嵌入式移動資料庫與Agent技術原理設計

移動環境中所具有的移動性、頻繁的斷接收、低帶寬、電池電量有限性等特性，決定了移動資料庫中的計算環境不同於分布式資料庫，給移動資料庫的研究提出了許多新的挑戰。本文分析移動資料庫的特點、體系結構；介紹移動資料庫系統中的一些關鍵性技術，及移動Agent在移動資料庫中的應用。

移動資料庫是移動計算環境中的分布式資料庫，由於移動資料庫的應用大都嵌入到諸如掌上電腦、PDA、車載設備等移動通信設備中，故移動資料庫有時也稱為嵌入式移動資料庫。在資料庫系統的研究歷史中，傳統的分布計算與分布資料庫的研究是基於有線網絡和固定主機的。這些都採用了一些默認的隱含假設，例如固定網絡連接、對等通信代價、主機節點固定不變等。但進入20世紀90年代以來，隨著移動通信技術和網絡技術迅速發展，加之移動計算機和移動通信設備的大量普及，許多計算節點可以在移動過程中與網絡建立連接，使得上述假設條件不成立。移動計算環境具有移動性、低帶寬、頻繁斷接性、網絡通信的非對稱性、電源電力的有限性等特點，使得傳統分布式資料庫中的方法和技術不斷直接應用於移動資料庫。目前，移動資料庫的應用與研究正在成為學術界的一個研究熱點，有大批學者投入到這一新的研究領域。

1 嵌入式移動資料庫的體系結構

在傳統的分布式計算系統中，各個計算節點之前是通過固定網絡連接並保持網絡的技術連接性的，而移動計算系統改變了這種假設條件。移動計算系統是固定節點和移動節點構成的分豐計算系統。移動計算的網絡環境具有鮮明的特點：移動性、斷接性、帶寬多樣性、可伸縮性、弱可靠性、網絡通信的非對稱性、電源能力的局限性等。移動環境中的分布式資料庫就是移動資料庫。它是傳統分布式資料庫系統的擴展，可以看作客戶與固定伺服器節點動態連接的分布式系統。移動資料庫系統的結構如圖1所示。

其中，移動客戶機MC（Mobile Client）包括可攜式電腦、PDA等；MSS（Mobile Support Station）支持移動計算的固定節點，具有無線通信接口；FH（Fixed Host）沒有無線通信接口，安裝有資料庫和資料庫管理系統。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/257762.htm

2 嵌入式移動資料庫的關鍵技術

為了實現移動資料庫，必須解決移動計算環境中斷接性、移動性、網絡通信的不對稱性等因素對移動資料庫系統的影響。

（1）數據複製與緩存技術

該技術是解決移動資料庫數接性的關鍵技術，在現有DBMS基礎上進行修補以適應移動計算也採用該技術。傳統的複製/緩存技術都是假設客戶機和伺服器之間是經常保持連接的，並基於這個前提來維護一致性。這在移動計算中是不適用的。目前，針對移動計算特點開展數據複製/緩存技術的研究最具代表性的是：J.Gray的兩級複製機制、CODA系統以及緩存失效報告廣播技術等。另外，SYBASE公司的移動資料庫產品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也採用該技術來支持移動計算環境。

（2）數據廣播

通俗地講，數據廣播是指在移動計算環境中，利用客戶機與伺服器通信的不對稱性，以周期性廣播的形式向客戶機發送數據。其最大的優點是，廣播開銷不依賴移動用戶數量的變化而變化，藉助數據廣播，可以在一定程度上解決移動資料庫系統的斷接問題。數據廣播的研究可分為伺服器和客戶機兩個方面：伺服器主要考慮如何利用本地緩存進一步減少查詢廣播數據的時間。在國內，長沙國際科技大學的周興銘院士對數據廣播進行了深入研究，提出了數據廣播的多盤調度算法。衡量數據廣播調度算法好壞的參數是訪問時間和調諧時間。

（3）位置相關查詢優化

在移動資料庫中，存在著與位置相關信息的查詢及更新。查詢通常是與位置相關的，即使是同一個問題，在不同的地方，所得查詢結果是不同的，如「最近的醫院在哪裡？」。移動查詢優化技術是指在傳統分布式資料庫查詢優化技術的基礎上，利用多種方法，消除帶寬多樣性、斷接等因素造成的影響，使查詢引擎能夠根據當前可用網絡條件採取恰當的優化策略；同時，針對移動計算機有限電源能力，合理地組織本地資料庫管理、遠程資料庫訪問等耗電能較多的操作，達到節能目的，延長關鍵數據的可用時間。

