移動數據庫同步技術在征稽系統中的應用

摘要：在移動計算環境中，人們通過數據同步機制利用無線或者移動設備處理和存儲各種數據。本文研究了SQL Serve復制技術和基于XML的數據同步方式，并將兩種同步復制方式進行了深入分析比較，研究出一種將兩種方式結合同步方案，并應用于實際系統。

關鍵詞：移動數據庫；復制；同步；XML

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2008)31-0778-03

Application of Mobile Data synchronize in Charging Management System

DU Juan， XIONG Yi-long

(Department of Computer Science and Technology， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China)

Abstract: Based on data synchronization， people can process and store data in wireless devices or mobile devices in the mobile computing environment. The technology of data replication of mobile database and data synchronization based XML are researched in the article. Combination the two kinds of data synchronization ，gives out a new method and applied in practical System.

Key words: mobile database; duplicate; synchronize; XML

1 引言

本文研究分布式水路交通規費征稽系統固定征稽與移動征稽相結合的方式，其中移動子征稽通過數據同步技術實現與固定征稽數據統一。眾所周知，在傳統的分布計算系統中，各個結點之間都是假定通過固定網絡連接，并保持網絡的持續連接性，而移動計算系統改變了這種假設條件。移動計算環境的一個顯著特點是移動終端與服務器之間的連接是一種弱連接，即低帶寬、長延遲、不穩定和經常性的斷開。為了支持用戶在弱環境下對數據庫的操作，現在普遍采用樂觀復制方法(Optimistic Replication或Lazy Teplication)。即移動端將需要的數據先復制到移動設備的存儲介質上，形成移動節點上的本地數據庫部分，在移動節點和網絡斷開連接時允許用戶對本地緩存上的數據副本進行操作，待移動節點和網絡重新連接后再與數據庫服務器交換數據修改信息，并通過沖突檢測和協調來恢復數據的一致性。本文提出了一種基于SQL Serve數據復制技術和XML數據傳輸結合實現移動數據同步的解決方案。

2 數據同步業務模型

一個理想的移動數據庫復制應該是一種異步的多主副本復制，即系統允許移動主機在斷連的情況下在本地副本上執行讀寫操作，從而造成系統短暫的不一致，重新連接時進行數據同步處理，將移動節點上所做的數據修改上傳至固定網絡上的主機，同時將固定主機副本上所做的修改下傳到移動主機，從而使系統重新達到一致性的狀態，上述過程稱為同步處理過程。在此過程中，必須進行沖突處理，因為系統可能同時在多個副本上對同一數據對象執行了更新操作，于是產生了如何維護數據一致性問題，而這正是移動數據庫系統的同步機制所要解決的。

數據同步業務是一種支持兩數據源間進行數據同步的機制，由于個人用來存放信息的電子設備種類繁多，而這些電子設備之間物理連接的方式也是多樣的，例如：紅外、藍牙、GPRS、CDMA、電纜等。所以，數據同步業務不應該對具體承載方式進行約定。

本文的實現采用了如圖1所示的模型，在這個環境中固定網絡相對于無線網絡單元擁有更高可靠和安全性，將固定網絡部分稱為可信部分。整個系統由四類節點組成：

1) 數據庫服務器，由各主流商用數據庫服務器組成。

2) 固定客戶端，通過固定網絡直接和數據庫服務器連接。

3) 移動客戶端，具有移動性的主機，經常與服務器斷連，我們選擇移動設備與網絡連接時進行的操作，避免了因無線網絡不通無法連接遠程服務器導致的無限等待，提高了工作效率，同時減少網絡通信所需的費用。

4) 同步服務器，負責整個系統的同步。同步服務器是移動節點連接到固定網絡的唯一接口，所有移動節點和中心數據庫服務器之間的數據流都要通過同步服務器來傳遞。同步服務器在整個移動數據庫系統的體系結構中處于中間服務層，是連接移動節點和固定網絡的橋梁，也是整個系統的關鍵部件。正是由于同步服務器中間層的引入，使得整個系統具有較靈活的可擴充性。

