嵌入式移動數據庫應用分析

摘要:本文對嵌入式移動數據庫的概念、結構、特點、技術、應用進行了詳細介紹。

關鍵詞:嵌入式移動數據庫

1 嵌入式系統簡介

1.1 嵌入式系統的產生 嵌入式系統誕生于微型機時代，經過微型計算機的嵌入式專用化的短暫探索后，便進入到嵌入式系統獨立的微控制器發展時代。直接在嵌入式處理器與外圍集成電路技術基礎上發展的帶處理器內核的單片機，即微控制器的智能化電子系統。即便有處理器內核，也是嵌入式處理器而非通用微處理器。

1.2 嵌入式移動數據庫的定義 從數據庫技術的發展過程來看，計算環境和數據庫技術基本保持著一種同步發展的態勢，互相影響、互相促進。移動計算的概念是對“任何時間、任何地點的立即通訊”的擴展。在分布式計算的基礎上，計算環境進一步擴展為包含各種移動設備、具有無線通信能力的服務網絡，構成了一個新的計算環境，即移動計算環境。相應地，數據庫系統先后出現了集中式數據庫系統、分布式數據庫系統、B/A/S多層結構的數據庫系統、嵌入式數據庫和移動數據庫。當然，這些系統也可以共存在同一個計算環境中。

1.3 嵌入式系統的獨立發展道路 嵌入式系統的微控制器(MCU)發展道路，是一條擺脫“專用計算機”羈絆，獨立發展的道路。這是一條由IntelMCS51單片機、iDCX51實時多任務操作系統開辟的單片機獨立發展的道路。MCS51是一個在微電子學、集成電路基礎上，按照嵌入式應用要求，原創的嵌入式處理器。MCS51原創的體系結構、控制型的指令系統與布爾空間、外部總線方式、特殊功能寄存器(SFR)的管理模式，奠定了嵌入式系統的硬件結構基礎;iDCX51是專門與MCS51單片機配置，滿足嵌入式應用要求原創的實時多任務操作系統。

2 嵌入式移動數據庫的體系結構及其主要特點

2.1 體系結構 在傳統的分布式計算系統中，各個計算節點之間是通過固定網絡連接并保持網絡的持續連接性的，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布計算系統。

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數據庫就是移動數據庫。它是傳統分布式數據庫系統的擴展，可以看作客戶與固定服務器節點動態連接的分布式系統。其中，移動客戶機MC(Mobile Client)包括便攜式電腦、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，安裝有數據庫和數據庫管理系統。

2.2 主要特點 移動數據庫的計算環境是傳統分布式數據庫的擴展，它可以看作客戶端與固定服務器節點動態連接的分布式系統。因此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。由于移動數據庫在移動計算的環境下應用在嵌入型操作系統之上，所以它具有:微小內核結構、對標準SQL的支持、事務管理功能、完善的數據同步機制、支持多種連接協議、完備的數據庫管理功能和支持多種嵌入型操作系統的特點和功能需求。

3 嵌入式系統的四個支柱學科

3.1 四個支柱學科的關系 嵌入式系統的四個支柱學科是微電子學科、計算機學科、電子技術學科、對象學科。微電子學科是嵌入式系統發展的基礎，對象學科是嵌入式系統應用的歸宿學科，計算機學科與電子技術學科是嵌入式系統技術發展的重要保證。

3.2 領銜的微電子學科 微電子學科與半導體集成電路的領銜作用，在于它為嵌入式系統的應用提供了集成電路基礎。電子技術學科、計算機學科的許多重要成果，最終都會體現在集成電路中，從早期的數字電路集成，到如今的模混合、軟/硬件結合、以IP為基礎的知識與知識行為集成。

