（计算机软件与理论专业论文）移动数据库中基于xml的主动规则的研究.pdf

r e s e a r c ho na c t i v er u l e sba s e do nx m l i n am o b i l ed a t a b a s e at h e s i s s u b m i t t e di np a r t i a lf t l 圻l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t f o rt h em s 。d e g r e ei nc o m p u t e rs c i e n c e b y j i nq i a n p o s t g r a d u a t ep r o g r a m d e p a r t m e n t o fc o m p u t e r s c i e n c e c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r ：y a n gj i n c a i a c a d e m i ct i t l e ：p r o f e s s o r m a y , 2 0 1 1 ： 硕士擘位论文 女从s r e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：全惰 日期：加7 ，年多月二日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：金哺 日期：枷v - f f - 多月日 导师签名： 日期：沙 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。园重途塞堡銮蜃溢蜃；旦圭生；旦二生；旦三生筮查： 作者签名：御 日期：h 1 1 年月2 - 日 导师签名： 日期0lf 矽忉 勿z 价 矽钿 彦 ： 硕士学位论文 m a s t e r st i i e s i s 中文摘要 随着x m l 在各行各业的广泛应用，x m l 已经成为了事实上的一种通用数据表 示和交换的标准，纯x m l 格式在移动数据库中倍受青睐。然而，在移动环境中， 引入主动机制对移动数据库的性能有着重要的改善作用，因此在移动数据库中如何 实现x m l 的主动规则已经成为当前研究的热点问题。 移动数据库有着不同于传统数据库的事件，主动规则中事件的检测方式、条件 评价、规则的触发执行以及冲突检测等方面都有所不同。在移动数据库中引入基于 x m l 的主动机制，需要结合x m l 技术的特点，对传统的主动规则系统作适当地修 改。 如何在移动数据库中引入x m l 的主动机制是本文主要讨论的内容。首先，在 主动数据库e c a 规则系统模型的基础上，给出了移动数据库中x m l 的主动规则的 知识模型，对主动规则的事件、条件、动作部分分别做出了描述，特别是对于移动 数据库中不同于传统数据库的事件部分进行了描述，为事件触发提供了新的事件空 间。其次，讨论了移动数据库中x m l 的事件监测机制，对已有的四种事件检测方 法做出比较。然后，讨论了基于数据库状态和移动状况变迁的复合条件评价及条件 评价的优化法，结合求有向图的最短路径的方法对条件评价做优化，这样可以节省 移动网络中的带宽，也减少了查询的时延。最后，讨论了主动规则的实现策略，为 了减少规则检索、匹配的时间，结合x m l 的特点将这些规则与相关的节点建立联 系，当在这个节点上产生操作时，则相应的规则被触发。还构造了带有优先级的主 动规则的触发器。由于移动环境中每个移动节点能相对独立的在它们自己的数据副 本里对数据进行存取操作，多个规则的动作可能会导致移动节点在数据更新上的冲 突，为了维护数据库的一致性，本文讨论了种规则的冲突检测算法，以及冲突消 解的策略。 关键词：移动数据库；x m l ；主动规则；事件检测；冲突检测 a b s t r a c t i nf a c t , x m lh a sb e c o m ead o m i n a n ts t a n d a r df o r s t o r i n ga n de x c h a n g i n g i n f o r m a t i o n 、析t l lt h ee x p a n d i n ga p p l i c a t i o nf i e l d s t h ex m lf o r m a tb e c o m e sm o r ea n d m o r ea t t r a c t i v ei nt h em o b i l ed a t a b a s e t oi n t r o d u c ea c t i v er u l e si n t om o b i l ee n v i r o n m e n t c a ne f f e c t