چکیده
امروزه با توجه به پیشرفت روز افزون در پیشرفت تکنولوژی بی سیم و وجود ارتباطات ماهوارهای اهمیت وجود امنیت در ارسال اطلاعات از اهمیت بالایی بر خوردار است.
همچنین تکنیک های ذخیره سای اطلاعات و پروتکل های به روز رسانی یکی از موارد مهمدر بحث ارتباطات بی سیم است.
پیشرفت در تکنولوژی سیار و قابلیت دسترسی به اطلاعات در هر موقعیتی یکی از عواملی که ذهن محققان را به خود جلب کرده است.
در این راستا تکنیک های ذخیره سازی اطلاعات در پایگاه داده سیارومعماری پایگاه داده سیار و پردازش اطلاعات سیار وبررسی محدودیت های موجو و قابلیت اطمینان از صحت ارسال مدیریت داده سیار و پردازش پرس وجو ها و تکنیک های بهینه سازی از جمله موارد مهم در امر ار تباطات می با شد.
به همین دلیل در این پروژه سعی بر ان داشتم موارد یا د شده را کاملا مدنظر داشته باشم. یکی از موارد بسیار ارزنده می باشد.
بخش اول:
داده سیار و مدیریت
Transaction
داده سیار و مدیریت انتقال
نمونه‌ای از پردازش سیار ادغام شدن تکنولوژی شبکه‌های بی‌سیم است. سرعت درگسترش این تکنولوژی باعث بوجود آمدن تغییرات زیاد و بوجود آمدن مشکلاتی درسطح سیستمهای پایگاه داده سیار می‌شود. کاربران سیار می‌توانند دسترسی به‌اطلاعات مستقل در موقعیت فیزیکی در ارتباطات بی‌سیم بدست آورند. گرچه،دسترسی و تغییر در اطلاعات بدون ایجاد محدودیت برای کاربران و پردازش پیچیده داده‌حاصل نمی‌شود. روش پردازش در پایگاه داده سیار کاملاً متفاوت از پردازش در پایگاه‌داده توزیع شده می‌باشد. ما در اینجا به بحث و بررسی تغییرات بنیادی درباره مدیریت‌داده در پایگاه داه سیار می‌پردازیم. و همچنین درباره پردازش سیار و داده‌های فراگیرمدیریت حافظه و پشتیبانی از داده و روش پرس و جو به بحث و بررسی می‌پردازیم.
همچنین درباره e - commerce و نگهداری داده سیار و نرم افزارهای سیار بحث وبررسی می‌کنیم.
پیشرفت سریع در تکنولوژی ارتباطات cellular، شبکه‌های محلی بی‌سیم وسرویس‌های ماهوارهای ما را به سمت ادغام کردن پردازش سیار هدایت می‌کند. درپردازش سیار، کاربران به مناطق جغرافیایی ثابتی دسترسی ندارند؛ در عوض کاربران‌در شبکه بین مناطق جغرافیایی حرکت می‌کنند.
در این راستا باید به موارد چون هزینه پایین و قابل حمل بودن توجه بالایی داشت.وسایلی مثل laptopها و PDAها امکان کارکردن از هر مکانی و در هر زمانی (مثل اداره،خانه و یا در حال مسافرت) را با شبکه ارتباطی بی‌سیم ممکن ساخته‌اند. بنابراین پیشرفت‌تکنولوژی، کامپیوترهای قابل حمل در اختیار بسیاری از کاربران قرار می دهد. ارتباط‌بی‌سیم برای ارتباط با شبکه جهانی اینترنت استفاده می‌شود.
هر واحد سیار آمادگی دارد با شبکه بی‌سیم با شبکه اطلاعاتی جهانی متصل شود.خصوصیت قابل حمل بودن باعث بوجود آمدن تغییرات جدیدی در مدیریت پایگاه داده‌سیار و پردازش‌های توزیع شده را باعث شده است.
