（计算机软件与理论专业论文）移动数据库事务处理关键技术研究.pdf

研究方向：基于网络的计算机软件应用技术 作者：2 0 0 7 级研究生李栋 指导教师：李玲娟教授 题目：移动数据库事务处理关键技术研究 英文题目：r e s e a r c ho nk e yt e c h n o l o g i e so ft r a n s a c t i o nm a n a g e m e n t i nm o b i l ed a m b 弱e 主题词：移动数据库；并发控制；撤销方法；m w d l k e y w o r d s ：m o b i l ed a t a b a s e ；c o n c u r r e n c yc o n t r o l ；r e v o c m i o np r o t o c o l ；m w d l 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 j 摘要 移动数据库的研究是当前计算机领域的一个热点。作为移动数据库的基础性技术之 一，移动事务管理的任务是在移动环境下网络不稳定、主机节点移动性等条件下实现数据 库访问的一致性、可用性和高性能。 i 本文对移动事务处理技术展开研究，重点研究了m w d l 撤销方法在并发控制中的应 用。分析了主要的撤销方法，在m w d l 的基础上提出了带有优先权的m w d l 算法即 h p - m w d l 。h p m w d l 继承了m w d l 撤销方法的固有优点，采用了复合优先权的方式， 优先级由固定优先级、与执行时间相关的优先级、与访问资源相关的优先级三部分组成。 固定优先级部分由创建者指定并可动态调整。创建者可以指定事务类型( 常事务、普 通实时事务、硬实时事务) 。借助于l i n u x 中区分i o b o u n d 型事务和p r o c e s s o r - b o u n d 型事 务的机制，可以实现对固定优先级部分的动态调整，将被认定为i o b o u n d 型的事务由默 认的p r o c e s s o r - b o u n d 型升级为i o b o u n d 型。 执行时间相关的优先级部分将事务区分为常事务、普通实时事务和硬实时事务。对常 事务采用只与撤销次数相关的计算方式；对实时事务的d e a d l i n e 进行了两方面的处理，加 入了传输延迟和事务执行时间两个处理步骤，这使得事务的d e a d l i n e 更加精确。对硬实时 事务赋予高于普通实时事务的优先级，使得尽最大可能按时完成硬实时事务，对于超时的 实时事务，赋予负值，然后依据撤销方法重启该超时的事务，从而避免系统无效的执行。 访问资源相关的优先级部分赋予数据库的数据资源一定的权值，当事务访问数据时更 新该优先级。因为事务的类型与其访问的数据类型有相当大的关联性，通过启发式算法动 态调整数据资源的权值对于提高用户满意度具有重要意义。 本文通过实验测试了h p m w d l 撤销方法的性能，实验结果表明i - i p m w d l 撤销方 法可以克服移动数据库中长事务特性所造成的重复撤销和撤销高优先级事务的缺点。 关键词：移动数据库；并发控制；撤销方法；m w d l 、 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho nm o b i l ed a t a b a s ei s c u r r e n t l yah o t s p o ti nc o m p u t e rf i e l d a so n eo ft h e f u n d a m e n t a lt e c h n i q u e so fm o b i l ed a t a b a s e ，m o b i l e t r a n s a c t i o nm a n a g e m e n ts h o u l da c h i e v e c o n s i s t e n c y , a v a i l a b i l i t ya n dh i g hp e r f o r m a n c ef o rd a t a b a s ea c c e s s i n gu n d e rt h ec o n d i t i o n so f i n s t a b i l i t yo fn e t w o r ki nm o b i l ee n v i r o n m e n t ，m o b i l i t yo fh o s tn o d e sa n ds oo n st h e s i sc a r r i e sar e s e a r c ho nt h et e c h n i q u e so fm o b