發布時間：2023-03-16 15:54:42
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的數據庫設計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
一、成立數據小組
大型數據庫數據元素多，在設計上有必要成立專門的數據小組。由于數據庫設計者不一定是使用者，對系統設計中的數據元素不可能考慮周全，數據庫設計出來后，往往難以找到所需的庫表，因此數據小組最好由熟悉業務的項目骨干組成。
數據小組的職能并非是設計數據庫，而是通過需求分析，在參考其他相似系統的基礎上，提取系統的基本數據元素，擔負對數據庫的審核。審核內容包括審核新的數據庫元素是否完全、能否實現全部業務需求；對舊數據庫（如果存在舊系統）的分析及數據轉換；數據庫設計的審核、控制及必要調整。
二、設計原則
1．規范命名。所有的庫名、表名、域名必須遵循統一的命名規則，并進行必要說明，以方便設計、維護、查詢。
2．控制字段的引用。在設計時，可以選擇適當的數據庫設計管理工具，以方便開發人員的分布式設計和數據小組的集中審核管理。采用統一的命名規則，如果設計的字段已經存在，可直接引用；否則，應重新設計。
3．庫表重復控制。在設計過程中，如果發現大部分字段都已存在，開發人員應懷疑所設計的庫表是否已存在。通過對字段所在庫表及相應設計人員的查詢，可以確認庫表是否確實重復。
4．并發控制。設計中應進行并發控制，即對于同一個庫表，在同一時間只有一個人有控制權，其他人只能進行查詢。
5．必要的討論。數據庫設計完成后，數據小組應與相關人員進行討論，通過討論來熟悉數據庫，從而對設計中存在的問題進行控制或從中獲取數據庫設計的必要信息。
6．數據小組的審核。庫表的定版、修改最終都要通過數據小組的審核，以保證符合必要的要求。
7．頭文件處理。每次數據修改后，數據小組要對相應的頭文件進行修改（可由管理軟件自動完成），并通知相關的開發人員，以便進行相應的程序修改。
三、設計技巧
1．分類拆分數據量大的表。對于經常使用的表（如某些參數表或代碼對照表），由于其使用頻率很高，要盡量減少表中的記錄數量。例如，銀行的戶主賬表原來設計成一張表，雖然可以方便程序的設計與維護，但經過分析發現，由于數據量太大，會影響數據的迅速定位。如果將戶主賬表分別設計為活期戶主賬、定期戶主賬及對公戶主賬等，則可以大大提高查詢效率。
2．索引設計。對于大的數據庫表，合理的索引能夠提高整個數據庫的操作效率。在索引設計中，索引字段應挑選重復值較少的字段；在對建有復合索引的字段進行檢索時，應注意按照復合索引字段建立的順序進行。例如，如果對一個5萬多條記錄的流水表以日期和流水號為序建立復合索引，由于在該表中日期的重復值接近整個表的記錄數，用流水號進行查詢所用的時間接近3秒；而如果以流水號為索引字段建立索引進行相同的查詢，所用時間不到1秒。因此在大型數據庫設計中，只有進行合理的索引字段選擇，才能有效提高整個數據庫的操作效率。
3．數據操作的優化。在大型數據庫中，如何提高數據操作效率值得關注。例如，每在數據庫流水表中增加一筆業務，就必須從流水控制表中取出流水號，并將其流水號的數值加一。正常情況下，單筆操作的反應速度尚屬正常，但當用它進行批量業務處理時，速度會明顯減慢。經過分析發現，每次對流水控制表中的流水號數值加一時都要鎖定該表，而該表卻是整個系統操作的核心，有可能在操作時被其他進程鎖定，因而使整個事務操作速度變慢。對這一問題的解決的辦法是，根據批量業務的總筆數批量申請流水號，并對流水控制表進行一次更新，即可提高批量業務處理的速度。另一個例子是對插表的優化。對于大批量的業務處理，如果在插入數據庫表時用普通的Insert語句，速度會很慢。其原因在于，每次插表都要進行一次I/O操作，花費較長的時間。改進后，可以用Put語句等緩沖區形式等滿頁后再進行I/O操作，從而提高效率。對大的數據庫表進行刪除時，一般會直接用Delete語句，這個語句雖然可以進行小表操作，但對大表卻會因帶來大事務而導致刪除速度很慢甚至失敗。解決的方法是去掉事務，但更有效的辦法是先進行Drop操作再進行重建。
4．數據庫參數的調整。數據庫參數的調整是一個經驗不斷積累的過程，應由有經驗的系統管理員完成。以Informix數據庫為例，記錄鎖的數目太少會造成鎖表的失敗；邏輯日志的文件數目太少會造成插入大表失敗等，這些問題都應根據實際情況進行必要的調整。
