Mobile Datbase System

                دانشجوي رشته کامپيوتر

مقدمه

سيستم پايگاه داده سيار [1] چيست؟

1 .معماري سيستم پايگاه داده سيار

در پايگاه داده سيار اولين عضو واحد سيار( MU ) است که ممکن است تلفن همراه ، PDA [4] ، MP3 Player و يا حتي سيستم هاي ناوبري ماشينها باشد. هر واحد سيار با يک ايستگاه اصلي (BS) در ارتباط است که با هم يک سلول (Cell) را تشکيل مي دهند. يک سلول از طريق کنترل کنندۀ ايستگاه هاي اصلي (BSC) به ميزبانهاي ثابت يا همان شبکه هاي ثابت متصل مي شود. در سيستم پايگاه داده سيار يک پايگاه داده HLR است که شامل اطلاعاتي از قبيل شماره شناسايي (ID) ، آخرين مکان ديده شده ، نوع ارتباط و ... [5] مي شود و يک پايگاه داده VLR که خود زير مجموعه اي از HLR است وجود دارد .زمانيکه يک سلول جديد ايجاد يا ديده مي شود مقعيت جاري آن در VLR ذخيره مي شود که در نهايت اين اطلاعات در HLR بايگاني مي شود . هر HLR با AC که يک پردازنده براي اعتبار دادن به شاخص ها(مانند کانال هاي دستيابي)است، در ارتباط است.و در نهايت MSC با شبکه سوئيچ تلفن هاي عمومي (PSTN) در ارتباط است. EIR نيز يک ديتابيسي شامل شماره سريال هاي منحصر به فرد براي اختصاص دادن به MU هاي جديد است.

شکل 1

2. ارتباط PCS و GSM

سيستمهاي سلولي در ابتدا بر اساس انتقال آنالوگ کار مي کردند . اين سيستم ها رشد سريعي را در اروپا و آمريکاي شمالي تجربه کرد اما به خاطر محدوديت هاي ذاتي که داشت و با رشد سريع مشترکين ، نتوانست به سرعت آنان رشد کند. اين مسئله باعث شد تا دو سيستم ارتباطي سيار به نام هاي PCS و GSM رشد کنند . PCS در آمريکاي شمالي و GSM در اروپا که هر دو ديجيتالي بودند جايگزين تکنولوژي قبلي که آنالوگ بود شد. PCS براي سرويس دادن به مشترکين قبلي ، ارسال آنالوگ را نيز پشتيباني مي کرد اما GSM فقط ديجيتالي بود.محاسبات سيار نتيجه ي پيشرفتهاي صورت گرفته در دو فناوري زير است [6] :

• ظهور کامپيوترهاي قابل حمل قدرتمند

• شبکه هاي سريع قابل اطمينان

در شکل 2 شماي کلي معماري PCS را ملاحظه مي کنيد. اين عکس شامل دو مجموعه از اجزا مي باشد:

الف) اجزاي وظيفه اي [7] : که با مستطيل نشان داده شده است.

ب  ) رابط ها [8] : که با دايره هاي کوچک بين دو اجزاي وظيفه اي نشان داده شده است.

شکل 2

1. واحد سيار( MU ) : اين کامپوننت به نام هاي Mobile Host و Mobile Station نيز خوانده مي شود. آن( MU ) يک دستگاه بي سيم است که شامل 1.آنتن 2.فرستنده/گيرنده [9]  3. رابط کاربر [10] . آنتن سيگنالها را به دام مي اندازد و فرستنده/گيرنده مسئول دريافت و ارسال سيگنال است. رابط کاربر مسئول تعامل با کاربر از طريق نمايش دادن گرافيک و متن و دريافت ورودي کاربر است. هر يونيت داراري حافظه دائمي است که شامل اطلاعاتي از قبيل : شماره شناسايي سيار( Mobile Identification Number ) ، شماره سريال الکترونيکي ( Electronic Serial Number ) ، نوع کلاس ايستگاه ( Station Class Mark ) .شماره شناسايي سيار يک شماره 10رقمي مشترک است ، زمانيکه واحد سيار درخواست مکالمه مي کند شماره مقصد توسط MSC به تمام ايستگاهها فرستاده مي شود ، اگر ايستگاه با شماره مورد نظر در ارتباط باشد بلافاصله ارتباط برقرار مي گردد. شماره سريال الکترونيکي يک شماره منحصر به فرد 32 بيتي است که براي شناسايي يونيت توسط سلول به کار مي رود لازم به ذکر است که اين شماره سخت افزاري است و قابل تغيير نيست.
3. ايستگاه اصلي( BS ): ايستگاه اصلي شامل يک جفت فرستنده و گيرنده است. هر سلول فقط توسط يک BS اداره مي شود و اندازه سلول نيز به قدرت BS بستگي دارد. در معماري PCS فعاليتهاي BS شامل : برقراي ارتباط ، مکان يابي يک کانال ارتباطي ، و... مي شود که مستقيما توسط MSC مديريت مي گردد. زمانيکه يک مشترک سيار شماره اي را مي گيرد BS آن سلول کانالي را   MSC اش مي گيرد تا تماس برقرار کند و وقتي که تماس تمام شد کانال را به MSC بر ميگرداند.

