摘要：隨著無(wú)線(xiàn)電設(shè)備種類(lèi)和數(shù)量的增加，無(wú)線(xiàn)電頻譜管理在社會(huì)生產(chǎn)和生活方面起著越來(lái)越重要的作用。但是由于歷史及地區(qū)發(fā)展的不平衡性造成了我國(guó)目前各地區(qū)的頻譜管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，極大的制約了我國(guó)頻譜管理技術(shù)的發(fā)展，造成了資源的浪費(fèi)及不必要的重復(fù)建設(shè)。在對(duì)現(xiàn)有頻譜管理系統(tǒng)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出一種在網(wǎng)格環(huán)境下的基于虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和集成方法，并給出虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建策略、頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)和查詢(xún)映射方法，為資源使用者提供了訪(fǎng)問(wèn)頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)的一致訪(fǎng)問(wèn)接口。

關(guān)鍵詞：頻譜網(wǎng)格；虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)；模式映射；資源注冊(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004—373X(2008)04—174—03

1 引 言

現(xiàn)代通信事業(yè)蓬勃發(fā)展，無(wú)線(xiàn)電用頻設(shè)備的分布越來(lái)越密集，無(wú)線(xiàn)電設(shè)備之間的干擾也越來(lái)越嚴(yán)重，這些給國(guó)家無(wú)線(xiàn)電頻譜管理工作帶來(lái)了巨大壓力。為此，國(guó)家及相關(guān)機(jī)構(gòu)在頻譜管理方面都投入大量的人力物力，各個(gè)省市區(qū)也都建立了自己的頻譜管理系統(tǒng)。國(guó)家對(duì)頻譜管理系統(tǒng)建設(shè)之初并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)劃，各地區(qū)根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求而單獨(dú)開(kāi)發(fā)頻譜管理系統(tǒng)，導(dǎo)致了不同省市間的頻譜管理系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)互訪(fǎng)互操作。為了要解決這一問(wèn)題，避免重復(fù)建設(shè)，應(yīng)該將不同地區(qū)的異構(gòu)頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整合。通過(guò)網(wǎng)格門(mén)戶(hù)給用戶(hù)提供一個(gè)統(tǒng)一的訪(fǎng)問(wèn)視圖，以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)頻譜資源的互連互通和有機(jī)共享。雖然各省市的頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在不同的地區(qū)，采用的數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)等存在不同，但同時(shí)也有很大的相似之處，所以如何確定網(wǎng)格環(huán)境下異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和集成方法，為用戶(hù)提供異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的全局統(tǒng)一視圖和高效的訪(fǎng)問(wèn)接口，是頻譜網(wǎng)格面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 相關(guān)工作

隨著網(wǎng)格技術(shù)及其應(yīng)用的不斷發(fā)展，網(wǎng)格環(huán)境中異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和集成已經(jīng)成為網(wǎng)格研究的重要組成部分。隸屬于全球網(wǎng)格論壇(GGF)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)和集成服務(wù)工作組(DAIS—WG)正致力于網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，其中包括異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的一致訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范、網(wǎng)格框架中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制等方面。英國(guó)e—Science網(wǎng)格計(jì)劃的開(kāi)放風(fēng)格服務(wù)體系框架數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)和集成(OGSA—DAI)是支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)和集成的網(wǎng)格中間件，能夠支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)資源查詢(xún)、更新、傳輸和交付，為數(shù)據(jù)庫(kù)資源生成配置文件，并根據(jù)配置文件自動(dòng)部署GDSF服務(wù)，為用戶(hù)提供數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)和訪(fǎng)問(wèn)。但是OGSA—DAI目前主要側(cè)重于數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，其數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)不包括其他數(shù)據(jù)庫(kù)模式信息。

目前異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)與集成方面的研究工作對(duì)于頻譜網(wǎng)格的建設(shè)有一定的啟發(fā)和借鑒意義，但現(xiàn)有的頻譜網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)有其自身的特點(diǎn)：

(1)由于頻譜網(wǎng)格的異構(gòu)數(shù)據(jù)資源來(lái)自各個(gè)省市的頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)，其監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量大，如采用數(shù)據(jù)復(fù)制方法會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)格存儲(chǔ)資源的浪費(fèi)，同時(shí)由于某些數(shù)據(jù)涉及用戶(hù)隱私，容易造成泄密。

(2)由于頻譜管理具有相當(dāng)強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，如采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)方法的網(wǎng)格應(yīng)用則要求開(kāi)發(fā)人員對(duì)該專(zhuān)業(yè)的知識(shí)充分理解，這給項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工作帶來(lái)較大的難度。

