DE102011018878B3

DE102011018878B3 - Verfahren zum Synchronisieren der Datenbestände von Datenbanken

Info

Publication number: DE102011018878B3
Application number: DE102011018878A
Authority: DE
Inventors: Stefan Erl; Chen Tang; Javier Mulero Chaves; Anton Donner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren der Datenbestände von Datenbanken in einem verteilten Datenbanksystem (10), wobei sich Datenbänke auf mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) und auf festen Netzwerkknoten (14a, 14b, 14c) befinden, die zumindest teilweise über nicht ständig verfügbare Netzwerkverbindungen miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß werden auf den festen Netzwerkknoten (14a bis 14c) jeweils zwei Datenbanken (16a, 18a; 16b, 18b; 16c, 18c) betrieben. Zwischen der ersten Datenbank (16a, 16b, 16c) und der zweiten Datenbank (18a, 18b, 18c) ist ein Duplikator (20a, 20b, 20c) zum Synchronisieren der ersten und zweiten Datenbank vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren der Datenbestände von Datenbanken in einem verteilten Datenbanksystem, wobei sich Datenbanken auf mobilen Netzwerkknoten und auf festen Netzwerkknoten befinden, die zumindest teilweise über nicht ständig verfügbare Netzwerkverbindungen miteinander verbunden sind.
Hierbei können sich Datenbänke auf mobilen und festen Netzwerkknoten befinden. Mobile Netzwerkknoten sind häufig über nicht ständig verfügbare Netzverbindungen mit dem Kernnetz, das heißt mit den festen Netzwerkknoten verbunden. Beispielsweise können einzelne Instanzen des verteilten Datenbanksystems auf mobilen Geräten wie zum Beispiel Notebooks, Tablet-PCs, Smartphones usw. installiert sein, wobei die Netzanbindung dieser Geräte drahtlos erfolgen kann, so dass relativ häufig Verbindungsbeeinträchtigungen vorkommen. Replikationsmechanismen von verteilten Datenbanksystemen können mit diesen Linkunterbrechungen bzw. der damit verbundenen Änderung der Netzwerktopologie durch Wegfall und Wiedereintritt von Instanzen nicht automatisiert umgehen. Die Datenbankinstanzen, die auf den Netzwerkknoten installiert sind, verlieren somit ihre Konsistenz. Eine Veränderung der Netzwerktopologie erfordert entweder eine manuelle Umkonfigurierung des Replikationssystems oder entsprechende aufwändige Signalisierungen zwischen den Datenbankinstanzen. Diese kann bei häufigen Änderungen der Topologie, die beispielsweise verursacht werden kann, wenn viele mobile Instanzen bei schlechten Empfang mit dem Netzwerk verbunden sind, einen signifikanten Verbrauch von verfügbarer Bandbreite verursachen. Insbesondere schmalbandige, drahtlose Verbindungen zu den mobilen Instanzen leiden unter diesem zusätzlichen Signalisierungsverkehr, der die verfügbare Bandbreite für die eigentliche Übertragung von Nutzdaten beschränkt.
Ein Beispiel eines verteilten Datenbanksystems ist in 1 dargestellt. Hier bilden mehrere feste Netzwerkknoten 14a, 14b, 14c ein Rumpfnetz 10a, innerhalb dessen sie über stabile Netzwerkverbindungen miteinander verbunden sind. Im Randbereich des Rumpfnetzes 10a sind die festen Netzwerkknoten 14a, 14b mit den mobilen Netzwerkknoten 12a bis 12f verbunden. Hierbei handelt es sich um instabile Verbindungen, wie beispielsweise drahtlose Verbindungen.
Viele Replikationslösungen arbeiten nach dem Master-Slave oder Master-Master Prinzip, wobei jeweils nur zwei Instanzen miteinander verbunden sind. Der Ingres Replicator arbeitet nach dem peer-to-peer Prinzip, das heißt eine Instanz zwischen zwei anderen Instanzen kann derart konfiguriert werden, dass Transaktionen von einer Quelle zu einem Ziel weitergereicht werden können. Ingres Replicator verwendet zur Identifizierung von Transaktionen eine Kombination aus Quellen-ID und Transaktions-ID. Damit Transaktionen von jeder Quell-Instanz zu jeder Ziel-Instanz weiter geleitet werden können, muss jede Datenbankinstanz entsprechende Weiterleitungsregeln für alle Quellen und Ziele des Datenbanksystems kennen. Dies entspricht einer globalen Sicht auf das verteilte Datenbanksystem, die ständig Änderungen unterworfen ist, sobald mobile Instanzen im Datenbanksystem vorhanden sind. Diese Änderungen müssten entsprechend in den Weiterleitungsregeln aller beteiligten Datenbankinstanzen berücksichtigt werden.