نرم‌افزارهای پایگاه داده‌ای که از پردازش سیار حمایت می‌کنند هنوز در مرحله رشد وتکامل می‌باشند. لزوماً وجود شبکه‌های بی‌سیم و انتقال داده و متدلوژی‌های دسترسی به‌داده و پیشرفت سیستمهای نرم‌افزاری پایگاه داده پیشرفته که باعث گسترش طراحی‌های‌سیستم‌های پایگاه داده باعث بوجود آمدن پردازش سیار شده‌اند. چگونه اداره کردن یک‌دور طولانی disconnetion و تحقیق درباره محدودیت‌های دیگر پردازش سیار مثل‌محدودیت عمر باتری و پهنای باند را مورد بررسی قرار می‌دهیم. در پردازش سیار،توانایی به اشتراک گذاری داده از زمانی که کاربران توانسته با قابلیت دسترسی به‌اطلاعات و سرویس ارتباطات بی‌سیم مهیا شده است. که حتی زمانی که کاربران در حال‌حرکت هستند می‌توانند به اطلاعات دسترسی داشته باشند. در آینده کاربران سیارمجبورند داده‌هایشان را با همدیگر به اشتراک بگذارند. این امر باعث بوجود امدن توجه‌بیشتر به اشتراک گذاری داده در پردازش سیار را بوجود می‌آورد. البته این امر به خاطرمحدودیت در کانال ارتباطی بی‌سیم است.
بعضی از سؤالات متعددی که در این زمینه بوجود می‌آید به قرار زیر است:
Query در محیط پرازش سیار چگونه است؟
چگونه حافظه به داشتن ارتباطی با کمترین هزینه کمک می‌کند؟
اداره کردن مدیریت پایگاه داده در هر مکان به چه صورت است؟
در این جا به بحث و بررسی درباره بعضی از مشکلات بیان شده در پردازش پایگاه‌داده سیار می‌پردازیم و در آخر به ارائه راه حل‌هایی درباره موضوع می‌پردازیم. نتایج‌بررسی‌ها را به عنوان نتیجه تحقیقات بیان کنیم. در فصول بعدی درباره معماری پایگاه داده سیاربه بحث می‌پردازیم. و نکات برجسته‌ای درباره پردازش داده و محدودیت‌های‌موجود را بررسی می‌کنیم. همچنین به درک عمیقی درباره مدیریت داده سیار می‌رسیم‌و بحثی درباره پردازش در پایگاه داده سیار انجام می‌دهیم. در بخش‌بعد نتایج‌تحقیقات درباره پایگاه داده سیار را بررسی می‌کنیم سپس نتیجه‌گیری می‌کنیم.(برخی از مشکلات شامل سیستم حمایت سرویس‌ها اتصال، مدیریت داده در سیستم‌توزیع شده می‌باشد.)
محدودیت پهنای باند
فرکانسdisconnect
هزینه
محدودیت عمر باتری
امنیت
مقیاس پذیری
تغییرات سریعlocation
منابع محدود
معماری پایگاه داده سیار
در محیط پردازشی سیار که در شکل زیر مشاهده می‌کنید شبکه شامل میزبان‌های‌ثابت (FHS) و واحدهای سیار (MUs) و ایستگاه‌های اصلی (BSs) ایستگاه‌های حمایتی‌سیار MSS می‌باشد. MUs متصل به اجزای شبکه Wired که BS بوسیله کانال‌های‌بی‌سیم به هم مرتبط می‌باشند. MUs کامپیوترهای قابل حمل پرقدرتی هستند، که‌بصورت آزادانه در یک محدوده حرکت می‌کنند. که ما آنهارا به عنوان یک منطقه‌جغرافیایی G¨ نام می‌بریم. بطور مثال در شکل G , 2 تمام سطح پوشیده شده توسطBssها است.
سایز Cell اساساً وابسته به پهنای باند د کانال‌های ارتباطی بی‌سیم است.برای حمایت از MUsهای متحرک و بهره‌برداری دوباره از آنها، کلاً G به سطح‌های‌کوچکتر به نام Cell تقسیم شده است.
یک BS مخصوص مدیریت هر Cell را برعهده دارد. هر BS اطلاعاتی مثل profileکاربر، فایل‌های login و حقوقِ دسترسی با فایل‌های خصوصی کاربران را در خود ذخیره‌می‌کند.
ارتباط میان MU فقط با مسئولیت BS مربوط به هر Cell بوجود خواهد آمد. به‌ترتیب درآوردن mobile نیازمند حرکت نامحدود MU درون G است (حرکت inter - cell)و در میان باید قادر به دسترسی به data درون هر cell باشیم.