5．必要的工具。在整個數據庫的開發與設計過程中，可以先開發一些小的應用工具，如自動生成庫表的頭文件、插入數據的初始化、數據插入的函數封裝、錯誤跟蹤或自動顯示等，以此提高數據庫的設計與開發效率。
6．避免長事務。對單個大表的刪除或插入操作會帶來大事務，解決的辦法是對參數進行調整，也可以在插入時對文件進行分割。對于一個由一系列小事務順序操作共同構成的長事務（如銀行交易系統的日終交易），可以由一系列操作完成整個事務，但其缺點是有可能因整個事務太大而使不能完成，或者，由于偶然的意外而使事務重做所需的時間太長。較好的解決方法是，把整個事務分解成幾個較小的事務，再由應用程序控制整個系統的流程。這樣，如果其中某個事務不成功，則只需重做該事務，因而既可節約時間，又可避免長事務。
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中圖分類號：TP311.52;G250.76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0177-02
1、網站數據庫整體設計
1.1 網站需求分析
為了網站更方便管理與使用，需要滿足三方面的需求：管理員、普通用戶與游客。
管理員：相當于網站的root用戶，擁有最大的權限和功能，是網站的維護者與管理者.。
普通用戶：網站的主要服務對象，通過注冊即可以享受網站提供的所有服務，擁有按關鍵字搜索新聞、相關論文，發表和查看留言以及修改個人信息和網站投票的權限。
游客：網站的潛在用戶，無需注冊就可以搜索新聞和論文，但沒有下載和留言的權限。
1.2 數據庫邏輯結構設計
根據不同權限用戶的需求分析，本網站邏輯結構主要由角色表、用戶表、新聞表、公告表、留言表、論文表等組成。數據庫中各個數據表的關系見圖1。
1.3 訪問數據庫的設計與實現
本網站對于數據庫訪問、連接的設計與實現，由類SQLHelper完成。在SQLHelper類中，將數據庫的鏈接作為整個網站工程的全局變量，將其存放于web.config這個配置文件中，連接代碼編寫于配置節/中。
2、論文數字圖書館網站模塊的設計與實現
本論文所設計的數字化圖書館網站分為用戶注冊模塊、用戶管理模塊、檢索模塊、用戶信息中心模塊、新聞與公告模塊、論文模塊和網站前臺模塊。
2.1 用戶注冊模塊
本網站所涉及的用戶有兩種權限，體現在數據庫中的User表中的RoleID字段，字段為1代表用戶具有管理員權限。字段為2代表用戶具有普通用戶權限。
網站的注冊模塊由頁面Register.aspx來實現。需要填寫新注冊用戶的各項基本信息。限定必填項的信息不能為空，此外，用戶電子郵件、電話等的格式必須符合要求。
用戶填好信息單擊確定進入信息確認頁面CommitRegister.aspx。此頁面包含兩部分功能，第一部分是確認之前所填寫的注冊信息是否有誤，，第二部分是用戶照片上傳功能，用戶可以不選擇上傳頭像或是上傳任意自己喜歡的圖片作為自己的頭像。增加用戶頭像的上傳功能可以使數字化網站更加生動活潑，增強用戶與網站的互動性。
2.2 用戶管理模塊
用戶管理模塊只有管理員才有權限顯示，管理員可以表格形式顯示所有用戶名單及信息，可以添加新用戶及賦予管理員權限，可以修改其他用戶的基本信息，也可以手動刪除用戶，還可以單獨顯示某個用戶的完整信息。用戶管理頁面是通過UserManage.aspx頁面來實現的。
2.3 檢索模塊
本網站的檢索模塊包括論文和新聞的檢索查詢，采用關鍵字查詢方式檢索。
檢索功能由Searchthesis.aspx頁面和Search.aspx頁面實現完成，運用GridView控件與數據庫的論文表和新聞表進行綁定來顯示用戶所檢索的結果。檢索的關鍵字填寫在TextBox控件中。
當用戶或游客打開網站時，可以在搜索功能區鍵入想要查找的關鍵字，點擊搜索按鈕，即可從底層SQL server數據庫中查詢到所有滿足此搜索關鍵詞的論文或新聞。
2.4 用戶信息中心模塊
模塊位于網站的左側，需要用戶登陸才能顯示，為用戶提供修改與查看個人信息，重設密碼等功能。
