移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下語(yǔ)義緩存及查詢(xún)處理研究.pdf

1、移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中，由于通信帶寬窄、網(wǎng)絡(luò)斷接頻繁、移動(dòng)終端資源有限等缺陷，造成了移動(dòng)用戶(hù)數(shù)據(jù)存取的瓶頸，使得移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下客戶(hù)查詢(xún)請(qǐng)求處理面臨一定的挑戰(zhàn)。在客戶(hù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，減少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的訪問(wèn)正是解決此瓶頸的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的緩存技術(shù)主要包括頁(yè)面緩存和元組緩存兩種方式。其中頁(yè)面緩存采用靜態(tài)的時(shí)間和空間屬性，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)很敏感，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)空間聚集度較差時(shí)，將會(huì)加劇消耗有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬，占用大量的移動(dòng)設(shè)備存儲(chǔ)空間；元組緩存會(huì)

2、造成通訊開(kāi)銷(xiāo)昂貴、并行處理困難、不支持網(wǎng)絡(luò)斷接時(shí)的數(shù)據(jù)處理和一致性維護(hù)效率低等問(wèn)題。因此，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)資源十分有限、網(wǎng)絡(luò)通訊代價(jià)昂貴的移動(dòng)計(jì)算環(huán)境，采用傳統(tǒng)緩存技術(shù)顯然是不合適的。這就迫切需要一種新的緩存技術(shù)來(lái)支持移動(dòng)客戶(hù)機(jī)在網(wǎng)絡(luò)弱連接或斷接情況下的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。語(yǔ)義緩存是基于客戶(hù)查詢(xún)語(yǔ)義相關(guān)建立的一種客戶(hù)緩存，內(nèi)容是由以往查詢(xún)的結(jié)果以及相應(yīng)的語(yǔ)義描述構(gòu)成。由于移動(dòng)客戶(hù)進(jìn)行的數(shù)據(jù)訪問(wèn)大多具有良好的語(yǔ)義相關(guān)性，采用語(yǔ)義緩存，客戶(hù)端

3、可以利用本地緩存的以往查詢(xún)的語(yǔ)義信息進(jìn)行推理判斷，從而確定客戶(hù)查詢(xún)是否可在本地緩存獲得全部或部分結(jié)果，盡可能地利用本地緩存處理查詢(xún)。建立在語(yǔ)義緩存基礎(chǔ)之上的查詢(xún)處理就可以減少對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)及降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量，從而提高查詢(xún)響應(yīng)速度以及降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。因此語(yǔ)義緩存能很好地滿(mǎn)足移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下的查詢(xún)處理要求。目前，許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)語(yǔ)義緩存展開(kāi)了相關(guān)研究，研究的內(nèi)容主要包括語(yǔ)義緩存模型、語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理、語(yǔ)義緩存替換、語(yǔ)義緩存一致性維護(hù)、語(yǔ)義緩存查

4、詢(xún)裁剪優(yōu)化等。本文針對(duì)當(dāng)前語(yǔ)義緩存的研究熱點(diǎn)問(wèn)題，主要在語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理、語(yǔ)義緩存查詢(xún)裁剪優(yōu)化方面作了相關(guān)研究：在語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理研究方面，本文在引出了查詢(xún)可導(dǎo)出的形式化定義，詳細(xì)探討了查詢(xún)與緩存的各種匹配關(guān)系以及在各種匹配關(guān)系下的判定條件、探測(cè)查詢(xún)和剩余查詢(xún)，并在此基礎(chǔ)上提出了基于單表的語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理策略。主要工作有：1)針對(duì)原有的修補(bǔ)查詢(xún)處理涉及抽象復(fù)雜的概念且實(shí)現(xiàn)困難，提出了改進(jìn)的修補(bǔ)查詢(xún)處理(Amending Query Pr

5、ocessing)策略。在查詢(xún)包含于緩存卻不能從緩存中導(dǎo)出時(shí)，修補(bǔ)查詢(xún)以補(bǔ)充緩存所缺失的屬性，使得查詢(xún)能夠從緩存中導(dǎo)出，增加了緩存的命中率和利用率；2)提出了無(wú)效查詢(xún)處理(Invalid Query Processing)，針對(duì)用戶(hù)有時(shí)會(huì)提交無(wú)效查詢(xún)(如無(wú)效屬性、無(wú)效關(guān)系表、無(wú)效條件等)，無(wú)效查詢(xún)處理可以使無(wú)效查詢(xún)?cè)诔跏茧A段丟棄而不作進(jìn)一步操作，從而提高了查詢(xún)處理的效率；3)對(duì)查詢(xún)計(jì)劃樹(shù)(Query Plan Tree)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)

6、行了改進(jìn)，使得查詢(xún)計(jì)劃樹(shù)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)由原先的5個(gè)屬性減少為3個(gè)屬性，降低了創(chuàng)建查詢(xún)計(jì)劃樹(shù)的空間消耗；4)設(shè)計(jì)了一個(gè)語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)單個(gè)緩存片和多個(gè)緩存片查詢(xún)處理分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理策略以及所涉及算法的正確性和有效性。在語(yǔ)義緩存查詢(xún)裁減優(yōu)化研究方面，語(yǔ)義緩存具有實(shí)用性的關(guān)鍵在于查詢(xún)裁剪的快速執(zhí)行和裁剪結(jié)果簡(jiǎn)單，如果查詢(xún)裁剪過(guò)程消耗時(shí)間太多或者裁剪出的探測(cè)查詢(xún)和剩余查詢(xún)復(fù)雜度太高，均會(huì)影響查

7、詢(xún)處理的執(zhí)行效率，語(yǔ)義緩存的實(shí)用性也將會(huì)大大降低。本文針對(duì)查詢(xún)裁剪的時(shí)空消耗及裁剪結(jié)果的復(fù)雜度進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)，提出了基于邏輯規(guī)則的查詢(xún)裁剪優(yōu)化策略。主要工作有：1)深入分析了語(yǔ)義緩存查詢(xún)處理優(yōu)化的必要性以及優(yōu)化的理論基礎(chǔ)；2)分析了對(duì)邏輯公式運(yùn)算進(jìn)行化簡(jiǎn)的可能性，提出了新的12條優(yōu)化規(guī)則，同時(shí)對(duì)謂詞的可滿(mǎn)足性進(jìn)行判斷以及優(yōu)化處理，從而大大減少查詢(xún)裁剪的中間邏輯式子的規(guī)模，使得裁剪得到的探測(cè)查詢(xún)和剩余查詢(xún)盡量簡(jiǎn)單；3)設(shè)計(jì)了合取式優(yōu)化算法