基于分布式处理技术的物联网数据库研究和设计

摘要：针对物联网中的数据库管理问题，通过对物联网技术的研究，结合分布式处理技术、P2P(对等网)点云计算技术，提出了一个基于分布式处理技术的物联网数据库设计方法。在此以医疗系统物联网为例，验证了该方法在一定程度上能够解决物联网中的数据库管理问题，从而为物联网技术与数据库技术、网络技术、中间件技术等的技术结合提供了技术支撑。
关键词：数据库技术；分布式处理技术；云计算；物联网

0 引言
    物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一个巨大网络。从这个定义可以看出，物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等特征，需要各行各业的参与。物联网技术是一项综合性的技术，其中非常重要的是RFID电子标签技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的、比Internet更为庞大的物联网已成为RFID技术发展趋势，这使得物联网中的数据库管理问题成为了物联网技术研究中的挑战性问题之一，已引起了国际学术界和工程界的高度关注。本文针对物联网中的数据库管理问题，通过对物联网技术的研究，并结合分布式数据库技术、P2P(对等网)点云计算技术，提出了基于分布式处理技术的物联网数据库管理方法，并探索将其应用于医疗系统中。

1 基础理论
1．1 混合模型
    物联网已经构成的应用系统和应用实例是深入研究物联网体系结构的基础。本文针对医疗系统物联网采用有源CPS(网络化物理系统)结点和具备联网和控制能力的互联网CPS结点的混合模型(如图1所示)进行设计。这使得该系统不但具有物联网系统中特有的时间和空间的控制能力，还拥有物联网专用的安全性和可靠性的控制体系。互联网CPS结点具有不间断电源，不具备移动性，又具有感知能力，具有较强的存储、计算和联网能力，可以提供H2T，H2H连接。

1．2 分布式数据库
    分布式数据库(Distributed DataBase，DDB)是传统数据库技术与网络技术相结合的产物。近年来，分布式数据库的快速关联规则挖掘算法、精简频繁模式集和关联规则的安全挖掘算法以及事务流的动态可串行调度算法等都是该领域的研究热点。一个分布式数据库是物理上分散在计算机网络各结点上，但在逻辑上属于同一系统的数据集合，如图2所示。它具有局部自治与全局共享性、数据的冗余性、数据的独立性、系统的透明性等特点。分布式数据库管理系统(DDBMS)支持分布式数据库的建立、使用与维护，负责实现局部数据管理、数据通信、分布式数据管理以及数据字典管理等功能。数据库技术与网络通信技术、人工智能技术、面向对象程序设计技术、并行计算技术等互相渗透，互相结合，成为当前数据库技术发展的主要特征。

2 本文物联网数据库设计方法
    物联网数据库管理系统中各个领域都呈现严峻的数据存储性挑战。这里重点讨论分布式数据库技术，并引入面向对象数据库系统技术和点云计算的P2P技术，以使物联网系统具有局部自治与全局共享性、数据低冗余性、数据高独立性及系统透明性。
    物联网是融入大量RFID系统和分布站点的数据库系统。在系统计算服务中，需要引入云计算平台，这是我国正在积极构建的重要基础计算平台。在考虑远程数据库事务管理之前，必须从那里获取数据，并且使其他数据库能对它进行全局访问。因此，主要涉及的管理任务有：
物联网系统计算服务、访问站点数据的位置透明性管理、数据库链接管理、触发器管理和快照管理等分布处理技术。同时在确定的每个服务站点中，引入面向对象数据库技术，以支持面向对象编程技术与数据库技术的融合，改善数据库技术的可扩展性。在点云计算中引入P2P技术，自组织P2P网络能够在对等体进入、离开和失效时自动加以调整适应。对等体之间的通信是对称的，它们既请求服务又提供服务。
    综上所述，该分布式物联网数据库同时具备面向对象、分布式处理技术和P2P点云计算数据库能力。

3 实例验证：医疗系统物联网
    本应用实例主要是探索将物联网分布式数据库技术应用于医疗卫生系统中，这将是本文未来研究的重要课题。医疗卫生系统的物联网构建是我国新医改基础设施建设的重要保障。本文医疗系统物联网系统，如图3所示。

    在上述医疗系统物联网中，主要包括了移动医疗设备数据库系统、循证医学数据库系统、医学研究网格计算系统、虚拟医疗团队数据库信息以及慢性病、流行病监控管理数据库系统和个人医疗信息门户数据库系统、远程医疗服务数据库系统。在整个物联网数据库系统中，需要P2P技术与云计算服务平台来实现整合医疗服务平台、健康知识管理、电子健康档案统一信息管理等工作。其中，整合的医疗保健平台根据需要通过医院的各系统收集并存储患者信息，并将相关信息添加到患者的电子医疗档案数据库中，这样所有授权和整合的医院都可以对这个数据库进行访问，从而使各个资源和患者能够有效地在各个医院之间流动。利用各医院之间适当的管理系统、转诊系统等保持信息完备性、一致性。这个平台满足一个有效的多层次医疗网络对信息分享的需要，这样就建立了以分布式处理技术为基础的数据库服务系统。电子健康档案系统通过可靠的门户网站集中进行病历整合和共享，这样各种治疗活动就可以不受医院行政限制而形成一种整合的视角。有了电子健康档案系统，医院可以准确顺畅地将患者转到其他门诊或其他医院，患者可随时了解自己的病情，医生可以通过参考患者完整的病史为其做出准确的诊断和治疗。通过医疗系统物联网的建立，将极大地改善医疗服务体系．实现高效、稳健、有效的全面医疗卫生服务。

4 结语
    本文重点介绍并讨论了基于分布式处理技术、混合面向对象程序设计方法以及P2P点云计算服务的物联网数据库设计方法，并探索将其应用于医疗系统物联网中，从而为物联网数据库管理系统提供了一种新的设计方法，可探索将其拓展到智能电力电网、城市设施、交通管理、物流供应链等行业中。然而，系统的设计实现需要核心云服务计算平台，目前的系统有许多工作要做，包括P2P计算中的信息交互、高速移动医疗设备诊断、整合医疗平台建设等。本文今后的工作将进一步完善上述设计的物联网数据库系统，并将其用于实践，从而为搭建我国基础医疗系统物联网技术平台做出应有的贡献。