4. کنترل کنندۀ ايستگاه اصلي ( BSC ): اين قطعه باري مديريت BS ها است که بيشتر در GSM کاربرد دارد.

5. مرکز سوئيچ سيار ( MSC ): اين کامپوننت با نام هاي MTSO (MobileTelephone Switching    Office)  mobile switch (MS) نيز خوانده مي شود . همانطور که از نامش پيداست وظيفه ي سوئيچ در شبکه را بر عهده دارد . ممکن است در شبکه هاي بزرگ از چند MSC که باسيم به هم متصل ان استفاده شود.

6. ثبت کننده مکان خانگي ( HLR ): يک ديتابيس بسيار بزرگ است اطلاعات  مشترکين را نگهداري مي کند شکل 3 اطلاعات اين ديتابيس را نمايش مي دهد. HLR معمولا در MSC ذخيره مي شود.

7. ثبت کنندۀ مکان ويزيتور( VLR ): VLR يک زير مجموعه از HLR براي يک سلول خاص است.هر موقع که مشترکي بخواهد تماسي بگيرد اطلاعات آن در VLR قرار ميگيرد و پس از مکالمه در HLR بايگاني مي گرددو VLR خالي مي شود.

8. شبکه تلفن عمومي( PSTN ): اين کامپوننت همان شبکه تلفن سيمي است که عموما از طريق خط تلفن به آن دستيابي دارند.

9. شبکه ديجيتالي يکپارچه( ISDN ): يک شبکه سيمي است که توانايي فرستادن صدا و داده ها را با سرعتي بالا دارد.

براي ارتباط(مخابره سيگنالها) ، يک سري کانال هاي دستيابي وجود دارند که شامل سه استاندارد اروپا ، آمريکا و ژاپن هستند. برخي از اين استانداردها داراي محدوديتهايي در فرکانس ارتباطي هستند. براي رفع اين محدوديت ها از راه حل استفاده دوباره از يک فرکانس يا تکرار سلول استفاده مي شود. براي پوشش دهي يک منطقه (مثلا يک شهر)، آنجا را به سلول هاي منطقي تقسيم بندي مي کنند(شکل 3). در معماري سلولي [11] هر يک از اجزا بي سيم يا سيمي خواستار برقراي ارتباط به صورت نقطه به نقطه [12] يا يک  نقطه يه چند نقطه [13] مي شوند ، خواسته آنها ( MU ) به ايستگاه اصلي (BS) از طريق کانالها مخابره مي شود و در نهايت  سلول با کل شبکه ارتباط برقرار مي کند . در يک محدوده گروه هايي از سلول ها وجود دارند ، که اندازه سلول ها به قدرت پايگاه اصلي (BS) بستگي دارد.

شکل 3

روش   HandOff : زمانيکه ما دقيقا بين دو سلول و در نقطه ي مرزي هستيم ، ارتباط ما به دليل عدم پوشش دهي توسط ايستگاه هاي اصلي قطع مي شود. براي جلوگيري از اين قطعي ، ناحيه هاي مشترکي از سلول ها مطابق شکل 4 در نظر مي گيرند .