i v e l ys o l v em a n yp r o b l e m sa r i s i n gf r o mm o b i l ed a t a b a s e t h e r e f o r e ，h o wt o c a r r yo nt h em o n i t o r i n ga n da n a l y s i st ot h es t a t u so fx m ld o c u m e n t si nt h em o t i o n e n v i r o n m e n ta u t o m a t i c a l l yi sa l s oav i t a ld u t y t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nm o b i l ed a t a b a s ea n dt r a d i t i o n a ld a t a b a s ei sn o to n l yo n e v e n t s ，b u ta l s oo ne v e n td e t e c tt e c h n o l o g y 、c o n d i t i o ne v a l u a t i o na n dc o n f l i c td e t e c t i o n i no r d e rt oi n t r o d u c ea c t i v em e c h a n i s mi nm o b i l ed a t a b a s es y s t e m s ，c o m b i n e d 丽t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fx m l ，t h et r a d i t i o n a la c t i v er u l e ss y s t e ms h o u l db ea m e n d e d t h i sp a p e rd i s c u s s e sh o wt oi n t r o d u c ex m l b a s e da c t i v er u l e si nm o b i l ed a t a b a s e s y s t e m s f i r s tb a s e do nt h ee c a r u l es y s t e mm o d e lo fa c t i v ed a t a b a s e ，t h i sp a p e rd i s c u s s t h ek n o w l e d g em o d e lo f x m li nm o b i l ed a t a b a s e ，a n dd e s c r i b ee v e n t 、c o n d i t i o n 、a c t i o n r e s p e c t i v e l y , e s p e c i a l l yf o rt h ee v e n t sw h i c ha r ed i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a ld a t a b a s e t h e t h ee v e n t sp r o v i d e dn e we v e n ts p a c ef o ra c t i v ed a t a b a s ea n dp r o v i d e de f f e c t i v es u p p o r t f o ra c t i v ep r o c e s so fm o b i l ed a t a b a s es y s t e m s e c o n d ，i td i s c u s s e se v e n t sd e t e c t i o ni n m o b i l ed a t a b a s es y s t e m ，a n dc o m p a r e st h ee x i s t i n gm e t h o d t h i r d ，i td i s c u s s e sc o m p o s i t e c o n d i t i o ne v a l u a t i o nw h i c hb a s e do nd a t a b a s ec o n d i t i o n a lt r a n s i t i o na n d m o b i l e c o n d i t i o na n di t so p t i m i z a t i o nm e t h o d i to p t i m i z e st h ec o n d i t i o na s s e s s m e n t ，c o m b i