摘要：移動(dòng)事務(wù)處理系統(tǒng)中，計(jì)算平臺(tái)的移動(dòng)性、頻繁的斷接性以及長(zhǎng)事務(wù)等特性使得過(guò)區(qū)切換的處理顯得非常重要，比如在移動(dòng)事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，移動(dòng)計(jì)算機(jī)位置的改變會(huì)帶來(lái)復(fù)雜的過(guò)區(qū)切換問(wèn)題。使用過(guò)區(qū)切換處理帶來(lái)的好處：一是移動(dòng)事務(wù)可以在移動(dòng)主機(jī)的移動(dòng)過(guò)程中完成；二是降低了事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間；三是過(guò)區(qū)切換有利于安全管理。文章以樂(lè)觀兩階段移動(dòng)事務(wù)處理模型為基礎(chǔ)，著重對(duì)過(guò)區(qū)切換問(wèn)題進(jìn)行分析與說(shuō)明，以此來(lái)討論移動(dòng)事務(wù)過(guò)區(qū)切換的基本處理策略。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)性；斷接性；長(zhǎng)事務(wù)；移動(dòng)事務(wù)；過(guò)區(qū)切換；樂(lè)觀兩階段

0 引言

在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，固定主機(jī)和移動(dòng)計(jì)算機(jī)均能發(fā)起事務(wù)，其中移動(dòng)計(jì)算機(jī)發(fā)起的事務(wù)稱為移動(dòng)事務(wù)。由于有限的通信帶寬以及頻繁斷接操作的影響，移動(dòng)事務(wù)通常屬于長(zhǎng)事務(wù)；在移動(dòng)事務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中，移動(dòng)計(jì)算機(jī)位置的改變會(huì)帶來(lái)復(fù)雜的過(guò)區(qū)切換問(wèn)題。

1 概念

當(dāng)移動(dòng)主機(jī)從—個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元移動(dòng)到另—個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元時(shí)，需要向當(dāng)前所在地的MSS登記并連接，同時(shí)斷開(kāi)與上一個(gè)MSS的連接；此后，移動(dòng)主機(jī)將通過(guò)當(dāng)前所在地的MSS連接到固定網(wǎng)絡(luò)中。我們把這個(gè)過(guò)程叫做過(guò)區(qū)切換。當(dāng)發(fā)生過(guò)區(qū)切換時(shí)，移動(dòng)主機(jī)的某個(gè)移動(dòng)事務(wù)可能還沒(méi)有完成，因此需要將剩余的事務(wù)操作交給當(dāng)前所在地MSS上的協(xié)調(diào)器控制執(zhí)行；事務(wù)的狀態(tài)信息必須從上—個(gè)MSS傳遞到目前的MSS上，然后才開(kāi)始執(zhí)行剩下的事務(wù)操作。這實(shí)際上就是事務(wù)的過(guò)區(qū)切換過(guò)程。

2 移動(dòng)事務(wù)過(guò)區(qū)切換的基本處理策略

通常在每個(gè)移動(dòng)基站MSS上都有一個(gè)協(xié)調(diào)器來(lái)管理并監(jiān)控移動(dòng)事務(wù)的執(zhí)行。當(dāng)移動(dòng)計(jì)算機(jī)MC-A在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)A中啟動(dòng)一個(gè)移動(dòng)事務(wù)Tran-A時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)A的移動(dòng)基站MSS-A上的協(xié)調(diào)器MSS-AC上需要維護(hù)移動(dòng)事務(wù)Tran-A的一個(gè)上下文，記錄該事務(wù)的運(yùn)行信息；若事務(wù)沒(méi)有完成時(shí)，移動(dòng)計(jì)算機(jī)移動(dòng)到了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)B中，則需要網(wǎng)絡(luò)B中的移動(dòng)基站MSS-B上的協(xié)調(diào)器MSS-BC與MSS-A上的協(xié)調(diào)器MSS-AC共同合作，才能完成事務(wù)Tran-A并返回結(jié)果給MC-A。兩個(gè)協(xié)調(diào)器間的合作策略有很多，常見(jiàn)的是MSS-BC與MSS-AC聯(lián)系，取得事務(wù)Tran-A運(yùn)行情況的上下文，然后再由MSS-BC來(lái)負(fù)責(zé)完成事務(wù)余下的操作。

協(xié)調(diào)器維護(hù)的事務(wù)上下文的內(nèi)容取決于移動(dòng)事務(wù)管理的策略，過(guò)少的內(nèi)容將使協(xié)調(diào)器難以監(jiān)控事務(wù)的執(zhí)行，過(guò)多的開(kāi)銷(xiāo)又會(huì)增加協(xié)調(diào)服務(wù)器的開(kāi)銷(xiāo)，并加重協(xié)調(diào)服務(wù)器之間通信的開(kāi)銷(xiāo)，從而影響系統(tǒng)的性能。