یک MU خودش تغییر در موقعیت و ارتباطات شبکه بوجود می‌آورد. درحالی که درحرکت، یک میزبان سیار خودش - ارتباطات شبکه بی‌سیم را حفظ می‌کند. تحت حمایتBSsهای ارتباطات با شبکه بی‌سیم برقرار می‌شود. BSs و FHs (میزبان‌های ثابت) هستندکه عمل انتقال و مدیریت داده با کمک سرور پایگاه داده (DBS) که متشکل از پایگاه داده‌به هم پیوسته‌ای است که قادر است بدون گذاشتن تأثیر, هروضعیتی را در شبکه سیاربوجود آورد. DBS می‌تواند همچنین در BSs نصب شود یا می‌تواند بخشی از FHs باشدیا می‌تواند بصورت مستقل از BS و FH باشد.
BSs معمولاً به عنوان نرم‌افزار کاربردی استفاده می‌شود، آنقدر که یک کاربر سیارمی‌تواند نرم‌افزار را از نزدیکترین download, FH کند و بعد از آن نرم‌افزار را بر روی یکpalmtop اجرا کنید. یااینکه آنرا بر روی یک FH راه دوری اجرا کنید. بنابراین بیشترین‌کاربرد نرم‌افزار در کپی برداری است. یک میزبان سیار ممکن است نقش‌های مختلفی رادر یک سیستم توزیع شده بازی کند. یک MU ممکن است گنجایش سروری داشته باشدکه توانایی انجام دادن محاسبات محلی و کنترل جریان و الگوریتم recovery را در خودداشته باشند. بعضی از cpu MU های با سرعت خیلی پایین و حافظه خیلی کمی دارند.بنابراین عملکرد این نوع MU فقط بصورت یک ابزار I/O است. بنابراین، این MUهاوابسته به تعدادی FHs خواهند بود. در این محیط پردازشی سیار داده‌ها بصورت sharedذخیره می‌شود و بوسیله شماری از DBSsها کنترل می‌شوند.
وقتی که یک MU سرویسی را به BS درون یک Cell ارجاع می‌دهد پروتکل
hand - off برای انتقال داده‌ها را یک BS بهBS دیگر, در یک سلول جدید به BS دیگراستفاده می‌شود. پروتکل hand - off پیوند ارتباطی جدید است و همچنین شامل‌مهاجرت انتقال پردازش و حالت پایگاه داده از یک BS به BS دیگر شود. کل پردازش‌های پروتکل hand - off جدا از MU می‌باشد و مسئولیت انتقال پیوسته داده در حال اتصال رابرعهده دارد.
واسط بی‌سیم می‌تواند بصورت شبکه Cellular با پهنای باند 10 تا 20 کیلوبیت برهر ثانیه باشد یا در سطح یک شبکه محلی بی‌سیم (LAN) با پهنای باند 10 Mbps باشد(بطور مثال NCR wavelan و Motorola ALTAIR). شبکه‌های Wired ثابت می‌توانند باپهنای باند 10 Mbps در اینترنت باشند و سرعت 100 Mbps برای FDDI باشد Mbps144 برای ATMها باشد.
مدهای عملیات
در پردازش سیار چند مد عملیاتی موجود است. در سیستم توزیع شده قدیمی hostفقط با یکی از دو مد موجود کار می کردند. شبکه در حال اتصال , یا کلاً بصورت disconnectباشد. مد عملیات در پردازش سیار ممکن است بصورت یکی از حالت‌های زیر باشد:
- اتصال fully (اتصال نرمال)
- طلا disconnected (بطور مثال زمانی که یک MU خراب شده)
- ارتباط جزئی یا ارتباط ضعیف (یک ترمینال با یک شبکه با پهنای باند کم ارتباط‌برقرار می‌کند)
بعلاوه اینکه، برای نگهداری انرژی یک کامپیوتر سیار ممکن است وارد یک مد نگهداری‌انرژی که به نام( doze-state )شود. وضعیت doze یک MU خراب شده و یا ماشین‌بصورت disconnect باشد بوجود خواهد آمد. در این مد سرعت CLKها کاهش پیدا می‌کند وهیچ کاربری حق انجام هیچ عملیاتی را ندارد.