i l et r a n s a c t i o np r o c e s s i n g i tf o c u s e s o nt h ea p p l i c a t i o no fm w d lr e v o c a t i o nm e t h o dt oc o n c u r r e n c yc o n t r 0 1 b y a n a l y z i n gm a i n r e v o c m i o nm e t h o d s ，am w d l a l g o r i t h mw i t hp r i o r i t y , n a m e l yh p m w d l ，i sp r o p o s e db a s e d0 n m w d l h p - m w d li n h e r i t st h ei n h e r e n ta d v a n t a g e so fm w d l r e v o c a t i o nm e t h o d ：a d o p t st h e c o m p l e xp r i o r i t ym o d e t h ep r i o r i t i e sc o n s i s to ff i x e dp r i o r i t y , p r i o r i t yr e l a t e dt oe x e c u t i o nt i m e a n dp r i o r i t yr e l a t e dt or e s o u r c ea c c e s s i n g f i x e dp r i o r i t yi ss p e c i f i e db yc r e a t o ra n dc a nb ea d j u s t e d d y n a m i c a l l y t h ec r e a t o rc a n s p e c i f yt r a n s a c t i o nt y p e ( c o m m o nt r a n s a c t i o n s ，c o m m o nr e a l - t i m e t r a n s a c t i o n sa n dh a r d r e a l - t i m et r a n s a c t i o n s ) w i t ht h em e c h a n i s mo fd i s t i n g u i s h i n gi 0 b o u n dt r a n s a c t i o n s f r o m p r o c e s s o r - b o u n dt r a n s a c t i o n si nl i n u x ，d y n a m i ca d j u s t m e n to nf i x e dp r i o r i t yc a nb er e a l i z e d ，i e ， u p g r a d i n gt r a n s a c t i o nt h a ti t st y p ew a sd e f i n e da si o b o u n df r o md e f a u l tp r o c e s s o r - b o u n dt y p e t oi 0 - b o u n dt y p e p r i o r i t yr e l a t e dt oe x e c u t i o nt i m ed i v i d e st r a n s a c t i o n si n t oc o m m o nt r a n s a c t i o n s 、c o m i l l o n r e a l t i m et r a n s a c t i o n sa n dh a r dr e a l t i m et r a n s a c t i o n s f o rc o m m o nt r a n s a c t i o n s ，c a l c u l a t i o n m o d e so n l yr e l a t e dt or e v o c a t i o nt i m e sa l ea d o p t e d ；f o rr e a l t i m et r a n s a c t i o n s ，t w ok i n d so f p r o c e s s i n ga l et a k e n ，i e ，t w op r o c e s s i n gs t e p si n c l u d i n gt r a n s m i s s i o nd e l a ya n dt r a n s a c t i o n e x