任海鵬,鄧春紅，方繼才

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

WiFi、TD-LTE、智能終端等技術(shù)的快速進(jìn)步促進(jìn)了移動(dòng)智慧校園系統(tǒng)普及和使用，許多高校引入了先進(jìn)的智慧校園系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)教室位置占用、圖書館人流、食堂飯菜準(zhǔn)備、鍋爐房開水狀態(tài)、圖書借閱狀態(tài)等實(shí)時(shí)化、智能化、自動(dòng)化管理，大幅度提升了校園事務(wù)管理信息化水平，具有重要的作用和意義[1]。數(shù)據(jù)庫(kù)是移動(dòng)智慧校園系統(tǒng)的重要構(gòu)成，也是將軟件應(yīng)用到數(shù)據(jù)處理中的原點(diǎn)，所以促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)對(duì)于智慧校園系統(tǒng)的廣泛推廣以及后期的綜合使用有著直接的影響[2-3]。分析目前形勢(shì)，在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的使用過程中，由于訪客數(shù)量不斷攀升，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的整體規(guī)模越來越大，如果數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不更新，還是沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就不能維持負(fù)載平衡，數(shù)據(jù)庫(kù)的快速獲取也很難實(shí)現(xiàn)，所以需要促進(jìn)管理理念的更新，就數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算和評(píng)估，需要將訪問的頻次逐漸降低，轉(zhuǎn)移到低優(yōu)先級(jí)的位置，將訪問頻次高的數(shù)據(jù)放置在高級(jí)位置，這樣能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的整體訪問量增加。

1 智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建模

智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建模包括六個(gè)關(guān)鍵組成部分，分別是元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)價(jià)值評(píng)估管理、數(shù)據(jù)遷移控制管理、數(shù)據(jù)訪問重定向管理、數(shù)據(jù)文件監(jiān)視管理、數(shù)據(jù)遷移管理，數(shù)據(jù)庫(kù)建模架構(gòu)如圖1所示。

1.1 元數(shù)據(jù)管理

智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)種類非常多，比如視頻數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)可以將這些數(shù)據(jù)內(nèi)容精細(xì)化、原子化，保證所有的數(shù)據(jù)都是不可再分的和獨(dú)立的。

元數(shù)據(jù)管理可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位置、訪問記錄、數(shù)據(jù)屬性管理，智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)完成任一次外部讀寫請(qǐng)求之后，都可以更新元數(shù)據(jù)的基本信息[4]。數(shù)據(jù)位置管理可以實(shí)現(xiàn)文件內(nèi)容的全局定位，可以針對(duì)不同層次的數(shù)據(jù)建立一個(gè)相對(duì)路徑，外部讀寫功能可以提供文件名，元數(shù)據(jù)管理可以根據(jù)相對(duì)路徑尋找到數(shù)據(jù)位置。訪問記錄可以詳細(xì)計(jì)算讀寫頻率，并且指定一個(gè)數(shù)據(jù)的訪問方法，比如隨機(jī)定位、順序定位等，同時(shí)評(píng)估讀寫數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量，為數(shù)據(jù)估值提供參考。數(shù)據(jù)屬性管理可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建時(shí)間、存儲(chǔ)容量、使用用戶數(shù)量等信息操作、編輯等功能。

圖1 智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建模功能

1.2 數(shù)據(jù)價(jià)值評(píng)估管理

數(shù)據(jù)庫(kù)遷移數(shù)據(jù)內(nèi)容需要依賴數(shù)據(jù)文件的價(jià)值，這些價(jià)值信息包括很多，比如數(shù)據(jù)創(chuàng)建時(shí)間、訪問頻次、數(shù)據(jù)容量、讀寫方法等，可以根據(jù)這些價(jià)值信息判定數(shù)據(jù)文件的活躍程度，進(jìn)而計(jì)算數(shù)據(jù)文件的估值，并且根據(jù)估值信息實(shí)施排序，并且將排序結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)遷移控制管理模塊，為數(shù)據(jù)遷移控制提供決策知識(shí)和信息[5]。

