CN101488149A - 普适环境下情境自适应的移动事务处理系统 - Google Patents

Abstract

一种计算机应用领域的普适环境下情境自适应的移动事务处理系统，本发明中，情境信息获取模块将用户、无线网络、移动设备作为普适事务情境的三个实体，动态获取这三个实体的属性信息；普适事务模块存储各子事务、子事务之间的依赖关系和事务状态信息，它基于事件－情境－行动机制来选择将要采取的事务执行行为；动态事务管理模块根据情境信息获取模块和普适事务模块提供的信息，进行情境自适应的动态调整，根据子事务之间的依赖关系选择将要被执行的子事务，根据当前的情境信息，找到能够执行选定子事务的普适移动设备，并由该设备执行该子事务。本发明使移动事务管理过程自动适应高度变化的事务情境及其变化，动态调整事务服务行为。

Description

普适环境下情境自适应的移动事务处理系统

技术领域

本发明涉及一种计算机技术领域的系统，具体涉及的是一种普适环境下情境自适应的移动事务处理系统。

背景技术

普适技术是由美国Xerox PAPC实验室的首席科学家Mark Weiser首次提出的一种超越桌面计算的全新模式，目标是使人们在运动过程中可以随时、随地、透明地享用计算、通讯和信息服务。但是，开放的普适环境潜伏着多种(甚至是不可预测)的故障，如设备故障、应用故障、网络故障、服务故障等，因而，作为保障系统可靠性的一种有效和常用的手段，移动事务技术将是处理和恢复，以不被用户察觉的方式实现可靠的普适应用的关键技术，从而以透明的方式保障普适系统的可靠性，并最大限度地减少用户的介入和工作量。

普适系统具有以下特征：一是高度移动性，普适环境是一个直接以人为中心的新型分布式环境，它具有高度的流动性。随着用户的移动，普适设备能够直接访问的节点和实体(数据、设备、服务)随着时间和空间不断地变化着；二是极端异构性，异构性表现在网络、设备、数据等多个方面。比如，各种无线网络(无线网状网、无线局域网、蓝牙、无线传感器网络等)和有线网络并存；形态多样的普适设备(笔记本电脑、个人数字助理、移动电话等)的通讯协议不同、功能和能力各异。普适技术的宗旨是最大程度地减少人对行为方式及环境的关注。通过情境感知(Context Awareness)为用户提供透明的服务，是普适系统表现出智能性与自适应能力的基础与依据。伴随着用户的高度移动，普适移动事务的情境信息也在不断变化。因此，为了隐藏和自适应情境的变化，普适事务管理必须自动感知情境变迁，动态调整事务系统的行为模式，以提高事务成功率和执行效率，并最大限度地减少用户的介入。

经对现有技术文献的检索发现，E.Pitoura等人在“Data Consistency inIntermittently Connected Distributed Systems”《IEEE Transactions onKnowledge and Data Engineering(TKDE)》，1999，11(6)：896-915.(不稳定连接发分布式系统中的数据一致性，IEEE知识与数据工程学报，1999年，第11卷，第6期，第896-915页)中提出了分簇技术(Clustering)，其主要思想是将语义相关的数据库划分为同一个簇；为每一个数据维护二个版本：弱一致版本(本地一致)和严格一致版本(全局一致)。当移动主机处于强的网络连接时，执行严格事务，访问严格一致性数据；否则，执行弱事务，访问弱一致性数据。与之类似的还有二层复制、高提交率移动事务和只隔离事务等事务处理系统，这些系统将事务分成二类，第一类事务在执行过程中移动主机和固定主机必须一直保持连接，事务执行后立即提交；第二类事务在断连状态下执行，执行后进入待决状态以等待校验。此外，S.K.Madria和B.K.Bhargava提出了一种旨在提高移动主机上数据可用性的预写(Prewrite)事务处理系统，它允许移动主机在基站上提交更新数据对象的预写操作和预提交状态；基站执行事务并提交到数据库中，从而对不具有事务处理能力的移动主机提供了事务支持。