3.3 為平臺服務的計算機學科 現代計算機出現后，在計算機學科中形成了兩大學科分支，即通用計算機學科與嵌入式計算機學科。通用計算機學科與嵌入式計算機學科有不同的技術發展方向與技術內涵。由于嵌入式計算機學科與對象學科、微電子學科緊密相關，而嵌入式計算機學科與原有計算機學科內容有較大差異，不能用通用計算機的概念來詮釋嵌入式系統，因此、嵌入式計算機要加強與微電子學科、電子學科、對象學科的溝通，共同承擔起嵌入式系統新學科的建設任務。在嵌入式系統中，計算機學科要承擔起嵌入式系統應用平臺的構建任務，它包括嵌入式系統的集成開發環境、計算機工程方法、編程語言、程序設計方法等內容。

3.4 廣泛服務的電子技術學科

4 嵌入式移動數據庫的關鍵技術

4.1 數據復制與緩存 復制是在多個移動節點上維護數據的備份，包括服務器之間的復制和移動計算機上保存數據庫的復制。一般前者稱為復制后者稱為緩存。復制的主要目的是提高分布式數據庫系統的可用性、可靠性和訪問性能。首要的問題是如何維護多個復制節點上數據狀態的一致性。按照維護復制一致性的方式來劃分，現有的復制協議可以分為嚴格一致協議和弱一致協議兩種。嚴格一致協議要求任何時刻所有數據庫的復制都是一致的;而弱一致協議允許各個復制之間存在暫時的不一致，但這種不一致總能夠保持在一定的界限之內，而且總是能夠趨于一致(收斂性)。目前，針對移動計算特點開展數據復制/緩存技術的研究最具代表性的是:J.Gray的兩級復制機制、CODA系統以及緩存失效報告廣播技術等，另外，SYBASE公司的移動數據庫產品SQL ANYWHERE和SQL REMOTE也采用該技術來支持移動計算環境。

4.2 數據廣播 通俗地講，數據廣播是指在移動計算環境中，利用客戶機與服務器通信的不對稱性，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，借助數據廣播，可以在一定程度上解決移動數據庫系統的斷接問題。數據廣播的研究可分為服務器和客戶機兩個方面:服務器主要考慮如何組織廣播數據，即數據廣播的調度;移動節點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。

4.3 位置相關查詢優化

4.4 移動事務處理 事務處理是數據庫管理系統的一個基本功能，主要用于維護數據的一致性，支持多用戶的并發訪問，使用戶可以可靠地查詢和更新數據庫。一般來說，用戶對數據庫系統的訪問都是通過事務來完成的。在傳統的數據庫系統中，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，使傳統數據庫系統中的事務處理技術不能滿足移動事務處理的要求。

5 嵌入式移動數據庫的應用方向

5.1 嵌入式移動數據庫為移動銀行鋪平了道路 在我國，移動用戶是最具消費潛力的群體，因此針對移動用戶開發的移動銀行業務將具有很大的市場潛力，而且能夠推動移動電子商務的發展。移動銀行可以使客戶在異地對自己的賬務進行實時查詢、交易，方便、省時，降低成本，同時安全可靠，機動靈活。客戶可以在任何時間，任何地點進行交易，節約了去銀行的時間。出差或旅游在外仍可享受銀行服務。

5.2 嵌入式移動數據庫在物流領域有著廣闊的應用前景 物流的信息化在未來的物流發展中將發揮日益重要的作用，因為及時準確的信息有利于協調生產、銷售、運輸、存儲等業務的展開，有利于降低庫存，節約在途資金等。在運輸方面，利用移動計算機與GPS/GIS車輛信息系統相連，使得整個運輸車隊的運行受到中央調度系統的控制。在存儲環節，帶有嵌入式移動數據庫的手持計算機輸入的信息通過無線通信網絡寫入中央數據庫，大大提高了工作效率和信息的時效性，有利于物流優化控制。在配送環節，輸入手持計算機的數據通過無線網絡傳入中央數據庫。因此，在投遞的同時，用戶即可查詢物品投遞的情況。