(3)經(jīng)過(guò)調(diào)研了解到，雖然各省市在數(shù)據(jù)庫(kù)的定義方面有不同外，采用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要都是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，因此在數(shù)據(jù)集成時(shí)可以把側(cè)重點(diǎn)由支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)轉(zhuǎn)變到模式映射、語(yǔ)義轉(zhuǎn)換方面，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)的效率。根據(jù)以上對(duì)頻譜網(wǎng)格異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的分析，采用了基于虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)和集成方法。該方法通過(guò)構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)定義異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的全局統(tǒng)一視圖，并在此基礎(chǔ)上，給出了數(shù)據(jù)庫(kù)資源的注冊(cè)方式和虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)映射方法，為資源使用者提供了訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的一致訪(fǎng)問(wèn)接口。

3 虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建策略

根據(jù)頻譜管理業(yè)務(wù)的需要，各省的頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括信息數(shù)據(jù)庫(kù)和臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)，因此在構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)也相應(yīng)地建立了虛擬信息數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)。一般地，虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)可以包含1個(gè)或多個(gè)虛擬表，虛擬表可以包含1個(gè)或多個(gè)虛擬字段，虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬表和虛擬字段的概念分別類(lèi)似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論中的數(shù)據(jù)庫(kù)、表和字段的概念。具體而言，本文提出的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建策略主要包括以下內(nèi)容：

(1)在創(chuàng)建虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的虛擬表時(shí)，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯的需要，抽取各個(gè)省數(shù)據(jù)庫(kù)的公共數(shù)據(jù)表，同時(shí)為了以后擴(kuò)展的需要，引入了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中繼承性，即可以在根虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加子虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，子虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)可以繼承父虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的虛擬表和虛擬子段。

(2)在創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)虛擬表的虛擬字段時(shí)，如果子節(jié)點(diǎn)的虛擬表繼承了父節(jié)點(diǎn)的虛擬表，則稱(chēng)前者為子虛擬表，后者為父虛擬表。子虛擬表自動(dòng)具有父虛擬表的所有虛擬字段，其中包括父虛擬表自身創(chuàng)建的虛擬字段和繼承祖父的虛擬字段，并且子虛擬表也可以創(chuàng)建其自身的虛擬字段。

(3)該策略具有的繼承特性有利于網(wǎng)格環(huán)境下異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的注冊(cè)與映射。數(shù)據(jù)庫(kù)資源提供者在注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)資源時(shí)可以選擇一個(gè)與自身最相近的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定其資源與該虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)之間的映射關(guān)系。同時(shí)，如果由于業(yè)務(wù)的變更各省需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)，也則需原有的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上創(chuàng)建新的子虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，使得數(shù)據(jù)庫(kù)集成易于擴(kuò)展。

4 基于虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的頻譜網(wǎng)格集成框架

4.1頻譜網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)

4.1.1 頻譜網(wǎng)絡(luò)體系的組成部分

根據(jù)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建策略以及數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)、虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)選擇和虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)映射等方式實(shí)現(xiàn)頻譜網(wǎng)格異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)和集成，如圖1所示其總體結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：

(1)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)管理器(VDB management)

在應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，系統(tǒng)構(gòu)建者用他來(lái)維護(hù)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的模式(VBS schema)。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)服務(wù)與客戶(hù)端(ResInit service，ResInit client)

數(shù)據(jù)庫(kù)資源提供者在向應(yīng)用系統(tǒng)注冊(cè)其數(shù)據(jù)庫(kù)資源時(shí)，使用該客戶(hù)端自動(dòng)注冊(cè)其持有的數(shù)據(jù)庫(kù)模式，并設(shè)定其數(shù)據(jù)庫(kù)資源與虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)之間的映射關(guān)系。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)代理(access Agent)

為系統(tǒng)中其他模塊(如資源監(jiān)測(cè)服務(wù)、查詢(xún)與響應(yīng)轉(zhuǎn)換服務(wù)等)提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)。該代理可以支持對(duì)各數(shù)據(jù)庫(kù)資源的并行訪(fǎng)問(wèn)。

(4)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)服務(wù)(VDB SGR)

網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)或其他客戶(hù)端通過(guò)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)服務(wù)，獲取應(yīng)用系統(tǒng)中的虛擬數(shù)據(jù)模式信息。

(5)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)(VDBS)

網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)或其他客戶(hù)端通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)獲取來(lái)自各異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。為了盡量避免因虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)集中處理應(yīng)用查詢(xún)請(qǐng)求而降低系統(tǒng)效率，可以在系統(tǒng)中部署多個(gè)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，以分流查詢(xún)請(qǐng)求。

