移动DBMS应采用微型化技术实现，在满足应用的前提下紧缩其系统结构以满足嵌入式应用的需求。

2.对标准SQL的支持

嵌入式移动DBMS应能提供了对标准SQL的支持。支持SQL92标准的子集，支持数据查询（连接查询、子查询、排序、分组等）、插入、更新、删除多种标准的SQL语句，充分满足嵌入式应用开发的需求。

3.事务管理功能

嵌入式移动DBMS应具有事务处理功能，自动维护事务的完整性、原子性等特性；支持实体完整性和引用完整性。

4.完善的数据同步机制

数据同步是嵌入式数据库最重要的特点。通过数据复制，可以将嵌入式数据库或主数据库的变化情况应用到对方，保证了数据的一致性。嵌入式移动数据库管理系统应具有以下的特点：

（1）提供多种数据同步方式。具有上载同步、下载同步和完全同步三种同步方式。

（2）具有完善的冲突检测机制和灵活的冲突解决方案，具有冲突日志记录功能。

（3）支持快速同步。系统同步时，只传递变化的数据，节省了大量的同步时间。

（4）支持表的水平分割和垂直分割复制，最大限度地降低了嵌入式数据库的大小。

（5）支持异构数据源连接同步。可以用支持ODBC的异构数据源作为主数据库和嵌入式设备上的数据库进行数据同步。

（6）具有主动同步的功能。允许用户对系统提供的同步事件自定义过程实现，提供了最大灵活度的同步过程。

5.支持多种连接协议

嵌入式移动DBMS应支持多种通信连接协议。可以通过串行通信、TCP/IP、红外传输、蓝牙等多种连接方式实现与嵌入式设备和数据库服务器的连接。

6.完备的嵌入式数据库的管理功能

嵌入式移动DBMS应具有自动恢复功能，基本无需人工干预进行嵌入式数据库管理并能够提供数据的备份和恢复，保证用户数据的安全可靠。

7.支持多种嵌入式操作系统

嵌入式移动DBMS应能支持WindowsCE、PalmOS等多种目前流行的嵌入式操作系统，这样才能使嵌入式移动数据库管理系统不受移动终端的限制。

另外，一种理想的状态是用户只用一台移动终端（如手机）就能对与他相关的所有移动数据库进行数据操作和管理，这就要求前端系统具有通用性，而且要求移动数据库的接口有统一、规范的标准。前端管理系统在进行数据处理时自动生成统一的事务处理命令，提交当前所连接的数据服务器执行。这样就有效的增强了移动数据库的通用性，扩大了嵌入式移动数据库的应用前景。

总之，在嵌入式移动数据库管理系统中还需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题，如对断接操作的支持、对跨区长事务的支持、对位置相关查询的支持、对查询优化的特殊考虑以及对提高有限资源的利用率和对系统效率的考虑等等。为了有效地解决上述问题，诸如复制与缓存技术、移动事务处理、数据广播技术、移动查询处理与查询优化、位置相关的数据处理及查询技术、移动信息发布技术、移动Agent等技术仍在不断的发展和完善，他们会进一步促进移动数据库技术的发展。

三，嵌入式移动数据库在应用中的关键

移动数据库在实际应用中必须解决好数据的一致性（复制性），高效的事务处理，数据的安全性等问题。

（一）数据的一致性

移动数据库的一个显著特点是移动终端之间以及与服务器之间的连接是一种弱连接，即低带宽、长延迟、不稳定和经常性的断开。为了支持用户在弱环境下对数据库的操作，现在普遍采用乐观复制方法（Optimisticreplication）允许用户对本地缓存上的数据副本进行操作。待网络重新连接后再与数据库服务器或其他终端交换数据修改信息，并通过冲突检测和协调来恢复数据的一致性。

