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浅谈嵌入式移动数据库系统中的数据查询
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2017-11-03
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引 言
移动数据库的应用大多嵌入到诸如掌上电脑、PDA等移动通信设备中，属于移动环境下的分布式数据库。移动计算是随着移动通信、互联网、数据库、分布式计算等技术的发展而兴起的新技术。移动计算技术将使计算机或其他信息智能终端设备，在无线环境下实现数据传输及资源共享。它的作用是，与中央信息系统相互作用，分担中央信息系统的计算压力，将有用、准确、及时的信息提供给任何时间、任何地点的任何客户。移动计算环境比传统的计算环境更为复杂和灵活，具有移动性、低带宽、频繁断接性、网络通信的非对称性、电源能力的有限性等特点，这使得传统分布式数据库中的方法和技术不能直接应用于移动数据库。
根据嵌入式移动数据库自身所具有的特点，采用与普通数据库不同或更优的查询策略变得尤为重要。本文介绍了位置相关查询优化和数据广播两种普遍用于移动数据库查询的方法，结合移动数据库中的缓存技术，分别从合理分配嵌入式移动数据库资源和在一定程度上解决移动数据库的断接问题这两点，实现嵌入式移动数据库的查询优化。
1 位置相关查询优化
1．1 嵌入式移动数据库的结构体系及特点
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自身的特点：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。
移动数据库的计算环境是传统分布式数据库的扩展，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式操作系统之上，所以它具有微小内核结构、支持标准SQL、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，以及支持多种嵌入式操作系统的特点和功能需求。
1．2 位置相关查询优化方式
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。
位置相关查询是查询条件中隐含有查询者所在位置信息的查询。其查询处理不同于普通数据库查询处理，它要将移动用户的位置信息加入到查询条件中，并附加必要的语义信息（如“最近的”等）。类似的位置相关查询是一类很重要的查询问题，例如司机查询最近的加油站、救护车查询最近的医院、旅客查询最近的饭店等。一般可以把这类地址相关查询表示为：
其中：“x1，x2，．，xn”表示移动用户对象；Users表示所有移动用户的集合；loc表示记录移动用户最近报告的地址（无线单元的ID）；C（11，12，．，ln）是关于地址“11，12，．1n”的n元约束条件；W（x1，x2，．，xn）是关于对象“x1，x2，．，xn”非地址属性的n元约束条件。
2 数据广播
2．1 数据广播的优点
在一个无线单元内，从服务器到移动客户机的下行通信带宽一般要远大于从移动客户机到服务器的上行通信带宽，而且移动客户机从服务器接收数据的开销也远小于发送开销，因此在大部分场合中，即使是处于断接状态的移动客户机也可以选择接收从服务器发送的下行广播信息。于是，可以利用这种网络的非对称性，由数据库服务器把大多数用户频繁访问的数据（即热点数据）组织起来，以周期性的广播形式提供给移动客户机访问，这种数据发布方式称为“数据广播”。
通俗地讲，数据广播是指在移动计算环境中，利用移动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移动客户机两个方面：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。
移动数据库的应用大多嵌入到诸如掌上电脑、PDA等移动通信设备中，属于移动环境下的分布式数据库。移动计算是随着移动通信、互联网、数据库、分布式计算等技术的发展而兴起的新技术。移动计算技术将使计算机或其他信息智能终端设备，在无线环境下实现数据传输及资源共享。它的作用是，与中央信息系统相互作用，分担中央信息系统的计算压力，将有用、准确、及时的信息提供给任何时间、任何地点的任何客户。移动计算环境比传统的计算环境更为复杂和灵活，具有移动性、低带宽、频繁断接性、网络通信的非对称性、电源能力的有限性等特点，这使得传统分布式数据库中的方法和技术不能直接应用于移动数据库。
根据嵌入式移动数据库自身所具有的特点，采用与普通数据库不同或更优的查询策略变得尤为重要。本文介绍了位置相关查询优化和数据广播两种普遍用于移动数据库查询的方法，结合移动数据库中的缓存技术，分别从合理分配嵌入式移动数据库资源和在一定程度上解决移动数据库的断接问题这两点，实现嵌入式移动数据库的查询优化。
1 位置相关查询优化
1．1 嵌入式移动数据库的结构体系及特点
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自身的特点：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。
移动数据库的计算环境是传统分布式数据库的扩展，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式操作系统之上，所以它具有微小内核结构、支持标准SQL、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，以及支持多种嵌入式操作系统的特点和功能需求。
1．2 位置相关查询优化方式
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。
位置相关查询是查询条件中隐含有查询者所在位置信息的查询。其查询处理不同于普通数据库查询处理，它要将移动用户的位置信息加入到查询条件中，并附加必要的语义信息（如“最近的”等）。类似的位置相关查询是一类很重要的查询问题，例如司机查询最近的加油站、救护车查询最近的医院、旅客查询最近的饭店等。一般可以把这类地址相关查询表示为：
其中：“x1，x2，．，xn”表示移动用户对象；Users表示所有移动用户的集合；loc表示记录移动用户最近报告的地址（无线单元的ID）；C（11，12，．，ln）是关于地址“11，12，．1n”的n元约束条件；W（x1，x2，．，xn）是关于对象“x1，x2，．，xn”非地址属性的n元约束条件。
2 数据广播
2．1 数据广播的优点
在一个无线单元内，从服务器到移动客户机的下行通信带宽一般要远大于从移动客户机到服务器的上行通信带宽，而且移动客户机从服务器接收数据的开销也远小于发送开销，因此在大部分场合中，即使是处于断接状态的移动客户机也可以选择接收从服务器发送的下行广播信息。于是，可以利用这种网络的非对称性，由数据库服务器把大多数用户频繁访问的数据（即热点数据）组织起来，以周期性的广播形式提供给移动客户机访问，这种数据发布方式称为“数据广播”。
通俗地讲，数据广播是指在移动计算环境中，利用移动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移动客户机两个方面：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。
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