e c u t i o nt i m ea r ea d d e d t h i sm a k e st h et r a n s a c t i o nd e a d l i n em o r ee x a c t f o rh a r dr e a l t i m e t r a n s a c t i o n s ，p r i o r i t yh i g h e rt h a nc o m m o nr e a l t i m et r a n s a c t i o n si sg i v e n t h i sm a k e st h eh a r d r e a l - t i m et r a n s a c t i o n sc o m p l e t e di nt i m ea tf u l ls t e a m f o rr e a l - t i m et r a n s a c t i o n sw h i c ha r e o v e a i m e ，an e g a t i v ev a l u ew i l lb eg i v e n , t h e nt h eo v e r t i m et r a n s a c t i o n sw i l lb er e s t a r t e d a c c o r d i n gt or e v o c a t i o nm e t h o d ，s oi n v a l i de x e c u t i o nc a l lb ea v o i d e d p r i o r i t yr e l a t e dt or e s o u r c ea c c e s s i n ge n d o w st h ed a t ar e s o u r c ei nd a t a b a s ew i t hc e r t a i n w e i g h t t h ep r i o r i t yw i l lb eu p d a t e dw h e nat r a n s a c t i o ni sa c c e s s i n gt h ed a t a s i n c et r a n s a c t i o n t y p eh a sac o n s i d e r a b l er e l a t i o n s h i pw i t ht h et y p eo fa c c e s s e dd a t a , t h ed a t aa d j u s td y n a m i cb y v 、， 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 目录 摘要i u a b s t r a c t i v 第一章引言l 1 1 课题的背景与意义1 1 1 1 移动通信技术的发展1 1 1 2 移动计算与移动数据库。2 1 1 3 移动数据库的应用背景与研究意义2 1 2 论文的主要工作3 1 3 论文的组织一4 第二章移动数据库技术概述5 2 1 移动数据库系统的运行环境与体系结构5 2 1 1 移动计算环境的典型结构5 2 1 2 移动数据库系统的体系结构8 2 2 移动数据库的关键技术概述9 2 2 1 移动数据库的事务处理1 0 2 2 2 数据的复制和缓存处理1 0 2 2 3 移动查询处理。1 0 2 2 4 数据广播1 1 2 2 5 移动a g e n t 技术1 1 2 3 移动事务处理框架及处理模型1 2 2 3 1 移动事务处理框架。1 2 2 3 2k a n g a r o o 事务模型1 3 2 3 3c l u s t e r i n g 事务模型。1 6 2 3 4p r o - m o t i o n 事务模型1 7 2 3 5p m r e a d w r i t e 事务模型18 2 3 60 2 p c m t 事务模型2 0 2 4 并发控制。2 0 2 4 1 基本的并发控制方法2 0 2 4 2 扩展的并发控制方法2 1 2 4 3 移动事务的基本特征2 2 2 4 4 移动事务中的并发控制方法2 4 2 4 5 性能分析2 7 2 5 本章小结2 7 第三章带有优先级的m w d l 撤销方法研究2 9 v l 南京邮电大学硕士研究生学位论文目录 3 1 移动事务撤销方法综述与分析2 9 3 1 1g w 撤销方法2 9 3 1 2n w 撤销方法3 0 3 1 3c w 撤销方法3 0 3 1 4w d 撤销方法3 0 3 1 5r p a 撤销方法31 3 1 6w w 撤销方法。