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Banco de Dados Móvel

Banco de Dados Móvel. traduzidos / ampliados / adaptados de: Vijay Kumar Computer Sc. Telecommunications University of Missouri-Kansas City 5100 Rockhill Road Kansas City, MO 64110, USA kumar@cstp.umkc.edu. Índice. Introdução: O Problema Parte I: Comunicação com Redes sem Fio

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Banco de Dados Móvel

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Presentation Transcript

  1. Banco de Dados Móvel traduzidos / ampliados / adaptados de: Vijay Kumar Computer Sc. Telecommunications University of Missouri-Kansas City 5100 Rockhill Road Kansas City, MO 64110, USA kumar@cstp.umkc.edu

  2. Índice • Introdução: O Problema • Parte I: Comunicação com Redes sem Fio • Parte II: Sistemas de Gerência de Banco de Dados Móvel

  3. O Problema • Trata-se da gerência de dados em um sistema em que processadores e o banco de dados, ou partes dele, movem-se através de um espaço geográfico • Deseja-se permitir que usuários de telefones celulares tenham acesso a dados persistentes, de qualquer lugar • Esforço conjunto de pesquisadores de comunicação sem fio e BD para a gênese de uma nova área de pesquisa • Mobile Database Systems (MDS) • Pervasive Computing • Nomad Computing • Anywhere Anytime Computing

  4. O Problema • Deve-se chamar a atenção para a imaturidade da pesquisa • Modelos de transação para BD móvel • Mecanismos de controle de concorrência • Protocolos de recuperação de falhas • Dados dependentes de localização • Entretanto, há claras indicações de que, em um futuro próximo, os resultados estarão disponíveis nos produtos comerciais • Tecnologia de BD móvel consolidada  pletora de aplicações

  5. Comunicação com Redes Sem Fio • Espaço de Informação Totalmente Conectado • Rádio-Frequência e Banda • Comunicação Celular • Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular • Soluções para a Comunicação Celular

  6. Espaço de Informação Totalmente Conectado

  7. Espaço de Informação Totalmente Conectado • Cada nó do espaço de informação tem alguma capacidade de comunicação • Alguns nós podem processar informação • Alguns nós podem se comunicar através de sinal de voz • Alguns nós podem fazer ambas as coisas

  8. Espaço de Informação Totalmente Conectado • Criação e Manutenção • Integrando SGBDs legados, e sistemas celulares com / sem fio • PCS: Personal Communication System • Transmissões analógica e digital • América do Norte • GSM: Global System for MobileCommunication • Transmissão digital • Europa

  9. Rádio-Frequência e Banda • Comunicações sem fio utilizam ondas eletromagnéticas • O comprimento da onda é determinado pela rádio-frequência (RF) • Banda: uma faixa de RFs – unidade: M(G)Hz – utilizável para uma tarefa particular • Transmissão de dados ou voz • Mais alguma coisa • Faixas típicas: 800 MHz – 3 GHz • Refletidas facilmente por objetos fixos (p.e., edifícios) ou móveis (p.e., carros), etc. • O sinal de absorção é forte • Reuso de RF

  10. Rádio-Frequência e Banda NMT: Nordic Mobile Telephone PDC: Pacific Digital Cellular PACS: Personal Access Communications System PHS: Personal Handyphone System PACS-UB: PACS Unlicensed Band JCT: Japanese Cordless Telephone (Taken from Mobile Communications by Jochen Schiller)

  11. Rádio-Frequência e Banda • Não há RF que possa transportar dado ou voz a longa distância sem sérios problemas de enfraquecimento do sinal • Solução • Divisão da área de cobertura em células (móveis) • Intensidade do sinal aproximadamente constante • Reuso de RF através das células móveis

  12. Comunicação Celular Células móveis

  13. D = distance between cells using the same frequency R = cell radius N = reuse pattern (the cluster size, which is 7). Thus, for a 7-cell group with cell radius R = 3 miles, the frequency reuse distance D is 13.74 miles. Comunicação Celular Frequency reuse

  14. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular PCS

  15. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular • Dois conjuntos distintos de entidades • Mobile Host (MH) – também chamados de clientes móveis • Fixed Host (FH) • Alguns FHs são estações de base (Mobile Support Stations) • Cada MH se comunica com uma estação de base via um canal sem fio • Célula – área coberta por uma estação de base • Tipicamente, o servidor de banco de dados (BD) reside em um FH via uma interface com fio • Confundiremos BD com FH

