（机械工程专业论文）嵌入式数据库sqlce在车辆管理系统中的应用.pdf

摘要 摘要 嵌入式数据库是展现今天的计算领域中最令人激动的机遇之一，随着无线通信技术 的发展，出现了一项新技术移动计算：移动计算环境促进了无线技术与数据库技术 的融合，产生了移动数据库。 移动数据库是传统分布式数据库的延伸和扩展，具有自身独特的特征：本论文讨论 了移动数据库的概念、相应的体系结构及开发方法，阐述了移动数据库的自身特点和复 制与缓存技术、查询优化技术和安全等关键技术，分析了移动数据库所要解决的问题。 详细介绍了w i n c e 系统体系结构特点，并且对基于w i n c e 的开发工具e v b 做了简单 的介绍。 本文将研究重点放在研究s q ls e r v e rc e2 0 的关键技术上，对其中的r d a 、合并 复制和数据同步，还有基于消息的i n t e r n e t 复制等作了深一步的研究。最后，使用 e y b 3 0 与s q ls e r v e rc e 2 0 结合，实际开发了一个移动数据库信息管理系统。实现了 对嵌入式数据库中数据的操作功能。 关键词：嵌入式数据库；s o ls e r v e rc e ；合并复制；数据同步 大连交通大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t e m b e d d e dd a t a b a s ei so n eo ft h em o s te x c i t i n go p p o r t u n i t i e si nt h ei tf i e l d w i t ht h e d e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y ，an e wt e c h n o l o g ya p p e a r e d 一- m o b i l e c o m p u t e ：m o b i l ec o m p u t ee n v i r o n m e n ta c c e l e r a t e dt h ei n o s c u l a t i o nb e t w e e n w i r e l e s s t e c h n o l o g ya n dd a t a b a s et e c h n o l o g ya n dt h em o b i l ed a t a b a s ea p p e a r e d m o b i l ed a t a b a s ee x t e n d st h et r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e dd a t a b a s ew i t hi t so w i ic h a r a c t e r s ：t h i s d i s s e r t a t i o nd i s c u s s e dt h en o t i o no fm o b i l ed a t a b a s e ，p e r t i n e n ts y s t e ms t r u c t u r ea n d d e v e l o p m e n tm e t h o d s i te x p a t i a t e do nu n i q u ec h a r a c t e r sa n dr e p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ，q u e r y o p t i m i z a t i o na n ds e c u r i t ya n ds oo n a n dt h e ni ta n a l y z e dt h ep r o b l e mt h a tt h em o b i l e d a t a b a s es h o u l dt os o l v e t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e dt h es y s t e ms t r u c t u r eo fw i n c ea n de v b t h ed i s s e r t a t i o ne m p h a s i sc o n s i d e r e dt h ek e yt e c h n o l o g yo fs q ls e r v e rc e2 o n s t u d i e dd e e p l ya b o u tl m a ，m e r g er e p l i c a t i o n ，d a t as y n c h r o n i z a t i o na n dt h eb a s e dm e s s a g eo f i n t e r a c tr e p l i c a t i o n i nt h ee n do ft h ed i s s e r t a t i o n , i td e v e l o p e dam a n a g e m e n ts y s t e mb a s e d o nm o b i l ed a t a b a s e t h es y s t e ma c h i e y e do fm a n a g e m e n td a t aw i t hm o b i l ed a t a b a s e k e y w o r d s ：e m b e d d e dd a t a b a s e ；s q ls e r v e rc e ；m e r g er e p l i c a t i o n ；d a t a s y n c h r o n i z a t i o n i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 随着科技的发展和社会的进步，嵌入式计算机系统获得了越来越广泛的应用。