嵌入式移动数据库与Agent技术原理及设计

概述：随着网络技术的迅速发展和不断渗透，在任何地点和任何时候都能接入网络获取各种信息，必将成为21世纪人类的普通要求；同时，移动通信技术的进步和人们对移动数据处理需求的不断提高，与各种智能通信设备紧密结合的嵌入式移动数据库技术已经得到了学术界、工业界、军事领域、民用部门等各方面的高度重视。移动计算和移动数据库技术将使得这种需求得以实现。

移动环境中所具有的移动性、频繁的断接收、低带宽、电池电量有限性等特性，决定了移动数据库中的计算环境不同于分布式数据库，给移动数据库的研究提出了许多新的挑战。本文分析移动数据库的特点、体系结构；介绍移动数据库系统中的一些关键性技术，及移动Agent在移动数据库中的应用。

移动数据库是移动计算环境中的分布式数据库，由于移动数据库的应用大都嵌入到诸如掌上电脑、PDA、车载设备等移动通信设备中，故移动数据库有时也称为嵌入式移动数据库。在数据库系统的研究历史中，传统的分布计算与分布数据库的研究是基于有线网络和固定主机的。这些都采用了一些默认的隐含假设，例如固定网络连接、对等通信代价、主机节点固定不变等。但进入20世纪90年代以来，随着移动通信技术和网络技术迅速发展，加之移动计算机和移动通信设备的大量普及，许多计算节点可以在移动过程中与网络建立连接，使得上述假设条件不成立。移动计算环境具有移动性、低带宽、频繁断接性、网络通信的非对称性、电源电力的有限性等特点，使得传统分布式数据库中的方法和技术不断直接应用于移动数据库。目前，移动数据库的应用与研究正在成为学术界的一个研究热点，有大批学者投入到这一新的研究领域。

1 嵌入式移动数据库的体系结构

在传统的分布式计算系统中，各个计算节点之前是通过固定网络连接并保持网络的技术连接性的，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丰计算系统。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。移动数据库系统的结构如图1所示。

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 嵌入式移动数据库的关键技术

为了实现移动数据库，必须解决移动计算环境中断接性、移动性、网络通信的不对称性等因素对移动数据库系统的影响。

（1）数据复制与缓存技术

该技术是解决移动数据库数接性的关键技术，在现有DBMS基础上进行修补以适应移动计算也采用该技术。传统的复制/缓存技术都是假设客户机和服务器之间是经常保持连接的，并基于这个前提来维护一致性。这在移动计算中是不适用的。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。

（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，长沙国际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）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“最近的医院在哪里？”。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。

采用基于分割的地址更新策略时，由位置服务器维护的移动用户对象包含以下数据成员和方法：

分割集合――记录MSS的分割情况，例如{Cell1,Cell2},{Cell3,Cell4,Cell5}；

LOC――记录移动用户最近报告的地址（无线单元的ID），例如Cell1；

ERR――移动用户当前所在的分割，例如，若LOC=Cell1,则ERR={Cell1,Cell2};

loc()――一个方法，用于返回该用户的实际地址，即上面介绍的地址查询过程。

在移动查询的应用中，有各种各样涉及地址的查询，例如“请寻找一名校园附近的医生”，“查找X，Y，Z，这三人都在同一条公路上，且Y在X与Z之间”，等等。一般地，可以把这一类地址相关查询表示为：

SELECT x1,x2,…，xn

FROM Users

WHERE(x1,loc=11∧…∧xn.loc=1n)∧C(11,…，1n)∧W(x1,…,xn)

其中C（11,…，1n）是关于地址11，…，1n的n元约束条件，而W（x1,…,xn）是关于对象x1,x2,…，xn非地址属性的n元约束条件，Users是所有移动用户的集合。