（二）高效的事务处理

移动事务处理要解决在移动环境中频繁的、可预见的拆连情况下的事务处理。为了保证活动事务的顺利完成，必须设计和实现新的事务管理策略和算法。1.根据网络连接情况来确定事务处理的优先级，网络连接速度高的事务请求优先处理。2.根据操作时间来确定事务是否迁移，即长时间的事务操作将全部迁移到服务器上执行，无需保证网络的一直畅通。3.根据数据量的大小来确定事务是上载执行还是下载数据副本执行后上载。4.事务处理过程中，网络断接处理时采用服务器发现机制还是采用客户端声明机制。5.事务移动（如：位置相关查询）过程中的用户位置属性的实时更新。6.完善的日志记录策略。

（三）数据的安全性

许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设备，因此嵌入式设备上的数据库系统对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也带来潜在的不安全因素。同时某些数据的个人隐私性又很高，因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃，病毒侵入等对个人数据安全的威胁上需要提供充分的安全性保证。保证数据安全的主要措施是：第一，对移动终端进行认证，防止非法终端的欺骗性接入；第二，对无线通信进行加密，防止数据信息泄漏；第三，对下载的数据副本加密存储，以防移动终端物理丢失后的数据泄密。

四，嵌入式移动数据库的核心技术

（一）数据复制与缓存

复制是在多个移动节点上维护数据的备份，包括服务器之间的复制和移动计算机上保存数据库的复制。一般前者称为复制后者称为缓存。复制的主要目的是提高分布式数据库系统的可用性、可靠性和访问性能。首要的问题是如何维护多个复制节点上数据状态的一致性。按照维护复制一致性的方式来划分，现有的复制协议可以分为严格一致协议和弱一致协议两种。严格一致协议要求任何时刻所有数据库的复制都是一致的；而弱一致协议允许各个复制之间存在暂时的不一致，但这种不一致总能够保持在一定的界限之内，而且总是能够趋于一致（收敛性）。目前，针对移动计算特点开展数据复制/缓存技术的研究最具代表性的是：J.Gray的两级复制机制、CODA系统以及缓存失效报告广播技术等，另外，SYBASE公司的移动数据库产品SQLANYWHERE和SQLREMOTE也采用该技术来支持移动计算环境。

（二）位置相关查询优化

在移动数据库中，存在着与位置相关信息的查询及更新。查询通常是与位置相关的，即使是同一个问题，在不同的地方，所得查询结果是不同的，如“最近的超市在哪里?”。移动查询优化技术是指在传统分布式数据库查询优化技术的基础上，利用多种方法，消除带宽多样性、断接等因素造成的影响，使查询引擎能够根据当前可用网络条件采取恰当的优化策略；同时，针对移动计算机有限电源能力，合理地组织本地数据库管理、远程数据库访问等耗电能较多的操作，达到节能目的，延长关键数据的可用时间。

采用基于分割的地址更新策略时，由位置服务器维护的移动用户对象包含以下数据成员和方法：

分割集合——记录MSS的分割情况，例如{Cell1，Cell2}，{Cell3，Cell4，Cell5}；

LOC——记录移动用户最近报告的地址(无线单元的ID)，例如Cell1；

ERR——移动用户当前所在的分割，例如，若LOC=Cell1，则ERR={Cell1，Cell2}；

loc()——一个方法，用于返回该用户的实际地址，即上面介绍的地址查询过程。

在移动查询的应用中，有各种各样涉及地址的查询，例如“请寻找一家校园附近的超市”，“查找X，Y，Z，这三人都在同一条公路上，且Y在X与Z之间”，等等。一般地，可以把这一类地址相关查询表示为：

SELECTx1，x2，…，xn

FROMUsers

WHERE(x1.loc=l1∧…∧xn.loc=ln)∧C(l1，…，ln)∧W(x1，…，xn)

其中C(l1,…,ln)是关于地址l1,…,ln的n元约束条件，而W(x1,…,xn)是关于对象x1，x2,…,xn非地址属性的n元约束条件，Users是所有移动用户的集合。