31 3 1 7w d l 与m w d l 撤销方法3 1 3 1 8 撤销方法的比较3 2 3 2m w d l 方法的进一步分析3 3 3 2 1m w d l 方法原理3 3 3 2 2m w d l 撤销方法存在的问题3 4 3 3h p m w d l 撤销方法的设计3 5 3 3 1 对m w d l 的改进3 5 3 3 2 优先权计算方法3 6 3 3 3 参数意义与来源3 7 3 3 4h p m w d l 撤销方法的算法描述3 9 3 4h p m w d l 撤销方法的性能分析4 2 3 5 本章小结4 3 第四章h p m w d l 的测试与结果分析4 4 4 1 测试环境与工具4 4 4 2 测试项目及结果分析：4 4 4 3 本章小结4 9 第五章总结与展望5 0 5 1 论文工作总结5 0 5 2 下一步的工作5 1 缩略词5 2 图表清单5 3 致谢。5 4 参考文献5 5 攻读硕士学位期间的学术论文及科研情况5 9 , v i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 1 1 课题的背景与意义 第一章引言 近阶段，i t 界最热的话题无非是物联网和云计算，而这两种概念都要依赖于强大的计 算机网络。所谓物联网就是“物物相连的互联网 ，要实现物联网就必需依靠于强大的无 线通信技术来把物体连接到传统的互联网上。由此可见，数据处理技术所依赖的计算环境 必将发生重大变化，计算机从固定的计算机向移动计算机和移动微处理机的发展使得个人 能有更多的机会和方法来获取信息和进行计算。各个应用领域都开始对移动设备使用、移 动计算技术、移动数据处理和移动信息服务等进行深入的研究并逐渐使之实用化。 1 1 1 移动通信技术的发展 无线与移动通信网络是移动计算的基础，现有的无线与移动通信技术主要有以下几 种： ( 1 ) 无线局域网 无线局域网是指以无线信道作为传输媒介的计算机局域网络( w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ，简称w l a n ) 。它突破了有线网络中布线接点位置的限制，使计算机能够以无线 互联的方式实现资源共享。w l a n 能够实现较高的数据传输速率( 大于lm b p s ) 和可靠 性，但它的使用范围有限，如在一个校园或厂区内。 ( 2 ) 卫星通信 卫星通信是以卫星中的转发器作为中继站转发无线电波，实现两个或多个地球站之间 的通信，具有无缝覆盖、覆盖面广、通信距离长、通信线路稳定、通信频带宽、容量大等 优点。但是，卫星通信也面临高延迟、安全性( 人人可接收) 和成本等问题，这些问题导 致了著名的“铱系统 的失败。卫星通信主要用于广域网，提供在广阔地域、特别是人口 稀少和恶劣地理条件地域的通信服务，如微软的t e l e d e s i c ，可提供2 m b p s 上行链路和 6 4 m b p s 下载链路等，休斯的s p a c e w a y ，提供6m b p s 上行链路和1 6m b p s 下载链路，等 等。 ( 3 ) 数字蜂窝通信系统 数字蜂窝通信是移动通信中发展最迅速、研究最活跃也最普及的领域。蜂窝概念的提 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 出使得系统能够实现频率复用，解决了带宽与系统容量之间的矛盾，成为移动通信最重要 的发展方向。第一代移动通信系统( 1 吼g e n e r a t i o n ，i g ) 为基于模拟制式的蜂窝通信系统， 频宽为1 2 5 至3 0 k h z 。第二代移动通信系统( 2 加g e n e r a t i o n ，2 g ) 称为窄带数字通信系统， 如g s m 。g s m 的传输速率为9 6 k b p s ，并作为g p r s 的基础，应用分组技术实现高达 1 7 1 2 k b p s 的移动数据通信。3 g ( 3 们g e n e r a t i o n ，3 g ) 能够实现2 0 0 0 k b p s 的传输速率，并 能够满足多种业务提供、高安全性和高容量等要求。其制式有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和 t d s c d m a 等三种【1 1 。 1 1 2 移动计算与移动数据库 移动计算机是指具有较大内存与较强处理能力的移动计算设备，如p c 机、膝上电脑、 笔记本电脑、手持计算机、个人数字助理p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 、掌上计算机、车 载计算机或具有信息数据处理能力的设备( 如智能传感器、智能卡) ，以及手机和智能电 话等。移动设备的处理能力在很大范围内变动以适应对处理能力和应用环境的不同需要。 移动计算的概念是对“任何时间，任何地点的立即通讯 的扩展。