在办 公自动化领域，消费领域，通信领域，工业控制领域和军事等领域中，都能看到嵌入式 数据库的影子尤其是办公自动化、消费电子和通信领域中，可以说嵌入式系统应用的非 常广泛，如用于计算机外设设备( 如打印机、磁盘驱动器等) ，洗衣机、微波炉等家用 电器，手机、p d a 、数码相机等个人设备。 在嵌入式设备的广泛应用中，很多软件都存在着对设备中的数据的管理问题。在系 统需处理的数据量不大的情况下，数据的管理还比较容易，当系统数据量增大到一定规 模，一般系统中都采用文件系统来进行管理。在文件系统中，数据按其内容、结构和用 途组成一系列命名的文件，用户可以通过操作系统对文件进行打开、读、写、定位和关 闭等操作。应该说嵌入式文件系统的应用很大程度上方便了嵌入式系统中对数据的管 理。但是文件系统也存在一些明显的缺点，比如说： 对应用程序编写者来说使用很不方便。应用程序的设计者必须对应用程序所使用的 文件的逻辑和物理结构有清楚的了解。嵌入式文件系统只提供文件打开、关闭、读、写 等一些低级的文件操作命令，对文件的查询、修改等数据处理都必须在应用程序内解决。 不仅如此，类似对数据排序这一类操作，在应用程序中解决起来都非常的麻烦。 应用程序的维护工作量很大。因为应用程序的工作是直接建立在文件的基础上的， 对文件过分依赖，所以文件结构的每一次修改都将导致应用程序的修改。我们知道，修 改程序是很费时费力的事情，如果修改者不是程序的原始设计者，则情况变得更加严峻。 修改者不仅要花费很多时间来熟悉原有的程序，而且还要保证修改后不会引起不应该有 的副作用。 数据管理不规范。由于数据缺少统一管理，在数据的结构、编码、表示格式、命名 以及输出格式等方面不容易做到规范化、标准化，在数据的安全和保密方面，也难以采 取有效的措施。 针对直接使用嵌入式文件系统的上述缺点，参照个人计算机领域中数据库管理系统 ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m 简称d b m s ) 的成功经验，人们希望在嵌入式领域的数据 管理中也能用上数据库管理系统。由数据库管理系统来统一管理数据，应用程序不必直 接介入诸如打开、关闭、读、写文件等低级操作，用户也不必关心数据存储和其他实现 的细节，可以在更高的抽象级别上观察和访问数据。随着计算机硬件技术的迅速发展， 大连交通大学工程硕士学位论文 嵌入式计算机系统处理速度和存储容量都得到巨大提高，这无疑为嵌入式数据库管理系 统的应用奠定了良好的物质基础。 仅仅有了技术上的可行性还不够，还需要有现实的需求。随着应用向着分散化、小 型化的方向延伸，智能的网络设备( 交换机、路由器) 、p d a ，s m a r t p h o n e ，信息家电等设 备越来越多地走进了我们的生活，我们也己经越来越离不开它们了。类似这些对信息量 要求不大，可以方便存取数据的环境中都需要一个小的数据库管理系统来管理本地的信 息，这就有了嵌入式数据库的需求。毫无疑问，伴随着嵌入式市场的蓬勃发展，会有越 来越多的嵌入式设备希望得到嵌入式数据库管理系统的支持，进行数据的统一管理。在 强大的市场需求下，如果能开发出一个优秀的嵌入式数据库管理系统软件，无疑具有巨 大的社会效益和经济效益。n 1 1 2 国内外解决方法s q l c e 全球范围来看，各国研究机构纷纷展开了对嵌入式数据库的研究，各大数据库厂商 也将开发相应主打数据库系统的嵌入式数据库系统作为一个重大的发展方向。s y b a s e 为移动和嵌入计算提供了业界领先的完整的解决方案s y b a s es o la n y w h e r es t u d i o7 0 ； 数据库领域的传统巨头一微软、i b m 和o r a c l e 三大巨头，占据了该市场整体收入四分之 三的份额。o r a c l e 公司针对移动及嵌入式计算推出了o r a c l el i t e ：i b m 的移动式解决 方案是两个独立的产品d b 2s a t e l l i t e 和d b 2e v e r y p l a c e ；从目前的情况来看， b o r l a n d 、s a s 等公司的发展状况也比较良好。有实力的公司都争先抢夺这块大蛋糕，嵌 入式移动数据库市场呈现出百家争鸣的繁荣景象。 在国内，嵌入式数据库也从研究阶段发展到了应用阶段。人大金仓公司早在1 9 9 9 年 就在国内率先研究和开发了基于掌上电脑的嵌入式移动数据库系统；东软推出的 o p e n b a s em i n i 以及北大推出的e c o b a s e 等嵌入式数据库的研制和开发都有力地推动 了我国在嵌入式领域的发展。 上面这些嵌入式数据库系统一般对资源要求较低，占用内存空间小，从几十k 到几 百k 不等。