1.3 數(shù)據(jù)遷移控制管理

數(shù)據(jù)遷移控制管理是本文數(shù)據(jù)庫(kù)最為關(guān)鍵的功能，其可以根據(jù)數(shù)據(jù)價(jià)值評(píng)估的結(jié)果，動(dòng)態(tài)的將優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)調(diào)整到便于訪問和命中的區(qū)域。數(shù)據(jù)遷移控制管理需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)計(jì)劃表，該計(jì)劃表可以發(fā)送遷移執(zhí)行計(jì)劃，該計(jì)劃包括遷移數(shù)據(jù)的時(shí)間、方法和位置。遷移時(shí)間長(zhǎng)短需要充分地考慮數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的負(fù)載狀態(tài)和剩余存儲(chǔ)空間，這樣就可以盡可能地提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問命中率，一個(gè)合理的數(shù)據(jù)遷移時(shí)間可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智慧校園分級(jí)存儲(chǔ)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)存取速度和效率[6]。

1.4 數(shù)據(jù)訪問重定向管理

數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息內(nèi)容需要執(zhí)行頻繁的遷移，因此為了能夠保證數(shù)據(jù)位置可以被及時(shí)和準(zhǔn)確地獲取，需要為用戶提供一個(gè)訪問重定向功能，該功能可以通過接口為用戶提供一個(gè)準(zhǔn)確的訪問路徑，因此不需要用戶準(zhǔn)確地知道數(shù)據(jù)文件的物理存儲(chǔ)位置。數(shù)據(jù)訪問重定向可以利用輕量級(jí)并發(fā)操作系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)NAS網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)用功能，訪問數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)近是沒有任何區(qū)別的。

1.5 數(shù)據(jù)文件監(jiān)視管理

數(shù)據(jù)文件監(jiān)視管理可以為實(shí)時(shí)的監(jiān)控信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載狀態(tài)，這些負(fù)載狀態(tài)包括很多個(gè)指標(biāo)，比如存儲(chǔ)空間占用比、數(shù)據(jù)命中率、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問延時(shí)、數(shù)據(jù)讀寫的內(nèi)容等，為數(shù)據(jù)遷移控制提供重要的評(píng)估信息。

1.6 數(shù)據(jù)遷移管理

數(shù)據(jù)遷移管理可以按照?qǐng)?zhí)行計(jì)劃表將數(shù)據(jù)文件從一個(gè)位置遷移到另外一個(gè)位置，這樣就可以更換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送和管理，進(jìn)而可以更加適合地調(diào)整數(shù)據(jù)遷移的頻率和頻次，并且將信息發(fā)送給數(shù)據(jù)遷移控制模塊，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和訪問性能。

2 智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理過程中，普通的數(shù)據(jù)操作功能包括連接、插入、刪除、修改和查詢。智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)采用強(qiáng)大的優(yōu)先級(jí)分級(jí)管理模式，因此數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)功能還需要包括更多的操作[7]。數(shù)據(jù)庫(kù)各個(gè)硬件分片存儲(chǔ)模式可以使用直連式存儲(chǔ)DAS或網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)NAS模式，這兩個(gè)連接模式可以將不同的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集成在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)存儲(chǔ)。DAS存儲(chǔ)設(shè)備可以使用先進(jìn)的光纖電纜連接數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，這樣就可以為用戶提供一個(gè)直接的信息發(fā)送功能，將相關(guān)的信息發(fā)送至存儲(chǔ)設(shè)備上，能夠有效支撐多存儲(chǔ)設(shè)備共享操作系統(tǒng)。NAS存儲(chǔ)模式可以應(yīng)用于Linux操作系統(tǒng)、Unix操作系統(tǒng)中，基于互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件鎖定，為智慧校園用戶提供并發(fā)的訪問保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)操作環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享。智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)放置和遷移的功能模式如圖2所示。

圖2 智能分級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)的分等級(jí)存儲(chǔ)，需要將存儲(chǔ)服務(wù)器的各個(gè)硬件連接起來，可以利用NAS連接技術(shù)，這樣智慧校園的用戶如果有數(shù)據(jù)相關(guān)的操作請(qǐng)求，就可以直接傳達(dá)給存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備接受信號(hào)之后可以進(jìn)行加工處理，待加工處理完成之后就將結(jié)果字節(jié)反饋給應(yīng)用程序同時(shí)對(duì)于存儲(chǔ)容量可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括具體的訪問次數(shù)，遷移動(dòng)態(tài)等等，能夠?qū)⒉煌?jí)別的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)自動(dòng)化遷移，具體的流程圖見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)訪問和遷移邏輯業(yè)務(wù)流程