在分布式计算发展 的基础上，系统同时包含了各种移动设备，整体计算环境成为一个具有无线通信能力的网 络。网络中移动设备上运行的软件与固定网络所形成的传统分布环境共同构成了一个新的 计算环境，即移动计算环境。移动计算环境的一个显著特点是移动性，主要表现之一就是 请求提交者m c ( m o b i l ec l i e n t ) 在请求处理过程中可能处于一个新的接入状态，例如断接状 态，也可能移动到其它场地。 移动数据库是在移动通信技术和无线通信技术的基础上发展起来的，移动数据库可以 从系统的体系结构方面来定义：嵌入式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 应用领域即嵌入式移动数据库或简称为移动数据库( e m d b s ) 。 1 1 3 移动数据库的应用背景与研究意义 数据库几乎是每一个现代信息系统中不可或缺的平台。在移动通信、移动计算机的技 术进步和商业普及成为现实的今天，越来越多的信息系统开始采用或部分采用移动网络结 构，而越来越多的移动网络也主动向数字化和综合服务发展。所以，在移动网络上开展数 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一苹引言 据库的应用成为非常自然和重要的方向。事务管理作为数据库的核心内容，是保证数据库 一致性和效率的基本技术。所以，移动数据库的能力和前景在很大程度上取决于移动数据 库的事务管理技术1 2 1 。下面，本文将从移动事务管理的角度介绍几种移动数据库的典型应 用。 ( 1 ) 物流领域 物流的信息化在未来的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，有利于降低库存和节约在途资金。在运输 方面，利用移动计算机与g p s g i s 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， 用户即可查询物品投递的情况。 ( 2 ) 移动银行 在我国，移动用户是最具消费潜力的群体，因此针对移动用户开发的移动银行业务将 具有很大的市场潜力，而且能够推动移动电子商务的发展。移动银行可以使客户在异地对 自己的帐务进行实时查询和交易，方便、省时，成本低，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。 ( 3 ) 实地调查工作 煤气、水电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。 除了上述主要应用之外，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。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。 本文对移动数据库的事务处理技术进行研究，所做工作将具有较高的理论意义和实用 价值。 1 2 论文的主要工作 本文对移动事务处理技术展开研究，重点研究了m w d l 撤销方法在并发控制中的应 用。通过分析主要的撤销方法，继而在m w d l 的基础上提出了带有优先权的m w d l 算法 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一覃引言 即h p m w d l 。h p m w d l 继承了m w d l 撤销方法的固有优点，采用了复合优先权方式， 优先级由固定优先级、与执行时间相关的优先级、与访问资源相关的优先级三部分组成。 通过测试验证了h p m w d l 的有效性。h p m w d l 撤销方法可以解决移动数据库中长事务 特性所造成的重复撤销和撤销高优先级事务的缺点。 1 3 论文的组织 全文共分六章，内容组织如下： 第一章引言：介绍了课题的背景、意义和本文所做的主要工作。 第二章移动数据库技术概述：首先介绍了移动数据库系统的运行环境与系统组成， 即移动计算环境的典型结构和移动数据库系统的组成；其次对移动数据库系统目前的研究 热点做了较为全面的介绍；然后介绍了移动事务处理框架及处理模型，首先介绍了移动事 务处理框架，然后列举了主要的移动事务处理模型；最后介绍了并发控制方法，包括传统 的并发控制方法和移动数据库中的并发控制方法，并对其进行了简单的分析。 第三章带有优先级的m w d l 撤销方法研究：首先对移动事务撤销方法进行了综述与 分析，分析了经典的撤销方法：g w 、n w 、c w s 、c w a 、w d 、r p a 、w w 、w d l 、m w d l ， 给出了各个撤销方法的业务流程。接着分析了各个撤销方法的系统吞吐量。最后结合移动 环境本身的特点，着重分析了w d l 和m w d l 方法。