经检索还发现，丁治明、孟小峰、王珊2002年在《计算机研究与发展》(39(10)：1379-1387.)上发表的《移动数据库系统乐观事务处理策略》中提出了乐观两阶段提交移动事务技术(O2PC-MT)，它允许移动主机在移动过程中分多次发送事务操作，以支持交互式事务以及移动性。

上述的现有移动事务技术与系统主要针对移动数据库环境中的可变网络带宽、断接、同步与复制、移动主机的资源限制等问题，没有涉及对动态变化的情境信息的自适应。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种普适环境下情境自适应的移动事务处理系统，根据变化的事务情境自适应地分布与执行事务，隐藏和自适应情境的变化，动态调整事务系统的行为模式，使事务处理过程自适应可变网络环境、多种移动设备与应用场景，以提高事务成功率和执行效率，并通过对环境的自动适应而大大减轻了应用开发人员和用户的工作量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：情境信息获取模块、普适事务模块、动态事务管理模块，其中：

情境信息获取模块获取普适事务处理过程中涉及的用户、无线网络、移动设备这三个实体的属性信息，其中用户属性信息包括年龄、性别、目的与偏好，无线网络属性信息包括网络的连通性及连接性能，移动设备属性信息包括普适设备的计算和存储能力、可用的能量状态等，三个实体之间存在多对多的关系，情境信息获取模块获得的实体属性信息供动态事务管理模块调用。

普适事务模块负责存储组成移动事务的各个子事务、子事务之间的依赖关系和事务状态。普适事务模块是情境敏感的，它基于事件-情境-行动机制，即：当事务执行中发生特定事件，并且当前的事务情境满足设定要求时，采取相应的行动。这里，事件是行动的触发者；情境是行动的条件。事件-情境-行动机制为事务处理系统提供了对事务情境的自适应能力，普适事务模块的输出供动态事务管理模块调用。

动态事务管理模块根据情境信息获取模块和普适事务模块提供的信息，进行情境自适应的动态调整，根据子事务之间的依赖关系选择将要被执行的子事务；依据普适事务模块输出结果，找到能够执行选定子事务的普适移动设备，并由该设备执行该子事务。

所述动态事务管理模块，包括：调度器、全局事务管理器/子事务管理器、补偿事务产生器、优先权分配模块、事务日志模块，其中：调度器根据事务-情境-行动机制自适应地调整事务执行策略，提高普适移动事务的成功率；全局事务管理器位于事务请求节点，子事务管理器位于事务执行节点，二者通过执行协调算法对事务执行过程进行控制，以保证事务各参与方的一致性；补偿事务产生器在事务执行过程中动态产生补偿事务，消除这些已提交事务的影响，并恢复系统的一致性；优先权分配模块根据并发事务在时间上的紧急程度与事务执行时间的长短，分配这些事务的优先级，时间越紧、执行时间越短的事务将被分配更高的优先级；事务日志模块存储事务执行过程中的各种状态与操作，为可能发生的事务恢复提供足够的信息。

所述动态事务管理模块，根据普适事务模块中子事务之间的依赖关系选择将要被执行的子事务，并根据情境信息获取模块中的当前情境信息，以及普适事务模块输出的事务执行行为，找到能够执行选定子事务的普适移动设备，并将子事务发送给该设备，普适移动设备收到请求后，执行该子事务；如果执行成功则返回“成功”消息，若执行失败则返回“失败”消息，并循环执行上述操作；若已经达到了用户的要求或者所有子事务被执行完毕，则全局事务进入“可接受最终状态”，否则全局事务处于“不可接受状态”；如果全局事务达到了“可接受最终状态”，则全局事务被全局提交；如果所有子事务均被执行但全局事务仍不能达到“可接受最终状态”，则通知已提交的子事务执行补偿事务，撤销它们的影响，全局事务提交失败，系统返回到全局事务执行前的一致性状态。

