解析移動嵌入式數據庫市場與技術
數據庫技術一直隨著計算的發展而不斷進步，隨著移動計算時代的到來，嵌入式操作系統對數據庫系統的需求為數據庫技術開辟了新的發展空間。嵌入式數據庫技術目前已經從研究領域逐步走向廣泛的應用領域。
隨著智能移動終端的普及，人們對移動數據實時處理和管理要求的不斷提高，嵌入式數據庫越來越體現出其優越性，從而被學界和業界所重視。移動計算環境比傳統的計算環境更為復雜和靈活。
計算平臺的移動性、連接的頻繁斷接性、網絡條件的多樣性、網絡通訊的非對稱性、系統的高伸縮性和低可靠性以及電源能力的有限性等因素對移動數據庫的性能提出了相當高的要求。移動技術的發展必將對嵌入式移動數據庫的發展起強大的推動作用，同時嵌入式移動數據庫的發展也能促進移動計算的廣泛應用。
隨著嵌入式系統廣泛應用及嵌入式實時操作系統的不斷普及，為嵌入式環境提供數據管理成為系統中需要解決的重要問題。當前的數據管理不僅限于大型通用的后臺數據庫中，在各種網絡設備(路由器、交換機等)，移動通信、計算和娛樂設備(掌上電腦、移動電話、便攜式媒體播放機等)，數據采集與控制設備，數字家庭智能家電產品，交通、建筑、醫療智能設備的應用領域，計算和數據技術向微型化、網絡化、移動性方向的發展，業界預測將來會出現數以億計的嵌入式設備存在數據管理的需要，數據采用集中式方法進行管理是遠遠不夠的，這些都是嵌入式數據庫應用的潛在市場。
典型產品介紹
目前，嵌入式數據庫技術目前已經從研究領域逐步走向廣泛的應用領域。國內外的相關產品包括：Oracle的嵌入式數據庫產品：嵌入式Oracle數據庫10g提供關系數據庫功能;Oracle TimesTen內存數據庫具有在內存中實時進行關系數據管理的能力和高速緩存功能;Oracle Berkeley數據庫實現了高性能嵌入式數據管理;Oracle數據庫Lite則方便了在線/離線移動數據管理。這些產品的所有管理功能都不需要人工干預，非常適合通信、高科技、航空航天/國防等行業的應用，因為這些行業對智能化邊緣設備和服務的要求非?？量?。
Oracle TimesTen內存數據庫——這個內存型實時關系數據庫以中檔產品為目標，滿足性能關鍵應用的數據管理需求。
Oracle Berkeley數據庫——這個產品系列由3個高性能開源嵌入式數據庫組成。2006年9月發布了新版Berkeley數據庫和Berkeley數據庫Java版，而Berkeley數據庫XML 2.3則剛于2006年12月發布。
Oracle數據庫Lite——這是一個完整的集成式環境，用于為多種產品開發、實施和管理移動應用。Oracle數據庫Lite中包含一個適用于移動產品的小型關系數據庫和一個用來實現與Oracle數據庫同步的移動服務器，還具有應用處理和設備管理功能。
SQLite作為一個開源的嵌入式數據庫產品，具有系統開銷小，檢索效率高的特性，適用于手機、PDA、機頂盒設備等電器。SQLite 是一個小型C庫實現的一種強有力的嵌入式關系數據庫管理系統。它提供了對SQL92 的大多數支持：支持多表和索引、事務、視圖、觸發和一系列的用戶接口及驅動，實現了完備的、可嵌入的、零配置的SQL數據庫引擎。
日立公司的嵌入式數據庫Entier，該數據庫軟件已經在日本用于十種嵌入式終端，還有三十多種終端產品正在開發過程當中。這款數據庫軟件只占用1MB內存，可以用于媒體播放器或者汽車導航系統中，可以提供快速的數據查詢。
RDM是由Mbrane公司的優質產品，已有20年的發展歷史。它是當前唯一一個實現了網狀數據庫模式的產品，由于其快速而且可靠性高的特點，廣泛應用于許多嵌入式產品中。RDM引擎本身開銷很小，一般只需要200K左右的內存運行開銷，如果應用需要，數據庫也可以全部在RAM中運行。由于使用了網狀結構，從設計初始，RDM就避免了不必要的索引開銷，可以顯著地減少磁盤空間、I/O和CPU周期。RDM使用了緩存技術，用戶可以在程序中和設計過程中確定頁面大小和緩存大小，因此可以直接控制紀錄在磁盤上的存儲方式，從而實現最佳的存取性能。
技術發展趨勢
在嵌入式系統中，計算和應用環境比傳統的計算環境更為復雜和靈活。傳統的大型通用關系型數據庫產品雖然非常優秀而且非常成熟，但是由于他們依賴于高性能的主機、運行速度慢、資源開銷龐大，所以不能適用于嵌入式系統。嵌入式數據庫系統應用有獨特的要求，計算資源的有限性、計算平臺的移動性、系統的高伸縮性、電源能力的有限性等因素對嵌入式數據庫的性能提出了相當高的要求。嵌入式數據庫的技術發展趨勢主要體現在：
(1) 模塊化的可裁剪的體系結構
嵌入式系統的應用領域非常廣泛，目前存在數十種軟件體系結構和操作系統，產品及功能相當豐富和多樣化。在這種背景下，嵌入式數據庫系統必須滿足寬范圍內的、靈活部署的、可伸縮的應用需求，這就要求數據庫本身采用可根據應用裁減、可配制的，模塊化的系統體系結構。同時，嵌入式數據還應該支持彼此協同計算以獲得高可伸縮性、提高可靠性。
