基于分布式處理技術的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫設計

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一個巨大網(wǎng)絡。從這個定義可以看出，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)技術是一項綜合性的技術，其中非常重要的是RFID電子標簽技術。以簡單RFID系統(tǒng)為基礎，結合已有的網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動的標簽組成的、比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)已成為RFID技術發(fā)展趨勢，這使得物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫管理問題成為了物聯(lián)網(wǎng)技術研究中的挑戰(zhàn)性問題之一，已引起了國際學術界和工程界的高度關注。本文針對物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫管理問題，通過對物聯(lián)網(wǎng)技術的研究，并結合分布式數(shù)據(jù)庫技術、P2P(對等網(wǎng))點云計算技術，提出了基于分布式處理技術的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理方法，并探索將其應用于醫(yī)療系統(tǒng)中。

1 基礎理論

1．1 混合模型

物聯(lián)網(wǎng)已經構成的應用系統(tǒng)和應用實例是深入研究物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基礎。本文針對醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)采用有源CPS(網(wǎng)絡化物理系統(tǒng))結點和具備聯(lián)網(wǎng)和控制能力的互聯(lián)網(wǎng)CPS結點的混合模型(如圖1所示)進行設計。這使得該系統(tǒng)不但具有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中特有的時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結點具有不間斷電源，不具備移動性，又具有感知能力，具有較強的存儲、計算和聯(lián)網(wǎng)能力，可以提供H2T，H2H連接。


1．2 分布式數(shù)據(jù)庫

分布式數(shù)據(jù)庫(Distributed DataBase，DDB)是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術與網(wǎng)絡技術相結合的產物。近年來，分布式數(shù)據(jù)庫的快速關聯(lián)規(guī)則挖掘算法、精簡頻繁模式集和關聯(lián)規(guī)則的安全挖掘算法以及事務流的動態(tài)可串行調度算法等都是該領域的研究熱點。一個分布式數(shù)據(jù)庫是物理上分散在計算機網(wǎng)絡各結點上，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)的獨立性、系統(tǒng)的透明性等特點。分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DDBMS)支持分布式數(shù)據(jù)庫的建立、使用與維護，負責實現(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)庫技術與網(wǎng)絡通信技術、人工智能技術、面向對象程序設計技術、并行計算技術等互相滲透，互相結合，成為當前數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展的主要特征。

2 本文物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫設計方法

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中各個領域都呈現(xiàn)嚴峻的數(shù)據(jù)存儲性挑戰(zhàn)。這里重點討論分布式數(shù)據(jù)庫技術，并引入面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術和點云計算的P2P技術，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)和分布站點的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在系統(tǒng)計算服務中，需要引入云計算平臺，這是我國正在積極構建的重要基礎計算平臺。在考慮遠程數(shù)據(jù)庫事務管理之前，必須從那里獲取數(shù)據(jù)，并且使其他數(shù)據(jù)庫能對它進行全局訪問。因此，主要涉及的管理任務有：

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)計算服務、訪問站點數(shù)據(jù)的位置透明性管理、數(shù)據(jù)庫鏈接管理、觸發(fā)器管理和快照管理等分布處理技術。同時在確定的每個服務站點中，引入面向對象數(shù)據(jù)庫技術，以支持面向對象編程技術與數(shù)據(jù)庫技術的融合，改善數(shù)據(jù)庫技術的可擴展性。在點云計算中引入P2P技術，自組織P2P網(wǎng)絡能夠在對等體進入、離開和失效時自動加以調整適應。對等體之間的通信是對稱的，它們既請求服務又提供服務。

綜上所述，該分布式物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫同時具備面向對象、分布式處理技術和P2P點云計算數(shù)據(jù)庫能力。

3 實例驗證：醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)

本應用實例主要是探索將物聯(lián)網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)庫技術應用于醫(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)構建是我國新醫(yī)改基礎設施建設的重要保障。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，主要包括了移動醫(yī)療設備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、循證醫(yī)學數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、醫(yī)學研究網(wǎng)格計算系統(tǒng)、虛擬醫(yī)療團隊數(shù)據(jù)庫信息以及慢性病、流行病監(jiān)控管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和個人醫(yī)療信息門戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、遠程醫(yī)療服務數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在整個物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，需要P2P技術與云計算服務平臺來實現(xiàn)整合醫(yī)療服務平臺、健康知識管理、電子健康檔案統(tǒng)一信息管理等工作。其中，整合的醫(yī)療保健平臺根據(jù)需要通過醫(yī)院的各系統(tǒng)收集并存儲患者信息，并將相關信息添加到患者的電子醫(yī)療檔案數(shù)據(jù)庫中，這樣所有授權和整合的醫(yī)院都可以對這個數(shù)據(jù)庫進行訪問，從而使各個資源和患者能夠有效地在各個醫(yī)院之間流動。利用各醫(yī)院之間適當?shù)墓芾硐到y(tǒng)、轉診系統(tǒng)等保持信息完備性、一致性。這個平臺滿足一個有效的多層次醫(yī)療網(wǎng)絡對信息分享的需要，這樣就建立了以分布式處理技術為基礎的數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng)。電子健康檔案系統(tǒng)通過可靠的門戶網(wǎng)站集中進行病歷整合和共享，這樣各種治療活動就可以不受醫(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)院可以準確順暢地將患者轉到其他門診或其他醫(yī)院，患者可隨時了解自己的病情，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)療服務體系．實現(xiàn)高效、穩(wěn)健、有效的全面醫(yī)療衛(wèi)生服務。

4 結語

本文重點介紹并討論了基于分布式處理技術、混合面向對象程序設計方法以及P2P點云計算服務的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫設計方法，并探索將其應用于醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中，從而為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了一種新的設計方法，可探索將其拓展到智能電力電網(wǎng)、城市設施、交通管理、物流供應鏈等行業(yè)中。然而，系統(tǒng)的設計實現(xiàn)需要核心云服務計算平臺，目前的系統(tǒng)有許多工作要做，包括P2P計算中的信息交互、高速移動醫(yī)療設備診斷、整合醫(yī)療平臺建設等。本文今后的工作將進一步完善上述設計的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并將其用于實踐，從而為搭建我國基礎醫(yī)療系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術平臺做出應有的貢獻。