所述动态事务管理模块，基于移动事务当前执行状态，根据子事务依赖关系，动态选择下一个将要执行的子事务，所述事务依赖关系包括两种：成功依赖与失败依赖，其中一子事务成功依赖另一子事务，表示只有当该子事务成功提交后，另一子事务才能启动；一子事务失败依赖另一子事务，表示该子事务失败后，才能执行另一子事务。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明能够显著提高在高度动态、极端异构普适环境中的移动事务的成功率和执行效率。普适技术的目标是为用户提供透明的服务，以最大程度地减少人对行为方式及环境的关注。但是，在普适环境中，用户高度移动；多种网络并存；动态性愈加明显，导致事务情境(如网络拓扑与带宽)持续变化，从而严重影响了普适移动事务的成功率。实验证明，本发明通过情境自适应的动态事务管理，在变化网络带宽、增加系统负载等情况下，均能提高事务成功率达30％以上，并且事务情境变化越大，本发明带来的效果越明显，同时也为普适应用提供透明的事务服务，从而对普适环境下的银行和保险业、电子商务、供应链等关键性应用提供理论指导和技术支持。

附图说明

图1是本发明中普适事务模块的系统结构框图；

图2是本发明的实施例中普适移动事务状态及其转换示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括：情境信息获取模块、普适事务模块、动态事务管理模块，其中，

情境信息获取模块将用户、无线网络、移动设备作为普适事务处理过程中涉及的的三个实体，并获取这三个实体的属性信息，三个实体包含的属性如下：用户(person)是指普适用户的年龄、性别、要求、目的与偏好等信息，无线网络(WN)是指网络的连通性及连接性能，移动设备(MD)是指普适设备的计算和存储能力、可用的能量状态，三个实体之间存在多对多的关系；如表1所示，描述了三个实体(即三类情境)的属性及其取值，使用实体-关系模型(E-R)来表示事务情境，采用这样的形式便于实现。

表1  普适移动事务的情境信息

 

实体	属性	值
			用户(Person)	性别年龄目的行为偏好	男、女用户年龄用户在事务性应用中的目的用户兴趣与爱好
无线网络(WN)	连通性带宽时延丢包率服务代价稳定性	连接、断开高、中、低高、中、低高、中、低昂贵、便宜、免费强、中、弱
			移动设备(MD)	计算能力可用内存可用电池可用数据可用缓存安全性	强、中、弱全、半、低全、半、低可用、不可用全、半、低秘密、公开

普适事务模块负责存储有组成移动事务的各个子事务、子事务之间的依赖关系和事务状态。普适事务模块是情境敏感的，当事务执行中发生了事件E，并且当前的事务情境C满足条件时，它基于事件-情境-行动机制，选择将要采取相应的事务执行行动A。

动态事务管理模块根据情境信息获取模块和普适事务模块提供的信息，进行情境自适应的动态调整，根据子事务之间的依赖关系选择将要被执行的子事务，根据普适事务模型选择的事务执行行动，找到能够执行选定的子事务的普适移动设备，并由该设备执行该子事务。

如图1所示，本实施例在情境自适应的动态事务管理中包括一个事务请求节点(左边)和若干个事务执行节点(右边)，普适事务由一个事务请求节点启动，然后它根据当前的情境信息自适应地将子事务发送到相应的事务执行节点去执行。

所述动态事务管理模块，包括：调度器、全局事务管理器/子事务管理器、补偿事务产生器、优先权分配模块、事务日志模块，其中：调度器是一个智能部件，它基于事务-情境-行动机制，根据当前事务情境信息，判断和选择下一步行动，提高了普适移动事务对环境的自适应能力和成功率；全局事务管理器位于事务请求节点，子事务管理器位于事务执行节点，二者对事务执行过程进行控制，以保证事务各参加方的一致性；补偿事务产生器在事务执行过程中动态产生补偿事务，以消除这些已提交事务的影响，并恢复系统的一致性，比如在事务执行过程中，某些已提交事务有可能会被撤销(如用户需要取消一张已预订的机票)，则可以通过补偿事务产生器进行补偿；优先权分配模块根据并发事务在时间上的紧急程度与事务执行时间的长短，分配这些事务的优先级，时间越紧、执行时间越短的事务将被分配更高的优先级；事务日志模块存储事务执行过程中的各种状态与操作，为可能发生的事务恢复提供足够的信息。

