惠寶鋒 李國(guó)祿 馮桂蓮

(青海民族大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院，青海 西寧 810007)

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Thing,Io T)是現(xiàn)代社會(huì)信息技術(shù)的重要組成部分，隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，打破了之前的傳統(tǒng)思路，成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)也成為了繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的全球信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮[1]。而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開云計(jì)算和分布式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用[2]。物聯(lián)網(wǎng)與分布式數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)共存時(shí)才能發(fā)揮其最大作用，故兩者間存在著密不可分的關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開數(shù)據(jù)庫的支撐，從量上看，物聯(lián)網(wǎng)所采集到的數(shù)據(jù)量驚人的數(shù)據(jù)都是使用數(shù)量龐大的傳感器[3]。這些數(shù)據(jù)需要通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無線傳輸，也就是無線傳感網(wǎng)、寬帶互聯(lián)網(wǎng)向最終的存儲(chǔ)和處理設(shè)施匯聚，而使用數(shù)據(jù)庫緩存等和它相關(guān)的一系列技術(shù)來承載這些任務(wù)能體現(xiàn)其優(yōu)越的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)[4,5]；從質(zhì)上看，數(shù)據(jù)庫的使用及其相關(guān)的一系列技術(shù)對(duì)這些采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、挖掘、存儲(chǔ)，從而可以使人類更加精確、快速、智能地從邏輯世界轉(zhuǎn)化為對(duì)物理世界進(jìn)行管理和控制[6-8]。另一方面，智能電網(wǎng)、家居、交通、服務(wù)、醫(yī)療等領(lǐng)域隨著物聯(lián)網(wǎng)解決方案的落地，物聯(lián)網(wǎng)將成為分布式數(shù)據(jù)庫最大的用戶，從而增大數(shù)據(jù)庫系列的商業(yè)地位價(jià)值，為其奠定成功的基石[3]。本文在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提供一種通過物聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化策略。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建

在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化，我們首先進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)收集，然后根據(jù)具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類、整理及去重等處理，建立了數(shù)據(jù)庫的基本模型。

2.1 收集數(shù)據(jù)

采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器作為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中所涉及的不同功能的傳感器，通過不同地域環(huán)境下的基站，對(duì)綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分類，存儲(chǔ)及分級(jí)管理，進(jìn)而通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸、查詢以及歷史數(shù)據(jù)的查詢和分析。如圖1所示：

圖1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫物理應(yīng)用模型

通過上述數(shù)據(jù)庫物理應(yīng)用模型可知，數(shù)據(jù)通過多個(gè)不同類型與不同地域傳感器通過各自節(jié)點(diǎn)與基站傳輸?shù)椒植际綌?shù)據(jù)庫中，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工，并存儲(chǔ)在中央數(shù)據(jù)庫中，可進(jìn)行地點(diǎn)查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢及歷史數(shù)據(jù)查詢等操作。

2.2 數(shù)據(jù)庫搭建

通過分析物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)主要是通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并最終傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫端進(jìn)行分類整理等具體操作，于是我們分別建立了傳感器數(shù)據(jù)庫表和數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫表，前者主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)傳感器傳回的數(shù)據(jù)，而后者主要負(fù)責(zé)分析和處理數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)庫表如表1，表2。

表1 傳感器數(shù)據(jù)庫表

表2 傳感器返回值數(shù)據(jù)庫表

根據(jù)數(shù)據(jù)庫表，分別建立數(shù)據(jù)庫中各個(gè)表的值、屬性，索引和主鍵根據(jù)表的實(shí)際情況設(shè)定。通過數(shù)據(jù)庫的建立我們繪出它們之間的關(guān)系圖，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫表間關(guān)系圖：Diagram_0圖

數(shù)據(jù)庫建表成功后，為了提高數(shù)據(jù)庫中表中數(shù)據(jù)被訪問的效率，可將需要頻繁訪問的數(shù)據(jù)項(xiàng)添加到緩存中，可進(jìn)行以下設(shè)置：（1）添加緩存項(xiàng)；（2）設(shè)置緩存依賴項(xiàng)；（3）設(shè)置緩存過期策略；（4）設(shè)置緩存優(yōu)先級(jí)。通過以上步驟，來提升訪問速度和效率，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化做好準(zhǔn)備，下一步我們開始進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

3 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 數(shù)據(jù)庫查詢語句優(yōu)化

根據(jù)SQL查詢語句的特點(diǎn)，以時(shí)間最短為標(biāo)準(zhǔn)的前提下，首先確定數(shù)據(jù)字典中哪些數(shù)據(jù)是我們所需的內(nèi)容，從而判斷和選取具體的存取方案。以大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)庫和大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫為例，對(duì)具體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化分析，主要內(nèi)容有：

