移动广播环境中分布式实时事务并发控制机制的研究

论文摘要

由于大量潜在的移动计算应用的服务需求,例如实时交通监控系统和移动股票交易,移动分布式实时数据库系统（Mobile DistributedReal-Time Database Systems,MDRTDBSs）已经受到了越来越多的关注。而且随着不同种类网络的迅速发展,移动计算技术将会引起未来信息系统在使用、设计和发展等一系列的技术变革。移动计算技术一直是当前计算机网络与通信技术领域内的前沿和重点研究课题,因此,展开对移动计算技术的有关理论与应用技术方面的研究有非常重要的理论意义和实际意义。一般来说,移动计算环境是一个分布式的动态运行环境。而且其传输带宽是不对称的,从服务器到移动主机（Mobile Hosts,MHs）的传输容量要远大于从MHs到服务器的传输容量。由于无线传输带宽的限制和频繁地断接,传统的并发控制协议已经不再适应于这种不对称的传输带宽环境。在MDRTDBSs中广播数据已经成为广泛接受的方法。目前移动广播环境中的移动分布式实时事务处理是移动计算理论与应用的重要研究方向,而移动广播环境中的并发控制机制则是MDRTDBSs的一个最主要的核心技术。有鉴于此,本文对移动广播环境中分布式实时事务并发控制机制进行了深入的研究和探讨,论文的主要研究工作和贡献体现在以下几方面:1.提出了MV-IR-VIN（Multiversion-Invalidation Report-ValidationInformation）数据广播协议,给出了多版本广播通道结构。服务器在广播周期开始时,广播上一个广播周期在服务器提交事务的有效性确认信息VIN。MHs通过接收服务器广播VIN,对移动实时事务进行局部预有效性确认。2.提出了多版本动态调整串行次序方法。在移动广播环境中重启动一个移动事务开销较大,通过多版本动态调整事务串行次序,可以避免不必要的事务重启动。在多版本机制写-写操作对不再是冲突的,因为它们产生不同的版本。3.提出了移动分布式实时多版本两阶段有效性确认方法。在MHs上所有事务进行局部预有效性确认。如果移动事务通过局部预有效性确认,必须提交到服务器进行局部最终有效性确认。如此提前进行数据冲突检测,有效地节省了处理时间和通信资源。4.提出了关于MDRTDBSs的三层提交协议结构,保证了移动分布式实时事务的原子性。在低层,如果移动只读事务所有读数据项通过预有效性确认,即可提交。移动只读事务的响应时间大大降低。在中间层,如果移动实时更新事务在服务器上通过最终有效性确认,则可局部提交。而在顶层,移动分布式实时事务需要进行全局有效性确认,以保证分布串行性。5.提出了移动广播环境中DMVOCC-MDA-2PLV（DistributedMultiversion Optimistic Concurrency Control with MultiversionDynamic Adiustment using Two-Phase Local Validation）并发控制协议处理移动分布式实时事务。MHs上所有事务使用向后有效性确认机制执行局部预有效性确认,与上一个广播周期在服务器提交的事务进行有效性确认。通过局部预有效性确认的事务,提交到服务器进行局部最终有效性确认。新协议消除了移动只读事务和移动更新事务之间的冲突,使用多版本动态调整串行次序,避免了不必要的事务重启动。移动只读事务能阻塞提交,大大降低了移动只读事务的响应时间。增加了MHs与广播通道断开的容忍度。6、证明了本文所提出的DMVOCC-MDA-2PLV协议的正确性,并对所提出的DMVOCC-MDA-2PLV协议进行了模拟实验。模拟结果表明提出的新并发控制协议在延误截止时间率、重启动率、提交率、等方面性能要优于其它协议。在高系统负载下,MHs与网络高断接概率下,DMVOCC-MDA-2PLV协议性能也显著优于其它协议。本文的研究工作对MDRTDBSs的设计与研究具有重要的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 移动分布式数据库体系结构
• 1.1.2 移动事务执行模式
• 1.1.3 移动数据广播
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数据广播的研究
• 1.2.2 移动事务模型研究
• 1.2.3 移动实时事务并发控制的研究
• 1.2.4 移动实时嵌套事务并发控制的研究
• 1.2.5 移动实时事务提交的研究
• 1.2.6 移动数据库恢复的研究
• 1.3 提供移动事务管理的商业产品
• 1.4 本文研究的意义,目标和主要内容
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 多版本数据广播
• 2.1 广播磁盘
• 2.2 多版本广播磁盘组织
• 2.3 处理频繁更新的数据
• 2.4 广播提交事务有效性确认信息
• 2.5 广播通道
• 2.6 本章小结
• 第三章 移动分布式实时事务处理策略
• 3.1 移动分布式实时事务的特征
• 3.2 MH过界切换处理
• 3.3 多版本乐观并发控制机制
• 3.4 多版本动态调整
• 3.5 有效性确认
• 3.6 在MHs上事务处理策略
• 3.6.1 读/写请求处理方法
• 3.6.2 预有效性确认方法
• 3.7 在服务器上事务处理策略
• 3.8 全局有效性确认策略
• 3.9 提交处理策略
• 3.10 本章小结
• 第四章 分布式多版本乐观并发控制协议
• 4.1 MHs上的事务处理
• 4.1.1 读/写请求处理
• 4.1.2 局部预有效性确认
• 4.2 在服务器上事务处理
• 4.3 提交处理
• 4.4 全局有效性确认
• 4.5 本章小结
• 第五章 协议正确性证明和性能分析
• 5.1 协议正确性证明
• 5.2 协议特性分析
• 5.3 性能评价
• 5.3.1 实验参数设置
• 5.3.2 基本性能验证
• 5.3.3 高系统负载下性能验证
• 5.3.4 高断接率下性能验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间参与科研项目情况
• 攻读博士学位期间所发表论文情况