專利名稱：：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建模、存儲和訪問方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域，尤其是一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建模方法及基于該建模方法的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫訪問方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般采用實(shí)體一聯(lián)系模型(E-R模型)或擴(kuò)充實(shí)體-聯(lián)系模型(EE-R模型)來對實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行建模(概念模型)，目前使用最為廣泛的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫將這種概念模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型進(jìn)而轉(zhuǎn)換成二維表結(jié)構(gòu)形式來存儲數(shù)據(jù)。這種模式易于理解，但不能滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的需求。其局限性主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面首先是數(shù)據(jù)模型上的限制，關(guān)系數(shù)據(jù)庫所采用的二維表格數(shù)據(jù)模型不能有效地處理帶有時(shí)態(tài)信息的三維或多維數(shù)據(jù)，結(jié)果往往是建立了大量的表，用了復(fù)雜的方式來處理，卻仍然很難模仿出數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)關(guān)系，更糟的是，這些表之間的連接經(jīng)常隱藏在應(yīng)用程序里，而不是存在于更易于管理的數(shù)據(jù)庫中；第二是性能上的限制，為靜態(tài)應(yīng)用例如報(bào)表生成而設(shè)計(jì)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)并不是為高效數(shù)據(jù)處理而優(yōu)化的，其結(jié)果是某些關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)雖然能在為該產(chǎn)業(yè)特別開發(fā)的考機(jī)測試程序上取得滿意的性能，但是在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的真實(shí)世界中其性能卻并不令人滿意。也就是說，由于在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)測控信息包含重要的時(shí)態(tài)信息，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把時(shí)態(tài)信息當(dāng)作普通的參數(shù)(屬性)來對待，導(dǎo)致這些應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中記錄數(shù)目呈急劇膨脹趨勢，比如一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的采樣周期為1s，則1小時(shí)就會產(chǎn)生3600條記錄，在有多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)且它們的采樣周期又不同的連續(xù)測控系統(tǒng)中，記錄數(shù)增長的速度可想而知；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間和空間資源一般都不太充足，所以將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中效率一直不理想。簡言之，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，模型表現(xiàn)力不夠，而且存儲和訪問效率低，在記錄數(shù)目眾多的情況下更是如此，實(shí)際應(yīng)用中往往需要通過索引技術(shù)來提高效率，然而建立索引需要花費(fèi)時(shí)間和存儲空間的代價(jià)。數(shù)據(jù)庫新技術(shù)中的對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫等技術(shù)試圖改變這種現(xiàn)狀，但其實(shí)質(zhì)是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上融合面向?qū)ο蠹夹g(shù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的一些特點(diǎn)，以及新的編程工具環(huán)境，以適應(yīng)新的以InternetWeb為基礎(chǔ)的應(yīng)用，并未對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法提出根本的建議。中國專利00811092號申請文件公開了“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對象的統(tǒng)計(jì)數(shù)字的采集”(國際申請?zhí)朠CT/US00/17491)，它是借助數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來采集數(shù)據(jù)庫對象的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)字的方法，其思想是基于現(xiàn)有關(guān)系模型的數(shù)據(jù)處理，不是根本解決實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲和訪問效率的方法。中國專利00818943號申請文件公開了“信息建模方法和利用建模方法的數(shù)據(jù)庫搜索方法”(國際申請?zhí)朠CT/KR00/00505)，它是一種將數(shù)據(jù)解析成語義元素，接收各種數(shù)據(jù)的信息建模方法，包括時(shí)間信息數(shù)據(jù)和指示位置的空間信息數(shù)據(jù)以及其它類型的數(shù)據(jù)，不是針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的方法，不能解決效率問題。