支持c a p i 接口和标准s q l 子集的开发接口；支持o d b c 或j d b c ，能与支持 其标准的任意数据库交换数据；支持双向数据交换能力，实现了中央数据库与嵌入式数 据库间的数据双向流动。 上面提到的三个国内嵌入式数据库都在开发具有国内自主产权的嵌入式数据库上 做出了不同程度的努力和贡献，但总的来说，这方面国内起步较晚，现在虽已有较成熟 的产品，但应用面较小，应用领域也不够广。但随着计算终端的小型化，各种小型设备 2 第一章绪论 的涌现，各大厂商已经看到在嵌入式领域中数据库的潜在市场，并开始不断增大这方面 的技术和资金投入。“可以预见，不久的将来应用无线技术的嵌入式数据库将无所不在 在这块市场上的争夺中，当然不能缺少微软这个重要角色。微软在数据库市场上的竞争 优势要比其他的厂家大得多，这决定于其操作系统与数据库整合的天然优势。微软在基 于w i n d o w s 的数据库市场中取得了节节胜利的战果。本论文也因此将目标放在了s q l s e r v e rc e2 0 的研究上。 1 3 本论文的研究内容及目标 本论文目标是研究s q ls e r v e rc e 相关特性并且基于s q ls e r v e rc e 和w i n c e ，进 行系统设计。本论文只要作以下几方面的工作： ( 1 ) 明确嵌入式数据库概念、特点和常用体系结构： ( 2 ) 具体分析研究s q ls e r v e rc e 的体系结构、开发方法、数据同步等方面技术和 性能； ( 3 ) 利用s q l c e 的优良特性，进行基于s q l c e 的应用系统设计，设计出具有数据库 管理方面功能的软件。 本章小结 通过对当前嵌入式系统和嵌入式移动数据库国内研究外发展状况，将来发展的趋势 及发展中遇到的问题的分析了解，引出在嵌入式数据库s q lc e 在车辆管理系统中的 应用一文中所要完成的内容以及最终目标。 大连交通大学工程硕士学位论文 第二章无线网络与p d a 应用模式 2 1g p r s 网络概述 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称，是一种基于 全球手机系统( g s m ) 的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线i p 连接，它突 破了g s m 网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站 系统进行部分改造来实现分组交换。g p r s 实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合 及i p 协议的透明传送，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也 适用于偶尔的大数据量传输。g p r s 具有以下优势： ( 1 )资源利用率高。 g p r s 引入了分组交换传输模式，使得原有采用电路交换模式的g s m 数据传输方式 发生了根本性变化。电路交换模式中，用户无论是否传送数据在整个连接期都独自占有 无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，意味着 多个用户可高效率地共享同一无线信道，提高了资源利用率。g p r s 用户的计费以通信 的数据量为主要依据，g p r s 用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的 连接费用。 ( 2 ) 传输速率高。 g p r s 可提供高达1 1 5 k b s 的传输速率( 最高值为1 7 1 2 k b s ) 。g p r s 用户能和i s d n 用户一样快速地上网，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 ( 3 )接入时间短。 分组交换接入时间少于1 秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高事务效率，可 使i n t e r n e t 应用操作更加便捷流畅。 利用g p r s 网络实现数据传输和远程监控，其网络组建、平台搭设、方案实施都比 较方便，并且无需专门布线，投入设备比较少，通信费用合理、低廉，投入资金将不会 很大，并且后期升级维护成本低。结合车厢管理系统间断性的、突发的、少量的数据传 输的应用特点可知，g p r s 网络在本系统中做数据传输链路的应用是非常适合的。g p r s 系统结构如图2 1 所示： 4 第二章无线网络与p d a 应用模式 图2 1g p r s 系统结构 图2 1 中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到g p r s 蜂窝电话上；g p r s 蜂窝 电话与g s m 基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，g p r s 分组是从基站发送到g p r s 服务支持节点( s g s n ) ，而不是通过移动交换中心( m s c ) 连接到语音网络上。s g s n 与g p r s 网关支持节点( g g s n ) 进行通信；g g s n 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络， 如因特网或x 2 5 网络。