DE 10 2009 038 672 A1 beschreibt ein Verfahren zum Durchführen von Programmcode-Updates in einem zumindest teilweise vermaschten Netzwerk, das mehrere Knotengruppen von Netzwerkknoten unterschiedlichen Typs aufweist.
US 2006/0 155 827 A1 beschreibt die Rekonfiguration einer Gruppe von Netzwerkknoten in einem Ad-hoc-Netzwerk, um die Konsistenz eines Software-Updates zu verbessern.
US 5 995 981 A betrifft die Initialisierung von Datenobjekten auf verteilten Datenbanken. Hierbei überwachen alle Knoten den Zustand der jeweils anderen Knoten durch Empfang von Knotenstatusmitteilungen über das Netzwerk.
US 5 907 849 A beschreibt ein Verfahren zum Wiederherstellen von Fehlern in verteilten Datenbanksystemen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren zum Synchronisieren der Datenbestände von Datenbanken in einem verteilten Datenbanksystem mit festen und mobilen Netzwerkknoten bereit zu stellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Datenbestände von Datenbanken in einem verteilten Datenbanksystem synchronisiert, wobei sich Datenbanken auf mobilen Netzwerkknoten und festen Netzwerkknoten befinden. Diese sind zumindest teilweise über nicht ständig verfügbare Netzwerkverbindungen miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil der Netzwerkknoten über solche Netzwerkverbindungen mit dem Datenbanksystem verbunden ist, die nicht ständig verfügbar sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um drahtlose Verbindungen handeln.
Erfindungsgemäß werden auf den festen Netzwerkknoten jeweils zwei Datenbanken betrieben, wobei die erste Datenbank Daten insbesondere ausschließlich mit mobilen Netzwerkknoten austauscht und die zweite Datenbank Daten insbesondere ausschließlich mit festen Netzwerkknoten austauscht. Diese festen Netzwerkknoten, mit denen Daten ausgetauscht werden, können den gleichen Aufbau, wie die zweite Datenbank aufweisen. Weiterhin ist zwischen der ersten und zweiten Datenbank ein Duplikator zum Synchronisieren der ersten und zweiten Datenbank angeordnet.
Das verteilte Datenbanksystem wird somit erfindungsgemäß in ein stabiles Rumpfnetzwerk und eine veränderliche Anzahl mobiler Netzwerkknoten aufgeteilt. Innerhalb des stabilen Rumpfnetzwerkes sind feste Netzwerkknoten über stabile Netzwerkverbindungen miteinander verbunden. Im Randbereich des Rumpfnetzwerkes sind feste Netzwerkknoten mit einer veränderlichen Anzahl von mobilen Netzwerkknoten zum Beispiel drahtlos verbunden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein einfaches Synchronisieren von Datenbeständen in einem verteilten Datenbanksystem möglich, wobei Ressourcen geschont werden, da wenig Signalisierungs- und bzw. Konfigurierungsaufwand betrieben werden muss. Die zur Verfügung stehende Bandbreite, beispielsweise bei drahtlosen Verbindungen kann somit zum Übertragen von Nutzdaten verwendet werden.
Es ist bevorzugt, dass für die Verbindung und Synchronisierung der einzelnen Datenbanken ausschließlich existierende Datenbankschnittstellen zur Anbindung externer Programme verwendet werden. Hierdurch kann ein tiefer Eingriff in die internen Abläufe des Datenbankmanagementsystems vermieden werden.
Durch die erfindungsgemäße Entkopplung der ersten und zweiten Datenbank in einem Netzwerkknoten kann ein mobiler Netzwerkknoten mit jedem anderen festen Netzwerkknoten Daten austauschen und ist nicht an einen bestimmten festen Netzwerkknoten gebunden. Es ist somit irrelevant, welchen festen Bezugsknoten ein mobiler Netzwerkknoten hat. Ein Wechsel des Bezugsknotens hat somit keinen Aufwand für die Signalisierung zur Folge.
Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Entkopplung der ersten und zweiten Datenbank in den festen Netzwerkknoten eine Flexibilität hinsichtlich der Anzahl der mobilen Netzwerkknoten. Gemäß dem Stand der Technik ist es notwendig, dass das Datenbankmanagementsystem über eine globale Sicht über alle festen und mobilen Netzwerkknoten verfügt, so dass keine Flexibilitäten hinsichtlich der Anzahl mobiler Knoten möglich ist. Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, die Anzahl der mobilen Netzwerkknoten zu kennen, so dass eine volle Skalierbarkeit gegeben ist.