美國專利US6644549號申請文件公開了“Portableterminalwithreal-timedatabaseaccess，printinganddisplay”，它是一種帶有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的終端設(shè)備，其所使用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)仍是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，并未涉及改進(jìn)或改造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身的技術(shù)。美國專利US6556882號申請文件公開了“Methodandapparatusforgeneratingreal-timedatafromstaticfiles”，它包括一種將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲在靜態(tài)文件數(shù)據(jù)庫中的方法，該方法目的是用靜態(tài)文件數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)模仿實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流來運(yùn)行制造系統(tǒng)，以便分析制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的性能，不是解決實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫本身效率問題的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服目前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲和訪問效率低的技術(shù)問題。進(jìn)一步地，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服目前數(shù)據(jù)庫建模方法忽視時(shí)態(tài)信息和磁盤存儲結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題。相應(yīng)地，本發(fā)明的目的還包括提供一種基于上述建模方法的數(shù)據(jù)存儲方法和數(shù)據(jù)庫訪問方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采取的技術(shù)方案概括如下提供一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)的建模方法，包括采用下列步驟首先，將所有實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)中的靜態(tài)信息(如數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱、采樣周期)分離出來，用E-R模型表示；然后將各實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)信息(如測量值)用鐘面模型表示出來。在鐘面模型中，一個(gè)鐘面表示一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，鐘面內(nèi)標(biāo)出數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱和采樣周期，鐘面的0點(diǎn)表示采樣起始時(shí)刻。如果有相同采樣周期的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則可以合并在同一鐘面上?；谏鲜鼋７椒ǎ峁┮环N實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲方法，包括采用下列步驟將表示靜態(tài)信息的E-R模型轉(zhuǎn)化成關(guān)系模型和二維表結(jié)構(gòu)存入磁盤記錄式文件；將表示動(dòng)態(tài)信息的鐘面模型存入磁盤流式文件，磁盤流式文件名與實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)名一致，鐘面的0點(diǎn)表示采樣起始時(shí)刻的同時(shí)，對應(yīng)磁盤的起始存儲地址?；谏鲜鰯?shù)據(jù)建模方法和存儲方法，提供一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問方法，包括采用下列步驟根據(jù)訪問數(shù)據(jù)項(xiàng)名查找磁盤流式文件名，根據(jù)訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間參數(shù)計(jì)算與0點(diǎn)的時(shí)間偏移量，進(jìn)而算出物理地址偏移量，然后直接定位于磁盤物理地址，從而進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳎瑹o需建立索引。這里，由于實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)的固有特性，規(guī)定寫操作只能進(jìn)行修改，不能刪除或插入。如果訪問數(shù)據(jù)要求涉及到靜態(tài)信息則打開磁盤記錄式文件，由于此時(shí)磁盤記錄式文件僅存儲靜態(tài)信息，數(shù)據(jù)量小，記錄數(shù)少，所以按傳統(tǒng)訪問方式訪問。本發(fā)明的特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)項(xiàng)中的靜態(tài)信息和各實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)信息的建模結(jié)合起來，尤其重視動(dòng)態(tài)信息并用最合理的磁盤存儲方法，能解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫存儲和訪問效率低的問題。本發(fā)明以鐘面刻劃一定采樣周期內(nèi)實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)流中的時(shí)態(tài)信息，將實(shí)時(shí)測控信息中的靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息分別用記錄式文件和流式文件分開存儲，對流式文件的訪問可根據(jù)時(shí)間偏移量計(jì)算物理地址偏移量進(jìn)行數(shù)據(jù)定位，無需建立索引，減少管理數(shù)據(jù)所需開銷的時(shí)空資源，對提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的效率和性能具有重要意義。