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摘要：随着智能移动终端的普及和移动计算技术的发展，人们对移动数据实时处理和管理要求的不断提高，移动数据库逐步走向应用，嵌入式移动数据库越来越体现出其优越性。本文分析了移动数据库的发展现状、关键技术，研究移动数据库系统的基本特征，展示移动数据库管理系统深入发展和研究的前景。
关键词：嵌入式系统；移动数据库；移动计算；事务处理
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)14-21000-02
Study of Embedded Mobile Database and Relative Application Issues
WANG Ping
(The Computer Department of Changji Occupation Technology Academy,Changji 831100,China)
Abstract:With the popularization of the intelligent portable terminal and the development of the portable computer technology, people’s requirements of constant real-time processing and management of moving data are continuously improving. As portable database is gradually put into application, embedded portable database increasingly embodies its superiority. This article is to analyze the present development of portable database and its key technology, probe into the basic characteristics of the portable database system and present the research horizon and further development of portable database managing system.
Key words:embedded system;mobile database;moving data
1嵌入式移动数据库的定义
1.1 嵌入式系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
1.2移动计算
移动计算是一种新型的技术，它使得计算机或其它信息设备，在没有与固定的物理连接设备相连的情况下，能够传输数据。移动计算的作用在于，将有用、准确、及时的信息与中央信息系统相互作用,分担中央信息系统的计算压力, 使有用、准确、及时的信息能提供给在任何时间、任何地点需要它的任何用户。移动计算环境比传统的计算环境更为复杂和灵活。 典型的移动计算环境有:
(1) 智能计算设备 无线网络。通过无线网络,智能计算设备可以随时进入MCE 主网络；
(2) 智能计算设备 调制解调器 电话网络。在不同地点, 将调制解调器和附近的电话相连接, 通过电话网进入MCE 主网络；
(3) 移动用户 传统工作站 传统有线网络。移动用户在不同场地使用静态计算机获得MCE 的服务。
1.3嵌入式移动数据库
一般说来，嵌入式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——嵌入式移动数据库或简称为移动数据库（EMDBS）。
2嵌入式移动数据库的体系结构及其主要特点
2.1体系结构
在传统的分布式计算系统中，各个计算节点之间是通过固定网络连接并保持网络的持续连接性的，而移动计算系统改变了这种假设条件。移动计算系统是固定节点和移动节点构成的分布计算系统。
移动计算的网络环境具有鲜明的特点：移动性、断接性、带宽多样性、可伸缩性、弱可靠性、网络通信的非对称性、电源能力的局限性等。移动环境中的分布式数据库就是移动数据库。它是传统分布式数据库系统的扩展，可以看作客户与固定服务器节点动态连接的分布式系统。
其中，移动客户机MC(Mobile Client)包括便携式电脑、PDA等；MSS(Mobile Support Station)支持移动计算的固定节点，具有无线通信接口；FH(Fixed Host)没有无线通信接口，安装有数据库和数据库管理系统。
2.2主要特点
移动数据库的计算环境是传统分布式数据库的扩展，它可以看作客户端与固定服务器节点动态连接的分布式系统。因此移动计算环境中的数据库管理系统是一种动态分布式数据库管理系统。由于移动数据库在移动计算的环境下应用在嵌入型操作系统之上，所以它具有：微小内核结构、对标准SQL的支持、事务管理功能、完善的数据同步机制、支持多种连接协议、完备的数据库管理功能和支持多种嵌入型操作系统的特点和功能需求。
在移动数据库中还需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题，如对断接操作的支持、对位置相关查询的支持、对查询优化的特殊考虑以及对提高有限资源的利用率和对系统效率的考虑等等。为了有效地解决上述问题，诸如复制与缓存技术、移动事务处理、数据广播技术、移动查询处理与查询优化、位置相关的数据处理及查询技术、移动信息发布技术等技术仍在不断的发展和完善，它们会进一步促进移动数据库技术的发展。