3 SQL Server數據復制技術

一般的數據復制不需要保持實時完全一致，不同服務器上的數據同步有一個延時。源數據庫的變化，不是立刻反應到其它數據庫中，而是把產生變化的事務寫入專門的分發數據庫中(Distribution)。當這些事務累計到設定值時，由事務分發器（Distribution Task）把事務送到其它服務器中，由服務器再執行這些事務來保持源數據與拷貝數據的一致。分發數據庫完成了一種緩沖的作用，當因網絡或其他問題使復制不能完成時，源數據的變化會一直保存在分發數據庫中直到問題解決再自動把所有保存的事務送出，并且復制兩端的數據仍保持一致。這種方式使數據的復制有極大的自適應性和可靠性，最大限度減少用戶的干預。

在數據復制的過程中，復制組管理著復制過程中相關聯的復制對象。通常，要創建并使用復制組來組織支持特定數據庫應用程序必需的方案對象。在主站點（發布數據的站點）創建復制組后，就相當于發布了出版物，源站點服務器是數據復制的目的地，無條件地獲得發布的出版物，并且接收從其它源站點傳送過來的變化的數據。主站點在初始同步后，只是它具有管理的權限，可以刪除復制對象，重新定義數據鏈路調，其本身和其它的站點是對等的關系。數據傳輸是雙向工作時，它是一個對等的復制過程，而且是以推、拉的方式結合進行復制的，當數據復制過程完成后，復制對象就成為本地實際存儲的表，表的結構和記錄與源數據庫一直，提高了本地自治的能力。進行實體化視圖復制時，最小的復制單位可以是表記錄的一部分，相當于對表中的數據進行了過濾。過濾數據有三種方法，即水平過濾、垂直過濾和水平垂直混合過濾。水平過濾就是包含表一部分列，是列的子集。這時，復制對象的內容只包含原表的可復制列。垂直過濾就是包含了表的一部分行，是行的子集，復制對象只包含原表的部分行，在對等復制中維護的是整個復制對象的信息，無法進行數據過濾。在復制過程中，如果允許多個站點可以修改數據，為了避免復制沖突，就可以采取過濾數據的方法，使不同的站點復制一個表中的不同部分中的數據。

SQL Server能在不同節點間復制數據并自動同步這些節點的數據。用戶可以在同一服務的不同數據庫或不同的遠程連接服務器之間復制數據。

SQL Server數據復制基于“出版－訂閱”，模式，該模式由以下組件構成：

1) 發布服務器 (Publisher)：發布服務器是使數據成為其他服務器復制時使用的服務器。發布服務器不僅是用以指定要復制哪些數據的服務器，同時還檢測在事務復制過程中哪些數據發生了變化，并保留關于該站點上所有發布的信息。

2) 分發服務器(Distributor)：分發服務器是用于存儲歷史數據、事務以及元數據的服務器。分發服務器的功能根據執行復制類型的不同而不同。

3) 訂閱服務器(Subscriber)：訂閱服務器是接收復制數據的服務器，并管理數據的更新。根據復制類型和復制選項，訂閱服務器還可以選擇是將數據更改返回給發布服務器，還是將數據重新發布給其它訂閱服務器。

4) 發布(Distribution)：發布是一個數據庫內的一個或多個項目的就集合。

5) 訂閱 (Subscription)：訂閱是對要復制的一個數據副本或數據庫對象的請求，它定義要接收哪些發布，以及在何時何處接收。

為此， SQL Server提供了三種復制類型來滿足不同環境中的應用需要。我們采用合并復制如圖2所示，允許用戶修改訂閱服務器中的訂閱數據，它能夠自動監視訂閱數據庫中的數據變化，并定期將這些變化進行合并再把合并后的結果分發給所有訂閱者，如果在合并過程中發現不同用戶對數據所做的修改存在沖突時，合并代理程序將根據建立訂閱時為訂閱者所設置的優先級裁決哪個用戶的修改有效。