n i n g t h em e t h o do fc o m p u t et h es h o r t e s tp a t ho fd i g r a p h ，w h i c hc a ns a v et h eb a n d w i d t ho f m o b i l en e t w o r k f i n a l l y , d i s c u s e st h ei m p l e m e n t a t i o no fa c t i v er u l e ，i no r d e rt or e d u c e t h et i m et os e a r c h i n g 、m a t c h i n go nr u l e s ，i nt e r m so f t h ep r o p e r t yo f x m l ，w ei n t e g r a t e s t h er u l e s 、】l ，i t l lt h en o d e t h er u l e sa l et r i g g e r e d ，w h e nh a v eo p e r a t i o n so nt h i sn o d e b e c a u s ee a c hm o b i l en o d ec a nd 0a c c e s so p e r a t i o n so nt h e i ro w nc o p yo fd a t ar e l a t i v e l y i n d e p e n d e n ti nm o b i l ee n v i r o n m e n t s ，m u l t i p l ea c t i o n s o fr u l e sm a yc a u s eu p d a t e c o n f l i c t so fd a t ao nm o b i l en o d e ，i no r d e rt om a i n t a i nt h ec o n s i s t e n c yo ft h ed a t a b a s e ， t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ec o n f l i c td e t e c t i o na l g o r i t h mo fr u l e s k e y w o r d s ：m o b i l ed a t a b a s e ；x m l ；a c t i v er u l e s ；e v e n t sd e t e c t i o n ；c o n f l i c td e t e c t i o n h ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 中文摘要 a b s t r a c t 目录 i 第1 章绪论。l 1 1 研究的背景和意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 本文所做的工作3 1 4 本文的组织结构3 第2 章移动数据库与x m l 基础。 4 2 1 移动计算环境的特点。4 2 2 移动数据库系统的体系结构6 2 3 移动数据库的关键技术7 2 4x m l 技术1o 2 5 主动机制的引入。1 1 2 6 本章小结1 1 第3 章移动数据库中x m l 的主动规则的知识模型。 3 1 主动数据库简介1 2 3 1 1 主动数据库的体系结构1 2 3 1 2 主动数据库的主动功能一1 2 3 1 3 主动数据库模型一1 3 3 2 主动规则的知识模型15 3 2 1 触发事件15 3 2 2 触发条件1 6 3 2 3 触发动作17 3 3 本章小结18 第4 章移动数据库中x m l 的主动规则的执行模型1 9 4 1 事件检测机制1 9 4 1 1 移动数据库中事件检测器的分布一1 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 4 1 2 事件的检测方式1 9 4 2 条件评价2 l 4 2 1 基于数据库状态变迁和移动状况的复合条件评价2 l 4 2 2 条件评价的路径优选2 2 4 3 规则推理2 3 4 4 本章小结2 5 第5 章移动数据库中x m l 的主动规则的实现 5 1 主动规则在节点的分配2 6 5 2 主动规则的检索2 7 5 3 冲突检测与消解2 9 5 3 1 冲突的检测2 9 5 3 2 冲突消解。3 2 5 4 本章小结：3 3 第6 章总结与展望 6 1 总结3 4 6 2 展望3 4 参考文献 在校期间发表的论文和参与的项目 致 。3 6 一3 9 4 0 1 1 研究的背景和意义 第1 章绪论 随着互联网、移动通信、数据库、分布式计算等技术的发展，出现了一种新的 计算技术移动计算。