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，提供一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)建模方法和基于此種建模方法的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫訪問方法，工程人員采用這種建模方法可以比較容易地建立概念模型，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件采用這種存儲方法和訪問方法可以加快數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫訪問效率，極大地改善實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。圖1鐘面模型結(jié)構(gòu)示意2邏輯地址空間圖具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖，說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施的方式首先，對實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，確定有哪些測控?cái)?shù)據(jù)，將所有實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)中的靜態(tài)信息(包括數(shù)據(jù)項(xiàng)ID、數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱、測量單位、模擬量還是數(shù)字量、采樣周期、報(bào)警上限、報(bào)警下限等等)分離出來，用傳統(tǒng)的E-R模型表示，以數(shù)據(jù)項(xiàng)ID或數(shù)據(jù)項(xiàng)名作為主關(guān)鍵字，因?yàn)閿?shù)據(jù)項(xiàng)名是工程人員命名的，所以可以確保不重名；然后將各實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)信息(包括時(shí)間和測量值)用鐘面模型表示出來。在鐘面模型中，一個(gè)鐘面代表一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，鐘面用圓形直觀表示，圓心下方以文字標(biāo)明數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱，圓心上方畫一個(gè)銳角，銳角內(nèi)標(biāo)明采樣周期，鐘面的0點(diǎn)表示采樣起始時(shí)刻。如果有相同采樣周期的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則可以合并在同一鐘面上，即將相同采樣周期的數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱寫在同一鐘面內(nèi)，用逗號分割，如附圖1所示?；谏鲜鼋７椒?，提供一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲方法，包括采用下列步驟將表示靜態(tài)信息的E-R模型轉(zhuǎn)化成關(guān)系模型和二維表結(jié)構(gòu)存入磁盤記錄式文件；將表示動(dòng)態(tài)信息的鐘面模型存入磁盤流式文件。流式文件指文件內(nèi)的數(shù)據(jù)不組成記錄形式，只是依次的一串信息集合。磁盤流式文件名與實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)名一致，鐘面的0點(diǎn)表示采樣起始時(shí)刻的同時(shí)，對應(yīng)磁盤的起始存儲地址。流式文件的邏輯地址空間分布如圖2所示，一個(gè)數(shù)據(jù)的存儲地址號碼由三部分組成圓柱體號、讀/寫頭號和扇區(qū)號。存儲動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，可以將不同數(shù)據(jù)項(xiàng)所對應(yīng)的流式文件存儲在不同的圓柱體上，也即同一數(shù)據(jù)項(xiàng)的實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)均位于同一圓柱體上。同一圓柱體上能存儲的數(shù)據(jù)量由硬件決定，比如一個(gè)單驅(qū)動(dòng)器的盤片組，有6個(gè)盤片，10個(gè)磁頭，柱面數(shù)為1200，所選圓柱體的磁道有32個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可以存放512B，則該圓柱體可以存放10×32×512＝163840B數(shù)據(jù)。假設(shè)存儲一個(gè)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)需要4個(gè)字節(jié)空間，則該圓柱體上可存儲4萬多次采樣的數(shù)據(jù)。則該磁盤可存儲1200個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的4萬多次采樣結(jié)果?；谏鲜鰯?shù)據(jù)建模方法和存儲方法，提供一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問方法，包括采用下列步驟如果訪問數(shù)據(jù)要求涉及到靜態(tài)信息則打開磁盤記錄式文件，由于此時(shí)磁盤記錄式文件僅存儲靜態(tài)信息，數(shù)據(jù)量小，記錄數(shù)少，所以按傳統(tǒng)訪問方式訪問。對于實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)的訪問，先根據(jù)訪問數(shù)據(jù)項(xiàng)名查找磁盤流式文件名，然后根據(jù)訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間參數(shù)和采樣周期計(jì)算距離采樣起始時(shí)刻的時(shí)間偏移量，進(jìn)而推算數(shù)據(jù)所在的物理地址偏移量，然后直接定位于磁盤物理地址，從而進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮?。比如，設(shè)采樣周期為1S，采樣起始時(shí)刻為8:10:10，一次溫度采樣值占4個(gè)字節(jié)，文件起始扇區(qū)號為xxxx10，若要查詢9:00:00的溫度采樣值，則時(shí)間偏移量為(9-8)×3600+(0-10)×60+(0-10)＝2990，地址偏移量為2990×4/512＝23，則直接定位于xxxx33扇區(qū)進(jìn)行讀操作。這里，由于實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)的固有特性，規(guī)定寫操作只能進(jìn)行修改，不能刪除或插入。