嵌入式EMD研究

2014-04-27张朝鑫

科技视界 2014年8期

张朝鑫陈睿

（1.昭通学院信息科学与技术学院，云南昭通 657000；2.昭通师范高等专科学校附属中学，云南昭通 657000）

0 引言

EMD（Embedded Mobile Database）即嵌入式移动数据库，它建立在计算环境不断更迭的今天。不管是以前的集中式计算，还是后来的分布计算甚至网络计算，都是为了减小计算机的压力完成复杂的计算任务；如今高性能计算机发展迅速、基于中心计算机而简化客户端的MCE（Mobile Computing Environment）计算环境强劲发展。嵌入式技术为移动数据系统发展提供了更大的发展空间。

EMD通常在应用在很多便携式设备上，如：车载设备的E路航、智能手机、掌上电脑、卫星导航等设备中。这些设备通常情况下均要以分布在不同地域下的数据库做为支撑，而客户端又是比较轻便、简单的设备其资源有限，所以良好设计与简练的程序显得很重要；在良好的数据库支撑平台又是发挥其功能的重中之重。

1 EMD的建立基础——移动计算

由于客户端的简化使得大量的数据计算、查询等都要在远端服务器上执行。新兴的移动计算技术，实现了在没有与物理的计算硬件实体设备相连情况下，上传计算、查询的关键字，然后将结果发送至客户端。与传统的B/S模式比较，最大的优点是分担了中央服务器的计算压力而使得计算能力大大提高，而运用也变得灵活方便。

现如今移动计算的应用已经扩展开来，与MCE网络相连的主要方式有3种；第1种为智能化的设备“智能手机、掌上电脑等”通过Wifi连接，第2种是通过“Modem”加上电话网络进入MCE的方式，但这样的方式成本高昂、效率低下，第3种是传统工作站加上有线网进入MCE，主要通过计算机静态使用MCE，这种方式高效、成本最低但有一定的使用局限。而我们的产品现在集成了几种方式，使得类似的产品快速发展。

2 EMD的工作原理及模型建立

大家所常见的智能手机作为MC（Mobile Client），其工作原理如下：每当MC发出查询或访问请求S1时，MC首先在本地数据库或工作数据库子集的查询，当满足select要求时直接将结果传回给MC。作为支撑查询等操作的子集数据库EMD必须与MC保持正常的连接状态；如果处于断网状态则以查询本机（本地），另外的一种方式为不执行任何操作，表现形式为无连接响应。其主要的工作模型如图1所示：

图1

图中移动支持结点MSS(Mobile Support Station)，要求必须支持无线、有线网络的方式使其完成控制EMDB与DBSVR数据交换的操作。LS(Looation Server)位置服务器，位置服务又称定位服务，LS是一种由移动通信网络通过定位获得终端的位置信息，提供给用户或通信系统的；常见的地图、GPS导航等业务就是以高科技的卫星通信技术结合的产物。

3 嵌入式移动数据库系统

数据库技术全面发展的今天，在数据量、查询手段、查询方式都多样化的现况；为什么相对功能略弱的移动数据库还炙手可热，应该从以下几个方面来分析。

1）虽然目前移动终端产品性能已经大为改观，但这些产品始终都是嵌入式产品，其资源很少，可供设计人员或用户支配的就更有限了，嵌入式移动数据库DBMS采用高精尖的微型化技术实现。满足用户的需求同时紧缩自身的结构来扩展自身的生存能力。采用实时操作系统的形式使系统能高效响应和安全、稳定的运行对现在网络的使用提供保障。

2）EMDB提供流行数据库设计的SQL语句支持，其表现在对SQL92标准的子集响应、连接、子、排序、分组、新增、upload、删除等语句，很好的满足嵌入式开发的市场环境，使它具有很广泛的后续开发团队，也必然发展迅速并壮大。

3）EMDB需要支持各种各样的连接协议，目前主要的表现形式为WIFI协议、串口通信协议、有线连接协议、红外线传输协议、无线蓝牙、微波通信协议等。只要是终端所提供的连网方式均应该支持，这样使得嵌入式移动数据库才能广为应用。

4）EMDB的管理功能应该具有非常完备的安全备份、恢复的能力，并具把这两个功能自动、定时的完成，使用户使用数据安全可靠。其最要的一点是，数据要能及时的同步；客户端与数据库的更新信息快速发送至用户移动端，才能使数据一致。

5）EMDB支持多种嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称：EOS），如：VxWorks、Nucleus、OSE WindowsCE、嵌入式 Linux。这些都是目前很流行的EOS，它对这些系统的支持也使终端不被限制，用户群体可扩展性自然非常强大。

4 嵌入式移动数据库在应用中的关键技术分析与研究

1）复制与缓存技术

为了使用户方便快捷的对数据库进行操作，在给予用户的权限、安全性等方面又产生了诸多问题。采取像 “乐观复制法”、“三层复制法”等，使得用户实质上的对数据副本进行操作。然后当数据库服务器在网络再次连接成功后，用冲突检测的协调来更新数据库，最终保证数据的一致性。而众多的终端操作数据库带来的数据上传下载量巨大，创建缓存来均衡网络的负载，同时带宽消耗也得以明显减小。使用蚁群算法对控制机制进行优化来提高缓存的工作效率的同时也让事务提交的效率得以提高，排队等待时间缩短。

2）移动查询优化与异常事务处理

移动查询优化不但要使数据库中的数据的寿命延长，而且还要但到节省能耗的目标。为了简化查询的流程，将查询模型分为接口、处理、服务三个层次；这是对任务分工的化分，各层只完成对应的任务，使得分工明确地高效运行。

处理层和服务层在大的化分下工作任务还重，可以在将Agent分解查询，多个Agent并行执行，相互协调优化了只有单个Agent查询时数据到处复制迁移的海量数据生成。除此，为保证查询的可靠性，设计两个或两个以上的Agent同时待执行，如果当前server处于忙碌状态，则自动发出另外Agent代执行的请求。通过建立断线连接机制与查询忙碌机制，两者可以互通执行策略和算法均是一样的，这样也解决了在查询过程中异常断线的处理、同时也自动记录日志方便后续的管理。

3）数据安全策略

移动数据库的安全威胁来自终端和不同的Agent之间。首先EMDB要防止恶性注入，这些可能是病毒导致，一般而言欺骗性的接入网络就是它的传播途径；完善防火墙机制不失为有效的措施。然后，WiFi的有效加密是必不可少的防止Server数据泄漏，可以使用多级防护的办法避免。最后，由于数据多个副本的存在，用户使用合法性检验来防止物理的数据破坏。