基于分布式處理技術的物聯網數據庫創新研究與設計探析

徐 彬

（國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心，天津 300304）

0 引言

物聯網技術的應用，推動我國社會產生變革，在各行各業中都產生深刻的影響，國家對于物聯網數據庫的研究與設計工作重視程度在不斷提升。我國物聯網相關產業的崛起，將會推動物聯網數據庫建設質量提升。分布式處理技術是當前物聯網數據庫設計中應用較為廣泛的一項重要技術，能夠顯著提升物聯網數據庫設計質量，使物聯網數據庫應用更加可靠，所以必須明確分布式處理技術的應用關鍵要點，并對該項技術的具體應用進行創新分析。

1 涉及相關基礎概念分析

1.1 物聯網基礎概念

物聯網是指，采用信息技術方式，將物體與物體之間建立連接，同時使物體能夠與互聯網連接。物理連接需要相應的指令操作才能夠實現，物體之間能夠相互感知、實現信息交流才能夠構建完善的物聯網網絡。物聯網是建立在互聯網基礎上，能夠將物體與網絡進行連接的技術，是現代信息技術發展中的重要產物，已經成為影響科技發展的重要信息技術[1]。在現代物聯網技術的構成方面，主要包括如下幾項內容：（1）網絡傳感技術。網絡傳感技術是物聯網技術中的核心技術，能夠獲取物體的基本信息從而上傳到網絡中，從而實現物體與網絡的連接，進而達成物體遠程控制、管理的目標。通過采用網絡傳感技術，能夠實現物聯網數據的上傳、檢索以及具體應用。（2）無線射頻識別技術。無線射頻識別技術，簡稱RFID技術，主要作用是建立物體與互聯網之間的連接，從而實現將實體物體的信息和數據上傳到數據庫中，結合物聯網系統的閱讀功能，就能夠對標簽中所含有的信息進行讀取，并將這些信息傳遞到系統后臺。（3）人工智能技術。人工智能技術是物聯網中的關鍵性技術，能夠有效提升物聯網系統的運行效率和控制質量，是提高物聯網系統功能豐富性的關鍵技術。

1.2 分布式處理技術概述

分布式處理技術是指，數據的物理分布和邏輯集中的數據庫技術，分布式數據庫中，數據分布在相對分散的不同網絡節點中，但是在數據的邏輯方面不同的數據分布屬于相同的數據庫，受到一個數據庫的統一管理，但是單個數據節點對其也有一定的運算和管理能力。分布式處理技術中不同數據節點之間沒有地理層面的聯系，可以分布在任何一個國家、城市和地區，所以分布式數據庫結構是以計算機網絡數據庫系統為基礎，具有計算機運算能力和數據解析、存儲能力的一種功能系統[2]。

1.3 物聯網數據處理技術

在物聯網技術應用中，具有多種不同傳感設備，數據傳輸所應用的網絡結構具有較大差異，物聯網技術在應用中所產生的大量數據，在處理時需要按照其網絡類型、數據源、異構數據等方便的融合，才能夠高效率處理大量的物聯網數據，從而得到具有價值的關鍵信息，由此可以看出數據處理技術在物聯網應用中具有重要的作用。在當前的物聯網數據處理方面，主要采用多源數據融合技術。同時因為物聯網的傳感設備會實時收集多源、多粒度、多維度的數據，且數據規模極其龐大，這就會增加物聯網數據檢索工作難度，所以為了提高物聯網數據的應用效率，必須建設玩完善的物聯網數據庫，并對物聯網數據處理技術進行創新，使物聯網數據的價值能夠最大化發揮。