  16. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular • Especificades dos ambientes de computação móvel • Largura de banda assimétrica • FH tem mais capacidade de comunicação do que MH • Freqüentes desconexões • MHs não podem se manter conectados à rede todo o tempo • Limitações de energia • MHs usam baterias, basicamente • Economia de energia é um imperativo

  17. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular BS Reverse channel (Uplink channel) Reverse channel (Uplink channel) Forward channel (Downlink channel) Forward channel (Downlink channel) MH MH

  18. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular • MH transmite a 825.030 MHz e BS transmite a 870.030 MHz • O canal de separação é 45 MHz • Cada canal de voz tem uma banda de 30 kHz • Conectividade MH – FH • Conectividade contínua • O MH é continuamente conectado ao FH • Exemplo: meu laptop (MH) e o servidor Anjinho

  19. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular • Modo Desconectado • O MH voluntariamente se desconecta do FH e continua a processar localmente. Em um tempo fixado, ele se conecta de novo • Conectividade intermitente • Como o desconectado, mas a desconexão pode partir do FH, e não há fixação de tempo para a conexão Estes modos de conexão têm pesada influência na gerência de transações móveis

  20. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular Mais detalhes:

  21. Arquitetura de Sistema de Comunicação Celular

  22. Soluções para a Comunicação Celular • Como manter uma comunicação contínua entre duas células em presença de mobilidade? Solução:Handoff • Como localizar MH em uma célula? Solução:Gerência de Localização • Como gerenciar uma comunicação contínua entre duas células em presença de mobilidade? Solução:Roaming

  23. Soluções para a Comunicação Celular Handoff Um processo que garante a continuidade da transmissão quando um usuário quebra a conexão com uma BS e estabelece uma conexão com outra BS

  24. Soluções para a Comunicação Celular Handoff Para manter a conversação, o procedimento Handoff deve ser completado enquanto o MH (o ônibus) estiver na região de superposição das células

  25. Soluções para a Comunicação Celular Gerência de Localização HLR: Home Location Register Um HLR armazena o perfil do usuário e sua localização geográfica – célula corrente VLR: Visitor Location Register O VLR de uma célula armazena o perfil do usuário e a localização corrente do usuário que vai visitar a célula S-LS: Source Location Server D-LS: Destination Location Server

  26. Soluções para a Comunicação Celular 5 R-ID LS Address HLR D-LS 1 2 4 8 9 6 VLR 3 R-ID Base Station D-BS 100 S-LS D-LS 200 7 10 2 Dest. BS Source BS 1 Chamador Chamado

  27. Soluções para a Comunicação Celular MH1 se comunica com MH2

  28. Soluções para a Comunicação Celular Algoritmo de Localização P1. O chamador disca um número. Para encontrar a localização do chamado (destino), o chamador consulta a S-BS (1) P2. A S-BS envia a consulta ao S-LS (2) P3. S-LS primeiro procura o VLR (3). Se o chamado é um visitante da S-LS, a conexão é feita P4. Se VLR falha, então a consulta é enviada ao HLR (4) P5. HLR encontra a localização de D-LS (5)

  29. Soluções para a Comunicação Celular P6. A procura agora passa para o D-LS (6) P7. D-LS encontra o endereço de D-BS (7) P8. O endereço da D-BS é enviado ao HLR (8) P9. HLR envia o endereço da D-BS ao S-LS (9) P10. O endereço da D-BS é enviado à S-BS (10)

  30. Soluções para a Comunicação Celular Roaming (verbo Roam: vagar, perambular) Assegura as políticas (ou restrições) administrativas e técnicas

  31. Soluções para a Comunicação Celular Roaming Políticas Administrativas • Faturamento • Acordo de subscrição • Perfil do usuário • Outras políticas

  32. Soluções para a Comunicação Celular Roaming Restrições Técnicas • Incompatibilidade de largura de banda. Por exemplo, a banda de 900 MHz não é disponível em várias partes do mundo. Isto pode impedir o uso de certos equipamentos • Padrões de comunicação entre provedores de serviço • Restrições de MH • Outras

  33. Sistemas de Gerência de Banco de Dados Móvel • Sistemas de Computação Móvel • Sistemas de Banco de Dados Móvel • Sistemas de Gerência da Banco de Dados Móvel • Arquitetura • Gerência de Dados • Gerência de Transação • Recuperação • Conclusões

  34. Sistemas de Computação Móvel • Computação móvel é associada com mobilidade de usuários, hardware, dados e software em aplicações de computador • Classe especializada de sistemas de computação distribuída em que alguns nós podem mover-se dentro de um espaço físico ou lógico, (des)conectando-se de maneira ad hoc