移动计算技术将会使得计算机以及其它的信息智能终端设 备在无线环境下实现数据的传输和资源共享。在无线网络技术和移动通信技术的支 持下，具有存储和处理能力的移动设备( 如p d a 、笔记本电脑等) ，在任何地点任 何时间都能得到有用、准确、及时的各种信息，如新闻、天气预报、银行信息等。 这样使得传统的分布式数据库技术已经不能满足这些需要，就要求人们对移动计算 和移动环境下的数据管理以及移动数据库技术进行深层次的研究。 移动数据库技术是移动计算环境应用开发的核心部件，它具有广泛的应用前 景。移动数据库系统的目的就是满足人们这种访问各种数据的需求，以及有效的支 持在移动环境中的各种数据应用。所以在移动数据库中就需要考虑很多在传统数据 库环境中不需要考虑的问题，例如数据的缓存复制，客户机的移动、提供无线网络 断接操作等方面的问题。 移动数据库系统中的一些重大问题可以通过主动数据库技术得到解决。主动数 据库能主动的对事件做出反应，它预先制定出相应的规则，用事件监视器对数据库 事务、对象事件、时间事件等事件的发生进行监视，执行规定的动作，可以有效的 处理异步事件以及维护数据库完整性，能够处理因为网络的连接状态的改变及移动 主机的移动所带来的相关问题。为了能够在移动数据库中使用主动规则，传统的主 动规则需要做出适当的修改，对于事件部分需要扩充，使得直接将在移动计算环境 中的任何异步事件都映射到e c a ( e v e n t - c o n d i t i o n a c t i o n ) 规则的事件部分，当事 件发生时，它都能够更新移动数据库里的数据。除此之外，移动计算环境的一些特 征会使事件的监测、条件评价、规则的执行以及规则的冲突检测等方面受到影响。 日益普及的可扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是简单的、与 平台无关的标准，它具有描述性、体积小和易于网络传输等特点。这些特点使得它 在无线移动计算环境中倍受青睐，事实上，x m l 已经成为一种互联网数据表示以 及数据交换的标准。随着其应用领域的扩大以及复杂性的快速增长，很多研究人员 也开始重视以x m l 格式表示和存储的数据。 我们将主动规则引入到移动数据库中可以有效的解决一些问题，使得在某些事 件发生时数据库系统能够主动的执行用户预先指定的动作。因此，实现在移动环境 里自动对x m l 文档内部与外界的状态进行监测分析，并且做出实时响应，即“主 动x m l 也是一项重要的任务。 1 2 国内外研究现状 伴随着网络信息技术的快速发展，x m l 技术也快速的发展起来，近年来成为 了网络信息技术研究的重点。对于x m l 技术目前国内在如何用x m l 来提取以及 查询重组信息的方法方面做了较多的研究。其中从文献【1 】是最早开始对x m l 语言 的探索的，它提出了l o r e l 来处理x m l 这种半结构化的语言，接着又有人提出了 x q l 2 1 、x m l q l 3 1 、x m l g l t 钔、q u i l t 5 1 、x p a t h 等，这些早期的查询语言对某 种数据类型十分有效，对另一种数据类型的查询却无能为力，w 3 c 组织于2 0 0 1 年 2 月公布了x m l 查询语言x q u e r y1 0 的草案1 6 1 。x q u e r y 目前只是一种查询语言， 无法像s q l 那样方便的修改数据，w 3 c 组织又于2 0 0 5 年提交了x q u e r y 的更新机 制的草案，提出需要扩展x q u e r y 修改x m l 数据的能力，本文中触发器的构造就 是使用扩展的x q u e r y 语言。 近年来在数据库领域主动规则是一个活跃的研究方向，通过将管理和处理策略 从应用程序里抽象出来并且用规则来实现。数据库支持主动规则就称为主动数据 库，主动数据库管理系统可以主动的监测系统里的事件，一旦事件发生，系统就会 主动进行条件计算，当条件成立，就主动执行规定的动作。文献【7 】讨论了s q l 3 中 主动数据库的特征，文献【8 】【9 】则讨论了怎样通过数据库语言来实现主动规则，以及 构造主动规则系统。文献【9 】把主动规则建立在e c a ( e v e n t c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则 之上，并描述了主动规则的概念，给出了基于e c a 规则的主动规则的知识模型与 执行模型。 现阶段的主动规则的应用研究主要局限于现有的关系数据库中，而对于移动数 据库中的主动规则的研究很少。主动规则现在已经成为提高数据库系统管理的效率 以及实现其自动化的不可或缺的部分。同时x m l 的发展也是数据库发展的一个趋 势，将主动数据库技术与x m l 技术融合起来运用与移动数据库中，从而实现在移 动数据库中基于x m l 的主动规则的应用也是很重要的。