本实施例中，事务管理是根据普适移动事务的状态进行的，在普适移动事务从发起到完成的过程中，事务状态随着执行过程而变化。可能经历的状态包括：初始状态I(事务尚未执行)、执行状态E(正在执行但尚未提交)、已提交状态S(已经成功提交)、失败状态F(事务失败并已回滚到提交前状态)、补偿状态C(补偿事务正在执行)。任何时刻，事务只能处于五种状态之一。全局事务执行之前，每个子事务的状态都为I；全局事务完成之后，子事务状态可能为S、F或者I(全局事务已结束但该子事务尚未被调度执行)。普适移动事务在执行过程中，随着事务的不同阶段而处于不同的状态，各状态的转换关系如图2所示。

所述动态事务管理模块，其进行事务管理的具体过程如下：

1.将全局事务状态TS设置成初始状态，即TS＝(S₁，S₂，…S_n}＝{I，I，…，I}，其中S_i是子事务T_i的状态；

2.根据事务依赖关系，选择将要执行的子事务T_i；

3.检查当前情境是否满足子事务T_i的执行要求(如具有足够的网络带宽)，如果不满足，转(2)。否则，将子事务发送给远程的执行节点并等待返回的消息。

·如果返回“成功”消息(Success)，将T_i的状态改为‘S’(表示T_i成功提交)

·如果返回“失败”消息(Failure)，将T_i的状态改为‘F’(表示T_i提交失败)

4.更新全局事务状态TS，检查全局事务T是否达到一个AFS状态。

·如果TS∈AFS，全局事务T成功，转(5)

·如果 $\mathrm{TS}\∉\mathrm{AFS}$ 并且

，全局事务T尚在执行中，转(2)

·如果TS≠AFS并且

，全局事务T失败，转(6)

5.确认所有已提交的子事务，T成功提交。

6.通过补偿事务撤销已提交的子事务，T失败，系统回到T执行之前的状态。

本实施例中，事务管理的源程序如下：

Global_transaction_management

{TS＝{I，I，...，I}；

 repeat

   select subtransaction T_ibased on D；

   if(eventoccurs){

     check current context C_i；

     num＝O；

     while(num<RetryNum)

       if(qualified context){

         send T_i to corresponding node；

         S_i＝‘E’；

         waitincoming messages；

         if(message is Successful)

           S_i＝‘S’；

         else if(message is Failed)

           S_i＝‘F’；}

       num++；

     endWhile}

 until((TS∈TF)or(any S_i≠‘I’))

 if(TS∈TF)

   confirm submitted subtransactions；

 else

   compensate submitted subtransactions；}

所述动态事务管理模块，在子事务端的事务执行，具体如下：

1.执行子事务T_i中的应用操作。如果执行成功，返回“成功”消息(Success)，转(2)；否则返回“失败”消息(Failure)，子事务结束。

2.等待事务管理者的消息。

·如果收到确认消息(Confirm)，则返回子事务的执行结果；在日志中记录事务成功。子事务已成功提交。

·如果收到取消消息(Cancel)，则执行该子事务的补偿事务；在日志中记录子事务失败。系统回到该子事务执行前的状态。

本实施例中，事务执行的源程序如下：

Subtransaction(T_i)-execution

{ suc：＝true；

  repeat

    execute application operations；

    if(fail to execute current operation)

      suc:＝false；

  until(all operations finish)or(not suc)

  if(suc){

    send Successful message to requester；

    wait incoming message；

    if(receive Confirm message)

      report execution results to requester；

    else if(receive Cancel message){

      execute T_i’s cornpensating transaction；

      send Cancelled message；

    }

  }else{

   send Failed message；}

}

本实施例通过情境自适应的动态事务管理，在变化网络带宽、增加系统负载等情况下，均能提高事务成功率达30％以上，并且事务情境变化越大，本实施例带来的效果越明显，同时也为普适应用提供透明的事务服务，从而对普适环境下的银行和保险业、电子商务、供应链等关键性应用提供理论指导和技术支持。

