基于虚拟数据库技术的频谱网格数据库访问和集成
时间：2021-04-08 07:55:00 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：随着无线电设备种类和数量的增加，无线电频谱管理在社会生产和生活方面起着越来越重要的作用。但是由于历史及地区发展的不平衡性造成了我国目前各地区的频谱管理系统相对独立，极大的制约了我国频谱管理技术的发展，造成了资源的浪费及不必要的重复建设。在对现有频谱管理系统特点分析的基础上，提出一种在网格环境下的基于虚拟数据库技术的频谱数据库的访问和集成方法，并给出虚拟数据库的构建策略、频谱数据库资源注册和查询映射方法，为资源使用者提供了访问频谱数据库的一致访问接口。
关键词：频谱网格；虚拟数据库；模式映射；资源注册
中图分类号：TP311
文献标识码：B
文章编号：1004—373X(2008)04—174—03
1 引 言
现代通信事业蓬勃发展，无线电用频设备的分布越来越密集，无线电设备之间的干扰也越来越严重，这些给国家无线电频谱管理工作带来了巨大压力。为此，国家及相关机构在频谱管理方面都投入大量的人力物力，各个省市区也都建立了自己的频谱管理系统。国家对频谱管理系统建设之初并没有一个统一的规划，各地区根据自己的业务需求而单独开发频谱管理系统，导致了不同省市间的频谱管理系统不能实现互访互操作。为了要解决这一问题，避免重复建设，应该将不同地区的异构频谱数据库进行整合。通过网格门户给用户提供一个统一的访问视图，以实现不同地区频谱资源的互连互通和有机共享。虽然各省市的频谱数据库存储在不同的地区，采用的数据库、操作系统等存在不同，但同时也有很大的相似之处，所以如何确定网格环境下异构数据库的访问和集成方法，为用户提供异构数据库资源的全局统一视图和高效的访问接口，是频谱网格面临的关键问题。
2 相关工作
随着网格技术及其应用的不断发展，网格环境中异构数据库的访问和集成已经成为网格研究的重要组成部分。隶属于全球网格论坛(GGF)的数据库访问和集成服务工作组(DAIS—WG)正致力于网格数据库服务的标准建设，其中包括异构数据库系统的一致访问规范、网格框架中数据库系统的协同机制等方面。英国e—Science网格计划的开放风格服务体系框架数据访问和集成(OGSA—DAI)是支持数据库访问和集成的网格中间件，能够支持多种数据库资源查询、更新、传输和交付，为数据库资源生成配置文件，并根据配置文件自动部署GDSF服务，为用户提供数据库的查询和访问。但是OGSA—DAI目前主要侧重于数据库访问服务，其数据库资源注册不包括其他数据库模式信息。
目前异构数据库访问与集成方面的研究工作对于频谱网格的建设有一定的启发和借鉴意义，但现有的频谱网格数据库有其自身的特点：
(1)由于频谱网格的异构数据资源来自各个省市的频谱数据库，其监测的实时数据量大，如采用数据复制方法会产生网格存储资源的浪费，同时由于某些数据涉及用户隐私，容易造成泄密。
(2)由于频谱管理具有相当强的专业性，如采用基于数据库元数据方法的网格应用则要求开发人员对该专业的知识充分理解，这给项目开发工作带来较大的难度。
(3)经过调研了解到，虽然各省市在数据库的定义方面有不同外，采用的数据库系统主要都是Oracle数据库，因此在数据集成时可以把侧重点由支持多种数据库访问转变到模式映射、语义转换方面，以提高数据库查询的效率。根据以上对频谱网格异构数据库的分析，采用了基于虚拟数据库的异构数据库访问和集成方法。该方法通过构建虚拟数据库来定义异构数据库资源的全局统一视图，并在此基础上，给出了数据库资源的注册方式和虚拟数据库查询映射方法，为资源使用者提供了访问数据库的一致访问接口。
3 虚拟数据库构建策略
根据频谱管理业务的需要，各省的频谱数据库主要包括信息数据库和台站数据库，因此在构建虚拟数据库时也相应地建立了虚拟信息数据库和虚拟台站数据库。一般地，虚拟数据库可以包含1个或多个虚拟表，虚拟表可以包含1个或多个虚拟字段，虚拟数据库、虚拟表和虚拟字段的概念分别类似于关系数据库理论中的数据库、表和字段的概念。具体而言，本文提出的虚拟数据库构建策略主要包括以下内容：
(1)在创建虚拟数据库的虚拟表时，根据业务逻辑的需要，抽取各个省数据库的公共数据表，同时为了以后扩展的需要，引入了面向对象设计中继承性，即可以在根虚拟数据库的基础上继续添加子虚拟数据库，子虚拟数据库可以继承父虚拟数据库的虚拟表和虚拟子段。
(2)在创建子节点虚拟表的虚拟字段时，如果子节点的虚拟表继承了父节点的虚拟表，则称前者为子虚拟表，后者为父虚拟表。子虚拟表自动具有父虚拟表的所有虚拟字段，其中包括父虚拟表自身创建的虚拟字段和继承祖父的虚拟字段，并且子虚拟表也可以创建其自身的虚拟字段。
(3)该策略具有的继承特性有利于网格环境下异构数据库资源的注册与映射。数据库资源提供者在注册数据库资源时可以选择一个与自身最相近的虚拟数据库，设定其资源与该虚拟数据库之间的映射关系。同时，如果由于业务的变更各省需要扩展数据库，也则需原有的虚拟数据库基础上创建新的子虚拟数据库，使得数据库集成易于扩展。