3嵌入式移动数据库的关键技术
移动数据库涉及的理论和技术含盖了当今通信、计算机和嵌入式系统的最新成果，其中在移动环境下如何进行数据管理是实现移动数据库的关键。
3.1数据复制与缓存
复制是在多个移动节点上维护数据的备份，包括服务器之间的复制和移动计算机上保存数据库的复制。一般前者称为复制后者称为缓存。复制的主要目的是提高分布式数据库系统的可用性、可靠性和访问性能。首要的问题是如何维护多个复制节点上数据状态的一致性。按照维护复制一致性的方式来划分，现有的复制协议可以分为严格一致协议和弱一致协议两种。严格一致协议要求任何时刻所有数据库的复制都是一致的；而弱一致协议允许各个复制之间存在暂时的不一致，但这种不一致总能够保持在一定的界限之内，而且总是能够趋于一致（收敛性）。目前，针对移动计算特点开展数据复制/缓存技术的研究最具代表性的是：J. Gray的两级复制机制、CODA系统以及缓存失效报告广播技术等，另外，SYBASE公司的移动数据库产品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用该技术来支持移动计算环境。
3.2数据广播
通俗地讲，数据广播是指在移动计算环境中，利用客户机与服务器通信的不对称性，以周期性广播的形式向客户机发送数据。其最大的优点是，广播开销不依赖移动用户数量的变化而变化，借助数据广播，可以在一定程度上解决移动数据库系统的断接问题。数据广播的研究可分为服务器和客户机两个方面：服务器主要考虑如何组织广播数据，即数据广播的调度；移动节点主要考虑如何利用本地缓存进一步减少查询广播数据的时间。在国内，长沙国防科技大学的周兴铭院士对数据广播进行了深入研究，提出了数据广播的多盘调度算法。衡量数据广播调度算法好坏的参数是访问时间和调谐时间。
3.3位置相关查询优化
在移动数据库中，存在着与位置相关信息的查询及更新。查询通常是与位置相关的，即使是同一个问题，在不同的地方，所得查询结果是不同的，如“最近的超市在哪里?”。移动查询优化技术是指在传统分布式数据库查询优化技术的基础上，利用多种方法，消除带宽多样性、断接等因素造成的影响，使查询引擎能够根据当前可用网络条件采取恰当的优化策略；同时，针对移动计算机有限电源能力，合理地组织本地数据库管理、远程数据库访问等耗电能较多的操作，达到节能目的，延长关键数据的可用时间。
3.4移动事务处理
事务处理是数据库管理系统的一个基本功能，主要用于维护数据的一致性，支持多用户的并发访问，使用户可以可靠地查询和更新数据库。一般来说，用户对数据库系统的访问都是通过事务来完成的。在传统的数据库系统中，一个事务由一系列读写操作组成。事务处理必须满足四个准则，即原子性、一致性、隔离性和永久性(简称ACID)。移动计算环境的特点，使传统数据库系统中的事务处理技术不能满足移动事务处理的要求。
总之，移动事务不同于传统事务，传统的ACID模型已不能很好地描述移动事务，需要为移动事务寻找更好的模型。维护数据的一致性和解决过区切换(handoff)问题是移动事务管理的重要任务。
3.5数据的安全性
许多应用领域的嵌入式设备，是系统中数据管理或处理的关键设备，因此嵌入式设备上的数据库系统，对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也给嵌入式移动数据库带来了潜在的不安全因素。同时，某些数据的个人隐私性又很高，因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等对个人数据安全的威胁上，还需要提供充分的安全性保证。
4嵌入式移动数据库的应用方向
移动数据库技术的许多特性都与信息时代的不断进步的需求相吻合, 有着广阔的发展空间。
4.1嵌入式移动数据库在物流领域有着广阔的应用前景
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，节约在途资金等。在运输方面，利用移动计算机与GPS/GIS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。
4.2嵌入式移动数据库为移动银行铺平了道路
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、交易，方便、省时，降低成本，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。出差或旅游在外仍可享受银行服务。
4.3嵌入式移动数据库非常有助于提高实地调查/工作的效率
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。
5总结
移动数据库技术的许多特性都与信息时代的不断进步的需求相吻合, 有着广阔的发展空间。移动数据库技术配合GPS技术，可以用于智能交通管理、大宗货物运输管理和消防现场作业等。移动数据库技术还在零售业、制造业、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。
参考文献
[1] 李东，曹忠升，冯玉才，等. 移动数据库技术研究综述[J]. 计算机应用研究，2000(10): 4~7.
[2] 林高德 , 周书民.嵌入式移动数据库的关键技术 .现代计算机（专业版）,2006年09期.
