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嵌入式移動數據庫研究
摘要: 嵌入式技術已在人們生活中得到廣泛應用；移動計算更是給人們的生活帶來了極大的方便。有移動計算技術推動發展的新的數據庫技術讓人耳目一新。嵌入式移動數據庫技術因此產生。主要論述了嵌入式移動數據庫的特點及應用，嵌入式移動數據庫管理系統（EMDB）的功能需求及特點，嵌入式移動數據庫的系統結構。關鍵字: 嵌入式 移動計算 嵌入式移動數據庫 EMDB 系統結構
1 引言
隨著移動計算技術的發展，移動數據庫逐步走向應用，在嵌入式操作系統中加入移動數據庫，也越來越顯示出其重要性。
1.1 嵌入式系統
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。
嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器／微處理器、存儲器及外設器件和I／O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（OS）（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統的運作和行為；而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。
1.2 移動計算
移動計算是一種新型的技術，它使得計算機或其它信息設備，在沒有與固定的物理連接設備相連的情況下，能夠傳輸數據。移動計算的作用在于，將有用、準確、及時的信息與中央信息系統相互作用,分擔中央信息系統的計算壓力, 使有用、準確、及時的信息能提供給在任何時間、任何地點需要它的任何用戶。移動計算環境比傳統的計算環境更為復雜和靈活。 典型的移動計算環境有[1]:
(1) 智能計算設備+ 無線網絡。通過無線網絡,智能計算設備可以隨時進入MCE 主網絡；
(2) 智能計算設備+ 調制解調器+ 電話網絡。在不同地點, 將調制解調器和附近的電話相連接, 通過電話網進入MCE 主網絡；
(3) 移動用戶+ 傳統工作站+ 傳統有線網絡。移動用戶在不同場地使用靜態計算機獲得MCE 的服務。
1.3 嵌入式移動數據庫
數據庫技術一直在隨著計算的發展而不斷進步。凡是有數據的地方，就要用到數據庫來協助管理數據。移動計算也是對數據的處理，離開對數據的管理、處理，計算機就毫無意義。移動計算同時又強調其移動性，傳統的PC機要做到移動，同時在苛刻的環境下作到良好的運作也是不可能的。此時，嵌入式很好的滿足了移動計算對移動客戶端計算的要求。三者從這一點上結合就產生了當今數據庫的一個新的發展空間：嵌入式數據庫技術。移動數據庫是指支持移動計算環境的分布式數據庫。由于移動數據庫系統通常應用在諸如掌上電腦、PDA、車載設備、移動電話等嵌入式設備中，因此，它又被稱為嵌入式移動數據庫系統。
2 嵌入式移動數據庫的特點及其應用
2.1 嵌入式移動數據庫特點
嵌入式移動數據庫在實際應用中必須解決好數據的一致性（復制性）、高效的事務處理、數據的安全性等問題。
（1）數據的一致性
移動數據庫的一個顯著特點是，移動終端之間以及與服務器之間的連接是一種弱連接。即低帶寬、長延遲、不穩定和經常性的斷開。為了支持用戶在弱環境下對數據庫的操作，現在普遍采用樂觀復制方法（Optimistic replication 或 Lazy replication）允許用戶對本地緩存上的數據副本進行操作。待網絡重新連接后再與數據庫服務器或其它終端交換數據修改信息，并通過沖突檢測和協調來恢復數據的一致性。
（2）高效的事務處理
移動事務處理要解決在移動環境中頻繁的、可預見的、拆連情況下的事務處理。為了保證活動事務的順利完成，必須設計和實現新的事務管理策略和算法，方法如下：
根據網絡連接情況來確定事務處理的優先級，網絡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是否遷移，即長時間的事務操作將全部遷移到服務器上執行，無需保證網絡的一直暢通。
根據數據量的大小來確定事務是上載執行還是下載數據副本執行后上載。
事務處理過程中，網絡斷接處理時采用服務器發現機制還是采用客戶端聲明機制。
事務移動（如：位置相關查詢）過程中的用戶位置屬性的實時更新。
完善的日志記錄策略。
（3）數據的安全性
許多應用領域的嵌入式設備是系統中數據管理或處理的關鍵設備，因此嵌入式設備上的數據庫系統對存取權限的控制比較嚴格。同時，許多嵌入式設備具有較高的移動性、便攜性和非固定的工作環境，也帶來潛在的不安全因素。同時某些數據的個人隱私性又很高，因此在防止碰撞、磁場干擾、遺失、盜竊等對個人數據安全的威脅上需要提供充分的安全性保證。保證數據安全的主要措施如下：
對移動終端進行認證，防止非法終端的欺騙性接入。
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后的數據泄密[2]。
2.2 嵌入式移動數據庫應用
目前，嵌入式移動數據庫有兩種應用，可劃分為水平應用和垂直應用。所謂水平應用，是指應用方案能夠用于多種不同行業，只需要極少的定制工作；而垂直應用則針對特定行業的應用，數據處理具有獨特性。與水平應用相比，垂直型應用具有明顯的行業特殊性，不同領域的應用之間差別較大，結果表示和服務器數據庫的管理也有很大不同。主要涉及保險、銀行業、航班信息、政府部門等具體的行業領域。如圖所示[3]：
圖 1 嵌入式移動數據庫的應用分類
3 嵌入式移動數據庫管理系統（EMDBMS）的特性
3.1 嵌入式移動數據庫管理系統的功能需求
移動計算環境中的數據庫管理系統，是一種動態分布式數據庫管理系統。由于嵌入式移動數據庫管理系統運行在移動計算的環境之下，應用于嵌入式操作系統之上，所以它有自己的功能需求：
（1）微小內核結構
考慮到嵌入式設備的資源有限，嵌入式移動DBMS應采用微型化技術實現，可在滿足應用的前提下，緊縮其系統結構以滿足嵌入式應用的需求。
（2）對標準SQL的支持
嵌入式移動DBMS應能提供對標準SQL的支持。支持SQL92 標準的子集，支持數據查詢（連接查詢、子查詢、排序、分組等）、插入、更新、刪除多種標準的SQL 語句，以充分滿足嵌入式應用開發的需求。
（3）事務管理功能
嵌入式移動DBMS應具有事務處理能力，可自動維護事務的完整性、原子性等特性；支持實體完整性和引用完整性。
（4）完善的數據同步機制
數據同步是嵌入式數據庫最重要的特點。通過數據復制，可以將嵌入式數據庫或主數據庫的變化情況應用到對方，以保證數據的一致性。
（5）支持多種連接協議。
嵌入式移動DBMS應支持多種通信連接協議。可以通過串行通信、T C P /IP、紅外傳輸、藍牙等多種連接方式，實現與嵌入式設備和數據庫服務器的連接。