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)采用優(yōu)先級(jí)和動(dòng)態(tài)化模式，這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)化、分層化管理模式，從而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的高效訪問和存取，從而可以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的資源利用率。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過程中最為關(guān)鍵的技術(shù)包括很多，常用的技術(shù)是數(shù)據(jù)分類技術(shù)、數(shù)據(jù)放置技術(shù)和數(shù)據(jù)遷移技術(shù)。

1.數(shù)據(jù)分類技術(shù)。目前，智慧校園移動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以按照業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分為四類，學(xué)生相關(guān)的數(shù)據(jù)，與教師相關(guān)的數(shù)據(jù)，后勤管理處的數(shù)據(jù)，書籍管理方面的數(shù)據(jù)等等，對(duì)于這些管理數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分類處理，最常用的分類方法包括靜態(tài)分類，動(dòng)態(tài)分類等等。一般來講靜態(tài)分類在智慧校園系統(tǒng)成立的起始階段應(yīng)用比較廣泛，就是將一些主體和規(guī)則進(jìn)行機(jī)械的分類，一旦設(shè)置結(jié)束之后，基本無法更改，但是這種分類方法存在一定的局限性，就是無法滿足數(shù)據(jù)多樣化的需求；采用動(dòng)態(tài)分類是相對(duì)于靜態(tài)分類而言的，常用的動(dòng)態(tài)分類方式有支持向量計(jì)算法，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算法等等，這些計(jì)算方法充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì)，融入了統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)，模式識(shí)別，機(jī)器學(xué)習(xí)等等，即使處理的數(shù)據(jù)量非常大也能夠精確的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所以具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2.數(shù)據(jù)放置技術(shù)。數(shù)據(jù)放置技術(shù)是指數(shù)據(jù)庫(kù)可以評(píng)估信息內(nèi)容的相關(guān)價(jià)值，采用優(yōu)先級(jí)原則將數(shù)據(jù)保存在不同的位置。數(shù)據(jù)放置技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)操作效率影響較大，如果數(shù)據(jù)放置不好，非常容易形成數(shù)據(jù)訪問瓶頸，制約數(shù)據(jù)訪問的實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)放置技術(shù)較多，常見的數(shù)據(jù)放置技術(shù)包括RAID技術(shù)和Strip技術(shù)。數(shù)據(jù)放置過程中需要解決兩個(gè)問題，一個(gè)是數(shù)據(jù)放置的存儲(chǔ)介質(zhì)和數(shù)據(jù)放置采用的形式，比如隨機(jī)放置模式、文件分割放置模式和順序放置模式。

3.數(shù)據(jù)遷移技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)分級(jí)存儲(chǔ)過程中，為了能夠保證數(shù)據(jù)的效率，按照優(yōu)先級(jí)設(shè)置數(shù)據(jù)的訪問位置，因此數(shù)據(jù)遷移技術(shù)就顯得尤為重要。數(shù)據(jù)遷移可以實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別、相同級(jí)別之間的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)移植，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)設(shè)備動(dòng)態(tài)匹配。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移可以根據(jù)軟硬件環(huán)境進(jìn)行升級(jí)服務(wù)，將數(shù)據(jù)遷移到一個(gè)新的環(huán)境中。目前，數(shù)據(jù)庫(kù)分級(jí)遷移過程中，異級(jí)遷移模式是最為常見的，其主要負(fù)責(zé)均衡各個(gè)設(shè)備有限負(fù)載，優(yōu)化存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理模式，遷移過程也是自動(dòng)化的，異級(jí)遷移可以大幅度提升數(shù)據(jù)庫(kù)的效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

智慧校園是“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代重要的應(yīng)用和研究領(lǐng)域，針對(duì)一個(gè)輕量級(jí)的智慧校園進(jìn)行存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，可以將最熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)前置到優(yōu)先位置，這樣就可以保證輕量級(jí)線程能夠以最快的速度和最短的時(shí)間獲取數(shù)據(jù)內(nèi)容，支持智慧校園的訪問速率，具有重要的作用和意義。

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