Claims (4)

1、一种普适环境下情境自适应的移动事务处理系统，其特征在于包括：情境信息获取模块、普适事务模块、动态事务管理模块，其中：

情境信息获取模块获取普适事务处理过程中涉及的用户、无线网络、移动设备这三个实体的属性信息，其中用户属性信息包括年龄、性别、目的与偏好，无线网络属性信息包括网络的连通性及连接性能，移动设备属性信息包括普适设备的计算和存储能力、可用的能量状态，三个实体之间存在多对多的关系，情境信息获取模块获得的实体属性信息供动态事务管理模块调用；

普适事务模块负责存储组成移动事务的各个子事务、子事务之间的依赖关系和事务状态，普适事务模块基于事件-情境-行动机制，即：当事务执行中发生特定事件，并且当前的事务情境满足设定要求时，采取相应的行动，这里，事件是行动的触发者，情境是行动的条件，事件-情境-行动机制为事务处理系统提供了对事务情境的自适应能力，普适事务模块的输出供动态事务管理模块调用；

动态事务管理模块根据情境信息获取模块和普适事务模块中的信息，进行情境自适应的动态调整，根据子事务之间的依赖关系选择将要被执行的子事务；依据普适事务模块输出结果，找到能够执行选定的子事务的普适移动设备，并由该设备执行该子事务。

2、根据权利要求1所述的普适环境下情境自适应的移动事务处理系统，其特征是，所述动态事务管理模块，包括：调度器、全局事务管理器/子事务管理器、补偿事务产生器、优先权分配模块、事务日志模块，其中：调度器根据事务-情境-行动机制自适应地调整事务执行策略；全局事务管理器位于事务请求节点，子事务管理器位于事务执行节点，二者通过执行协调算法对事务执行过程进行控制，以保证事务各参与方的一致性；补偿事务产生器在事务执行过程中动态产生补偿事务，消除这些已提交事务的影响，并恢复系统的一致性；优先权分配模块根据并发事务在时间上的紧急程度与事务执行时间的长短，分配这些事务的优先级，时间越紧、执行时间越短的事务将被分配更高的优先级；事务日志模块存储事务执行过程中的各种状态与操作，为可能发生的事务恢复提供足够的信息。

3、根据权利要求1或2所述的普适环境下情境自适应的移动事务处理系统，其特征是，所述动态事务管理模块，其根据普适事务模块中子事务之间的依赖关系选择将要被执行的子事务，并根据情境信息获取模块中的当前情境信息，以及普适事务模块输出的事务执行行为，找到能够执行选定的子事务的普适移动设备，并将子事务发送给该设备，普适移动设备收到请求后，执行该子事务；如果执行成功则返回“成功”消息，若执行失败则返回“失败”消息，并循环执行上述操作；若已经达到了用户的要求或者所有子事务被执行完毕，则全局事务进入“可接受最终状态”，否则全局事务处于“不可接受状态”；如果全局事务达到了“可接受最终状态”，则全局事务被全局提交；如果所有子事务均被执行但全局事务仍不能达到“可接受最终状态”，则通知已提交的子事务执行补偿事务，撤销它们的影响，全局事务提交失败，系统返回到全局事务执行前的一致性状态。

4、根据权利要求1或2所述的普适环境下情境自适应的移动事务处理系统，其特征是，所述动态事务管理模块，基于移动事务当前执行状态，根据子事务依赖关系，动态选择下一个将要执行的子事务，所述事务依赖关系包括两种：“成功依赖”与“失败依赖”，其中一子事务“成功依赖”另一子事务，表示只有当该子事务成功提交后，另一子事务才能启动；一子事务“失败依赖”另一子事务，表示该子事务失败后，才能执行另一子事务。

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