在m w d l 方法的基础上加入优先权 的概念，设计了带有优先级的m w d l 撤销方法l i p m w d l ，介绍了h p m w d l 的原理。 第四章t i p m w d l 的测试与结果分析：介绍了测试环境和工具，对h p m w d l 进行 了测试，测试结果显示h p m w d l 能满足移动计算的需要。 第五章总结与展望：总结本文所做的主要工作和所设计的k i p m w d l 撤销方法的特 色，并提出需要进一步研究和探索的内容。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章移动数据库技术概述 第二章移动数据库技术概述 近年来，移动数据库技术已成为移动通信领域的研究与应用热点，目前比较成熟的移 动数据库产品主要有：中国人民大学研发的小精灵( 基于掌上e g 脑的移动数据库产品) ， o r a c l e9 il i t e ，s y b a s e 移动数据库，嵌入式移动数据库s q ls e r v e r 和i b md b 2 e v e r y p l a c e e n t e r p r i s ee d i t i o n8 2 。 2 1 移动数据库系统的运行环境与体系结构 2 1 1 移动计算环境的典型结构 移动数据库是在移动计算技术和无线通信技术的基础上发展起来的，其典型的运行环 境如下图2 1 所示【3 】。 图2 - 1 移动计算环境的典型结构 其中：f h ( f i x e dh o s t ) 为固定主机；m u ( m o b i l eu n i t ) 为移动终端机；m s s ( m o b i l es u p p o r t s t a t i o n ) 为移动支持结点。 由上图可见，固定网络连接着两类结点，其中之一是m s s ，这类结点配备有无线通信 接口，可以支持一个无线网络单元，所以称之为移动支持结点；另一类结点是f h ，f h 不 带无线通信接口的固定结点。两类结点通过高速固定网络主干进行连接。每个无线网络单 元中有若干个移动终端机( 刖) ，它们通过无线网络与m s s 之间进行连接，从而最终连 s 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章移动数据库技术概述 入固定网络。相对于可靠性不高的无线网络单元，将固定网络部分称为可信部分。 移动计算环境中的软件体系结构主要有两种类型，即：经典的客户栅服务器结构和客 户栅代理服务器结构( 也称为基于代理的结构) 。 文献【4 】的2 2 3 节中综述了若干个基于代理的项目或系统，如d a e d a l u s b a r w a n ( 美 国加州大学伯克利分校) 的b a r w a n 项目使用t r a n s c o d e 作为代理来实时优化服务的质量， 同时能够适应网络的变化。c o m p a e th t m l ( 小型标准传输文本协议) 则是w 3 c 提交的用 于小型信息计算设备的一个标准，适用于掌上电脑( p d a ) 、手机和智能电话等。另外h d m l 和w a p 等也都使用第三方的代理来实现应用系统。以下是两种典型的基于代理的结构： ( 1 ) c l i e n t a g e n t s e r v e r 模型 c l i e n t a g e n t s e r v e r 模型如图2 2 所示。 图2 - 2c l i e n t a g e n t s e r v e r 模型 该模型属于多层客户朋艮务器模型，在c l i e n t 与a g e n t 、a g e n t 与s e r v e r 2 f b - 采用消息和排 队机制来实现信息交流。实际上，在这种模型中a g e n t 是客户在固定网络服务器端的代理。 这种结构可部分消除在无线连接情况下的有限带宽和弱可靠性的不良影响，因为代理可以 在固定服务器端保持客户的存在。显然，a g e n t 的接口可以分为两个部分：一个是c l i e n t 与 a g e n t 之间的接口：一个是a g e n t 与s e r v e r 之间的接口。在不同的接口中可以采用不同的通 讯协议。 ( 2 ) c l i e n t i n t e r c e p t s e r v e r 模型 c l i e n t i n t e r c e p t s e r v e r 模型如图2 3 所示。 图2 - 3c l i e n t i n t e r c e p t s e r v e r 模型 这种模型将a g e n t 划分为两个部分：服务器端a g e n t ( s e r v e r - s i d ea g e n t ) 和客户端a g e n t ( c l i e n t - s i d e a g e n t ) 。