来自因特网标识有移动台地址的i p 包，由g g s n 接收，再转发 到s g s n ，继而传送到移动台上。s g s n 是g s m 网络结构中的一个节点，它与m s c 处于网 络体系的同一层。s g s n 通过帧中继与b t s 相连，是g s m 网络结构与移动台之间的接口。 s g s n 的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和g g s n 之间完成移动分 组数据的发送和接收。g g s n 通过基于i p 协议的g p r s 骨干网连接到s g s n ，是连接g s m 网络和外部分组交换网( 如因特网和局域网) 的网关。g g s n 主要是起网关作用，也有将 g g s n 称为g p r s 路由器。g g s n 可以把g s m 网中的g p r s 分组数据包进行协议转换，从 而可以把这些分组数据包传送到远端的t c p i p 或x 2 5 网络。s g s n 和g g s n 利用g p r s 隧道协议( g t p ) 对i p 或x 2 5 分组进行封装，实现二者之间的数据传输。图2 2 给出了 g p r s 网络结构的接入与参考点的简图。 图2 2g p r s 总体结构及接入接口和参考点 大连交通大学工程硕士学位论文 g g s n 到外部分组网络是通过g i 参考点连通的，而其他g p r s 网络是通过g p 接口连 通的。另外，从m s 端至u g p r s 网络有两个接入点，u m 接口用于无线通信接入而r 参考 点用于信息的产生或接收。移动终端m t ( 例如手机) 通过u m 接口接入g p r sp l m n ，r 则是 m t 和t e ( 如笔记本电脑) 之间的参考点。这里的m s 由t e 和m t 两部分组成，它们通过r 参 考点组成一个整体，另外，m s 也可单独由一个移动终端( m t ) 组成。对于一个支持g p r s 的 公共陆地移动网络( p l m n ) ，当它运行g p r s 业务时可能涉及到任何其他网络，这时就产 生了网络互通的需求。g p r s 网络通过g i 参考点和g p 接口实现同其他网络的互通。对于 具有g p r s 业务功能的移动终端，它本身具有g s m 和g p r s 业务运营商提供的地址，这样， 分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向g p r s 终端直接发送数据。另# g p r s 支 持与基于i p 的网络互通，当在t c p 连接中使用数据报时，g p r s 提供t c p i p 报头的压 缩功能。由于g p r s 是g s m 系统中提供分组业务的一种方式，所以它能广泛应用于i p 域。 其移动终端通过g s m 网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间 通信。 2 2p d a 应用背景介绍 p d a 是p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 的缩写，意思是“个人数字助理 。这种手 持设备集中了计算、电话、传真、采集和网络等多种功能。p d a 可用来管理个人信息( 如 通讯录，计划等) ，更重要的是可以上网浏览，收发e m a i l ，可以发传真，甚至还可以当 作手机来用。尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式来实现。当然并不是任何p d a 都具备以上所有功能，即使具备，也可能由于缺乏相应的服务而不能实现。但可以预见， p d a 发展的趋势和潮流就是计算、通信、网络、存储、娱乐、电子商务等多功能的融合。 p d a 的发源可以追溯至u a p p l e 公司于1 9 9 3 年推出的n e w t o nm e s s a g ep a d 。之后不久， 就有厂商推出类似产品。目前，p d a 的价格还偏高，但专家们相信，它将最终走进“寻 常百姓家 ，成为真正的“个人数字助理 。以上所说的是广义的p d a 。目前，对p d a 还 有一种狭义的理解。狭义的p d a 可以称作电子记事本，其功能较为单一，主要是管理个 人信息( 如通讯录、记事本和备忘录) 、日程安排、便笺、计算器、录音和辞典等功能。 而且这些功能都是固化的，不能根据用户的要求增加新的功能。广义的p d a 主要指掌上 电脑，当然也包括其他具有类似功能的小型数字化设备，而且掌上电脑一词也有不同解 释，狭义的掌上电脑不带键盘，采用手写输入、语音输入或软键盘输入，而广义的掌上 电脑则既包括无键盘的，也包括有键盘的。不过，目前在中国市场，几乎所有的掌上电 脑都不带键盘，而用手写输入或语音输入。p d a 所使用操作系统主要有p a l mo s ，w i n d o w s 6 第二章无线网络与p d a 应用模式 c e 和e p o c 。适合p d a 的嵌入式操作系统主要有如下特征： ( 1 ) 内存空间需求小且整体效率高 这是一般嵌入式系统的核心基本要求，p d a 上面的只读内存( r o m ) 有限，因此通 常完整的操作系统都会在几百k b y t e 以内，加上附加的基本的应用程序大小( 如输入法、 记事本、时钟、同步软件等) 大概在1 mb y t e 左右，不过再加入中文字体就另当别论了。 ( 2 ) 良好的省电功能 和手机一样，p d a 上面的电池容量通常不高，能待机越久者越有优势。因此，只要 硬件有支持省电功能，操作系统就可以且应该提供这项服务。 ( 3 ) 与p c 沟通的功能 p d a 能与外界沟通信息附加值才会高，例如传送通讯录、e - m a i l ，或下载电子书等。 为了达到这个目的，大部分会通过u s b 端口或是红外线来传输。 ( 4 ) 开放应用程序编写环境与动态载入应用程序 动态载入应用程序就是通过与p c 的同步传输，将应用程序下载至j j p d a 上。 本章小结 本章主要介绍了p d a 与g p r s 的优势及应用情况。 7 大连交通大学t 程硕士学位论文 3 1 嵌入式操作系统 第三章嵌入式数据库技术 3 1 1 嵌入式操作系统概述 想要学习研究嵌入式数据库系统，有必要先来了解一下有关嵌入式操作系统的相关 概念。 嵌入式系统定义的问题，可以分别从广义上和狭义上讲： 广义上讲，可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。 作为系统核心的微处理器又包括三类：微控制器( m c u ) 、数字信号处理器( d s p ) 、嵌入式 微处理器( m p u ) 。所以有人简单的说：“嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计 算机硬件系统之中。 还有人认为嵌入式系统就是“以应用为中心、以计算机技术为基 础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专 用计算机系统。 应该说后者从功能应用特征上比较好的给出了嵌入式系统的定义，嵌 入式的概念的分析根本上应该从应用上加以切入。 从狭义上讲，更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系 统并且具有某些特定功能的系统，这里的微处理器专指3 2 位以上的微处理器。按照这 种定义，典型的嵌入式系统有使用x 8 6 的小型嵌入式工控主板，在各种自动化设备，数 字机械产品中有非常广阔的应用空间；另外一大类是使用i n t e l ，m o t o r o l a 等专用芯片 构成的小系统，它不仅仅在新兴的消费电子和通讯仪表等方面获得了巨大的发展应用空 间，而且甚至有趋势取代传统的工控机。现在大家更加清楚的看到：嵌入式技术的春天 已经来了。所以也就难怪嵌入式系统成为当前最热门的技术之一。乜， 3 1 2 嵌入式操作系统的特点 嵌入式系统与和一般的计算机操作系统相比，有很多不同的特点，具体表现在： ( 1 ) 嵌入对象的广泛性 由于科学技术的飞速发展，特别是微电子技术令人惊异的变化，目前，几乎一切系 统或设备都可以采用嵌入式计算机技术来完成过去很多想做的，而又无法实现的工作。 从掌上p d a 、电视机顶盒到工业自动化仪表、医疗仪器等，嵌入式系统几乎包括了生活 中所有的电器设备。 ( 2 ) 嵌入式形式的多样性 第三章嵌入式数据库技术 嵌入式技术得到广泛应用，但各种系统或设备对嵌入式计算机的性能、功能、规模 要求是绝对不同的。这种差异势必造成嵌入式系统有其相应的多样形式。从目前看，在 日常生活设备中有大量的单片形式的嵌入式系统，在工业中和军事系统设备中、有无数 的单板嵌入形式和整机形式的嵌入式系统。在大型系统中，甚至还有以计算机系统形式 的嵌入式系统。 ( 3 ) 嵌入功能的专一性 由于嵌入式系统需完成的任务和需达到的性能指标十分明确，功能目标也十分清 楚，因此，常常无需兼顾其它功能，对于多余的功能和过高的技术指标是毫无意义的， 有时甚至是有害的，所以说嵌入式系统的功能是十分专一的。 ( 4 ) 嵌入性能的实时性 嵌入式系统在接收到规定信号后，必须在有限的时间内完成明确的工作任务，这是 区别于其它计算机的一个十分重要的特点，也是嵌入式系统设计所必须考虑的主要问 题，他不但涉及硬件体系结构、包括c p u 速度、内存访问速度总线速度及终端机制等硬 件问题，还涉及软件的中断管理和任务调度策略，包括调度算法、调度频率和调度时机 等。 ( 5 ) 嵌入结构匹配性 通用计算机是以计算机为核心，按计算机本身的需求而设计其结构，而嵌入式系统 是以被嵌入的系统或设备为核心，按系统或设备的约束条件而设计其结构的。不与系统 或设备相匹配的嵌入式系统是没有出路的，要求其体积、重量，还包括允许的功耗等因 素符合宿主系统的要求。 ( 6 ) 嵌入产品开发周期短、生命周期长 因为嵌入式系统往往和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品 同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。口1 3 1 3w in d o w so e 介绍 提到操作系统，就不能不让人想到微软的存在。下面来研究一下有关微软的嵌入式 操作系统m i c r o s o f tw i n d o w sc e 。 m i c r o s o f tw i n d o w sc e 是为各种嵌入式系统和产品设计的一种压缩的、具有高效 的、可升级的操作系统( 0 s ) 。其多线性、多任务、全优先的操作系统环境是专门针对资 源有限而设计的。