移動資料庫

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移動資料庫(mobile database)

　　移動資料庫是指在移動計算環境中的分散式資料庫，其數據在物理上分散而在邏輯上集中，它涉及資料庫技術、分散式計算技術、移動通信技術等多個學科領域。通俗地講，移動資料庫包括以下兩層含義：人在移動時可以存取後臺資料庫的數據或其副本；人可以帶著後臺資料庫的副本移動。

　　在網路技術和無線通信技術飛速發展的今天，越來越多的移動辦公人員希望隨時隨地，甚至在移動的過程中查詢和更新資料庫。資料庫領域的移動化和在移動通信領域使用資料庫進行數據處理代表了當今的兩大趨勢。

　　與分散式資料庫系統相比，移動資料庫系統具有如下特點：

　　(1)移動性與位置相關性移動資料庫可在無線通信單元內及單元間自由移動，而且在移動的同時仍可能保持通信連接。此外，應用程式及數據查詢都可能是位置相關的。

　　(2)頻繁的斷接性移動資料庫與固定網路之間經常處於主動或被動的斷接狀態，這要求移動資料庫系統中的事務在斷接的情況下能繼續運行，或者自動進入休眠狀態，不會因為網路斷接而撤銷。

　　(3)網路條件的多樣性在整個移動計算空間中，不同時間和地點聯網條件相差十分懸殊。因此移動資料庫應提供充分的靈活性和適應性，提供多種系統運行方式和資源優化方式，以適應網路條件的變化。

　　(4)系統規模龐大在移動計算環境下，用戶規模比常規網路環境龐大，採用普通的處理方法將導致移動資料庫系統的效率十分低下。

　　(5)系統的安全性和可靠性較差由於移動計算平臺可以遠程訪問系統資源，從而帶來新的不安全因素。此外，移動主機遺失、失竊等現象也容易發生，因此移動資料庫系統應提供比普通資料庫系統更強的安全機制。

　　(6)資源的有限性電池電源對移動設備來說是有限的資源，通常只能維持幾個小時。此外，移動設備還受通信帶寬、存儲容量、處理能力等的限制。移動資料庫系統必須充分考慮這些限制，在查詢優化、事務處理、存儲管理等環節提高資源的利用效率。

　　(7)網路通信的非對稱性上行鏈路的通信代價和下行鏈路有很大差異，要求在移動資料庫的實現中要充分考慮到這種差異，並採用合適的方式(如數據廣播)傳遞數據。

　　移動資料庫系統環境由移動主機MH(mobile host)固定主機、無線網和固定有線網路組成。MH通過無線網(有時也直接上有線網)與移動支持站MSS(mobile support station)通信，再經其固定主機FH(fixed host)與有線網通信。每個MSS有移動資料庫管理系統(MDBMS)和局部資料庫(LDB)，負責其單元(cell)內各MH的數據管理。但各MH有自己的數據，且越來越多的數據會放在這些MH上(而不是MSS資料庫管理員管理的資料庫中)。MH還可以在單元之間移動，因此有MSS之間的“過區切換”問題。有時，MH甚至會關閉電源，從而離開一個單元，然後在另一個很遠的單元再出現，所以“過區切換”所過的不一定是相鄰區。整個系統的體繫結構如圖1所示。