اغلب مدهای disconnect در پردازش سیار قابل پیشگویی می‌باشند. پروتکل‌هایی‌برای آماده سازی سیستم برای انتقال بین حالت‌های مختلف مدها طراحی شده‌اند.
یک host سیار باید قادر به انجام عملیات به صورت مستقل حتی در طول مدتی که‌کلاً ارتباط قطع است باشد.
پروتکل disconnection
قبل از اینکه host سیار بصورت فیزیکی از شبکه جدا شود اجرا می‌شود. پروتکل‌باعث می‌شود که اطلاعات بصورت محلی قابل دسترس (cached) باشد. host سیارخودش عملیات را بصورت مستقل در طول مدت disconnect انجام می‌دهد.
پروتکل disconnect بصورت جزئی (مقطعی)
برای نمایش عملیاتی است که یک میزبان سیار عملیاتی را جایی انجام می‌دهد که‌تمام ارتباطات به شبکه ثابت ,محدود شده است. انتخاب caching داده در site میزبان باعث‌کوچک شدن شبکه خواهد شد.
پروتکل‌های Recovery
دوباره ارتباط با شبکه ثابت برقرار می‌شود و دوباره عملیات معمولی انجام‌می‌شود.
پروتکل‌های Hand - off
به عبور باندری‌های یک cell اشاره می‌کند. بخش اطلاعات حالت مربوط به hostسیار که باید ایستگاه اصلی (BS), را به یک cell جدید انتقال بدهد.
پردازش سیار با پردازش توزیع شده به نظم درآمده.
یک سیستم پردازشی سیار یک نوع دینامیک از سیستم توزیع شده است جایی که‌پیوندهای بین نودها در شبکه بصورت دینامیک تغییر پیدا می‌کند. بنابراین، نمی‌توانیم‌فقط به ساختار شبکه fiexd تکیه کنیم و single site نمی‌تواند نقش co - ordinator در یک‌سیستم مرکزی, بازی کند. host سیار و FHها قدرت محاسباتی و حافظه متفاوتی دارند.
الگوریتم‌های توزیع شده محیط‌های سیار, ساختاری مثل بلوک اصلی ارتباط وهزینه پردازش را بوسیله بخش ایستا در شبکه بوجود می‌آورند. مفهوم اشتراک پذیری باعث‌می‌شود هر میزبان سیار proxy بر روی شبکه ایستا را معرفی کند. بنابراین پویاییdecoupling از طرح‌های این الگوریتم است. راه حل مشکل پردازش‌توزیع شده ممکن نیست در پردازش سیار عمل کند. در محیط سیار DBMSقادر به recower از طریق سایت می‌باشد. مثل Transactionآسیبدیده شده در حین انتقال اغلب بیشتراطلاعات آسیب دیده اصلاح می‌شوند. سایت خراب شده در MU ممکن است ناشی از عمرمحدود باتری می‌باشد. همچنین MU ممکن است در doze mode (خاموش) باشد. که نمی‌تواندمثل failure عمل کند. همچنین ممکن است mobility باعث ایجاد loggingهای بیشتر به‌منظور recovery کردن اطلاعات، آسیب دیده شده بشود.
caching در MU یک مفهوم جالب برای بهینه استفاده کردن از ارتباطات بی‌سیم‌بوسیله گسترش قابلیت دسترسی می‌باشد. APPها در محیط WWW که حجم داده‌هاخیلی بالا است مفید می‌باشند. نگهداری cach به عنوان یک موضوع خیلی مهم موردملاحظه قرار می‌گیرد و وجود تفاوت در نیازمندی‌ها می‌تواند باعث بوجود آمدن وابستگی بهAPPها بشود.
نیازهای cach غالباً به روزرسانی می‌شوند. بنابراین نیازمندی جدید باعث برروزرسانی پروتکل‌ها می‌شود.
Replication در محیط سیار قابلیت دسترسی را افزایش می‌دهد و همین امرمعیارهای قابل ملاحظه‌ای را بوجود می‌آورد. همچنین طرح‌های Replication درسیستم‌های توزیع شده بصورت مستقیم کاربرد ندارد و نیاز به وجود طرح‌هایReplication بصورت پویا را داریم.
سطح مهم دیگر پردازش Query است. در محیط سیار Query ها نیاز دارند که‌بصورت توزیع شده در دو مکان اجرا شوند.