国内外关于这方面的研究 不多，其中以j a m e sb a i l e y 和a n g e l ab o n i f a t i 1 4 1 5 1 6 1 7 的研究居多，从当前 x m l 数据库的应用和研究出发，对数据库主动规则进行了探讨，对如何扩展到x m l 数据库进行了研究和分析，他们提出的x m l 主动规则中是采用x q u e r y 作为检索 语言，但是使用的x m l 数据模型是比较繁琐的d t d 模型。 2 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 对于扩展的x m l 查询语言主动规则描述能力的研究有澳大利亚维多利亚大学 和英国伦敦大学提出了基于e c a 模型的x m l 主动规则语言l l5 1 ，意大利米兰理工大 学的a c t i v ex q u e r y 1 引，俄罗斯科学院提出的包含主动规则的x m l 更新语言【1 9 】等。 1 3 本文所做的工作 本文致力于研究将x m l 的主动规则融合到移动数据库中，从移动数据库技术 出发，分析了主动规则技术应用的可能性及必要性，于是构造了移动数据库中x m l 的主动规则模型，并给出了它的执行模型以及实现。 首先，本文讨论了目前广泛研究的移动数据库技术以及x m l 结合起来，给出 了主动规则的知识模型，对主动规则的事件、条件、动作分别做出了描述，特别是 对于事件部分进行了扩充。 其次，本文通过事件监测机制、条件评价、规则推理来具体论述了移动数据库 中x m l 的主动规则的执行模型。 最后，本文给出主动规则的实现策略，结合x m l 的特点给出了一种主动规则 在节点的分配方法，以减少规则检索、匹配的时间，构造了带有优先级的主动规则 的触发器，并讨论了一种规则的冲突检测算法，以及冲突消解的策略。 1 4 本文的组织结构 论文共分六章，结构如下： 第一章为绪论，主要介绍课题的相关研究背景，探讨了课题的研究意义，介绍 了当前国内外的研究现状，接着提出了本文的研究内容。 第二章移动数据库系统与x m l ，介绍了移动计算的概念和特点、移动数据库 体系结构以及当前移动数据库中关于x m l 的研究。 第三章移动数据库中基于x m l 的主动规则的知识模型，首先介绍了主动数据 库的规则系统，然后对主动规则的事件、条件、动作做了描述，并给出了一个实例。 第四章移动数据库中基于x m l 的主动规则的执行模型，对与主动规则的事件 检测、条件评价、规则推理进行了讨论。 第五章移动数据库中基于x m l 的主动规则的实现，讨论了主动规则在节点的 分配方法，构造了触发器以及一种主动规则的冲突检测算法。 第六章总结了全文的工作，并指出下一步应做的工作。 3 ： 硕士学位论文 m a s t e r st i f e s i s 第2 章移动数据库与x m l 基础 2 1 移动计算环境的特点 分布式计算环境中，主机的位置基本上是固定不变的，而且主机的地址信息是 已知的，所有的终端都是通过固定的网络与主机相连接的，只要机器处于开机正常 情况下，一旦连接上，就会与网络持续的连接，并且各个终端的网络连接也具有对 称性【2 3 】1 2 4 1 。跟传统的分布式计算环境相比较，移动计算环境有很大的不同。移动计 算环境中结点包括固定结点和移动结点，固定结点通过有线网络组成一个稳定的主 网，用户则可以携带移动设备在网络区域中自由移动，在移动过程中通过移动通信 网络与固定站点进行信息事务的请求。在数据交换过程中，由于设备电量和无线网 络的带宽的限制，也不需要一直与固定站点处于连接状态，即连接不具有持续性。 这种连接模式的应用将得到长足的发展，它能够在任何时间满足任何人在任何地点 数据访问的请求，人们获取信息将不再受时间、地点、空间的限制，更加的方便快 捷。移动计算环境的典型体系结构如图2 1 所示 2 2 2 3 1 2 4 j 。 一一 m h 、 注： j无线月域网 f h ： f i x e d h o s t ( 固定主机，没有通讯接口)l 蝉元 j m ：m 0 两1 ch o “移动主动支持节点，带有无线通讯接口) imhmssm o b i l es u p p o r t s t a t i o n j： ( 移动支持节点，带有无线通讯接口)、 一 ? 、- - 图2 1 移动计算环境的体系结构 4 从图上可以看出，这个模型由固定设备和移动设备两部分组成f 2 3 1 。固定设备是 整个结构的可信部分，它通过固定的高速网络连接起来。相对于可靠性较高的固定 网络而言，无线网络单元就是体系结构中的非可信部分。固定设备中有一部分是移 动支持基站( m s s ：m o b i l es u p p o r ts t a t i o n ) ，它有可以与移动设备通讯的无线接1 3 ， 能够支持一个无线网络单元的通讯。