4 基于虚拟数据库的频谱网格集成框架
4.1频谱网格体系结构
4.1.1 频谱网络体系的组成部分
根据虚拟数据库构建策略以及数据库资源注册、虚拟数据库选择和虚拟数据库查询映射等方式实现频谱网格异构数据库访问和集成，如图1所示其总体结构主要包括以下几个部分：
(1)虚拟数据库管理器(VDB management)
在应用系统构建过程中，系统构建者用他来维护虚拟数据库的模式(VBS schema)。
(2)数据库资源注册服务与客户端(ResInit service，ResInit client)
数据库资源提供者在向应用系统注册其数据库资源时，使用该客户端自动注册其持有的数据库模式，并设定其数据库资源与虚拟数据库之间的映射关系。
(3)数据库访问代理(access Agent)
为系统中其他模块(如资源监测服务、查询与响应转换服务等)提供数据库访问服务。该代理可以支持对各数据库资源的并行访问。
(4)虚拟数据库查询服务(VDB SGR)
网格应用服务或其他客户端通过虚拟数据库查询服务，获取应用系统中的虚拟数据模式信息。
(5)虚拟数据库服务(VDBS)
网格应用服务或其他客户端通过访问虚拟数据库服务获取来自各异构数据库中的信息。为了尽量避免因虚拟数据库集中处理应用查询请求而降低系统效率，可以在系统中部署多个虚拟数据库服务，以分流查询请求。
(6)查询与响应转换服务(Req／Res TranServ)
将资源使用者对虚拟数据库的访问请求转换为对真实数据库的访问请求，并将来自多个真实数据库的响应合并为针对一个虚拟数据库的响应。
(7)资源监测服务(ResMonitor)
定期通过数据库访问代理监测已注册数据库资源的状态。
(8)元数据目录
用来存储虚拟数据库模式、数据库资源元数据和数据库资源到虚拟数据库之间映射信息。其中，数据库资源注册服务、虚拟数据库查询服务、虚拟数据库服务等部署在网格服务容器中，分别被数据库资源注册客户端、网格应用服务(GAS)或其他客户端的调用。
4.1.2 频谱网络应用服务访问过程
频谱网格应用服务访问各异构数据库资源的过程如图2所示。
(1)网格应用服务向虚拟数据库服务提交访问请求，虚拟数据库服务将查询请求递交给查询映射服务；
(2)查询映射服务访问数据库元数据目录，结合虚拟数据库模式，将对虚拟数据库的访问请求转换为对相应真实数据库的访问请求；
(3)查询映射服务通过访问代理，顺次或并行访问真实的数据库资源；
(4)查询映射服务将合并的查询响应返回给虚拟数据库服务；
(5)虚拟数据库服务将查询响应返回给网格应用服务，完成本次访问过程。
4.2数据库资源注册
在上述虚拟数据库构建策略基础上，数据库资源提供者注册其所持有的数据库资源时，需要设定三方面的信息：本地数据库访问参数、本地数据库模式、本地数据库与虚拟数据库之间的映射信息。
(1)外部网络访问本地数据库所需要的参数。如果本地直接被外网访问，则这些参数包括数据库的类型、服务器IP、端口号、数据库名称、只读用户和口令等。如果外网不能直接访问本地数据库，可以使用一个部署在Webservices容器中的Web服务，作为本地数据库的代理服务，提供者只需提供该Web服务的地址和访问参数。
(2)本地数据库模式和虚拟数据库模式之间的映射关系信息。具体而言，这是指本地数据库中某一个字段到虚拟数据库中某一个虚拟字段之间的映射关系，其映射关系可以定义为：映射关系信息(MappingInformation)是映射规则(MappingRule)集合的子集，一条映射规则包括子段映射(ColumnMapping)子集和表间关系(TableRelation)子集，并且字段映射子集的所有元素必须针对同一虚拟表(VirtualTable)。可以表示如下：
4.3虚拟数据厍映射
在虚拟数据库的查询映射之前，资源使用者首先要确定与网格应用相关的1个或多个虚拟数据库。由于父虚拟数据库能够自动具有子虚拟数据库中所设定的部分映射关系，所以网格应用开发者可以选择虚拟数据库树林中的任何一个虚拟数据库节点进行访问。根据虚拟数据库构建策略，在数据库资源注册与虚拟数据库选择的基础上，需要给出虚拟数据库的查询映射算法。本文的虚拟数据库查询映射算法主要包括：
(1)虚拟查询语句的转换。根据数据库资源注册确定的映射关系，将资源使用者对虚拟数据库的查询语句(即虚拟查询语句)转换为多个真实数据库的真实查询语句。
(2)数据库查询结果的合并。将来自各真实数据库的查询响应合并为一个结果集，该结果集的元数据结构能够匹配所访问的虚拟数据库模式。
5 结 语
本文在实现频谱网格异构数据库的访问与集成过程中，采用基于虚拟数据库的访问和集成方法。该方法针对频谱数据库的特点和逻辑业务的需要，通过构建虚拟数据库的策略，定义异构数据库资源的全局统一视图。该策略使得对异构频谱数据库资源的访问变得简化，从而可以使开发更集中于对查询优化及效率提高等方面的研究。
