基于分布式處理技術的物聯網數據庫研究和設計

摘要：針對物聯網中的數據庫管理問題，通過對物聯網技術的研究，結合分布式處理技術、P2P(對等網)點云計算技術，提出了一個基于分布式處理技術的物聯網數據庫設計方法。在此以醫療系統物聯網為例，驗證了該方法在一定程度上能夠解決物聯網中的數據庫管理問題，從而為物聯網技術與數據庫技術、網絡技術、中間件技術等的技術結合提供了技術支撐。

關鍵詞：數據庫技術； 分布式處理技術； 云計算； 物聯網

中圖分類號：TN91934； TP311.13文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)04012003

Design of IOT database based on distributed processing technology

LI Na， LIU JunHui

(Department of Information Engineering， Zhengzhou College of Animal Husbandry Engineering， Zhengzhou 450011， China)

Abstract： In recent years， with the repid development of Internet of things (IOT) technology， a new challenge has been posed on data storage and access. Focusing on the database management of IOT， a design method of IOT database based on distributed processing technology (DPT) was proposed by means of computation method of peertopeer network (P2P) point clouds. An example of medical system IOT verifies that the mothed can solve the problem of IOT database management to a certain extent and provide technical support for IOT in combination with database technology， network technology， and middleware technology.

Keywords： database technology; distributed processing technology; cloud computing; IOT

收稿日期：20110815

基金項目：河南省科技廳重點項目(112102210395)0引言

物聯網是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一個巨大網絡［1］。從這個定義可以看出，物聯網的開展具有規模性、廣泛參與性、管理性、技術性、物的屬性等特征，需要各行各業的參與。物聯網技術是一項綜合性的技術，其中非常重要的是RFID電子標簽技術。以簡單RFID系統為基礎，結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯網的閱讀器和無數移動的標簽組成的、比Internet更為龐大的物聯網已成為RFID技術發展趨勢，這使得物聯網中的數據庫管理問題成為了物聯網技術研究中的挑戰性問題之一，已引起了國際學術界和工程界的高度關注［26］。本文針對物聯網中的數據庫管理問題，通過對物聯網技術的研究，并結合分布式數據庫技術、P2P(對等網)點云計算技術，提出了基于分布式處理技術的物聯網數據庫管理方法，并探索將其應用于醫療系統中。

1基礎理論

1.1混合模型

物聯網已經構成的應用系統和應用實例是深入研究物聯網體系結構的基礎［78］。本文針對醫療系統物聯網采用有源CPS（網絡化物理系統）結點和具備聯網和控制能力的互聯網CPS結點的混合模型（如圖1所示）進行設計。這使得該系統不但具有物聯網系統中特有的時間和空間的控制能力，還擁有物聯網專用的安全性和可靠性的控制體系。互聯網CPS結點具有不間斷電源，不具備移動性，又具有感知能力，具有較強的存儲、計算和聯網能力，可以提供H2T，H2H 連接。

圖1有源CPS結點與互網CPS結點互連結構的混合模型1.2分布式數據庫

分布式數據庫（Distributed DataBase，DDB）是傳統數據庫技術與網絡技術相結合的產物。近年來，分布式數據庫的快速關聯規則挖掘算法、精簡頻繁模式集和關聯規則的安全挖掘算法以及事務流的動態可串行調度算法等都是該領域的研究熱點［912］。一個分布式數據庫是物理上分散在計算機網絡各結點上，但在邏輯上屬于同一系統的數據集合，如圖2所示。它具有局部自治與全局共享性、數據的冗余性、數據的獨立性、系統的透明性等特點。分布式數據庫管理系統（DDBMS）支持分布式數據庫的建立、使用與維護，負責實現局部數據管理、數據通信、分布式數據管理以及數據字典管理等功能。數據庫技術與網絡通信技術、人工智能技術、面向對象程序設計技術、并行計算技術等互相滲透，互相結合，成為當前數據庫技術發展的主要特征。