[3] 周克江.嵌入式移动数据库及其应用问题研究,湖南第一师范学报[J]，2004年9月第4期.
[4] 王彤.王良.嵌入式移动数据库的综述及评价,计算机工程[J],2001年12月第12期.
关键词：嵌入式系统；移动数据库；移动计算；事务处理
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)14-21000-02
Study of Embedded Mobile Database and Relative Application Issues
WANG Ping
(The Computer Department of Changji Occupation Technology Academy,Changji 831100,China)
Abstract:With the popularization of the intelligent portable terminal and the development of the portable computer technology, people’s requirements of constant real-time processing and management of moving data are continuously improving. As portable database is gradually put into application, embedded portable database increasingly embodies its superiority. This article is to analyze the present development of portable database and its key technology, probe into the basic characteristics of the portable database system and present the research horizon and further development of portable database managing system.
Key words:embedded system;mobile database;moving data
1嵌入式移动数据库的定义
1.1 嵌入式系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
1.2移动计算
移动计算是一种新型的技术，它使得计算机或其它信息设备，在没有与固定的物理连接设备相连的情况下，能够传输数据。移动计算的作用在于，将有用、准确、及时的信息与中央信息系统相互作用,分担中央信息系统的计算压力, 使有用、准确、及时的信息能提供给在任何时间、任何地点需要它的任何用户。移动计算环境比传统的计算环境更为复杂和灵活。 典型的移动计算环境有:
(1) 智能计算设备 无线网络。通过无线网络,智能计算设备可以随时进入MCE 主网络；
(2) 智能计算设备 调制解调器 电话网络。在不同地点, 将调制解调器和附近的电话相连接, 通过电话网进入MCE 主网络；
(3) 移动用户 传统工作站 传统有线网络。移动用户在不同场地使用静态计算机获得MCE 的服务。
1.3嵌入式移动数据库
一般说来，嵌入式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——嵌入式移动数据库或简称为移动数据库（EMDBS）。
2嵌入式移动数据库的体系结构及其主要特点
2.1体系结构
在传统的分布式计算系统中，各个计算节点之间是通过固定网络连接并保持网络的持续连接性的，而移动计算系统改变了这种假设条件。移动计算系统是固定节点和移动节点构成的分布计算系统。
移动计算的网络环境具有鲜明的特点：移动性、断接性、带宽多样性、可伸缩性、弱可靠性、网络通信的非对称性、电源能力的局限性等。移动环境中的分布式数据库就是移动数据库。它是传统分布式数据库系统的扩展，可以看作客户与固定服务器节点动态连接的分布式系统。
其中，移动客户机MC(Mobile Client)包括便携式电脑、PDA等；MSS(Mobile Support Station)支持移动计算的固定节点，具有无线通信接口；FH(Fixed Host)没有无线通信接口，安装有数据库和数据库管理系统。
2.2主要特点
移动数据库的计算环境是传统分布式数据库的扩展，它可以看作客户端与固定服务器节点动态连接的分布式系统。因此移动计算环境中的数据库管理系统是一种动态分布式数据库管理系统。由于移动数据库在移动计算的环境下应用在嵌入型操作系统之上，所以它具有：微小内核结构、对标准SQL的支持、事务管理功能、完善的数据同步机制、支持多种连接协议、完备的数据库管理功能和支持多种嵌入型操作系统的特点和功能需求。
在移动数据库中还需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题，如对断接操作的支持、对位置相关查询的支持、对查询优化的特殊考虑以及对提高有限资源的利用率和对系统效率的考虑等等。为了有效地解决上述问题，诸如复制与缓存技术、移动事务处理、数据广播技术、移动查询处理与查询优化、位置相关的数据处理及查询技术、移动信息发布技术等技术仍在不断的发展和完善，它们会进一步促进移动数据库技术的发展。
3嵌入式移动数据库的关键技术