每个无线网络单元都有一个可覆盖范围，而此 范围则主要取决与所采用的无线通讯技术，无线l a n 单元覆盖的范围是直径约为 几百米的区域，而采用卫星通信的无线网络单元覆盖的范围则相当大，据分析只需 要几个这样的无线网络单元就可覆盖全球。每个无线网格单元中若干个移动主机 ( m h ) ，它们通过无线网络直接与m s s 连接，最终接入固定高速网络中。m h 只 要在无线通信单元内或单元间移动时都可以随时与m s s 建立通信连接，从而能自 由的移动。固定设备中的另一类结点是不带无线通信接口的固定结点( f h ) ，这两 类结点是通过高速固定网络连接在一起的。与传统的分布式计算相比，移动计算具 有以下主要特点【2 9 】【3 0 】： 1 、移动性 在移动计算环境中，最突出的特征就是移动主机m h 能够在无线通讯单元内及 单元间自由移动，在移动的同时仍然能够随时与移动支持基站m s s 保持通讯连接。 在此移动环境中，能通过过区切换来实现与位置相关的应用程序及数据查询。 2 、频繁断接性 在移动过程中，由于电源、通信费用、网络条件等方面的限制下，移动设备与 固定网络之间会经常主动或被动的断接。这时，系统中的应用程序是不会因为网络 断接而撤销，依然能在客户端正常运行，等待下次与固定网络连接时再交换数据， 或者自动进入休眠状态。 3 、网络条件多样性 由于移动设备的移动，网络带宽、通信代价、服务质量、网络延迟等网络环境 在不同时间呈现出不同的特性，移动计算系统就必须提供多种系统运行方式和资源 优化方式，如：移动设备可以接入高速的固定网络，也可以与不稳定的基站服务器 连接，甚至在移动单元覆盖不到的区域，也能够处于暂时的断接状态。 4 、网络通讯的非对称性 一般的无线网络中，固定服务器站点拥有强大的发送设备，而移动设备的发送 能力非常有限，导致从服务器到移动设备的下行链路的通信带宽与代价比从移动设 备到服务器的上行链路高很多。 5 、无线连接的低带宽 5 圆 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 移动计算环境下，用户规模比常规网络环境大得多，和固定网络相比，无线连 接的带宽要小很多，它只有几十个k b p s ，目前最新的无线l a n 带宽可以达到 1 1 m b p s ，但随着图片，音频，视频等多媒体数据的急剧增加，这是远远不能满足要 求的。 6 、移动设备的资源有限性 移动设备的电源通常只能维持几个小时，并且它的存储空间即使有也不可能很 大。所以跟固定设备相比，通讯带宽、存储容量和电源等资源都是很有限的。 7 、系统的低可靠性 系统要求移动终端可以远程访问系统资源，而无线网络更容易受到电子干扰而 出现网络故障，且移动主机遗失、失窃导致非法访问系统等情况的发生，也给系统 带来了新的不安全因素。 研究表明，移动计算环境的以上特征使得传统的分布式计算技术不再适用于移 动计算中。目前，移动计算的研究已经成为一个独立的学科分支，对移动计算中的 各个关键技术也都进行了相应的研究，如对位置相关的数据管理、缓存技术、数据 广播技术、复制技术、移动事务处理技术、位置管理和位置相关数据查询以及移动 计算的安全技术等。 2 2 移动数据库系统的体系结构 由于上述移动环境的特点，移动数据库管理系统会允许移动端将关心的数据从 服务器的中心数据库下载下来，形成数据副本，用户就可以在任何时候和地点对数 据进行存取。这样也会造成数据副本与中心数据库的数据的不一致性，需要相关的 同步处理技术来使移动数据库与远程数据库服务器相互协作来保证数据的不一致。 图2 2 是一个典型的带有同步服务器的移动数据库系统的体系结构。 服务器之间通过高速的网络连接，数据库服务器管理数据副本，可以在断接状 态下处理本地数据，执行暂态事务。基节点上的同步服务器连接中心数据库，可以 给移动终端提供数据订阅、处理移动事务、维护数据一致等功能。同步服务器是固 定网络和移动终端连接的桥梁，在移动数据库系统中也是一个很关键的部分。 6 ： ： 硕士学位论文 m a s t e r 。st h e s i s 移 ”、 苇 动 一一 。d 套嚣鲁蚪： “ 确钳一 - 互 终 、 、 尢线甄伺线凹辂 坌 端 、 剜 、，、_ 应用程序 ； 结翁协绽 ：先 移动终端sql 结果 1 ” 语法分析、金询处理一 同步管理模块 ， 存取原语状态记录 ，7 i j 7 丫丫， 配黄管理 数据库访问管理 f = = 二= 二= = l 数据库 l 、，_ _ 一 图2 2 典型的移动数据库系统的体系结构 2 3 移动数据库的关键技术 与移动数据库相关的技术和理论包含了当今计算机和通信发展的最新成果，根 据目前国际上的研究表明，移动数据库的关键技术主要集中在如下几个方面f 3 3 】。 1 、复制与缓存技术 在若干个节点上面保存的数据的备份我们称为数据复制，包括在在移动节点上 以及服务器间进行复制保存数据库的复制1 3 。