（三）数据广播

通俗地讲，数据广播是指在移动计算环境中，利用客户机与服务器通信的不对称性，以周期性广播的形式向客户机发送数据。其最大的优点是，广播开销不依赖移动用户数量的变化而变化，借助数据广播，可以在一定程度上解决移动数据库系统的断接问题。数据广播的研究可分为服务器和客户机两个方面：服务器主要考虑如何组织广播数据，即数据广播的调度；移动节点主要考虑如何利用本地缓存进一步减少查询广播数据的时间。

（四）移动事务处理

事务处理是数据库管理系统的一个基本功能，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。移动计算环境的特点，使传统数据库系统中的事务处理技术不能满足移动事务处理的要求。

通常，将移动客户机发出的事务叫移动事务，它属于分布事务。移动事务处理具有以下特点：

1.移动性。这不仅指移动事务执行期间，发出事务的移动客户机是移动的，而且事务本身也在相应地移动。

2.长事务。由于无线网络通信的低带宽、高延迟以及移动客户机的频繁断接性，都可能使移动事务成为长事务。

3.易错性。由于移动客户机不如固定结点可靠，而且无线网络通信也不如固定网络稳定，因此，与一般事务相比，移动事务更容易出错。

4.异构性。由于客户机的移动性，移动事务可能要访问分布的异构数据库系统。

五、嵌入式移动数据库在物流领域有着广阔的应用前景

（一）物流的信息化在未来的国际物流发展中将发挥日益重要的作用，因为及时准确的信息有利于协调生产、销售、运输、存储等业务的展开，有利于降低库存，节约在途资金等。在运输方面，利用移动计算机与GPS/GIS车辆信息系统相连，使得整个运输车队的运行受到中央调度系统的控制。在存储环节，带有嵌入式移动数据库的手持计算机输入的信息通过无线通信网络写入中央数据库，大大提高了工作效率和信息的时效性，有利于物流优化控制。在配送环节，输入手持计算机的数据通过无线网络传入中央数据库。因此，在投递的同时，用户即可根据单号查询物品投递的情况。

（二）嵌入式移动数据库为移动银行铺平了道路

在我国，移动联通以及电信通信用户是最具消费潜力的群体，随着各通信系统手机业务的开展，移动银行业务已经展示出强大的市场潜力。移动银行可以使客户在异地对自己的帐务进行实时查询、交易，方便、省时，降低成本，同时安全可靠，机动灵活。客户可以在任何时间，任何地点进行交易，节约了去银行的时间以及支付时付款刷卡的麻烦，同时出差或旅游等等不受地域的限制任可以享受银行服务。

（三）嵌入式移动数据库非常有助于提高实地调查、工作的效率

煤气、水电、奥运会、世博会等公用事业检查员查验数据就是一个很好的应用实例，目前一般的检查员仍然是将检验的数据记录在纸上。如果利用移动计算机记录和传输数据，遇到纠纷时还可以实时地查询历史记录，这将使得我国的公用事业单位的收费工作大大地改善。同时移动数据库技术还在日常的零售业、制造业、金融业、医疗卫生，美容，旅游以及其他不同消费领域展现了广阔的应用前景。

六．总结

移动数据库技术的许多特性都与信息时代的不断进步的需求相吻合,有着广阔的发展空间。本文给出嵌入式移动数据库的定义，描述了嵌入式移动数据库的体系结构并简单分析它的特点，然后详细分析了嵌入式移动数据库的关键技术，最后展望了嵌入式移动数据应用前景随着移动计算、移动数据库和无线数据通信等相关技术迅猛发展，移动数据库将成为信息社会的重要支柱。移动数据库技术配合GPS技术，可以用于智能交通管理、大宗货物运输管理和消防现场作业等。移动数据库技术还在零售业、制造业、金融业、医疗卫生等领域展现了广阔的应用前景。

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作者简介：刘艳艳（1981-），女，河南司法警官职业学院，助教，多媒体应用，河南省郑州市文劳路3号院