採用基於分割的地址更新策略時，由位置伺服器維護的移動用戶對象包含以下數據成員和方法：
分割集合——記錄MSS的分割情況，例如{Cell1,Cell2},{Cell3,Cell4,Cell5}；
LOC——記錄移動用戶最近報告的地址（無線單元的ID），例如Cell1；
ERR——移動用戶當前所在的分割，例如，若LOC=Cell1,則ERR={Cell1,Cell2};
loc()——一個方法，用於返回該用戶的實際地址，即上面介紹的地址查詢過程。
在移動查詢的應用中，有各種各樣涉及地址的查詢，例如「請尋找一名校園附近的醫生」，「查找X，Y，Z，這三人都在同一條公路上，且Y在X與Z之間」，等等。一般地，可以把這一類地址相關查詢表示為：
SELECT x1,x2,…，xn
FROM Users
WHERE(x1,loc=11∧…∧xn.loc=1n)∧C(11,…，1n)∧W(x1,…,xn)
其中C（11,…，1n）是關於地址11，…，1n的n元約束條件，而W（x1,…,xn）是關於對象x1,x2,…，xn非地址屬性的n元約束條件，Users是所有移動用戶的集合。

（4）移動事務處理

事務處理是資料庫管理系統的一個基本功能，主要用於維護數據的一致性，支持多用戶的並發訪問，使用戶可以可靠地查詢和更新資料庫。一般來說，用戶對資料庫系統的訪問都是通過事務來完成的。在傳統的資料庫系統中，一個事務由一系列讀寫操作組成。事務處理必須滿足四個準則，即原子性、一致性、隔離性和永久性（簡稱ACID）。移動計算環境的特點，使傳統資料庫系統中的事務處理技術不能滿足移動事務處理的要求。

通常，將移動客戶機發出的事務叫移動事務，它屬於分布事務。移動事務處理具有以下特點：
①移動性。這不僅指移動事務執行期間，發出事務的移動客戶機是移動的，而且事務本身也在相應地移動。
②長事務。由於無線網絡通信的低帶寬、高延遲以及移動客戶機的頻繁斷接性，都可能使移動事務成為長事務。
③易錯性。由於移動客戶機不如固定結點可靠，而且無線網絡通信也不如固定網絡穩定，因此，與一般事務相比，移動事務更容易出錯。
④異構性。由於客戶機的移動性，移動事務可能要訪問分布的異構資料庫系統。
總之，移動事務不同於傳統事務，傳統的ACID模型已不能很好地描述移動事務，需要為移動事務尋找更好的模型。維護數據的一致性和解決過區切換（handoff）問題是移動事務管理的重要任務。

3 移動Agent技術

Agent的研究起源於人工智慧領域。Agent是指模擬人類行為與關係，具有一定智能並能夠自主運行和提供相應服務的程序。移動Agent是一個能夠在異構網絡中自主地從一臺主機遷移動另外一臺主機，並可與其它Agent或資源交互的程序。實際上它是Agent技術與分布式技術的混血兒。移動Agent具有自主性、移動性、協作性、安全性、智能性等特性。

傳統的分布式計算基於Client/Server體系結構，其帶寬耗費嚴重，網絡負載不均衡，容錯能力較差。移動Agent作為全新分布式計算工具，通過將自身代碼、狀態傳送到遠程主機，並在遠程主機執行的方式克服了Client/Server方案的不足之處，因而成為分布式計算的主要發展方向之一。

與Client/Server方案相比，移動Agent具有以下幾大優勢：移動Agent通過移動到伺服器端工作並把最終數據傳回客戶機，可以節省網絡帶寬；移動Agent減少了費時的網絡傳輸，並且在規模較大的資料庫操作中Agent能實現本地操作，可以節省時間；移動Agent移動到伺服器端直接傳回最終結果，避免了中間數據的傳輸延遲；一旦移動Agent從客戶端傳輸到另一臺主機上，這臺機器就可以和網絡斷開連接直到想回收Agent或再次傳送Agent，即整個系統可工作在異步方式；移動Agent可以輕易地從一個平臺移動到另一個平臺，它們帶著自身代碼移動到目的機器上無須預先安裝就能運行，可以很方便地實現負載平衡；移動Agent可以感知環境的變化並作出反應，多個移動Agent可以動態地調整分布以維護最優配置。

基於移動Agent嵌入式移動資料庫改革了傳統的遠程查詢資料庫的SQL查詢方法，把查詢任務存儲到一個可通過網絡進行移動的Agent上，Agent將移動到伺服器上，執行查詢並在座結論，然後返回到用戶並列印結果。在這個過程中，我們把查詢任務分解為單個的查詢方法，而這些指令在網絡上的合適地點會被喚醒並執行。通過將移動Agent技術引入嵌入式移動資料庫中，有助於實現嵌入式移動資料庫查詢優化。

結語

移動計算的研究覆蓋了許多領域，如移動硬體設備、移動通訊、移動聯網技術、無線WWW訪問、移動資料庫技術、無線客戶/伺服器應用等。隨著網際網路和無線通訊技術的發展，移動資料庫的需求正在不斷增加，其技術正在成為國際資料庫界的一個研究方向。由於移動資料庫自身的移動性、斷接性、帶寬的有限性、網絡通信的非對稱性以及電源電量的有限性等特性，決定了移動計算環境不同於傳統的分布計算。Agent技術是計算機領域的一個研究熱點，是一個能獨立運行的智能體。現在，將移動Agent技術應用於分布式系統和網絡管理等方面取得了很好的效果。總之，隨著人們對信息需求的不斷增加，無線網絡和通信技術的不斷進步，移動資料庫領域的研究大有希望，必將為人類帶來巨大的商業和社會價值。