بخشی از Query ممکن است در MU اجرا شود و بخش دیگر آن ممکن است در FH باکمک DBS اجرا شود.
موضوع جالب دیگر در پردازش Query در محیط سیار location - dependentجایی که Query نتایج را بر طبق location برمی‌گرداند. بنابراین Query های همسان, نتایج‌متفاوتی را در موقعیت‌های مختلف برمی‌گردانند.
در اینجا Replication داده معنای متفاوتی نسبت به پایگاه داده توزیع شده قدیمی‌دارد جایی که تمامی کپی‌ها ارزش‌های شبیه به هم را در خود نگهداری می‌کنند.
در location - dependent داده در مکان‌های مختلف ممکن است ,ارزش متفاوتی داشته‌باشد.
بطور مثال،( tax object )ارزش‌های مختلفی را در وضعیت های متفاوت برمی‌گرداند.
Transactionهای آسیب دیده ممکن است ناشی از بوجود آمدن مشکل در طول hand - off افزایش‌پیدا کند که این در اثر حرکت MU بین cellها می‌باشد.
یک MU صدمه دیده باعث بوجود آمدن updateهای پیچیده والگوریتم‌های مسیریابی می‌شود. اکثر تفاوت‌ها متکی به مدلTransaction است. یکTransaction توزیع شده با یک Transactionسیاری که درون یک cell یا یک Site راه دور است متشابه نیست. بلکهtransaction توزیع شده بوسیله مجموعه‌ای از cellهایی که از آن عبور می‌کند تعریف‌می‌شود.
یک T توزیع شده بوسیله Concurency پردازشی چندگانه اجرا شده و داده‌های‌موجود را درون آن set می‌کند.
اجرای T توزیع شده کاملاً co - ordinated است که بوسیله سیستمی که شامل‌کنترل replication, concurrency و commit اتمیک انجام می‌شود.
از طرف دیگر Transcation سیار به طور متوالی (Seqnentially) بین ایستگاه‌های‌اصلی اجرا می‌شود و ممکن است روی داده چندگانه set شود و وابسته به حرکت MU می‌باشد.
اجرای Transaction سیار کاملاً Co - ordinate بوسیله سیستم نمی‌باشد. حرکتexcution , MU را کنترل می‌کند.
فصل دوم
پردازش داده و محدودیت‌های سیار
موارد مهمی در پردازش پایگاه داده سیار وجود دارد. انواع مختلف disconnection وپهنای باند محدود و عمر باتری می‌باشد. در این بخش تعداد زیادی از این موارد را موردبحث و بررسی قرار می‌دهیم.
محدودیت پهنای باند و تأثیر انرژی در مدیریت داده
پردازش سیار بیشتر به پهنای باند و تغییراتی که در پهنای باند شبکه بوجود می‌آیدوابسته است. از زمانی که شبکه‌های بی‌سیم دارای پهنای باند متغیری می باشند. پهنای باندبین کاربران سیار درون یک cell تقسیم می‌شود. بنابراین، تقسیم پهنای باند بین تمام‌کاربران موجود در یک cell باعث کوچکترشدن حجم آن خواهد شد به نسبت داده‌های‌کمتری, می‌تواند منتقل شود. رشد درخواست ها باعث تأثیرگذاری بر روی عملکرد cpuهامی‌شود.
محدودیت‌های موجود در قدرت باتری ما را به سمت کلاس جدید energyefficiontو پروتکل‌ها و الگوریتم‌های دسترسی به داده هدایت می‌کند.
داده‌ها می‌توانند بصورت فراگیر نسبت به درخواستهای basis آمادگی پیدا کنند.چندین نمونه مثال درباره اطلاعات مثل اطلاعاتی درباره ترافیک محلی و ذخیره داده‌وجود دارد.
saleهای محلی و رویدادها و اخبارها معمولاً بصورت فراگیر ارسال می‌شوند.دسترسی به داده فراگیر نیازمند به کانال پیوند نیست و آن فقط از طریق listen بوجودمی‌آید. تعداد زیادی از hostهای سیار می‌تواند بصورت فراگیر عمل listen ,را انجام دهند.بنابراین به خاطر روش listen حجم بالای از اطلاعات را می‌توانند دریافت کنند
(نمودار و نصاویر در فایل اصلی موجود است)