我们将前者称为缓存，后者被称为复 制。 提高数据库系统的可靠性和可用性是复制的主要目的，它的首要问题是如何保 证在若干个节点上的数据的状态是一致的，传统的复制技术是在假设服务器是保持 7 ： ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 连接并且位置固定的。所以对于频繁断接且位置常变化的移动客户机来说，传统的 技术在移动环境中已不能有效的工作。文献【3 1 】中详细的分析了当前数据复制技术， 提出了一种移动数据库系统的三级复制体系结构，它由空中复制，服务器级复制， 客户机缓存这三级复制机制构成。 缓存技术是指为了提高性能减少访问数据库服务器次数，于是在客户机上缓存 部分数据，它在传统分布式数据库里也得到了广泛的应用，但传统的技术要求客户 机保持与服务器的连接，所以对于移动环境来说这也是不适用。文献 3 2 】中为了保 证客户机上的缓存同步，提出一种服务器或者异步广播缓存失效报告，也即缓存失 效报告技术。 2 、数据广播技术 在移动计算环境中，移动客户机连接的状态很不稳定，并且其通信的网络带宽 低，要实现大量的移动用户能任何时间任何地点的访问数据库这个目标是很困难 的。要用传统的技术实现移动环境下的这个应用是个挑战，由于断接时移动客户机 无法知道各种程序要什么数据，这种断接的问题只依靠缓存不能得到完全解决，而 移动主机的存储能力也是有限的。因此数据库服务器可以将被经常访问的数据组织 起来，然后对这些数据进行周期性广播，移动客户机可以通过这种方式访问数据， 这种方式称为数据广播技术【3 3 1 。广播的开销不依赖于移动用户的数量是它的最大优 点。 关于移动数据广播的技术研究主要在广播组织方式、广播模式和广播调度策略 等方面。对于广播组织方式已有的研究都是采用b + 树的索引结构，它的优点是可 以减少磁盘的访问次数即使是在记录被频繁的查询、删除及添加的情况下，提高磁 盘的访问效率。广播模式分为静态和动态两种模式，在静态模式下，服务器不考虑 移动用户的需求按预定的内容进行数据广播，而动态模式下，移动用户可以上传需 求，然后服务器按照此需求动态的进行数据组织并广播。还有一种混合广播模式是 对前面两者的结合。对于广播调度策略有如基于广播盘的调度策略，该策略可以让 移动用户较快的获得高频数据。 3 、位置管理 数据在移动环境中是分别存在移动客户机以及固定网络的服务器上，移动客户 机上的数据会随着移动主机的移动不断的变化，使得数据的管理和访问变得困难。 移动用户的位黄会影响与位置相关的数据的查询的结果，提交查询的位置不同，结 果也可能会不样。例如在路上行驶的车辆提交查询“最近的加油站 ，用户的移 动可能会使结果变化。 8 ： 硕士学位论文 m a s t e r 。st h e s i s 如何获得移动用户的位置信息以及如何存储、管理和更新位置信息，是对位置 管理的研究的最多的两个方面。对于移动用户位置管理主要有两种解决方法，一种 方法是让每个移动客户机都有自己的宿主服务器，并且要在上面做登记，当移动用 户移动到其它区域，就会向宿主服务器报告其位置。当一个站点想与某个移动主机 通信时，要先与其宿主服务器取得联系，得到该移动主机的位置信息。但是移动主 机与其宿主服务器距离超出一定的范围，可能会导致访问的数据过时。第二种方法 是基于数据广播的，如果一个站点与某个移动主机通信，要先探测该主机是否与自 己在同一个单元，发送一个查询信息广播给自己所在的单元的基站，如果不在，站 点就与其宿主服务器通信来获得位置信息。 4 、移动查询优化技术 移动查询优化技术是指在传统分布式数据库查询技术的基础上，运用一些方 法，使查询引擎可以根据当前网络条件，减少断接及低带宽的影响而采取的优化技 术。并且同时还需要合理的组织远程数据库访问、本地数据库管理等消耗电能比较 多的操作，在移动计算机有限的电源能力的前提下，达到节能的目的，使关键数据 的可用时间延长【m j 。 5 、移动事务处理 移动客户机上产生的事务称为移动事务，它属于分布事务。移动事务处理用于 维护数据的一致性，支持用户的并发访问，使用户能够可靠的查询以及对数据库进 行更新，它是移动数据库系统的一个基本功能【3 5 1 。用户对数据库的访问一般都是由 事务来完成的，被触发的规则也是作为数据库的事务来执行。 在传统数据库中事务必须要满足四个准则，原子性、一致性、隔离性及永久性。 在移动环境下，移动事务处理与传统的非移动事务处理有很多不同之处。 移动事务的特性使得移动事务处理具有以下几个特点： 1 ) 在事务的执行期间，不仅发出事务的客户机是移动的，且事务本事也是移动 的。 2 ) 移动事务要访问的是分布的异构数据库系统。 3 ) 由于频繁断接性以及数据和用户的移动性，导致事务处理出现错误，同时也 会增加移动事务的执行时间，使之变成长事务。 4 ) 在移动计算环境下，移动客户机在无线网络单元间迁移，随之被访问的数据 的状态以及事务的状态都在改变，并且要求在新的区域里这个事务也可以继续执 行，还需要维护数据的一致性。 