Weiterhin wird durch die genannten Merkmale der Erfindung eine leichtere Austauschbarkeit von einzelnen Replikatorsystemen oder Synchronisierungslösungen ermöglicht. In der jeweiligen ersten und zweiten Datenbank in einem festen Netzwerkknoten können jeweils angepasste unterschiedliche Lösungen verwendet werden, die die entsprechenden Anforderungen am Besten erfüllen. Hierbei kann es sich auch um Lösungen von unterschiedlichen Herstellern handeln.
Es ist bevorzugt, dass die Synchronisierung zwischen der ersten und zweiten Datenbank in einem festen Netzwerkknoten durch die folgenden Schritte stattfindet:
Zunächst wird der Duplikator durch eine der beiden Datenbanken über eine auf dieser Datenbank erfolgte Datenänderung informiert. Dieser Schritt wird als ”Notify” bezeichnet.
Anschließend werden die geänderten Daten von dieser Datenbank durch den Duplikator abgeholt. Dieser Schritt wird auch als ”Fetch” bezeichnet.
Anschließend werden die abgeholten Daten durch den Duplikator an die andere Datenbank im festen Netzwerkknoten übertragen. Dieser Schritt wird als ”Check and Insert” bezeichnet.
Anschließend können die Daten von hieraus unter Verwendung der regulären Replikationsmechanismen im Bereich der festen Knoten weiter verteilt werden.
Der Duplikator arbeitet bidirektional, das heißt Daten werden von der zweiten Datenbank, das heißt der Datenbank im Replikationsverbund in umgedrehter Weise an die angeschlossenen mobilen Instanzen weiter gereicht. Die oben genannten Verfahrensschritte sind derart formuliert, dass sie für ein Übertragen der Daten durch den Duplikator in beide Richtungen anwendbar sind.
Die erste und zweite Datenbank, die auf den festen Netzwerkknoten betrieben wird, kann auch als Tabelle bezeichnet werden, wobei sich beide Tabellen oder Datenbanken auf dem selben Datenträger im festen Netzwerkknoten befinden können.
Es ist bevorzugt, dass Daten zwischen den festen Netzwerkknoten und/oder zwischen den festen und mobilen Netzwerkknoten unter Verwendung üblicher Synchronisierungsverfahren synchronisiert werden. Dies bedeutet, dass der Datenaustausch zwischen den mobilen Datenbankinstanzen oder Netzwerkknoten und der jeweils ersten Datenbank in den festen Netzwerkknoten des Randbereichs des Rumpfnetzwerkes über übliche Synchronisierungsverfahren stattfindet. Selbiges gilt für den Datenaustausch zwischen den festen Knoten innerhalb des Rumpfnetzwerkes. Es müssen somit keine komplexen Synchronisierungsalgorithmen implementiert werden.
Bevorzugt sind in jedem festen Netzwerkknoten Weiterleitungsregeln für alle anderen festen Netzwerkknoten innerhalb des Datenbanksystems gespeichert. Diese Weiterleitungsregeln müssen jedoch in den mobilen Netzwerkknoten nicht gespeichert sein, so dass die benötigte globale Sicht im Replikationsverbund sich auf das Kernsystem und nicht auf die mobilen Netzwerkknoten beschränkt. Dies ist besonders leicht realisierbar.
Erfindungsgemäß bilden die festen Netzwerkknoten ein Kern- oder Rumpfnetz. Es ist bevorzugt, dass die festen Netzwerkknoten aus dem Randbereich des Kernnetzes, die mit mobilen Netzwerkknoten verbunden sind, nur die mit ihnen verbundenen mobilen Netzwerkknoten nicht jedoch andere mobile Netzwerkknoten des Datenbanksystems kennen müssen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass beim Hinzufügen oder Entfernen von mobilen Netzwerkknoten zum oder vom Datenbanksystem keine Änderungen des Datenbankmanagementsystems notwendig ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 ein verteiltes Datenbanksystem gemäß dem Stand der Technik,
2 den Datenaustausch zwischen der ersten und zweiten Datenbank in einem festen Netzwerkknoten, und
3 eine Ausführungsform eines verteilten Datenbanksystems gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
1 wurde bereits in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert.
2 zeigt den Datenaustausch zwischen der ersten Datenbank 16a und der zweiten Datenbank 18a, die sich beide im festen Knoten 14a befinden. Zwischen diesen beiden Datenbanken ist der Duplikator 20a angeordnet. Die erste Datenbank 16a bedient eine oder mehrere mobile Datenbankinstanzen, die in 2 nicht dargestellt sind. Die zweite Datenbank 18a bedient die mit ihr verbundenen festen Netzwerkknoten, die in 2 ebenfalls nicht dargestellt sind. Der Ablauf ist wegen der besseren Übersichtlichkeit beispielhaft nur in einer Richtung dargestellt.