(2) 微內核、低功耗和低成本
作為嵌入式數據庫的基礎平臺，嵌入式系統本身計算、存儲和能源等資源都比較有限，在開發嵌入式系統應用時，各方面的開銷大小是最關鍵的考慮因素之一，應用對價格也比較敏感。因此，嵌入式數據庫必須滿足微內核、低功耗和低成本，最大程度提高嵌入式系統的整體性價比。
(3) 多樣化的數據檢索界面
各種嵌入式設備面向廣大最終用戶，為用戶所樂于使用的重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，用戶與設備交互要求以圖形界面屏幕為中心的多媒體界面，顯示在嵌入式系統的平板顯示器上。手寫文字輸入、語音控制、圖象識別等需求對于嵌入式數據庫的數據檢索提出了新的要求，對非結構化數據的訪問需要提供快速的檢索技術，這對于提高數據的利用效率是非常重要的，因此，實現基于內容的微內核的索引和查詢技術是嵌入式數據庫發展的趨勢。
(4) 嵌入式數據庫的數據安全
隨著大量的嵌入式系統的應用，其面臨的安全威脅也日益增長，黑客的攻擊目標已經從臺式機轉向嵌入式系統，而嵌入式數據庫的應用情況，使我們對它們的可靠性期望值比普通的大多數其它數據庫系統高得多。另一方面嵌入式數據庫的用戶經常是最終用戶，而缺乏有經驗的數據庫安全管理員。因此，嵌入式數據庫需要在數據安全方面提供更加可靠的保障。
關鍵技術研究
嵌入式移動數據庫的研發，需要在以下幾個方面進行研究以解決相關問題。
(1) 微內核嵌入式數據庫研究
考慮到嵌入式設備在計算、存儲、能源等方面的資源有限，嵌入式數據庫應采用微內核技術實現，在滿足嵌入式應用的前提下緊縮其系統結構以滿足嵌入式應用的需求。微內核數據庫必須能滿足在1M內存以內系統中運行的需求。
(2) 內存數據庫技術研究
與基于磁盤文件的傳統系統不同，需要為內存數據庫研究特有的索引結構和查詢優化算法。傳統的B+樹結構對于磁盤上的數據和索引文件比較適合，但并不適合于管理內存中的數據。將數據保存到內存中以后，索引模式的目標是減少 CPU 開銷而非磁盤I/O開銷。需要研究特殊的的內存數據庫索引，并開發適應的開銷評估和查詢優化算法，以達到內存數據管理的目標：減低空間要求、消除磁盤 I/O 以及簡化算法、代碼路徑和內存使用量。
(3) 嵌入式數據庫事務管理技術研究
嵌入式數據庫的日志可以記錄在非易失型存儲器中，也可以記錄在內存中。這樣事務并非完全滿足傳統數據庫的ACID特性。為此，需要在事務管理上研究特有的管理算法，包括事務的分組提交、模糊匹配檢查點、實現數據庫在性能和可用性方面的平衡。
(4) 嵌入式數據庫安全技術研究
嵌入式設備是系統中業務處理的關鍵設備，因此對于數據安全的要求很高。同時，許多嵌入式設備具有較高的移動性、便攜性和非固定的工作環境，其用戶本身又非有經驗的數據庫安全管理人員。這都對數據庫帶來潛在的不安全因素。嵌入式數據庫某些數據(如個人金融信息)的個人隱私性又很高，為此在防止非授權數據訪問、設備丟失或盜竊、黑客攻擊等對數據安全威脅上需要提供充分的安全性保證。
(5) 自動化管理技術研究
考慮嵌入式系統終端的用戶主要為普通消費者，并不熟悉數據管理技能。嵌入式數據庫的管理滿足自主性的要求，即：無需數據庫管理員人工干預即可進行數據庫管理、自我備份、自我恢復、自動化配置。嵌入式數據庫系統應具有自動恢復功能，保證用戶數據的安全可靠，實現無人值守的運行。
(6) 數據高速緩存技術研究
作為一個微內核數據庫，嵌入式數據庫本身數據管理的能力有限。因此應該研究嵌入式數據庫與后臺數據庫的集成和緩存技術，嵌入式應用與嵌入式數據庫相連接，嵌入式數據庫維護一個后臺數據庫的高速緩存，并能夠把自身不能滿足的數據請求透明地轉交給后臺數據庫的處理。對于車載設備和移動通信終端中的嵌入式數據庫，其與后臺數據庫的連接重要是通過無線連接，具有帶寬低、延遲高、穩定性差等特點。為此，需要研究專門的緩存管理與更新策略。
(7) 數據復制技術研究
嵌入式移動數據庫提供數據同步機制，支持移動設備與中心數據庫服務器之間的雙向數據同步。
(8) 非結構化數據處理技術
嵌入式數據庫處理的數據不僅僅限于傳統的結構化的關系數據，也包括大量的半結構化和非結構化的數據。娛樂和定位導航是移動通信終端和車載智能終端的兩項主要應用。對于電子娛樂設備，需要管理語音、圖像等媒體數據。對于車載設備中的嵌入式數據庫，汽車車輛定位、導航、調度、交通信息等方面的數據包含大量的空間地理數據。為此，需要研究對于媒體信息基于內存的內容檢索和索引技術，以及對于基于內存的空間數據的索引和空間檢索技術。
(9) 嵌入式應用環境關鍵技術研究
針對移動通信終端和車載智能終端的嵌入式應用，由于其運行環境在振動、溫度、濕度、電磁輻射等方面比較復雜和惡劣，需要研究針對性的可靠性保障技術。
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