基于分布式處理技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。從這個(gè)定義可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的開展具有規(guī)模性、廣泛參與性、管理性、技術(shù)性、物的屬性等特征，需要各行各業(yè)的參與。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，其中非常重要的是RFID電子標(biāo)簽技術(shù)。以簡(jiǎn)單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的、比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)已成為RFID技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，這使得物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)管理問題成為了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中的挑戰(zhàn)性問題之一，已引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界的高度關(guān)注。本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)管理問題，通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，并結(jié)合分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、P2P(對(duì)等網(wǎng))點(diǎn)云計(jì)算技術(shù)，提出了基于分布式處理技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法，并探索將其應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng)中。

1 基礎(chǔ)理論

1．1 混合模型

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)例是深入研究物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本文針對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)采用有源CPS(網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng))結(jié)點(diǎn)和具備聯(lián)網(wǎng)和控制能力的互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)的混合模型(如圖1所示)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這使得該系統(tǒng)不但具有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中特有的時(shí)間和空間的控制能力，還擁有物聯(lián)網(wǎng)專用的安全性和可靠性的控制體系?；ヂ?lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)具有不間斷電源，不具備移動(dòng)性，又具有感知能力，具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)、計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)能力，可以提供H2T，H2H連接。


1．2 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)(Distributed DataBase，DDB)是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。近年來，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的快速關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法、精簡(jiǎn)頻繁模式集和關(guān)聯(lián)規(guī)則的安全挖掘算法以及事務(wù)流的動(dòng)態(tài)可串行調(diào)度算法等都是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是物理上分散在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點(diǎn)上，但在邏輯上屬于同一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集合，如圖2所示。它具有局部自治與全局共享性、數(shù)據(jù)的冗余性、數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、系統(tǒng)的透明性等特點(diǎn)。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DDBMS)支持分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用與維護(hù)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)局部數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通信、分布式數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)字典管理等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)等互相滲透，互相結(jié)合，成為當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展的主要特征。

2 本文物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中各個(gè)領(lǐng)域都呈現(xiàn)嚴(yán)峻的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性挑戰(zhàn)。這里重點(diǎn)討論分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，并引入面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)和點(diǎn)云計(jì)算的P2P技術(shù)，以使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有局部自治與全局共享性、數(shù)據(jù)低冗余性、數(shù)據(jù)高獨(dú)立性及系統(tǒng)透明性。

物聯(lián)網(wǎng)是融入大量RFID系統(tǒng)和分布站點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。在系統(tǒng)計(jì)算服務(wù)中，需要引入云計(jì)算平臺(tái)，這是我國(guó)正在積極構(gòu)建的重要基礎(chǔ)計(jì)算平臺(tái)。在考慮遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)管理之前，必須從那里獲取數(shù)據(jù)，并且使其他數(shù)據(jù)庫(kù)能對(duì)它進(jìn)行全局訪問。因此，主要涉及的管理任務(wù)有：

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算服務(wù)、訪問站點(diǎn)數(shù)據(jù)的位置透明性管理、數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接管理、觸發(fā)器管理和快照管理等分布處理技術(shù)。同時(shí)在確定的每個(gè)服務(wù)站點(diǎn)中，引入面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，以支持面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的融合，改善數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的可擴(kuò)展性。在點(diǎn)云計(jì)算中引入P2P技術(shù)，自組織P2P網(wǎng)絡(luò)能夠在對(duì)等體進(jìn)入、離開和失效時(shí)自動(dòng)加以調(diào)整適應(yīng)。對(duì)等體之間的通信是對(duì)稱的，它們既請(qǐng)求服務(wù)又提供服務(wù)。

綜上所述，該分布式物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)具備面向?qū)ο?、分布式處理技術(shù)和P2P點(diǎn)云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)能力。

3 實(shí)例驗(yàn)證：醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)

本應(yīng)用實(shí)例主要是探索將物聯(lián)網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)中，這將是本文未來研究的重要課題。醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建是我國(guó)新醫(yī)改基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要保障。本文醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如圖3所示。

在上述醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中，主要包括了移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、循證醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)研究網(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)、虛擬醫(yī)療團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息以及慢性病、流行病監(jiān)控管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和個(gè)人醫(yī)療信息門戶數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，需要P2P技術(shù)與云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)整合醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)、健康知識(shí)管理、電子健康檔案統(tǒng)一信息管理等工作。其中，整合的醫(yī)療保健平臺(tái)根據(jù)需要通過醫(yī)院的各系統(tǒng)收集并存儲(chǔ)患者信息，并將相關(guān)信息添加到患者的電子醫(yī)療檔案數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣所有授權(quán)和整合的醫(yī)院都可以對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問，從而使各個(gè)資源和患者能夠有效地在各個(gè)醫(yī)院之間流動(dòng)。利用各醫(yī)院之間適當(dāng)?shù)墓芾硐到y(tǒng)、轉(zhuǎn)診系統(tǒng)等保持信息完備性、一致性。這個(gè)平臺(tái)滿足一個(gè)有效的多層次醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息分享的需要，這樣就建立了以分布式處理技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)。電子健康檔案系統(tǒng)通過可靠的門戶網(wǎng)站集中進(jìn)行病歷整合和共享，這樣各種治療活動(dòng)就可以不受醫(yī)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(tǒng)，醫(yī)院可以準(zhǔn)確順暢地將患者轉(zhuǎn)到其他門診或其他醫(yī)院，患者可隨時(shí)了解自己的病情，醫(yī)生可以通過參考患者完整的病史為其做出準(zhǔn)確的診斷和治療。通過醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的建立，將極大地改善醫(yī)療服務(wù)體系．實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)健、有效的全面醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹并討論了基于分布式處理技術(shù)、混合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法以及P2P點(diǎn)云計(jì)算服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法，并探索將其應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中，從而為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供了一種新的設(shè)計(jì)方法，可探索將其拓展到智能電力電網(wǎng)、城市設(shè)施、交通管理、物流供應(yīng)鏈等行業(yè)中。然而，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)需要核心云服務(wù)計(jì)算平臺(tái)，目前的系統(tǒng)有許多工作要做，包括P2P計(jì)算中的信息交互、高速移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備診斷、整合醫(yī)療平臺(tái)建設(shè)等。本文今后的工作將進(jìn)一步完善上述設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并將其用于實(shí)踐，從而為搭建我國(guó)基礎(chǔ)醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。