شکل 4

با اين روش که زياد هزينه بر نيست مي توان محدوده ي پوشش دهي را افزايش داد اما مسئله اي که پيش مي آيد اين است که همه جا پوشش داده نمي شود و در ثاني مشکلاتي مانند تشخيص انتقال کانال و لينکهاي راديوي پيش مي آيد .

اگرچه يک شبکه بي سيم با مشتري هاي سيار اساسا يک سيستک نامتمرکز است اما ويژگي هاي خاص آن( MDS ) اين محيط را منحر به فرد کرده است برخي از مهمترين ويژگي هاي محيط سيار عبارتند از :

·           کم بودن پهناي باند

·           نامطمئن بودن کانالهاي بي سيم براي انتقال داده

·           آسيب پزيري با شرايط فيزيکي

·           نامتقارن بودن ارتباطات [15] : پهناي باند در جهت رو به پايين جريان (از سرويس دهنده به مشتري ) بسيار بيشتر از جهت معکوس آن است.اگرچه مشتري ها مي توانند داده ها را با نرخ بالايي دريافت نمايند ، اما در برخي سيستم ها مشتري قادر به ارسال پيام هاي زيادي به سرويس دهنده نمي باشد.

·           قطع شدن متناوب : مشتري هاي سيار (برخلاف ميزبان هاي ثابت ) به طور پيوسته و مداوم به شبکه متصل نمي مانند بلکه کاربران ، واحدهاي سيار خود را به طور منظم خاموش روشن مي کنند.

داده ها در MDS به دو دسته ي  داده هاي وابسته به مکان( [16] LDD ) و داده هاي مستقل از مکان ( LID [17] ) تقسيم ميشوند.داده هاي نوع اول ارزششان به مکانشان بستگي دارد مانند: مايات شهري ، منطقه شهري و... ، اما دسته ي دوم ارزششان به مکان بستگي ندارد و از اينرو آنها را مستقل از مکان مي نامند.مانند نام شخص ، شماره حساب بانکي و...

تمام اصول مديريت تراکنش ها  که براي پايگاه داده هاي متمرکز و نامتمرکز وجود دارد در پايگاه داده هاي سيار نيز لحاظ مي شود اما ويژگي ها و محدوديت هاي محيط سيار سبب مي شود که تراکنش و مديريت آن تا حدودي متفاوت باشد .

يک تراکنش سيار ، تراکنشي است که حداقل از يک ميزبان سيار استفاده مي کند ، پس در مديريت تراکنش هاي بانک اطلاعات سيار بايد تغيير مکان ميزبان هاي سيار را نيز در نظر گرفت.

اجراي يک تراکنش سيار که در ميزبان هاي ثابت و سيار انجام مي گيرد را مي توان به صورت زير تقسيم کرد:

• اجرا به طور کامل در شبکه غير بي سيم.

• اجراي به طور کامل روي يک ميزبان سيار

• اجرا به طور نامتمرکز روي شبکه غير بي سيم و ميزبان سيار

• اجرا به طور نامتمرکز روي چند ميزبان سيار

• اجرا به طور نامتمرکز بين ميزبان هاي سيار و ثابت

نکته: در MDS رعايت قانون ACID يعني يکپارچگي [20] ، همخواني [21] ، انزوا [22] و پايايي [23] بسيار گران و هزينه بر است .

[1] Powerpoint presentation of V.Kumar , Computer Science and Informatics University of Missouri(U.S.A) ,Kansas City

[2] Mobile Databse System 2006 , V.Kumar , Computer Science and Informatics University of Missouri(U.S.A),Kansas City, A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION

[3] بانک اطلاعات علمي-کاربردي ، دکتر مصطفي حق جو و علي اصغر صفائي، دانشکده کامپيوتر دانشگاه علم و صنعت ايران ، مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت ، جلد دوم( مفاهيم پيشرفته)

[4] بانک اطلاعات علمي-کاربردي ، دکتر مصطفي حق جو ، دانشکده کامپيوتر دانشگاه علم و صنعت ايران ، مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت   ، جلد اول( مفاهيم بنيادين)

[5] Context-Sensitive Mobile Database Summarisation , School of Informatics and Engineering , Flinders University of South Australia , Darin Chan and John F. Roddick,IEEE Conf.