顾名思义，s e r v e r - s i d e a g e n t 驻留在固定网络的服务器端，而c l i e n t s i d e 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章移动数据库技术概述 a g e n t 贝j 驻留在客户端。后者解释客户的请求并一起和前者执行优化处理，以减少在无线链 路上的数据传输，改善数据的可用性，并保证移动客户的操作不问断性。从客户的角度来 看，c l i e n t - s i d ea g e n t 的作用相当于一个驻留在本地客户上的局部服务器代理。同样， s e r v e r - s i d ea g e n t 就如同在服务器端的本地客户代理。s e r v e r - s i d ea g e n t 驻留在固定网络中， 并不一定要和相应的服务器驻留在同一台机器上，因此这组a g e m 可看成是“虚插入在 客户和服务器之间的数据通路上。 移动环境的软件体系主要包括c l i e n t 的软件包、m s s 软件包以及应用服务器或数据库 服务器软件。 c l i e n t 软件包提供： 一系统软件和相应的通信服务器软件及网络设备驱动程序。 一移动用户接口说明或外壳程序，可以集成在内核中也可以单独提供，从而保证应 用系统的可定制性。 - 传输层通信软件。它需要解决移动i p 、w a p 等问题，提高m c 的可定制性，这类 软件是可选的。 一输入结构和语音识别接口逐渐成为移动应用所必需的多媒体数据支持软件。 一本地缓存数据管理软件。将经常使用的数据缓存在m c 上可以提高系统的数据可 用性，降低通信代价，但c l i e n t 收集的数据则需要及时传输到服务器，以免数据 丢失。 m s s 软件包需要驻留在移动客户机和应用服务器或数据库服务器上，可能需要的功能 有： 为远程用户指派网络连接。 _ 提供通信端口池或m o d e m 池管理，允许m c 通过p t s n ( 软交换网络窄带业务) 接入系统。 - 必要的通信安全验证，尤其要保证无线通信中敏感数据的安全。 - 支持多线程的物理连接以支持多用户。 _ 处理多种不同的通信协议。多协议支持可保证m c 通过不同的移动设备接入系统。 - 建立到后台应用服务器或数据库服务器的逻辑连接。通过共享连接降低系统的资 源消耗，提高系统的可伸缩性。 软件体系的另一个重要组成部分是应用和数据库服务器，不同的应用领域需要提供特 定的商务功能或适应领域要求的功能要求，主要包括： 大型通用数据库服务器，如o r a c l e 、s y b a s e 、s q l s e r v e r 、i n f o r m i x 、d b 2 等。它 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章移动数据库技术概述 们支持不同的操作系统，不必考虑硬件平台。 一基于小型机的服务器，如d e cv a x 、a s 4 0 0 等机器。 一大型机提供的数据支撑平台，如v m s 、u n i s y s 、c y c l o n eg u a n d i a n 等。 后两种情形的系统是将数据库功能与操作系统功能集成到一起，以操作系统管理的存 储空间存储数据，通过操作系统提供的数据存取方式进行数据检索、管理和维护。 2 1 2 移动数据库系统的体系结构 o s z u 和d u n h a m 等人提出了移动数据库系统的概念，认为移动数据库系统可看作是 传统分布式数据库系统的扩展，所以其结构类似于分布式数据库系统。文献【3 】给出了一种 移动数据库系统的体系结构，如图2 - 4 所示。 图2 4 移动数据厍系统的体系结构 其中s y n cs e r v e r ( s y n c h r o n i z a t i o ns e r v e o 为同步服务器；c d b s v r ( c e n t e rd a t a b a s e s e r v e r ) 为中心数据库服务器；e m d b ( e m b e d d e dm o b i l ed a t a b a s e ) 为嵌入式移动数据库； l d b ( l o c a ld a t a b a s e ) 为局部数据库。 ( 1 ) 中心数据库服务器( c e m e rd a t a b a s es e r v e r ) 一般为固定节点，每个服务器维护一 个本地数据库，如图2 - 4 所示。服务器可以是彼此独立的，也可以由可靠的高速互联网络 连接在一起，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， 并可以保存所有请求的历史记录。