从移动事务的特征看出，不支持长事务带来的系统低效率和移动事务的移动性 9 ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 是传统分布式事务模型不适用于移动数据库的最主要原因。 6 、移动数据库的安全技术 从本质来看，由于无论从何地都能够轻而易举的侦听和发射无线电波，无线网 络远没有固定网络安全。所以，与固定线路相比数据的无线传输更容易被盗用或欺 骗，带来的安全问题是：移动计算机虽然方便携带，但也易失窃，在失窃后如何阻 止其他人盗用那些被发送或者接收的数据；一台计算机容易被其它计算机冒充，如 何才可以防止这种非法数据访问；用户可以在移动计算环境中连入任意网络，怎样 防止被访问的网络环境被移动用户偶然甚至是恶意的破坏。在实际应用中，主要采 取的措施是：第一，加密无线路径，防止第三方盗用；第二，对客户机提供认证， 防止非注册移动客户机欺骗性接入；第三，对移动用户进行身份保护，防止用户位 置泄密或者被跟踪。 7 、移动a g e n t 技术 传统的c l i e n t s e r v e r 模型已不能满足移动计算的需要，因此移动代理( m o b i l e a g e n t ) 技术被提出，作为一种新的技术被应用到移动环境里。移动a g e n t 是一个 代替人或者其他程序执行某种任务的程序，由某个源计算机产生后，就可以与该计 算机脱离自行执行下去，它可以在网络系统里自主的在主机间移动，且可以选择何 时、何地移动。在移动的过程中，该程序还可以与其他a g e n t 相互合作和通信，直 到完成用户的任务。 根据上面的描述，我们可以看出移动代理有两大特点即移动性和自主性，因此 采用移动代理技术可以有很多好处：提供实时的远程交互、节约网络带宽、支持离 线计算、实现载荷卸载、提供定制化服务、易于分发服务、增加应用的强壮性、提 供平台无关性、提供更自然的电子商务模式。 移动代理适用于移动计算环境，表现在以下三个方面： 1 ) 能够节约网络带宽； 2 ) 对移动计算环境有很好的适应性，在连接状况不好的无线网络中也可以正 常的工作； 3 ) 有一定的自主性，在移动缓存管理中这种自主性有天然的优势。 2 4x m l 技术 h t m l ( h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 即超文本标记语言或超文本链接标示语 言，是目前网络上应用最为广泛的语言，也是构成网页文档的主要语言。近年来， 随着w e b 应用越来越广泛和深入，人们渐渐觉得h t m l 不够用了，h t m l 过于简 l o ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 单的语法严重阻碍了用它来表现复杂的形式，尽管h t m l 推出了一个有一个新的版 本，已经有了脚本、表格、帧等表达功能，但随着w e b 文件越来越大，越来越复 杂，也暴露出h t m l 越来越多的不足，尤其是在扩展性方面、结构方面以及数据确 认方面。 另一方面，这几年计算机技术的发展也十分迅速，已经可以实现了当初发明创 造h t m l 时复杂的多的w e b 浏览器，所有开发一种新的w e b 页面语言既是必要 的，也是可能的。 这是在这种情况下出现了x m l 。和使用其他标示语言创建文档一样，x m l 文 件由数据和标示标签组成。但是x m l 不再使用固定标记，而允许自由的为给定的 数据集合建立合适的标签。x m l 着重描述w e b 页面的内容，提供了一个直接处理 w e b 页面的通用方法。从数据处理的角度看，x m l 简单易读，并且便于处理；从 数据描述语言的角度看，x m l 灵活、可扩展，有很好的结构和约束。 伴随着w e b 应用的日益广泛和复杂，功能强大的x m l 得到了越来越多的应用。 x m l 的可扩展性、自相容性、内容与显示相分离等特点，使得它在电子商务、网 络出版、移动通信等方面都有着广泛的应用。 2 5 主动机制的引入 传统的关系数据库被称作是被动的，是由于在其系统中在用户或者程序提交命 令后数据的创建、查询、删除及修改操作才能被执行，这是无法满足移动数据库的 需求的，在移动数据库中引入主动机制，能够有效的解决移动数据库里的若干问题， 主动机制可以主动的对系统的状态及其变迁的情况进行监视，当有关事件发生则主 动且实时的执行用户预先指定的动作或动作序列，进行用户所需要的相关处理。主 动机制用于数据库中，能够加强和集成原有数据库的功能。例如进行完整性及一致 性等检测，可以是数据库的安全性和可靠性得到加强，还可以很好的实现多库间的 同步和通信等等。 2 6 本章小结 本章首先对移动计算的概念和特点进行了描述，给出了一个典型的移动数据库 的体系结构，并对其中几