(6)查詢(xún)與響應(yīng)轉(zhuǎn)換服務(wù)(Req／Res TranServ)

將資源使用者對(duì)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求，并將來(lái)自多個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的響應(yīng)合并為針對(duì)一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的響應(yīng)。

(7)資源監(jiān)測(cè)服務(wù)(ResMonitor)

定期通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)代理監(jiān)測(cè)已注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的狀態(tài)。

(8)元數(shù)據(jù)目錄

用來(lái)存儲(chǔ)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)模式、數(shù)據(jù)庫(kù)資源元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)資源到虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)之間映射信息。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)服務(wù)、虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)服務(wù)、虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等部署在網(wǎng)格服務(wù)容器中，分別被數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)客戶(hù)端、網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)(GAS)或其他客戶(hù)端的調(diào)用。

4.1.2 頻譜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程

頻譜網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)各異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的過(guò)程如圖2所示。

(1)網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)向虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)提交訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求，虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)將查詢(xún)請(qǐng)求遞交給查詢(xún)映射服務(wù)；

(2)查詢(xún)映射服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)目錄，結(jié)合虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)模式，將對(duì)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為對(duì)相應(yīng)真實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求；

(3)查詢(xún)映射服務(wù)通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)代理，順次或并行訪(fǎng)問(wèn)真實(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源；

(4)查詢(xún)映射服務(wù)將合并的查詢(xún)響應(yīng)返回給虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)；

(5)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)將查詢(xún)響應(yīng)返回給網(wǎng)格應(yīng)用服務(wù)，完成本次訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程。

4.2數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)

在上述虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建策略基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫(kù)資源提供者注冊(cè)其所持有的數(shù)據(jù)庫(kù)資源時(shí)，需要設(shè)定三方面的信息：本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)參數(shù)、本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)模式、本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)之間的映射信息。

(1)外部網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)所需要的參數(shù)。如果本地直接被外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)，則這些參數(shù)包括數(shù)據(jù)庫(kù)的類(lèi)型、服務(wù)器IP、端口號(hào)、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)、只讀用戶(hù)和口令等。如果外網(wǎng)不能直接訪(fǎng)問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，可以使用一個(gè)部署在Webservices容器中的Web服務(wù)，作為本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的代理服務(wù)，提供者只需提供該Web服務(wù)的地址和訪(fǎng)問(wèn)參數(shù)。

(2)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)模式和虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)模式之間的映射關(guān)系信息。具體而言，這是指本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中某一個(gè)字段到虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)中某一個(gè)虛擬字段之間的映射關(guān)系，其映射關(guān)系可以定義為：映射關(guān)系信息(MappingInformation)是映射規(guī)則(MappingRule)集合的子集，一條映射規(guī)則包括子段映射(ColumnMapping)子集和表間關(guān)系(TableRelation)子集，并且字段映射子集的所有元素必須針對(duì)同一虛擬表(VirtualTable)?？梢员硎救缦拢?/p>

4.3虛擬數(shù)據(jù)厙映射

在虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)映射之前，資源使用者首先要確定與網(wǎng)格應(yīng)用相關(guān)的1個(gè)或多個(gè)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)。由于父虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)能夠自動(dòng)具有子虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)中所設(shè)定的部分映射關(guān)系，所以網(wǎng)格應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可以選擇虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)樹(shù)林中的任何一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。根據(jù)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建策略，在數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)與虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)選擇的基礎(chǔ)上，需要給出虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)映射算法。本文的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)映射算法主要包括：

(1)虛擬查詢(xún)語(yǔ)句的轉(zhuǎn)換。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)資源注冊(cè)確定的映射關(guān)系，將資源使用者對(duì)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)語(yǔ)句(即虛擬查詢(xún)語(yǔ)句)轉(zhuǎn)換為多個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的真實(shí)查詢(xún)語(yǔ)句。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)結(jié)果的合并。將來(lái)自各真實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)響應(yīng)合并為一個(gè)結(jié)果集，該結(jié)果集的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠匹配所訪(fǎng)問(wèn)的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)模式。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文在實(shí)現(xiàn)頻譜網(wǎng)格異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)與集成過(guò)程中，采用基于虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和集成方法。該方法針對(duì)頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)和邏輯業(yè)務(wù)的需要，通過(guò)構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的策略，定義異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的全局統(tǒng)一視圖。該策略使得對(duì)異構(gòu)頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)資源的訪(fǎng)問(wèn)變得簡(jiǎn)化，從而可以使開(kāi)發(fā)更集中于對(duì)查詢(xún)優(yōu)化及效率提高等方面的研究。