　　圖1　　移動資料庫系統模型

　　移動資料庫是傳統分散式資料庫的擴展，是一種動態分散式資料庫系統，它具有下列基本特點。(1)移動性。在計算過程中，HM會移動，不斷改變自己的位置。

　　(2)頻繁斷接性。HM在移動過程中，由於資源條件的限制和使用方式等原因，一般不持續保持網路連通，而是不斷地主動或被動斷接和接入。

　　(3)網路狀態多樣性。整個移動環境中，各地網路的帶寬、通信代價、延時等狀態不同。

　　(4)網路通信非對稱性。無線通信兩端MH和MSS主機的發送與接收能力不一樣，下行(MSS到MH)鏈路和上行(MH到MSS)鏈路的通信能力相差懸殊。

　　(5)資源有限。MH的計算能力、存儲空間、電源能力等都有限。

　　(6)可靠性較低。無線網路易於因受干擾等而發生故障，MH因便攜移動而易於發生意外事故(撞壞、遺失、磁場干擾等)。因而其可靠性較低。

　　(7)規模及其伸縮性大。移動應用環境在地域範圍、數據量、用戶數量等方面都比較大，但其伸縮性也大。

　　移動資料庫系統的數據管理應達到以下目標：

　　(1)可用性和可伸縮性

　　保證讀寫操作的高可用性，在節點或副本數目及工作負荷增加時，不會引起性能的急劂下降，同時保持系統的穩定。

　　(2)移動性

　　允許移動節點在網路斷連時進行資料庫的讀寫。

　　(3)可串列性

　　事務處理滿足單副本可串列性。

　　(4)收斂性

　　提供一定的機制以保證系統收斂於一致性狀態。

　　移動資料庫的系統環境比傳統的環境更為複雜和多變。它具有用戶計算平臺的移動性、連接的頻繁斷接性、網路條件的多樣性、網路通信的非對稱性、系統性能的高伸縮性和低可靠性，以及資源尤其是電源能力的有限性等，這些對移動資料庫的體繫結構、丁作原理、功能特性和性能都提出了新的或更高的要求，對資料庫提出了新的挑戰。

　　針對上述特性，移動資料庫必須解決若幹關鍵技術問題，如數據的一致與可複製性、移動事務處理、位置相關查詢與數據處理、數據廣播及數據安全性等。

　　1．數據一致性

　　由於MH和MSS之間的連接是一種弱連接，即低帶寬、長延遲、不穩定和經常斷開。用戶在這種弱環境(經常是斷開連接)下對資料庫進行查詢與更新，這就帶來以下幾方面的問題：

　　·一致性。被操作的MH上的數據與資料庫中的可能不一致。當前可採用的技術有“失效報告”(invalidationreport)與失效處理、版本編號(version—numbering)、版本向量方案(version—vectorscheme)等。

　　·可恢復性。若斷接的MH發生災難性故障，它就成為孤立點，因此移動資料庫的恢復問題是關鍵之一。這與下麵介紹的數據複製緊密相關。

　　·數據複製。是移動資料庫的可用性與可靠性的關鍵技術。現在普遍採用樂觀複製方法(optimistic replication或lazy replication)，它允許用戶操作本地緩存上的數據副本，待重新連接後再恢復與資料庫的一致性。此外，人們還開發出了許多複製策略與方法，如兩極複製演算法、虛擬主副本方法、多版本衝突消解法和三級複製體繫結構等。

　　2．移動事務處理

　　移動事務處理要考慮在移動環境中資源有限、頻繁斷接的情況，必須設計和實現新的事務管理策略與機制。主要包括：

　　(1)合適的移動事務模型。關鍵是體現移動特性和長事務特性。由於資源(如帶寬)限制、頻繁斷接、過區切換等因素，移動事務往往又是長事務。ACID特性必須放

　　(2)事務執行過程中MH移動的處理，如位置信息的實時更新、過區切換處理等。

　　(3)有效的事務處理策略，如：

　　·根據網路連接情況來確定事務處理的優先順序，網路連接速度高的事務請求優先處理。

　　·根據操作時間來確定事務的遷移，長操作則遷移到伺服器上執行，無須保證網路的一直暢通。

　　·根據數據量的大小來確定事務是上傳執行還是下載數據副本執行後再上傳。

　　·事務處理過程中，網路斷接處理時採用伺服器發現或客戶端聲明機制。

　　(4)完善的日誌記錄策略，包括日誌複製(在MSS上)，以支持移動事務的恢復。

　　3．位置相關查詢

　　在移動環境下，由於位置的網路地址會發生變化，因而查詢的路由也會發生變化，這將直接影響查詢處理策略，處理代價的計算與優化也顯得更為複雜。同時還要考慮連接時間、資源(如記憶體空間、電源能量等)限制等問題。

　　4．數據廣播

　　MSS將經常請求的數據周期性或變化時問地主動發佈，使MH能隨時獲取所需數據，而無須經過發送請求，這稱為數據廣播。它既節省了MH發請求的開銷，還充分利用了無線網路帶寬的非對稱性；對提高系統性能、減少系統資源開銷有很大的好處。

　　5．數據的安全性

　　移動性、便攜性和非固定的工作環境帶來潛在的安全隱患。為了防止碰撞、磁場干擾、遺失、盜竊等對個人數據安全造成威脅，應採取一定的數據安全保證措施。如：對移動主機MH進行認證，防止非法MH的欺騙性接入；對無線通信進行加密，防止數據信息泄漏；對下載的數據副本加密存儲，以防移動終端物理丟失後的數據泄密。

　　移動資料庫的發展隨著信息產業競爭的日趨激烈，移動通信技術將加速發展，智能化終端產品將不斷涌現，移動計算硬體平臺的技術改進和價格將不斷下降，移動電子商務應用解決方案將不斷完善，企業對移動計算的需求將會穩步增長。另外，通過具有移動計算功能的移動電腦、汽車、手機甚至是手錶等新一代的智能化設備，隨時隨地發送、獲取所需的信息將是人們的生活方式和工作方式的一次革命。下麵我們列舉幾個典型的移動資料庫應用的例子。