中心数据库可以是任意的大型数据库系统，如o r a c l e 、 s y b a s e 、d b 2 、s q ls e r v e r 等，也可以是集中式数据库，甚至是联邦式数据库。中心数据 库服务器实现的主要功能有：提供通讯接口和用户接口；动态分布数据库构造及数据库定 位功能；路由管理；翻译处理；移动事务处理；移动查询及优化处理；数据缓存管理等。 ( 2 ) 同步服务器( s y n cs e r v e r m s s ) 对应于移动计算环境模型中的m s s ，m s s 也接 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章移动数据库技术概述 入高速网络中，并具有无线联网能力，用于支持一个无线网络单元内的通信，该单元内的 移动主机既可以通过无线链路与m s s 通信，从而与整个固定网络联通，也可以接收由m s s 发送的广播信息。中心数据库服务器与m s s 可以是同一台机器。同步服务器的作用是协 助分布式事务处理、控制移动数据库( e m d b ) 和中心数据库( c d b ) 之间的数据交换。 同步服务器负责接收来自移动终端的操作请求并提交给中心数据库服务器。然后将执行结 果再传送给移动终端。对中心数据库服务器来说，它的客户端就是同步服务器，它看不到 移动终端。因此，同步服务器的引入屏蔽了中心数据库系统的异构性。 ( 3 ) 嵌入式移动数据库( e m d b ) 是指支持移动计算环境的分布式系统，它可以视为 分布式数据库系统的扩展，通常用在诸如掌上电脑、个人数字助理、车载设备、移动电话 等移动智能设备中。移动终端上保存中心数据库的一部分副本，并通过e m d b 对本地数据 进行管理。移动计算设备是单用户，它们通过同步服务器访问中心数据库，因此中心数据 库系统的异构性对它们是透明的。 2 2 移动数据库的关键技术概述 移动数据库涉及到数据库技术、分布式计算技术、移动通讯技术以及嵌入式技术等多 个学科领域，已经受到多个领域的研究者关注，从而使得对移动数据库技术的研究成为新 的热点【5 】。移动数据库和传统数据库的差别在于： 移动性：在移动计算环境中，同一台移动设备在通信过程中会发生移动，从而导致与 其连接的m s s 发生切换，这种计算平台的移动性可能导致系统访问布局的变化和资源的 移动性。 频繁断接性：在早期的移动通信中，由于移动通信设备的移动性所带来的基站切换、 移动通信设备的处理能力有限等所带来的网络环境的变化，移动计算环境中的移动信息设 备和移动基站之间可能会经常处于主动或者被动的断连状态。在早期的移动通信研究中不 得不以高断接率作为研究前提，如基于1 0 或者更高的断接率。在经过多年的技术和建设 的发展后，高断接率已经得到显著的改善，在2 0 0 1 年的中国城市移动通信质量测试中， 己经实现了静止0 3 3 ，运动0 9 7 的断接率，在断接最常发生的切换过程中，综合断接 率也达到1 以下。而在3 g 中，进一步通过诸如“软切换 等技术保证了更低的断接率。 无线带宽波动：由于无线方式本质的特征，移动通信不可能达到如固定信道一样的稳 定性，主要表现为无线通信中的带宽波动。无线带宽的波动源于天气和城市地形变化、小 区用户数变化。在3 g 中，为了保证服务质量而采用自适应方式，在调整小区用户容量的 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章移动数据库技术概述 同时也加剧了每个用户所享有的带宽波动。与断接问题不同，因为天气、地形和用户移动 是必然的客观因素，所以带宽波动作为移动通信的本质特征将长期存在。 网络通信的非对称性：在固定结点可以拥有强大的发送设备，而移动信息设备的发送 能力非常有限，于是下行链路( 从固定服务器到移动结点) 的通信带宽和代价与上行链路 相差很大。 这些特性让移动数据库成为研究热点，大体上来说，当前的研究领域主要集中在这几 个方面：移动数据库的事务处理、数据的复制和缓存处理、移动查询处理、数据广播、移 动a g e n t 技术等等。 2 2 1 移动数据库的事务处理 移动事务处理是移动数据库技术研究的重要内容 5 1 。当前对移动事务处理的研究大多 从传统的数据库事务模型出发，针对移动事务的不同特点提出相应的处理机制或策略，从 而形成适应性较强的移动事务处理模型。并发控制是移动事务管理中的核心内容。在主要 针对断接问题的模型中，一般应用乐观方法( o c c ) ；而在主要针对切换的模型中，在全 局一般结合切换语义应用分布式多数据库方法，而在本地大多数应用传统方法。研究者为 了充分利用移动事务的分布特征，改善事务并发，还引入事务内并发的方法 f l 。移动事务 的恢复需要回溯切换过程，因此也具有独特的性质。 2 2 2 数据的复制和缓存处理 数据复制是传统数据库中提高分布式数据库的可用