移动数据库涉及的理论和技术含盖了当今通信、计算机和嵌入式系统的最新成果，其中在移动环境下如何进行数据管理是实现移动数据库的关键。
3.1数据复制与缓存
复制是在多个移动节点上维护数据的备份，包括服务器之间的复制和移动计算机上保存数据库的复制。一般前者称为复制后者称为缓存。复制的主要目的是提高分布式数据库系统的可用性、可靠性和访问性能。首要的问题是如何维护多个复制节点上数据状态的一致性。按照维护复制一致性的方式来划分，现有的复制协议可以分为严格一致协议和弱一致协议两种。严格一致协议要求任何时刻所有数据库的复制都是一致的；而弱一致协议允许各个复制之间存在暂时的不一致，但这种不一致总能够保持在一定的界限之内，而且总是能够趋于一致（收敛性）。目前，针对移动计算特点开展数据复制/缓存技术的研究最具代表性的是：J. Gray的两级复制机制、CODA系统以及缓存失效报告广播技术等，另外，SYBASE公司的移动数据库产品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用该技术来支持移动计算环境。
3.2数据广播
通俗地讲，数据广播是指在移动计算环境中，利用客户机与服务器通信的不对称性，以周期性广播的形式向客户机发送数据。其最大的优点是，广播开销不依赖移动用户数量的变化而变化，借助数据广播，可以在一定程度上解决移动数据库系统的断接问题。数据广播的研究可分为服务器和客户机两个方面：服务器主要考虑如何组织广播数据，即数据广播的调度；移动节点主要考虑如何利用本地缓存进一步减少查询广播数据的时间。在国内，长沙国防科技大学的周兴铭院士对数据广播进行了深入研究，提出了数据广播的多盘调度算法。衡量数据广播调度算法好坏的参数是访问时间和调谐时间。
3.3位置相关查询优化
在移动数据库中，存在着与位置相关信息的查询及更新。查询通常是与位置相关的，即使是同一个问题，在不同的地方，所得查询结果是不同的，如“最近的超市在哪里?”。移动查询优化技术是指在传统分布式数据库查询优化技术的基础上，利用多种方法，消除带宽多样性、断接等因素造成的影响，使查询引擎能够根据当前可用网络条件采取恰当的优化策略；同时，针对移动计算机有限电源能力，合理地组织本地数据库管理、远程数据库访问等耗电能较多的操作，达到节能目的，延长关键数据的可用时间。
3.4移动事务处理
事务处理是数据库管理系统的一个基本功能，主要用于维护数据的一致性，支持多用户的并发访问，使用户可以可靠地查询和更新数据库。一般来说，用户对数据库系统的访问都是通过事务来完成的。在传统的数据库系统中，一个事务由一系列读写操作组成。事务处理必须满足四个准则，即原子性、一致性、隔离性和永久性(简称ACID)。移动计算环境的特点，使传统数据库系统中的事务处理技术不能满足移动事务处理的要求。
总之，移动事务不同于传统事务，传统的ACID模型已不能很好地描述移动事务，需要为移动事务寻找更好的模型。维护数据的一致性和解决过区切换(handoff)问题是移动事务管理的重要任务。
3.5数据的安全性
许多应用领域的嵌入式设备，是系统中数据管理或处理的关键设备，因此嵌入式设备上的数据库系统，对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也给嵌入式移动数据库带来了潜在的不安全因素。同时，某些数据的个人隐私性又很高，因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等对个人数据安全的威胁上，还需要提供充分的安全性保证。
4嵌入式移动数据库的应用方向
移动数据库技术的许多特性都与信息时代的不断进步的需求相吻合, 有着广阔的发展空间。
4.1嵌入式移动数据库在物流领域有着广阔的应用前景
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，节约在途资金等。在运输方面，利用移动计算机与GPS/GIS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。
4.2嵌入式移动数据库为移动银行铺平了道路
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、交易，方便、省时，降低成本，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。出差或旅游在外仍可享受银行服务。
4.3嵌入式移动数据库非常有助于提高实地调查/工作的效率
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。
5总结
移动数据库技术的许多特性都与信息时代的不断进步的需求相吻合, 有着广阔的发展空间。移动数据库技术配合GPS技术，可以用于智能交通管理、大宗货物运输管理和消防现场作业等。移动数据库技术还在零售业、制造业、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。
参考文献
[1] 李东，曹忠升，冯玉才，等. 移动数据库技术研究综述[J]. 计算机应用研究，2000(10): 4~7.
[2] 林高德 , 周书民.嵌入式移动数据库的关键技术 .现代计算机（专业版）,2006年09期.
[3] 周克江.嵌入式移动数据库及其应用问题研究,湖南第一师范学报[J]，2004年9月第4期.
[4] 王彤.王良.嵌入式移动数据库的综述及评价,计算机工程[J],2001年12月第12期.