　　1．移動計算在物流領域的應用

　　我國物流領域的發展目前遠落後於一些發達國家，信息化程度低是其中一個重要的原因。物流信息化有利於協調生產、銷售、運輸、儲存等業務的開展，有利於降低庫存，節約在途資金等。

　　在運輸方面，利用移動電腦與GPS／GIS車輛信息系統相連，使得中央控制系統可以對車輛的位置、狀況等進行實時監控。利用這些信息可以對運輸車輛進行優化配置和調遣，另外，通過將車輛載貨情況以及到達目的地的時間預先通知下游單位配送中心或倉庫等，有利於下游單位合理地配置資源、安排作業，從而提高運營效率，節約物流成本。在物流的儲存保管環節，帶有小型移動資料庫的手持移動電腦將是一個非常理想的工具，通過這種移動電腦庫存，校對或控制的數據通過無線通信網直接寫入中央資料庫，這樣就提高了工作效率和信息的時效性，有利於物流的優化控制。

　　在配送環節，帶有小型移動資料庫的手持移動電腦同樣是非常理想的信息工具，在物品投遞的同時，輸人手持電腦的數據，通過無線通信網同時輸人中央資料庫。因此，幾乎在物品投遞的同時，用戶即可查詢到物品已投遞的信息。總之，移動計算的發展將使得物流信息做到真正的無縫連接，使得物流真正實現實時高效，從而也就更好地滿足了用戶跟蹤查詢的需求。此外，物流的高效運營將進一步促進電子商務的發展。

　　2．移動計算在銀行業務中的應用

　　移動銀行業務主要有以下幾類：銀行賬戶操作、支付賬單、信用卡賬戶操作、股票買賣、聯機外匯、訊息通知、移動商務和第三方身份驗證。隨著廣大的移動用戶為移動銀行所吸引，首先開展這項業務的銀行將吸引大量的新客戶，便利的服務將刺激客戶更多地使用銀行服務，從而擴大銀行的業務量。銀行可充分利用移動計算設備，與客戶快速而直接地溝通，很多客戶事務均可以利用移動設備的簡訊息功能發佈，從而提高銀行的工作效率。

　　移動銀行可以使客戶在遠程對“自己的銀行業務”實現簡單操作，方便省時，降低成本，同時安全可靠，機動靈活。客戶可以在任何時問、任何地點進行銀行交易，節約了去銀行的時問。客戶出差或旅游在外，仍可以方便地享受銀行服務。客戶不僅可以依靠電腦、數據機和電話線，還可以憑藉一部手機就可以隨時操作“電子商務”，安全可靠地隨時隨地查詢自己的賬目。

　　移動銀行可先從銀行的現有電話銀行和網上銀行業務人手，即把原有有線電子銀行服務業務轉換到智能電話和WAP手機上。同時隨著智能電話、雙向尋呼機和各種掌上設備的迅速發展，移動用戶不僅可以利用這些設備進行日常金融活動，如查閱債券、轉賬和支付賬單，還可以在這些設備上安裝移動嵌入式資料庫，利用移動資料庫的功能，定製移動用戶資料庫，保持其與企業資料庫的雙向同步，使移動資料庫僅是企業資料庫的一個子集，從而真正實現移動用戶信息本地化，實現移動銀行個性化服務，讓客戶把“銀行”帶到身邊，使當今的銀行能夠為總是處於運動和靜止之中的客戶提供及時、準確、方便和個性化的服務。

　　3．利用移動計算進行實時數據採集和公共信息發佈

　　在移動計算環境中，大量的移動用戶將通過筆記本電腦、掌上電腦、PDA、車載平臺等移動設備的無線通信介面獲取各種各樣的公共信息，如股票行情、天氣狀況和交通信息等。以交通信息發佈為例，一個大城市的移動信息系統將同時為超過10萬個移動用戶提供服務。又例如，保險業務員在外出聯繫客戶時，使用筆記本電腦或掌上電腦，可隨時從公司調出最新的資料，查詢客戶的詳細信息，完成交易後又可將最新的保單信息即時反饋回公司，這樣大大加快了保險公司的工作效率。

　　嵌入式移動資料庫技術目前已經從研究領域向更廣泛的應用領域發展，隨著移動通信技術的進步和人們對移動數據處理和管理需求的不斷提高，與各種智能設備緊密結合的嵌入式移動資料庫技術已經得到了學術界、工業界、軍事領域、民用部門等各方面的重視。不久的將來嵌入式移動資料庫將無處不在，人們希望隨時隨地存取任意數據信息的願望終將成為現實。