2 物聯網與分布式處理技術分析

2.1 物聯網系統基本架構

首先，在物聯網的系統結構方面，主要包括三個層級，即應用層、感知層以及網絡層。應用層主要是用戶提供相應的UI交互界面，通過交互接口完成對用戶的數據收集、處理，是物聯網系統功能具體實現的主要方式；感知層主要包括傳感網關和傳感器，利用相應的傳感器進行物體數據收集，比如二維碼、RFID、讀寫器以及攝像頭等，將所收集的數據經過傳感網關傳遞到數據庫中，數據庫則能夠對收集的數據進行存儲和分析，從而識別出具有實用價值的含量信息；當前物聯網系統的網絡層主要包括無線網絡、有線網絡、云網絡以及其他網絡技術，是實現數據交互的基礎。其次，在物聯網的數據處理技術方面，物聯網系統中包含多種不同的傳感器，不同的傳感器所獲取的信息結構有很大差異，所以物聯網系統在數據處理方面需要能夠適應多種不同的數據源、數據結構處理，同時需要保證具有較高的數據處理效率和數據處理準確性，數據處理是物聯網系統的核心。當前，物聯網系統中的數據處理主要采用多源數據融合處理技術，這種處理方式包含大量的異構數據標準格式，能夠實現統一層次化的表達數據結構和本體標注，通過與數據聚類、度量技術以及失控轉換技術等相結合，則能夠完成多元數據的統一化處理。因為物聯網系統的傳感器裝置會獲取多種不同的數據，且數據質量較大，對物聯網數據處理提出很大難度，因此物聯網數據庫通常會應用就近儲存的方式，提供全局性摘要視圖節點，從而能夠減少數據查找工作量，并且在與數據回收相結合的模式下，能夠全面提升數據處理效率。

2.2 分布式處理技術

分布式數據庫中的數據存儲具有分散式特征，數據會存儲在互聯網的多個節點中，能夠避免數據大量存儲于集中于一個節點所產生的風險，從而能夠提高數據庫運行安全性，當發生系統故障或受到攻擊時，不會導致數據全部損壞或丟失。分布式數據庫在邏輯方面具有統一性和整體性，所有存儲在不同節點的數據由數據庫系統進行統一管理，且數據之間可以共享，支持數據全局性應用。同時，處于不同數據節點中的數據能夠通過DBMS統一管理，其自身的運算能力也能夠支持本地的應用。

3 基于分布式處理技術物聯網數據庫的創新設計

分布式處理技術在物聯網數據庫中的創新設計應用，需要根據其實際需要，選擇最為合適的分布式系統，滿足物聯網數據庫的實際設計需要，并加強對物聯網數據庫的設計創新，使其能夠符合物聯網數據庫的實際設計要求。分布式處理技術在物聯網數據庫中的應用，主要是單體數據節點的本地管理與多個節點的系統管理，單體節點的數據管理可以看作為一個集中式數據庫，采用常用的數據管理技術即可實現，多個節點的數據管理難度較高，存在系統調度與管理難點，需要采用相應的措施進行創新優化。

3.1 分布式執行物位置透明化創新

基于分布式處理技術，數據管理需要根據其內在邏輯關系，劃分為多個子事務進行管理，并將子事務分配到不同的節點中進行管理和處理，數據庫系統主要完成對各個子節點的處理結果統一收集和處理，通過對其進行執行位置的透明化處理，能夠使數據庫系統對各個子節點的處理流程進行監督，從而能夠解決不同節點之間存在的調度管理問題，提高物聯網數據庫綜合管理效率。

3.2 并行控制設計創新分析

并行控制在物聯網數據庫中的應用，主要是實現事務與分布式數據之間的統一處理，在保證事務能夠串行處理的基礎上，提高物聯網數據庫整體運行效率。分布式數據并行控制和集中數據庫的并行控制具有一致性，分布式數據庫中的數據節點是具有集中性的數據庫，多個數據節點中的數據并發可以統一實現，從而能夠提高物聯網數據庫實際運行效果?；诜植际教幚砑夹g的物聯網數據庫并行控制一般采用封鎖的方法，數據在處理之前需要申請數據封鎖，獲得數據庫系統的批準后才能夠完成該數據的具體執行，但是如果數據已經處于其他的處理封鎖情況下，則此數據會一直處于等待狀態，直到其他事務處理結束[3]。

3.3 分布式物聯網數據庫目錄結構設計

目錄是物聯網數據邏輯關系的具體表現，是影響分布式物聯網數據庫具體運行效率的重要基礎，所以需要根據分布式處理技術的基礎特點，對其目錄結構進行創新設計。在分布式目錄的結構中，單體數據節點目錄中只會生成節點中的數據等級目錄，從而能夠保證數據目錄的獨特性，通過多個節點所生產的數據目錄，構成全局性的物聯網數據庫目錄，不同的數據目錄對應不同的對象，能夠顯著提升數據處理速率。