这种模块化设计使嵌入式系统开发者和应用开发者能够定做各种产 品，例如家用电器，专门的工业控制器和嵌入式通信设备。 9 大连交通大学工程硕士学位论文 w i n d o w sc e 最初的版本是1 0 ，这个版本不是主要针对掌上电脑所设计的。它所搭 配的机器比笔记本电脑小一点，但是比现在的掌上电脑大很多。 w i n d o w sc e2 0 出现于1 9 9 7 年秋天。在这个版本中，成品机开始支持与p c 同步， 并且上网。成品机的操作界面非常像超小型的w i n d o w s9 5 ，w i n d o w s9 8 ，开始按钮都在 左下脚。总内存分配为程序执行内存和储存的空间，这种内存分配设计一直延续下来。 w i n d o w sc e2 1 出现于1 9 9 8 年秋天。不过这个版本是为了嵌入式的开发者设计的，并 且没有宣布当时安装了w i n d o w sc e2 0 的成品机可以升级。从这个版本起，w i n d o w sc e 开始支持鼠标，数据可以存在c f 卡里，支持i p 多点传输、多线程a f d ( 协议管理器) ， 支持d h c p 服务器，提供s s l2 0 3 o p c t1 o 安全服务等等。 w i n d o w sc e2 1 2 主要是嵌入式装置制造厂商使用微软的p l a t f o r mb u i l d e r 来建 立自己的掌上型装置操作系统，这个版本没有太多的机器在市场上销售。 2 0 0 0 年4 月，微软推出w i n d o w sc e3 0 ( 也就是俗称的p o c k e tp c ) ，这个版本的 重点是设计成为实时操作系统，并相对以前版本有功能上的改进。h 1 现在的最新版本是w i n d o w sc e n e t 。m i c r o s o f tw i n d o w sc e n e t 包括下面一些 新的或增强的功能： ( 1 ) 支持无线技术，例如蓝牙。 ( 2 ) 支持新一代的网络层协议，比如t c p i p v 6 ，它可以支持更加广阔的地址空间。 ( 3 ) 支持一种新的设备管理器，使得用户可以随心所欲地安装应用程序或者升级软 件而不会影响使用。 ( 4 ) w e b 提醒机制，如果微软发布或升级了新的重要的q f e ( q u i c kf i x e n g i n e e r i n g ，快速解决引擎) ，以及有关创建基于w i n d o w sc e 平台的新的信息时，这 种机制会及时的通知用户。 ( 5 ) 设备模拟器，它可以在不增加任何辅助硬件的情况下模拟一个设备。 ( 6 ) 丰富的m u l t i m e d i a 浏览器功能，如m i c r o s o f ti n t e r n e te x p l o r e r5 5 和新 的m i c r o s o f tw i n d o w sm e d i a 编码器和控件。 ( 7 ) 大量的有关实用安全特性的帮助文档。嘲 w i n d o w sc e 包括四大基本模块，它们提供了操作系统的关键特性，分别是：内核 ( k e r n e l ) 模块、对象存储( o b j e c ts t o r e ) 模块、g w e s ( 用户、应用程序和操作系统 之间的图形用户界面) 模块和通信( c o m m u n i c a t i o n ) 模块。 1 0 第三章嵌入式数据库技术 圆圈 一内孩对沁 g w e s 逝f 蠢 一， 图3 1w i n d o w sc e 模块化结构示图 操作系统定制工具有w i n d o w sc ep l a t f o r n lb u i l d e r ，应用程序开发工具有m sv i s u a l s t u d i o n e t 和m se m b e d d e dv i s u a lt o o l s ，包括e m b e d d e dv i s u a l c ( 简称e v c ) 和 e m b e d d e dv i s u a lb a s i c ( 简称e v b ) 。 w i n d o w sc e 支持各种硬件外围设备、其它设备及网络系统。包括键盘、鼠标设备、 触板、串行端口、以太网连接器、调制解调器、通用串行总线( u s b ) 设备、音频设备、 并行端口、打印设备及存储设备，例如p c 卡。 对于台式计算机的硬件来说，w i n d o w sc e 提供以下工具来允许用户通过台式计算 机与基于w i n d o w sc e 的附加设备之间传递信息： ( 1 ) 建立和维护连接的连接管理器 ( 2 ) 允许共享数据同步化的数据同步化接口 ( 3 ) 输入输出文件的文件过滤器 使台式计算机上的客户能够从安装在基于w i n d o w sc e 的附加设备的服务器上请 求服务，例如进行文件操作。从附加的台式计算机或其他设备上安装和卸载基于 w i n d o w sc e 的应用程序时，提供应用程序安装和管理服务。 w i n d o w sc e 有着设计简单灵活的特点，可在各种小型嵌入式系统中使用，且其功 能强大，因此深受开发人员的青睐。1 6 j 1 4 开发工具一嵌入式v b 由于e v b 的易上手性和快速开发的特点，它成为w i n d o w sc e 平台上快速开发的 不二之选。e v b 很适合w i n d o w sc e3 0 平台上小型应用程序的快速开发。 