  35. Sistemas de Banco de Dados Móvel O que é um sistema de banco de dados móvel (MDS: Mobile Database Systems)? Um sistema de computação móvel com as seguintes propriedades estruturais e funcionais • Sistema distribuído com conectividade intermitente • MHs e FHs • Um MH é um SGBD à part entière • Completa mobilidade espacial • Construído sobre plataformas PCS/GSM • Capacidade de comunicação com / sem fio

  36. Sistemas de Banco de Dados Móvel Objetivos Construir um sistema de processamento de informação verdadeiramente ubíquo, mesmo com as restrições inerentes às arquiteturas sem fio

  37. Sistemas de Gerência de Banco de Dados Móvel Mobile Database Systems • Oracle Lite • IBM DB/2 Everyplace • Sybase Anywhere • Versões MS Access e MS SQL Server para plataformas móveis • MS Windows CE

  38. Sistemas de Gerência de Banco de Dados Móvel Aplicações • Companhias de seguro • Serviços emergenciais (polícia, assistência médica, etc.) • Controle de tráfego • Serviço de taxi • E-commerce • Etc.

  39. Arquitetura Application-transparent Adaptation Applications Mobile File Server DBMS APIs Mobile SGBD APIs DBMS Proxy Mobile Host Fixed Network Adaptado de: J. Jing, A. Helal e A. Elmagarmid

  40. Arquitetura Application-transparent Adaptation Web Server (or Proxy Server) Web Browser HTTP (TCP/IP) Web Client Side Intercept (CSI) TCP/IP Connection Web Client Side Intercept (CSI) Mobile Host Fixed Network http://www.dsc.ufcg.edu.br/~sampaio/cursos/2007.1/BancoDeDados/TopicosDaDisciplina/5-BDMoveis/LeituraAdicional/MobileEnvironments.pdf

  41. Gerência de Dados • Objetivos • Categorização de Dados • Caching de Dados • Difusão de Dados • Processamento de Consultas

  42. Objetivos • Como melhorar a disponibilidade de dados para as consultas dos usuários, em presença de bandas de RF limitadas e de mobilidade? • Possibilidades • Caching de dados • Cashing semânticos: o conteúdo é decidido por resultados de consultas passadas • Difusão de dados (data broadcast) em canais sem fio • Suporte a consultas dependentes de localização

  43. Categorização de Dados • Dados dependentes de localização (Location-Dependent Data (LDD)): classe de dados com valores estreitamente ligados a uma localização geográfica específica. • Exs: CEP, Código DDI, Aeroporto • Contra-exemplos: Nome de rua, Número de identidade (Location-Independent Data (LID)) • Processamento de dados convencional: LID

  44. Categorização de Dados • Consulta Dependente de Localização (Location-DependentQuery (LDQ)): LDD leva a LDQ: depende da origem da consulta, ou o processamento da consulta depende da mobilidade • Exemplo: Qual a distância (daqui) para o aeroporto João Suassuna? • Qual é o valor do CEP (onde estou)? • Qual é o valor do DDI (onde estou)? • Em consultas LDQ, a posição do LDD concernente e da origem da consulta devem ser conhecidas • Existem provedores de serviço que oferecem facilidades de descoberta de localização

  45. Categorização de Dados • Location-Aware Query: não depende da origem da consulta, ou o processamento da consulta não depende da mobilidade • Exemplo: Qual a distância entre Rio de Janeiro e São Paulo?

  46. Categorização de Dados • Distribuição de Dados Dependente de Localização • Um hotel tem filiais em todo o Brasil. Os serviços em cada filial são idênticos, mas os valores dependem da localização

  47. Categorização de Dados • Dados em uma região não podem ser replicados em outra região, como é comum em BDs distribuídos tradicionais Célula Alto Branco Prata

  48. Categorização de Dados • Exemplo: Quais restaurantes se situam próximo de onde estou? • Se estiver no Alto Branco, a resposta é uma • Se estiver na Prata, a resposta é outra • Note que, em nenhum momento, é exigido do usuário que indique seu bairro

  49. Categorização de Dados LDD: Hierarquia de Localização Em uma dada região, a localização dos dados pode ser definida hierarquicamente

  50. Caching de Dados • Clientes móveis (MHs) têm acesso a servidores de BD fixo (FH), via um canal sem fio • Caching de dados são importantes para melhorar a disponibilidade dos dados e o desempenho das consultas • Limitada largura de banda dos canais sem fio • Instabilidade das redes sem fio • Caches convencionais requerem estabilidade da rede e bandas largas

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