圖2典型的分布式數據庫系統2本文物聯網數據庫設計方法

物聯網數據庫管理系統中各個領域都呈現嚴峻的數據存儲性挑戰。這里重點討論分布式數據庫技術，并引入面向對象數據庫系統技術和點云計算的P2P技術［13］，以使物聯網系統具有局部自治與全局共享性、數據低冗余性、數據高獨立性及系統透明性。

物聯網是融入大量RFID系統和分布站點的數據庫系統。在系統計算服務中，需要引入云計算平臺，這是我國正在積極構建的重要基礎計算平臺。在考慮遠程數據庫事務管理之前，必須從那里獲取數據，并且使其他數據庫能對它進行全局訪問。因此，主要涉及的管理任務有：物聯網系統計算服務、訪問站點數據的位置透明性管理、數據庫鏈接管理、觸發器管理和快照管理等分布處理技術。同時在確定的每個服務站點中，引入面向對象數據庫技術［14］，以支持面向對象編程技術與數據庫技術的融合，改善數據庫技術的可擴展性。在點云計算中引入P2P技術，自組織P2P網絡能夠在對等體進入、離開和失效時自動加以調整適應。對等體之間的通信是對稱的，它們既請求服務又提供服務。

綜上所述，該分布式物聯網數據庫同時具備面向對象、分布式處理技術和P2P點云計算數據庫能力。

3實例驗證：醫療系統物聯網

本應用實例主要是探索將物聯網分布式數據庫技術應用于醫療衛生系統中，這將是本文未來研究的重要課題。醫療衛生系統的物聯網構建是我國新醫改基礎設施建設的重要保障。本文醫療系統物聯網系統，如圖3所示。

圖3醫療系統物聯網模型在上述醫療系統物聯網中，主要包括了移動醫療設備數據庫系統、循證醫學數據庫系統、醫學研究網格計算系統、虛擬醫療團隊數據庫信息以及慢性病、流行病監控管理數據庫系統和個人醫療信息門戶數據庫系統、遠程醫療服務數據庫系統。在整個物聯網數據庫系統中，需要P2P技術與云計算服務平臺來實現整合醫療服務平臺、健康知識管理、電子健康檔案統一信息管理等工作。其中，整合的醫療保健平臺根據需要通過醫院的各系統收集并存儲患者信息，并將相關信息添加到患者的電子醫療檔案數據庫中，這樣所有授權和整合的醫院都可以對這個數據庫進行訪問，從而使各個資源和患者能夠有效地在各個醫院之間流動。利用各醫院之間適當的管理系統、轉診系統等保持信息完備性、一致性。這個平臺滿足一個有效的多層次醫療網絡對信息分享的需要，這樣就建立了以分布式處理技術為基礎的數據庫服務系統。電子健康檔案系統通過可靠的門戶網站集中進行病歷整合和共享，這樣各種治療活動就可以不受醫院行政限制而形成一種整合的視角。有了電子健康檔案系統，醫院可以準確順暢地將患者轉到其他門診或其他醫院，患者可隨時了解自己的病情，醫生可以通過參考患者完整的病史為其做出準確的診斷和治療。通過醫療系統物聯網的建立，將極大地改善醫療服務體系，實現高效、穩健、有效的全面醫療衛生服務。

4結語

本文重點介紹并討論了基于分布式處理技術、混合面向對象程序設計方法以及P2P點云計算服務的物聯網數據庫設計方法，并探索將其應用于醫療系統物聯網中，從而為物聯網數據庫管理系統提供了一種新的設計方法，可探索將其拓展到智能電力電網、城市設施、交通管理、物流供應鏈等行業中。然而，系統的設計實現需要核心云服務計算平臺，目前的系統有許多工作要做，包括P2P計算中的信息交互、高速移動醫療設備診斷、整合醫療平臺建設等。本文今后的工作將進一步完善上述設計的物聯網數據庫系統，并將其用于實踐，從而為搭建我國基礎醫療系統物聯網技術平臺做出應有的貢獻。

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