專利名稱：一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)需要對大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、傳輸、綜合分析、計(jì)算等處理。從監(jiān)控系統(tǒng)組成可以看出，數(shù)據(jù)是聯(lián)系各功能模塊的紐帶。隨著衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，地面設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求也不斷增多、增強(qiáng)，數(shù)據(jù)量也不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系也越來越復(fù)雜。因此需要將數(shù)據(jù)庫技術(shù)引入衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控，用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理、處理監(jiān)控過程中的數(shù)據(jù)。但衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控中數(shù)據(jù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是具有時(shí)間特性，且有效時(shí)間是短暫的，過時(shí)則失效。而以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為代表的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)目標(biāo)是維護(hù)數(shù)據(jù)的正確性、保證系統(tǒng)的低代價(jià)和提供友好的用戶接口。這種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對傳統(tǒng)的商務(wù)和事務(wù)型應(yīng)用是有效、成功的，但對于新領(lǐng)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)事務(wù)的應(yīng)用要求難以勝任。所以，需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)和實(shí)時(shí)技術(shù)，研究具有顯式定時(shí)限制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。索引作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)引擎，其性能的好壞直接影響實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性、 可靠性、實(shí)時(shí)性。在衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將面臨超大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須能在一定時(shí)間內(nèi)存入數(shù)據(jù)庫，相對陳舊的歷史數(shù)據(jù)在給定關(guān)鍵字時(shí)必須能在一定時(shí)間內(nèi)檢索到相應(yīng)的值。傳統(tǒng)索引并沒考慮到這種超大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其索引插入和查詢的實(shí)時(shí)性上很難達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法。采用本發(fā)明解決了衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控中大量有關(guān)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和有序查詢。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明中的一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法，包括以下步驟(1)對衛(wèi)星地面被監(jiān)控設(shè)備設(shè)定設(shè)備采集點(diǎn)，并用設(shè)備描述符對設(shè)備采集點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識，在對衛(wèi)星地面監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集過程中，建立以設(shè)備描述符為關(guān)鍵字的哈希表和對應(yīng)于每個(gè)設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹，轉(zhuǎn)入步驟O)；所述哈希表用于根據(jù)設(shè)備描述符定位到與設(shè)備描述符對應(yīng)的設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹；(2)在采集時(shí)刻，根據(jù)從設(shè)備采集點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)中的設(shè)備描述符通過哈希表定位到設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹的根節(jié)點(diǎn)；再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)中的采集時(shí)刻，確定設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步驟(3)；(3)檢查步驟(2)中B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)是否充滿，若葉子節(jié)點(diǎn)未充滿，則將對應(yīng)于步驟(2)采集時(shí)刻的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到葉子節(jié)點(diǎn)中；若葉子節(jié)點(diǎn)已充滿，則根據(jù)采集時(shí)刻建立數(shù)字壓縮樹，并將葉子節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到新建立的數(shù)字壓縮樹中；若葉子節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字壓縮樹都充滿，則轉(zhuǎn)入步驟；(4)對B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分裂，形成新的葉子節(jié)點(diǎn)，并對新到達(dá)的數(shù)據(jù)先后進(jìn)行步驟(2) (3)的操作，建立索引。在所述步驟(3)中采用一種256階壓縮數(shù)字樹。