大连交通大学工程硕士学位论文 e v b 的开发环境的搭建也是十分简单，可以从微软的网站上下载e v t2 0 0 2 ，其中 包含了e v c3 0 、e v b3 0 和p o c k e tp c2 0 0 2s d k 和s m a r t p h o n e2 0 0 2s d k 。按照提示 将e v b 和p o c k e tp c2 0 0 2s d k 安装好后就可以进行开发了。s d k 中包含模拟器 ( e m u l a t i o n ) ，在没有实际设备的情况下，可以利用模拟器来调试程序。如果每次调试 程序都要与实体设备连接的话，速度将比较慢。所以使用模拟器来调试程序也是在开发 过程中比较省时的办法。 这里需要注意的是，开发环境和模拟器之间是通过网络连接协议进行通讯的，所以 开发所用的计算机上必须有一个活动的网络连接。如果没有，可以安装微软的虚拟网卡。 e v b 的开发环境与v b 类似，因为w i n d o w sc e 应用程序需要在模拟器或者实际设备上 调试，所以我们必须选择程序的输出目标。如果您选择了e m u l a t i o n ，在按下运行( 或 f 5 ) 后，e v b 将自动启动模拟器，并把程序下载到模拟器中。 创建一个e v b 的工程和v b 很像。但是，由于嵌入式设备支持的c p u 种类很多， 在选择创建工程类型的同时，也要把该工程所支持的c p u 类型选择好。创建工程的过 程和v b 是一样的。当然不同的平台支持的工程类型是不同的，比如p o c k e tp c2 0 0 3 有 支持m f c 和a p i 的两种工程，而s m a r t p h o n e2 0 0 3 则只有支持a p i 的一种工程。 e v b 中比v b 环境中多了一行下拉菜单的选项，分别用来选择：工程、s d k 、c p u 类型和输出设备。以p o c k e tp c 为例，在实际设备上调试应该选择w i n 3 2 ( w c e a r m v 4 ) d e b u g ，而在模拟器上则需要选择w i n 3 2 ( w c ee m u l a t o r ) d e b u g 。【7 】 无线局域网络是利用射频技术取代传统的线缆传输所构成的局域网络。这种无线的 数据传输系统，可使用户摆脱线缆的束缚，在其覆盖范围内，实现自由的移动，漫游。 建立无线局域网络是用无线a p 来实现的。无线基站a p 发送无线信号，与无线p d a 扫描器进行数据通讯，其信号覆盖范围在方圆3 0 0 米左右，这也是无线式p d a 扫描器 可以移动的距离。无线基站a p 直接通过网线接入到集线器或路由器上即可接入系统。 无线式p d a 安装的是w i n d o wc e ，配置有自己的i p 地址，通过无线基站a p 与扫描p c 相连，扫描的数据先传输给基站a p ，然后由a p 转发给扫描p c 。 总之，使用e v b 能够快速开发出功能全面的移动设备软件。【8 】 3 2 嵌入式移动数据库简介 3 2 1 嵌入式移动数据库概述 移动数据库是传统分布式数据库的延伸和扩展，是能够支持移动计算环境的数据 库，其数据在物理上( 或地理上) 分散而在逻辑上集中。从系统的体系结构来讲：嵌入式 1 2 第三章嵌入式数据库技术 移动数据库系统是支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管理系统，数据库系统与 操作系统、具体应用集成在一起运行在各种智能型嵌入设备或移动设备上。其中，嵌 入在移动设备上的数据库系统由于涉及数据库技术、分布式计算技术，以及移动通讯技 术等多个学科领域，目前已经成为一个十分活跃的研究和应用领域嵌入式移动数据 库或简称为移动数据库( e m d b s ) 。 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、p d a 、车载设备、移动电话等嵌入 式设备中因此又被称为嵌入式移动数据库系统，从最浅显的意义上说就是指可嵌入到 移动计算设备上的数据库。 3 2 2 嵌入式移动数据库关键技术 移动数据库系统的数据管理涉及网络层和用户层，传统数据管理的方法难以适应移 动计算的要求。目前，解决移动数据库存在问题的技术主要集中在以下几个方面。 ( 1 ) 复制与缓存技术 复制与缓存技术是为了支持用户在弱环境下对数据库的操作而提出的。 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数据状态的一致性。 对于服务器之间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，一般采用一种弱一致性服务器级复制机f l ；f j ( w e a k l y c o n s i s t e n ts e r v e rr e p l i c a t i o n ，w c s r ) 。这种策略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。因此，用户在访问数据库时，只需要访 问一个复制服务器即可，而且它不仅可以执行查询事务，还支持更新事务。服务器接到 一个查询事务之后，根据本地数据库的状态返回查询结果；对于更新事务，服务器则将 其记入暂时事务日志中，在本地数据库上执行，并立即返回给用户其标识符和结果，用 户不必等待服务器将该事务的结果传递给其他复制服务器，因此具有较短的响应时问。 