本文在樂(lè)觀兩階段提交移動(dòng)事務(wù)模型的基礎(chǔ)上，分析過(guò)區(qū)切換的處理。

3 系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)

如圖1所示，設(shè)有3個(gè)分別隸屬于不同部門(mén)(如銀行、旅行社、航空公司)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)固定網(wǎng)絡(luò)連成一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。固定網(wǎng)絡(luò)上分布著一些移動(dòng)控制中心(MCC)，每個(gè)MCC管轄著一組移動(dòng)基站(BS)，覆蓋一定的地理區(qū)域并與其中的移動(dòng)計(jì)算機(jī)(MC)進(jìn)行通信。MCC具有分布式事務(wù)管理的功能，是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分，同時(shí)它也可以管理實(shí)際的數(shù)據(jù)(如服務(wù)器X)?，F(xiàn)假設(shè)移動(dòng)用戶正處于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元的位置并沿著通往無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元c的道路行進(jìn)，在行進(jìn)的過(guò)程中U提交了如下事務(wù)操作：

Begin Transaction

Read(x)：∥在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元A提交，在服務(wù)器x執(zhí)行；

Read(y)：∥在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元B提交，在服務(wù)器y執(zhí)行；

Write(z)：//在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元C提交，在服務(wù)器z執(zhí)行：

Commit

上述例子代表了一類(lèi)典型的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，一般地，我們可以有如圖2所示的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，固定網(wǎng)絡(luò)上有3類(lèi)主機(jī)，即固定主機(jī)(FH)、移動(dòng)控制中心(MCC)和位置服務(wù)器(LS)。其中每個(gè)FH和MCC上都有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器并管理相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；LS負(fù)責(zé)管理并跟蹤每個(gè)MC的當(dāng)前位置及狀態(tài)，它不帶無(wú)線通信接口和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

4 樂(lè)觀兩階段提交移動(dòng)事務(wù)模型(02PC-MT)上過(guò)區(qū)切換的實(shí)現(xiàn)

02PC-MT移動(dòng)事務(wù)處理模型如圖3所示。

在02PC-MT模型中，MC發(fā)送給MCC的移動(dòng)事務(wù)由一系列依次從O到N進(jìn)行編號(hào)的讀寫(xiě)操作組成，這些操作以Begin-MT(MTID，TMODE)開(kāi)始，以Commit或Abort結(jié)束。其中MTID是MC在啟動(dòng)移動(dòng)事務(wù)時(shí)賦予它的事務(wù)標(biāo)識(shí)(為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，假設(shè)任一時(shí)刻MC只執(zhí)行一個(gè)事務(wù)，這樣可以直接取移動(dòng)計(jì)算機(jī)的標(biāo)識(shí)MCID作為MTID)；TMODE是移動(dòng)事務(wù)的發(fā)送方式。

MC可以有兩種發(fā)送移動(dòng)事務(wù)的方式：①一次性將整個(gè)事務(wù)發(fā)送給MCC，該方式適用于非交互性事務(wù)；②整個(gè)事務(wù)分為多次發(fā)送，每次只發(fā)送事務(wù)的若干個(gè)連續(xù)的操作，這種方式適用于交互性事務(wù)(我們稱用戶連續(xù)發(fā)送的一組事務(wù)操作所構(gòu)成的序列為邏輯操作序列，記為L(zhǎng)OPS)。

不管采用上述何種發(fā)送方式，移動(dòng)事務(wù)的接收都可能涉及到多個(gè)MCC。這是因?yàn)樵诎l(fā)送事務(wù)操作的過(guò)程中，MC可能會(huì)發(fā)生過(guò)區(qū)切換(即跨越不同MCC的覆蓋范圍)。由于MC總是將事務(wù)操作發(fā)送給當(dāng)前所處無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元的MCC，因此一個(gè)LOPS在發(fā)生過(guò)區(qū)切換時(shí)就被分割成兩個(gè)或更多個(gè)由連續(xù)操作所構(gòu)成的序列，并被不同的MCC所接收(我們稱每個(gè)MCC所接收到的操作序列為物理操作序列，記為POPS)。