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明根據(jù)地面設(shè)備監(jiān)控中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及檢索要求，采用哈希表、B+樹和 Judy array數(shù)字樹混合索引取代實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中常用的哈希表、B+樹索引機(jī)制，達(dá)到索引關(guān)鍵字壓縮和順序存儲(chǔ)，并保證記錄的實(shí)時(shí)插入和有序查詢。1)當(dāng)給定設(shè)備采集點(diǎn)描述符時(shí)，哈希表的檢索特性能快速定位到設(shè)備采集點(diǎn)所在的B+樹，B+樹的平衡特性顯著減少了對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)刻的查詢和插入所需要的磁盤尋址次數(shù)，保證了記錄的實(shí)時(shí)插入和快速查詢。2) Judy array數(shù)字壓縮樹適合索引的線性連續(xù)插入，能有效壓縮索引的關(guān)鍵字， 有利于減少索引本身占用的存儲(chǔ)空間。3) Judy array數(shù)字壓縮樹存放在連續(xù)的頁面里，可利用磁盤吞吐連續(xù)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢讀取Judy array所占頁面，一旦讀取的頁面裝載進(jìn)內(nèi)存后，又可利用內(nèi)存的隨機(jī)特性訪問數(shù)字樹記錄，這也保證了記錄的實(shí)時(shí)插入和快速查詢。


圖1為Judy array節(jié)點(diǎn)指針轉(zhuǎn)化為窄節(jié)點(diǎn)指針示意圖；圖2為Judy array線性葉節(jié)點(diǎn)分裂為低層葉節(jié)點(diǎn)示意圖；圖3為Judy array外來者插入索引到窄節(jié)點(diǎn)指針示意圖；圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)庫索引示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如果要快速訪問表中記錄，需對表中記錄建立索引。本文用哈希表、B+樹和Judy array數(shù)字壓縮樹來建立索引，索引關(guān)鍵字為設(shè)備采集點(diǎn)描述符與數(shù)據(jù)采集時(shí)刻，索引值為相應(yīng)實(shí)時(shí)記錄的對象標(biāo)識符。如圖4所示為本發(fā)明數(shù)據(jù)庫索引示意圖，具體實(shí)施方式
如下(1)當(dāng)為某采集點(diǎn)的實(shí)時(shí)記錄建立索引時(shí)，首先以采集點(diǎn)的設(shè)備描述符為關(guān)鍵字建立哈希表以及對應(yīng)于每個(gè)設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹。(2)然后以實(shí)時(shí)記錄的采集時(shí)刻作為關(guān)鍵字在B+樹中插入索引。本文的B+樹葉子節(jié)點(diǎn)中有兩種索引一種是立即索引，直接與記錄關(guān)聯(lián)，在葉子節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)為(采集時(shí)刻， 記錄的對象標(biāo)識符)形式，另一種是壓縮樹索引(Judyarray)，指向一顆壓縮樹，在葉子節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)為(壓縮樹中采集時(shí)刻最小值，壓縮樹的對象標(biāo)識符)形式。(3)初始時(shí)B+樹的高度為1，隨著索引陸續(xù)插入節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)將溢出。溢出時(shí)在數(shù)據(jù)庫表中插入一新的Judy array數(shù)字壓縮樹記錄(所述的Judy array數(shù)字壓縮樹為256 階)，將葉子節(jié)點(diǎn)的全部索引轉(zhuǎn)存進(jìn)Judy array數(shù)字壓縮樹，并將(壓縮樹中采集時(shí)刻最小值，數(shù)字壓縮樹記錄對象標(biāo)識符)作為一壓縮樹索引插入B+樹葉子節(jié)點(diǎn)里。(4)當(dāng)插入索引時(shí)，先檢查是否能將索引轉(zhuǎn)存進(jìn)Judy array中。如果Judyarray未滿，則存入Judy array，否則該索引作為立即索引直接存儲(chǔ)在B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)里。隨著索引陸續(xù)插入，B+樹節(jié)點(diǎn)可能溢出，當(dāng)溢出時(shí)將這些立即索引轉(zhuǎn)存進(jìn)一新的Judy array里， 并將新的Judy array索引插入B+樹葉子節(jié)點(diǎn)里。(5)對高度超過1的B+樹，索引總是插在B+樹葉子節(jié)點(diǎn)內(nèi)，當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn)溢出且能將立即索引轉(zhuǎn)存進(jìn)Judy array時(shí)，葉子節(jié)點(diǎn)可能因不足50%的充滿度而需要合并兄弟節(jié)點(diǎn)或從兄弟節(jié)點(diǎn)引進(jìn)外來索引，該操作同普通B+樹。(6)索引的陸續(xù)插入最終會(huì)出現(xiàn)一個(gè)索引既無法存放進(jìn)Judy array，也無法作為立即索引插入B+樹葉子節(jié)點(diǎn)這種情況，即B+樹葉子節(jié)點(diǎn)的確充滿了，將B+樹節(jié)點(diǎn)分裂，分裂操作同普通B+樹的分裂操作。B+ 樹的插入過程可見參考文獻(xiàn)Making B+ tree cache conscious in mainmemory. In Proceedings of ACMSIGMOD Conference, 2000.下面的過程描述了立即索引如何轉(zhuǎn)存進(jìn)Judy array壓縮數(shù)字樹的過程1)空的根指針指向沒有存儲(chǔ)任何索引的Judy array數(shù)字樹。2)插入第1到31個(gè)索引時(shí)，根指針指向單個(gè)樹根葉子節(jié)點(diǎn)(樹根葉子節(jié)點(diǎn)與線性和位圖葉子節(jié)點(diǎn)不同，但結(jié)構(gòu)類似于線性葉子節(jié)點(diǎn))。依據(jù)索引個(gè)數(shù)不同，樹根葉子節(jié)點(diǎn)分別需占用 2、4、6、8、12、16、24、32、48、64 個(gè) word 空間。3)當(dāng)樹根葉子節(jié)點(diǎn)溢出時(shí)，即插入索引個(gè)數(shù)大于等于32時(shí)，葉子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為分枝節(jié)點(diǎn)，分枝節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)若干“節(jié)點(diǎn)指針”，“節(jié)點(diǎn)指針”指向下層分枝節(jié)點(diǎn)或葉子節(jié)點(diǎn)或直接存儲(chǔ)索引。4)當(dāng)“立即節(jié)點(diǎn)指針”溢出時(shí)，它轉(zhuǎn)換為普通“節(jié)點(diǎn)指針”，該“節(jié)點(diǎn)指針”指向線性葉子節(jié)點(diǎn)。