進(jìn)一步地，采樣數(shù)據(jù)在扇區(qū)的存儲方式可以根據(jù)采樣周期和每個(gè)采樣數(shù)據(jù)所占空間來決定，比如對于512字節(jié)的扇區(qū)，一個(gè)扇區(qū)可存放128次采樣數(shù)據(jù)，若每個(gè)采樣數(shù)據(jù)要占4個(gè)字節(jié)，為了和時(shí)間對應(yīng)，可以讓每個(gè)扇區(qū)存放120次采樣數(shù)據(jù)，以便于數(shù)據(jù)的精確定位。還可以在數(shù)據(jù)流中設(shè)置標(biāo)志位，即將采樣時(shí)刻與采樣值成對存放，以便在取得扇區(qū)數(shù)據(jù)后進(jìn)一步確定數(shù)據(jù)值。值得說明的是磁盤的操作單位是扇區(qū)，用磁盤存儲器，具體操作時(shí)，根據(jù)給出的磁盤地址，活動(dòng)臂組合件作機(jī)械運(yùn)動(dòng)定位于指定圓柱體，同時(shí)系統(tǒng)選擇指定的讀寫頭以確定磁道，最終讀寫頭跟蹤旋轉(zhuǎn)的磁道，讀出旋轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)扇區(qū)的地址，該地址與所給磁盤地址一致時(shí)，系統(tǒng)將該地址中的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中的磁盤緩沖區(qū)，或從磁盤緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)寫入指定磁盤地址，完成一次磁盤讀寫操作。以上對所公開的涉及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建模、存儲和訪問方法進(jìn)行了具體描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解和實(shí)施，在不偏離本發(fā)明范圍情況下，可以對建模、存儲和訪問方法進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的種種修改，因此以上所建議的但不限定的修改都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的建模和存儲方法，其特征是采用下列步驟首先，將所有實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)中的靜態(tài)信息分離出來，用E-R模型表示；然后將各實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)信息用鐘面模型表示出來；將表示靜態(tài)信息的E-R模型轉(zhuǎn)化成關(guān)系模型和二維表結(jié)構(gòu)存入磁盤記錄式文件；將表示動(dòng)態(tài)信息的鐘面模型存入磁盤流式文件。2.一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問方法，其特征是采用下列步驟根據(jù)訪問數(shù)據(jù)項(xiàng)名查找磁盤流式文件名，根據(jù)訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間參數(shù)計(jì)算與0點(diǎn)的時(shí)間偏移量，進(jìn)而算出物理地址偏移量，然后直接定位于磁盤物理地址，從而進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的建模方法，將各實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)信息用鐘面模型表示，其特征還在于一個(gè)鐘面表示一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，鐘面內(nèi)標(biāo)出數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱和采樣周期，鐘面的0點(diǎn)表示采樣起始時(shí)刻。如果有相同采樣周期的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則可以合并在同一鐘面上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的存儲方法，其特征還在于磁盤流式文件名與實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)名一致，流式文件數(shù)據(jù)的存儲地址號碼由三部分組成圓柱體號、讀/寫頭號和扇區(qū)號，鐘面的0點(diǎn)表示采樣起始時(shí)刻的同時(shí)，對應(yīng)磁盤的起始存儲地址。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的存儲方法，其特征還在于存儲動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，可以將不同數(shù)據(jù)項(xiàng)所對應(yīng)的流式文件存儲在不同的圓柱體上，也即同一數(shù)據(jù)項(xiàng)的實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)均位于同一圓柱體上。全文摘要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)建模方法以及基于此種建模方法的數(shù)據(jù)庫存儲和訪問方法。數(shù)據(jù)建模方法是將所有實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)中所包含的信息分成靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息，靜態(tài)信息用傳統(tǒng)的E－R模型表示，動(dòng)態(tài)信息用鐘面模型表示。數(shù)據(jù)庫存儲方法是將表示靜態(tài)信息的E－R模型轉(zhuǎn)化成關(guān)系模型和二維表結(jié)構(gòu)存入磁盤記錄式文件，將表示動(dòng)態(tài)信息的鐘面模型存入磁盤流式文件，磁盤流式文件名與實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)名一致。訪問方法是根據(jù)訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間參數(shù)計(jì)算與O點(diǎn)的時(shí)間偏移量，進(jìn)而算出物理地址偏移量，然后直接定位于磁盤物理地址來進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮?。本發(fā)明以鐘面刻劃一定采樣周期內(nèi)實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)流中的時(shí)態(tài)信息，無需建立索引，減少管理數(shù)據(jù)所需開銷的時(shí)空資源。文檔編號G06F17/30GK1564158SQ20041001462公開日2005年1月12日申請日期2004年4月12日優(yōu)先權(quán)日2004年4月12日發(fā)明者劉奇志申請人:南京大學(xué)