Gemäß 2 empfängt die erste Datenbank 16a in einem ersten Schritt Daten von einer mobilen Datenbankinstanz. Hierüber informiert sie im zweiten Schritt (”notify”) den Duplikator 20a. Dieser holt die in der ersten Datenbank 16a empfangenen Daten von dieser Datenbank 16a ab (Schritt 3: ”fetch”). In den Schritten 4 und 5 (”check and insert”) werden die abgeholten Daten durch den Duplikator 20a an die zweite Datenbank 18a übertragen. Gemäß Schritt 6 werden diese Daten an die festen Datenbankinstanzen übermittelt, die mit der zweiten Datenbank 18a verbunden sind.
In 3 ist eine Ausführungsform eines verteilten Datenbanksystems 10 dargestellt, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen kann.
Innerhalb des Rumpfnetzwerkes 10a sind die festen Knoten 14a, 14b, 14c angeordnet. In jedem dieser festen Netzwerkknoten befinden sich eine erste und eine zweite Datenbank 16a, 18a; 16b, 18b,; 16c, 18c. Weiterhin befinden sich in jedem festen Knoten 14a bis 14c jeweils ein Duplikator 20a bis 20c.
Die festen Netzwerkknoten 14a, 14b im Randbereich des Rumpfnetzwerkes 10a sind mit den mobilen Datenbankinstanzen 12a bis 12h verbunden. Die Daten, die von diesen mobilen Datenbankinstanzen an die festen Knoten 14a, 14b übermittelt werden, werden in diesen festen Knoten über die Duplikatoren 20a, 20b an die jeweils zweite Datenbank 18a, 18b übertragen. Von hieraus werden diese Daten an die verbundenen anderen festen Netzwerkknoten übertragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere im Rahmen eines Datenmanagements für den Katastrophenschutz eingesetzt werden. Neben einer solchen Anwendung sind weitere Anwendungen denkbar, bei denen eine Instanz eines verteilten Datenbanksystems auf einem mobilen Terminal laufen soll. Eine Umsetzung ist in allen Bereichen der mobilen Datenerfassung von Logistik, Waren und Wirtschaft möglich.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren der Datenbestände von Datenbanken in einem verteilten Datenbanksystem (10), wobei sich Datenbanken auf mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) und auf festen Netzwerkknoten (14a, 14b, 14c) befinden, die zumindest teilweise über nicht ständig verfügbare Netzwerkverbindungen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf den festen Netzwerkknoten (14a bis 14c) jeweils zwei Datenbanken (16a, 18a; 16b, 18b; 16c, 18c) betrieben werden, wobei die erste Datenbank (16a, 16b, 16c) Daten insbesondere ausschließlich mit mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) austauscht und die zweite Datenbank (18a, 18b, 18c) Daten insbesondere ausschließlich mit festen Netzwerkknoten (14a, 14b, 14c) austauscht und wobei zwischen der ersten Datenbank (16a, 16b, 16c) und der zweiten Datenbank (18a, 18b, 18c) ein Duplikator (20a, 20b, 20c) zum Synchronisieren der ersten und zweiten Datenbank vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung zwischen der ersten Datenbank (16a bis 16c) und der zweiten Datenbank (18a bis 18c) in einem festen Netzwerkknoten (14a, 14b, 14c) durch die folgenden Schritte stattfindet: • Informieren des Duplikators (20a, 20b, 20c) durch eine der beiden Datenbanken (16a, 18a; 16b, 18b; 16c, 18c) über eine auf ihr erfolgte Datenänderung, • Abholen der geänderten Daten von dieser Datenbank durch den Duplikator (20a, 20b, 20c), • Übertragen der abgeholten Daten durch den Duplikator (20a, 20b, 20c) an die andere Datenbank im festen Netzwerkknoten (14a, 14b, 14c).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zwischen den festen Netzwerkknoten (14a bis 14c) und/oder zwischen den festen und mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) unter Verwendung üblicher Synchronisationsverfahren synchronisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem festen Netzwerkknoten (14a bis 14c) Weiterleitungsregeln für alle anderen festen Netzwerkknoten (14a bis 14c) im Datenbanksystem (10) gespeichert sind, wobei diese Weiterleitungsregeln in den mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) insbesondere nicht gespeichert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Netzwerkknoten (14a bis 14c) ein Kernnetz (10a) bilden und die festen Netzwerkknoten (14a, 14b) aus dem Randbereich des Kernnetztes (10a), die mit mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) verbunden sind, nur die mit ihnen verbundenen mobilen Netzwerkknoten, nicht jedoch andere mobile Netzwerkknoten des Datenbanksystems (10) kennen müssen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hinzufügen oder Entfernen von mobilen Netzwerkknoten (12a bis 12h) zum oder vom Datenbanksystem (10) keine Änderung des Datenbankmanagementsystem erfolgt.