缓存( c a c h e ) 技术是通过在客户机上缓存数据服务器上的部分数据，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数据库系统。 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就有可能处于不一 致的状态，因此，传统的缓存技术不能很好地适用于移动数据库系统。 ( 2 ) 数据广播技术 大连交通大学工程硕士学位论文 在移动计算环境中，移动客户经常处于断接状态，而且与服务器通信的网络带宽有 限，因此实现大规模移动用户随时随地访问数据的目标是一个挑战：在这种移动计算环 境下，要用传统技术实现数据密集型应用是很困难的，因为移动用户无法准确地预测各 种应用程序，以及在断接时可能需要哪些数据，仅凭客户缓存不能完全解决断接问题； 移动客户机本身的存贮能力有限；移动客户机可能要求随时获得最新的数据。另一方面， 在一个无线单元以内，从服务器到移动客户机的下行通信带宽一般要远大于从移动客户 机到服务器的上行通信带宽，而且移动客户机从服务器接收数据的开销也远小于发送开 销。因此，服务器可以利用这种网络的非对称性，把大多数移动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移动客户机访问，这就是移动计算环 境下的数据广播技术：这种数据广播技术具有以下优点： 很好的可伸缩性，因为服务器广播数据的开销与接收广播的移动客户机个数是 无关的，因此它可以很小的代价支持大量的移动客户机同时访问数据。 移动客户机可以不需要数据缓存，因此不再需要预测未来的数据请求。 即使在断接时，也允许移动客户机访问到最新数据。 节约有限带宽，移动客户机从数据广播中获取数据，可以避免或减少与服务器 间的上行网络通信。 便于发送新数据，服务器可以利用数据广播，将新产生的数据发送给移动客户 机，即使移动客户机事先不知道这些数据的存在。 ( 3 ) 移动查询优化和事物处理技术 查洵处理是数据库系统的一个重要功能。在传统的分布式数据库管理系统中，查询 处理只涉及到数据库中的数据，而与结点的物理位置无关，具有透明性。在移动数据库 应用环境中，由于移动主机的移动，用户的位置不断改变，查询处理不但与数据库的内 容有关，还依赖用户的位置：查询涉及位置相关数据l d d ( l o c a t i o nd e p e n d e n td a t a ) ，即 查询结果被移动客户机的位置决定，同一查询在不同的位置可能得到不同的结果，因此， 随着用户位置的变化，同一对象可能在移动主机上保存有多个不同复制版本。另外，位 置相关数据也增加缓存管理的难度，因为当移动主机移到一个新的单元，可能由于缓存 数据无效导致缓存数据过时，而数据库服务器中的数据并没更新。 在移动数据库环境中，由于用户的移动、频繁的断接以及用户所处网络环境的多样 性，移动查淘优化必须采用动态策略，以适应不断变化的环境。移动数据库环境下的查 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、断接等因素产生的影响，使查询引擎能够根据当前可用网络条件采取恰当的优 1 4 第三章嵌入式数据库技术 化策略；同时，针对移动计算机有限电源能力， 库访问等消耗电能较多的操作，达到节能目的， ( 4 ) 移动事务处理 合理地组织本地数据库管理、远程数据 延长关键数据的可用时间。 事务处理是移动数据库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。由于各种条件的限制，移动 事务处理与传统事务完全不同，具体表现在以下方面： 由于移动性和断接性等因素，移动事务之间共享部分结果和某些状态。 移动事务执行过程中，当移动用户移动时，事务的状态、所访问的数据对象的状 态和位置信息也要移动，移动事务仍继续执行，但执行的地点由移动用户确定。 由于数据和用户的移动性以及频繁的断接性，导致移动事务的执行时间增加，成 为长事务，并且在执行过程中更容易出错。 移动事务要访问的是复杂的异构的多数据库，而且还要支持事务的并发执行、恢 复操作、断接和复制的一致性。 另外，移动数据库的安全策略、移动a g e n t 技术、移动数据库接口技术、移动数据 库系统容错技术也是移动数据库研究的焦点问题。 ( 5 ) 安全技术 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、盗窃等对个人数据安全的威胁上需要提供 充分的安全性保证。 数据的安全性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 终端的欺骗性接人；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。【8 】 本章小结 本章是相关知识概述。系统地说明本论文中主要用到的技术：嵌入式数据库相关概 念、技术特点及常用体系结构、开发方法等方面特点。接下来又详细地研究了w i n d o w sc e 3 o 的相关应用知识。 1 5 大连交通大学工程硕士学位论文 第四章s o ls e r v e rc e 正如论文题目所写的，工作重点着重于对s q ls e r v e r c e 的研究。下面章节就s q l s e r v e rc e 在各方