4.1 MCC對(duì)POPS的接收與轉(zhuǎn)發(fā)

MCC收到POPS之后，將依不同的情況作相應(yīng)的處理：①如果POPS以Begin-MT(MCID，TMODE)開(kāi)始，則表明這是一個(gè)新的移動(dòng)事務(wù)，此時(shí)MCC就成為該移動(dòng)事務(wù)的協(xié)調(diào)者結(jié)點(diǎn)(MTMC)。MCC首先將MCID存入事務(wù)隊(duì)列，并將POPS中的操作存入事務(wù)操作隊(duì)列，然后向所有其它的MCC發(fā)送廣播消息，其中帶有MCID與其網(wǎng)絡(luò)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其它MCC收到該廣播消息之后，將相應(yīng)的信息存入路由表。②如果MCC收到的POPS中不含Begin--MT語(yǔ)句，則它只起一個(gè)接收／轉(zhuǎn)發(fā)的作用，即根據(jù)路由表及移動(dòng)計(jì)算機(jī)標(biāo)識(shí)將收到的POPS轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的MTMC。

4.2過(guò)區(qū)切換時(shí)的事務(wù)處理

在過(guò)區(qū)切換發(fā)生時(shí)，一個(gè)完整的事務(wù)就會(huì)被分割，出現(xiàn)用第2種方式發(fā)送的事務(wù)情況。MTMC在收到移動(dòng)事務(wù)的第1個(gè)POPS之后即啟動(dòng)該移動(dòng)事務(wù)的執(zhí)行。對(duì)于移動(dòng)事務(wù)MT，其整個(gè)執(zhí)行過(guò)程包括兩個(gè)階段：樂(lè)觀執(zhí)行階段和兩段提交階段。這兩個(gè)階段相對(duì)獨(dú)立，從數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制底層的角度可以將它們視為兩個(gè)彼此聯(lián)系又相互獨(dú)立的事務(wù)，分別記為樂(lè)觀事務(wù)OT和基事務(wù)BT。

在樂(lè)觀執(zhí)行階段，MTMC在監(jiān)控移動(dòng)事務(wù)執(zhí)行的同時(shí)接收該移動(dòng)事務(wù)的后續(xù)POPS。如果新收到的POPS中含有Abort。則MTMC立即通知所有MTMP釋放相應(yīng)的資源，并終止事務(wù)的執(zhí)行；否則，新的POPS將被存入事務(wù)操作隊(duì)列中的相應(yīng)位置。由于移動(dòng)事務(wù)的各個(gè)操作被賦以連續(xù)的編號(hào)，因此MTMC可以將收到的事務(wù)操作恢復(fù)為原來(lái)的順序。根據(jù)全局字典，各事務(wù)操作按照編號(hào)順序被逐條發(fā)往相應(yīng)的MTMP按樂(lè)觀方式執(zhí)行。如果事務(wù)的下一條操作或下一條操作所需要的數(shù)據(jù)還沒(méi)有被MTMC收到，則該事務(wù)將轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，直到條件重新滿足為止。當(dāng)MTMC執(zhí)行到Commit語(yǔ)句時(shí)，如果所有的前續(xù)操作均已按樂(lè)觀方式執(zhí)行完畢，則該移動(dòng)事務(wù)將進(jìn)入兩段提交階段。兩段提交過(guò)程結(jié)束后，MTMC將最終結(jié)果傳送給MC，同時(shí)通知所有的MCC釋放路由表中的相應(yīng)記錄，至此整個(gè)事務(wù)執(zhí)行結(jié)束。

由上述分析可知，樂(lè)觀兩階段提交移動(dòng)事務(wù)模型(02PC-MT)采用樂(lè)觀并發(fā)控制與兩階段提交協(xié)議相結(jié)合的方法，對(duì)移動(dòng)事務(wù)的長(zhǎng)事務(wù)特性提供了靈活與有效的支持；此外，該模型允許移動(dòng)計(jì)算機(jī)分多次發(fā)送事務(wù)操作，且在事務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中可以任意移動(dòng)，從而提供了對(duì)交互式事務(wù)及隨意移動(dòng)性的支持。

5 結(jié)束語(yǔ)

過(guò)區(qū)切換處理帶來(lái)的好處是：第一，移動(dòng)事務(wù)可以在移動(dòng)主機(jī)的移動(dòng)過(guò)程中完成，因?yàn)橐苿?dòng)事務(wù)可以在MSS之間遷移，移動(dòng)用戶不必在啟動(dòng)一個(gè)事務(wù)后固定在某個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)等待事務(wù)執(zhí)行，才能移動(dòng)到下一個(gè)移動(dòng)單元內(nèi)；第二，降低了事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，移動(dòng)主機(jī)的移動(dòng)可能極大地加大了移動(dòng)主機(jī)到原MSS的物理距離，用戶從原MSS獲取數(shù)據(jù)的通訊延遲將急劇加大，過(guò)區(qū)切換可以均衡移動(dòng)支持節(jié)點(diǎn)問(wèn)的負(fù)載；最后，過(guò)區(qū)切換有利于安全管理，MSS只允許接收本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)客戶機(jī)發(fā)送的事務(wù)操作請(qǐng)求，因而可以避免偽冒權(quán)限的安全問(wèn)題。