當(dāng)進(jìn)一步插入更多索引時(shí)，它可能會(huì)轉(zhuǎn)換為一指向位圖葉子節(jié)點(diǎn)的“節(jié)點(diǎn)指針”(只有當(dāng)線性葉子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的是1字節(jié)索引時(shí)才可能轉(zhuǎn)換為位圖葉子節(jié)點(diǎn))。5)當(dāng)插入索引導(dǎo)致葉子節(jié)點(diǎn)溢出時(shí)，算法檢查是否可將葉子節(jié)點(diǎn)中的索引和新插入的索引壓縮存儲(chǔ)在當(dāng)前葉子節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗饕止?jié)數(shù)減少，葉子節(jié)點(diǎn)可容納更多索引。這時(shí)其“父節(jié)點(diǎn)指針”將轉(zhuǎn)換為“窄節(jié)點(diǎn)指針”或者當(dāng)“父節(jié)點(diǎn)指針”原先就是“窄節(jié)點(diǎn)指針”時(shí)將轉(zhuǎn)換為“更窄”的“節(jié)點(diǎn)指針”，圖1展示了 32位平臺上數(shù)字樹的某一“節(jié)點(diǎn)指針”轉(zhuǎn)為“窄節(jié)點(diǎn)指針”的過程。6)隨著索引的更多插入，導(dǎo)致存儲(chǔ)2-4字節(jié)(針對32位平臺)索引的線性葉子節(jié)點(diǎn)溢出時(shí)，如果它不能降低自身層次而成為“窄節(jié)點(diǎn)指針”所指的線性葉子節(jié)點(diǎn)，那么會(huì)生成一新的分枝節(jié)點(diǎn)，將新節(jié)點(diǎn)插在父“節(jié)點(diǎn)指針”和線性葉子節(jié)點(diǎn)間，這時(shí)線性葉子節(jié)點(diǎn)會(huì)分裂為至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖2示。一般情況下新插入的分枝節(jié)點(diǎn)將是線性分枝節(jié)點(diǎn)，但如果先前的線性葉子節(jié)點(diǎn)中的索引具有較大隨機(jī)分布性質(zhì)時(shí)，新插入的分枝節(jié)點(diǎn)將可能是位圖型分枝節(jié)點(diǎn)。7)當(dāng)插入新索引到“窄節(jié)點(diǎn)指針”所指的葉子節(jié)點(diǎn)或分枝節(jié)點(diǎn)時(shí)，如果新索引對 “窄節(jié)點(diǎn)指針”所指節(jié)點(diǎn)是“外來者”(即新索引在“窄節(jié)點(diǎn)指針”能表示的范圍之外)，算法生成一新的線性分枝節(jié)點(diǎn)，將其插入在“窄節(jié)點(diǎn)指針”和“窄節(jié)點(diǎn)指針”所指節(jié)點(diǎn)之間，新插入索引將作為一“立即節(jié)點(diǎn)指針”而存放在新的線性分枝節(jié)點(diǎn)里，此時(shí)新的線性分枝節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)分枝。圖3展示了在64位平臺上插入新索引到“窄節(jié)點(diǎn)指針”的過程。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法，其特征在于包括以下步驟(1)對衛(wèi)星地面被監(jiān)控設(shè)備設(shè)定設(shè)備采集點(diǎn)，并用設(shè)備描述符對設(shè)備采集點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識， 在對衛(wèi)星地面監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集過程中，建立以設(shè)備描述符為關(guān)鍵字的哈希表和對應(yīng)于每個(gè)設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹，轉(zhuǎn)入步驟O)；所述哈希表用于根據(jù)設(shè)備描述符定位到與設(shè)備描述符對應(yīng)的設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹；(2)在采集時(shí)刻，根據(jù)從設(shè)備采集點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)中的設(shè)備描述符通過哈希表定位到設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹的根節(jié)點(diǎn)；再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)中的采集時(shí)刻，確定設(shè)備采集點(diǎn)的B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步驟⑶；(3)檢查步驟O)中B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)是否充滿，若葉子節(jié)點(diǎn)未充滿，則將對應(yīng)于步驟 (2)采集時(shí)刻的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到葉子節(jié)點(diǎn)中；若葉子節(jié)點(diǎn)已充滿，則根據(jù)采集時(shí)刻建立數(shù)字壓縮樹，并將葉子節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到新建立的數(shù)字壓縮樹中；若葉子節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字壓縮樹都充滿，則轉(zhuǎn)入步驟；(4)對B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分裂，形成新的葉子節(jié)點(diǎn)，并對新到達(dá)的數(shù)據(jù)先后進(jìn)行步驟 (2) (3)的操作，建立索引。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法，其特征在于在所述步驟(3)中采用一種256階數(shù)字壓縮樹。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫索引方法。本發(fā)明根據(jù)衛(wèi)星地面設(shè)備監(jiān)控中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及檢索要求，采用哈希表、B+樹和數(shù)字壓縮樹樹混合索引取代實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中常用的哈希表、B+樹索引機(jī)制，達(dá)到索引關(guān)鍵字壓縮和順序存儲(chǔ)，并保證記錄的實(shí)時(shí)插入和有序查詢。
文檔編號H04B7/185GK102169504SQ20111011967
公開日2011年8月31日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者劉華, 劉波, 李艷艷, 梁潔雯, 汪紅強(qiáng), 王智堯, 薛亮 申請人:航天恒星科技有限公司