4 基于分布式處理技術的物聯網數據庫創新設計實例分析

4.1 分布式物理網數據庫整體設計

以H市醫院的物聯網數據庫系統為例，在其數據庫設計中，采用分布式處理技術作為基礎。在其物聯網系統中，主要包括移動醫療設備、遠程醫療服務于、個人醫療信息門戶、流行病監控、慣性病管理、醫學研究網格以及循證醫學等多項功能，物聯網系統平臺主要包括云計算平臺、整合醫療平臺、健康知識管理平臺以及電子檔案平臺等多項內容。在醫院的分布式物聯網數據庫建設中，采用P2P技術、云計算平臺實現整合醫療服務平臺等功能。在物聯網數據庫運行過程中，整合醫療平臺能夠按照醫院中各個系統運行所收集的信息，將其添加到患者的電子病歷檔案中，從而能夠提高患者病歷檔案信息完善性，有利于醫師對患者的病情進行分析。通過相應的管理系統、轉診系統等，能夠保證分散的數據具有統一性，該物聯網數據庫能夠滿足具有多層次的醫療物聯網結構設計需求，同時能夠提高不同節點的數據共享性，使得物聯網數據能夠在多個醫療系統中實現高效利用，從而建立以分布式處理技術為基礎的物聯網數據庫系統。經過該系統的醫療檔案，可以在患者到其他醫療機構時自動轉換，從而將醫療信息進行相應的整合，使得患者和醫療機構能夠更加明確患者的病情，對于提高醫療服務質量具有重要的作用，通過分布式物聯網數據庫建設，能夠在很大程度上提升醫療機構服務效率。

4.2 分布式物聯網數據庫的具體應用

將分布式物聯網數據庫應用在該醫院的藥品物資管理中，通過將物聯網技術應用在藥品物資管理中，利用RFID技術，在藥品、設備中設置RFID標簽，通過掃描標簽的方式，能夠獲取藥品物資的信息，且能夠對藥品物資的具體使用進行跟蹤，使藥品和物資的具體使用情況全部記錄在醫院網絡管理系統中，能夠有效促進醫院醫療物資管理工作效率提升。同時，通過采用物聯網技術，患者能夠通過掃描標簽的方式查驗藥品的具體信息、真偽信息以及使用方法，醫院同時能夠利用RFID技術建設智能藥箱，藥箱能夠顯示藥品的用量、使用方法以及注意事項，從而能夠節約醫師時間，提高醫院醫療服務效率。上述具體應用過程中所產生的信息，都能夠自動存儲在分布式物聯網數據庫中，能夠保障該醫院的數據庫信息全面性，是分布式物聯網數據庫技術的主要優勢。此外，將分布式物聯網數據庫應用在醫院的財務管理系統中，能夠有效提高醫院財務管理工作效率，相比于傳統的管理模式，醫院醫務流程產生的數據能夠直接存儲在分布式物聯網數據庫中，并與財務管理系統對接，使得財務人員能夠獲取更加真實且全面的數據，在處理大量財務數據方面具有良好的作用，財務數據的存儲更加安全可靠，且能夠根據財務數據的不同來源自動劃分類別，有利于優化財務數據整合工作，為醫院財務管理工作提供更加便利的管理條件。

4.3 分布式物聯網數據庫存儲模型

下面為H市該醫院用于物聯網數據存儲的數據庫部分代碼：

4.4 分布式物聯網數據庫的應用效果分析

在將分布式物聯網數據庫應用在該醫院后，其物聯網數據管理效率具有很大提升，相比于傳統的醫療管理系統而言，其系統響應速率提升、數據利用率提高、數據存儲量提升、數據存儲能力得到強化，能夠更好地滿足患者在該醫院的多項就醫需求。由此可見，本文所設計的分布式物聯網數據庫系統，在醫療行業中具有良好的應用效果，同時通過更改代碼以及對系統結構進行調整，能夠使其應用范圍得到提升。

5 結束語

綜上所述，本文全面闡述物聯網以及分布式處理技術的基礎概念，并對其創新設計進行分析，最后提出分布式物聯網數據庫的具體應用，希望能夠對我國物聯網數據庫行業發展起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提升物聯網數據庫設計質量。