(1)在數(shù)據(jù)庫表中存在一些不必要的Null值，為了提高查詢引擎在數(shù)據(jù)庫中所進(jìn)行的全面數(shù)據(jù)檢索而放棄使用索引的方式，我們必須杜絕使用空值進(jìn)行判斷和查詢。

(2)減少不必要的索引數(shù)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)索引數(shù)量最好控制在6個(gè)以內(nèi)，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫在進(jìn)行多次的insert或update操作時(shí)會(huì)降低實(shí)際的查詢效率，反而減低了數(shù)據(jù)庫檢索的速度，從而帶來數(shù)據(jù)傳遞的延遲，使用戶不能快速和實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)的變化。

(3)在SQL搜索引擎中我們優(yōu)先考慮的是數(shù)字型字段的檢索和查詢，因?yàn)閿?shù)字型字段在查詢中只需進(jìn)行一次相符性比較，在很大程度上降低了對(duì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的存儲(chǔ)空間的占用和對(duì)內(nèi)存的長(zhǎng)時(shí)間占用。

(4)注意臨時(shí)表的正確使用，因?yàn)榕R時(shí)表會(huì)占用大量系統(tǒng)資源，在新建臨時(shí)表進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)注意利用Selectinto作為Create table的替選語句，減少不必要的日志。待查詢后將數(shù)據(jù)表進(jìn)行刪除標(biāo)記和實(shí)際刪除操作，來提高查詢的效率。

(5)減少系統(tǒng)表資源的消耗，不能過于頻繁地創(chuàng)建和刪除臨時(shí)表，為了避免系統(tǒng)表的長(zhǎng)時(shí)間無效使用而導(dǎo)致鎖定，在存儲(chǔ)過程的最后一定要將所有的臨時(shí)表顯式為刪除，即truncate table后就drop table。

3.2 數(shù)據(jù)庫外圍優(yōu)化

計(jì)算機(jī)外圍優(yōu)化是指對(duì)數(shù)據(jù)庫具體操作的外部環(huán)境配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)通信方式、終端平臺(tái)等的優(yōu)化。具體如下：

(1)外部環(huán)境配置優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫的良好運(yùn)行依賴與硬件及軟件的支持程度，也關(guān)系到數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率。在進(jìn)行外部環(huán)境配置時(shí)主要是將中央處理器的性能進(jìn)行及時(shí)更新，利用高速緩存存儲(chǔ)器，增加內(nèi)存、改善數(shù)據(jù)輸入與輸出設(shè)備的綜合能力。

(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信方式優(yōu)化

物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集已經(jīng)不是什么難點(diǎn)，關(guān)鍵是在進(jìn)行通信時(shí)所采用的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)及通信方式上，我們可以采用雙頻進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，提高其傳輸效率，必要時(shí)對(duì)基站的設(shè)置和選址進(jìn)行重新規(guī)劃，利用全雙工網(wǎng)絡(luò)通信是最佳的方式，使數(shù)據(jù)盡可能實(shí)現(xiàn)快速、無延遲傳輸，這樣數(shù)據(jù)庫可進(jìn)行高效率的運(yùn)算、分析、存儲(chǔ)及發(fā)送。

(3)終端平臺(tái)優(yōu)化

平臺(tái)作為對(duì)數(shù)據(jù)利用的主要窗口，關(guān)系到數(shù)據(jù)具體的質(zhì)量，關(guān)鍵是提取和展示功能，物聯(lián)網(wǎng)傳感器大部分傳輸回來的數(shù)據(jù)是電信號(hào)，需要在平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，涉及到算法和策略問題，所以我們必須進(jìn)行服務(wù)器和前端數(shù)據(jù)處理，優(yōu)化各種算法，利用合理的傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸。在服務(wù)器中主要進(jìn)行代碼的優(yōu)化，比如下段代碼主要優(yōu)化了異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)庫操作方法和調(diào)用，從而更好地通過前端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和利用，如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)器部分代碼優(yōu)化

4 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)離不開對(duì)數(shù)據(jù)庫的使用，為了提高物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫之間的互聯(lián)性，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)尤為關(guān)鍵，數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)的整理、分析、傳遞及利用關(guān)系著物聯(lián)網(wǎng)的效果評(píng)價(jià)，為此我們建立了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用模型，分別通過數(shù)據(jù)庫查詢語言優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫外部環(huán)境優(yōu)化兩個(gè)方面提出了一些優(yōu)化方案，希望在以后的應(yīng)用過程中提高物聯(lián)網(wǎng)對(duì)分布式數(shù)據(jù)庫的有效利用。