4 基于XML數據同步技術

傳統的分布式數據庫系統中的數據同步與數據復制緊密相關，以SQL Server為例，它的數據同步系統是典型的分布式數據庫同步系統。SQL Sever的數據復制是指在數據庫之間對數據和數據庫對象進行復制和分發并進行同步以確保其一致性的一組技術。復制一般分兩步：首先將現有數據完全按照數據和數據庫對象出現時的狀態一次性地從發布服務器復制到訂閱服務器上，基于XML的數據庫數據同步的目的是在網絡環境下實現不同數據庫間自動地、實時地數據交換，以達到某一時間范圍內數據的一致性。它對數據同步的定義和所要達到的數據一致的目的與分布式數據庫系統中的數據同步一致。然而基于XML的數據庫同步系統和傳統分布式系統的數據庫同步在應用環境和所面對的同步對象上又有所差別。如SQL Server專門用于在支持SQL Server同步協議的分布式數據庫平臺之間復制和同步數據，它的同步對象只能是SQL Server；數據庫或可兼容的關系數據庫。而基于XML的數據庫同步要解決的是網絡范圍內已經存在的各種類型、各種版本的數據庫平臺之間進行數據的自動交換，同步對象具有更強的獨立性和多樣性。由于應用上的差別，二者的功能目標也就不同了。SQL Server數據同步的目標是要在SQL Server數據復制的構架下實現分布式的SQL Server數據庫間的數據同步功能，實時性和準確性是其主要的衡量標準。而基于XML的數據庫同步的目標是要能支持網絡中最大范圍的數據庫之間的數據同步功能，對通用性，靈活性和安全性要求比較高。基于XML的數據傳輸方式主要有三個過程：XML文件的創建、XML文件的傳輸、XML文件的解析。

1) XML文件的創建

XML文件的創建主要是分為2步：XML架構和XML數據。

2) XML文件的傳輸

PC與PDA之間的數據傳輸可以使用存儲卡形式、無線網絡形式。無線網包含無線局域網、GPRS、CDMA、紅外線等多種方式。本文中采取USB電纜直接連接。

3) XML文件的解析

不管哪一端接收到XML文件，首先需要對XML文件進行解析，分析出表名、表字段以及對應的記錄值。通過分析記錄中的更新標志字段，在數據庫中對該記錄進行相應的更新。

5 數據復制與XML數據同步方式的結合

基于上面分析兩種數據同步方式，都是為了是實現移動設備與PC之間數據的一致性，但兩種方式在實現和運行的過程中還有所不同，下面結合本系統開發實踐，介紹下同步的控制方式不同，因為 SQL Server的數據同步是在分布式系統中運行的，所以采用的是由分發服務器集中控制同步的方式，如圖3所示，各個移動站點訂閱數據庫。

在基于XML的數據庫同步中，由于網絡中數據庫的相對獨立性和多樣性，所以不適合進行集中控制，而采用的是同步代理控制方式，基于XML同步方式中，同步的過程主要是通過服務器的同步代理和客戶端的同步代理完成，客戶端向服務器發出同步請求，同步代理之間相互交互，然后通過XML作為中介，接受端解析XML數據，更新數據庫表記錄，從而達到數據的同步。

由于網絡條件的多樣性，在整個移動計算空間中，不同的時間和地點連網條件相差十分懸殊。因此，同步技術應該提供充分的靈活性和適應性，提供多種系統同步方式和資源優化方式，以適應網絡條件的變化。考慮實際數據傳輸上行鏈路的通訊代價與下行鏈路有很大的差異，這要求同步實現中能充分考慮這種差異，采用合適的方式來傳遞數據。網絡狀況好的情況主要采用SQL復制技術進行大量數據同步，并且結合SQL技術進行數據篩選，使傳輸到移動設備數據達到最小，實際情況中網絡狀況的不穩定性時，無法利用SQL Server數據復制機制，不能及時將移動設備中征稽系統所有信息傳輸到中心服務器，在這種情況下，采用XML傳輸文件同步方式，網絡故障時我們把XML數據利用存儲設備拷貝到實際中心服務器，在服務器端解析XML文件，把信息傳輸到服務器。

6 結束語

隨著移動數據庫應用的發展，我們可以使用移動計算數據技術等數字化手段完成稽查收費，但基礎信息環節是必須通過物理性活動才能完成的，基礎信息中心提供船舶，港口信息管理、運輸物品以及市場分析和預測等服務，因此建立一套整合性的規費征稽系統是收費體系邁向信息化的基礎建設. 本文通過分析移動的數據庫同步復制應用，希望能推廣移動數據庫技術在信息收費領域的應用，這樣，既可以實現高質量的收費管理，又可對長江流域的船舶繳費情況進行隨時動態追蹤查詢，還可以根據所獲知的信息進行分析和預測等. 隨著移動數據庫技術的發展，我國的水陸信息化建設水平得到更進一步提升。

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