EditUserPwd.aspx頁面可以實現用戶修改密碼的功能，在頁面中包括四個TextBox控件，用戶需要按照順序在控件中分別鍵入用戶名稱、舊密碼、新密碼、確認密碼。一旦EditUserPwd.aspx頁面打開，即調用預先編好的函數Page_Load(object sender,EventArgs e)，函數通過初始化即可在第一個TextBox控件中顯示用戶名稱，無需用戶手動填寫。
2.5 新聞與公告模塊
新聞模塊的功能包括：新聞的顯示、添加、修改、刪除、查看。由NewsManage.aspx頁面實現，為管理員權限功能。
公告模塊的設計與新聞模塊類似，但功能更為簡單，管理員可以通過此模塊添加和修改網站首頁公告欄的標題與內容，由Notice.aspx頁面來實現。
此外，管理員還可以對用戶留言進行管理，由leaveword Manage.aspx頁面來實現。
用戶的留言功能由leaveword.aspx頁面實現完成，用戶可以對自己感興趣的新聞或論文留言，管理員可以查看這些留言以便于更好的了解用戶需求。
2.6 論文模塊
論文模塊功能與新聞模塊一致，不同的是，增加了論文上傳功能。
論文的上傳功能由頁面AddThesis.aspx來實現，在此頁面中包括三個TextBox控件，他們的作用是用來添加新論文的標題、關鍵詞及摘要，以供普通用戶查詢。此外，在三個TextBox控件下方設置一個FileUpload控件，他的作用是管理員可以從本地計算機上選擇論文并上傳。
在所有操作完成后，管理員即可單擊下方的確定按鈕，將論文標題、關鍵詞及摘要上傳。上傳后的論文不以該論文名稱來命名存儲，而是以添加進數據庫論文表中的ThesisID來命名，避免所上傳的新論文與原有論文的名稱重復，并自動將論文格式轉化為word格式。
2.7 網站前臺模塊
網站前臺模塊是網站的主體模塊，也是服務模塊，是普通用戶和游客的操作模塊。主要包括熱點新聞區、操作區、公告區和用戶區四個部分。主要在主頁面main.aspx實現完成。
2.7.1 熱點新聞區
熱點新聞區位于主頁面左下方，由NewsUC.ascx控件來完成與實現。
該分支模塊的主要功能是以循環滾動的形式顯示網站最新的10條新聞。顯示新聞由DataList控件實現，綁定的是新聞表中的標題。新聞的循環滾動功能由客戶端代碼來實現。
2.7.2 操作區
操作區主要包括以下幾個功能：按照標題搜索相關新聞，按照關鍵詞搜索所需論文，游客還可以通過注冊成為新用戶；管理員與普通用戶可通過用戶名和密碼登陸網站，擁有屬于自己的權限。此操作區由用戶控件OperationUC.ascx來設計與實現。
操作功能區實現方法如下：第一步判斷是否有用戶登錄，即判斷Session[“UserID”]的值是否是一個空值。假如Session[“UserID”]的值不為空，則表示已有用戶登陸。第二步，根據登陸用戶的角色加載與之角色相對應的操作功能區。具體來講，若Session[“UserID”]=1，則對應加載管理員的操作功能區，如果Session[“UserID”]=2，則對應加載普通用戶的操作功能區。
2.7.3 公告區
公告區由對應控件NotifyUC.ascx來設計實現。
主頁面初始化時，用戶控件NotifyUC.ascx通過初始化函數來顯示公告欄的信息，調用BindNotifyData()來從底層數據庫的公告表中獲取公告標題和內容，運用SqlDataReader對象dr來保存獲取結果。使用時，通過讀取對象dr中的公告標題和內容顯示在公告欄中。
2.7.4 用戶區
用戶區包括普通用戶區與管理員用戶區。
普通用戶區主要包括：查看個人信息，修改登錄密碼和參與網站投票幾種功能。
管理員用戶區除了普通用戶的功能以外，還增加了新聞管理、投票管理、用戶管理和論文管理等功能。
3、結語
本文基于數字化圖書館的設計要求，以及管理員、普通用戶和游客三方面的需求，最終完成了預計的功能和模塊設計。實現了最新圖書館新聞、下載論文閱讀軟件、查找與下載論文、投票、留言等多種功能。
參考文獻
實現B/S結構的管理信息系統涉及到的技術可以分為兩個方面：服務器端技術和客戶端技術。客戶端技術主要涉及HTML、JavaScript等與網頁設計制作有關的內容顯示技術;服務器端技術主要涉及Web服務器技術、數據庫訪問等與內容生成相關的技術，目前服務器端技術可以劃分為基于Windows平臺的ASP技術和基于JAVA平臺的JSP技術。論文針對后者進行討論，主要討論了構建B/S結構的日常教學管理系統所涉及的關鍵技術：Tomcat/Web服務器技術、Sql Server數據庫技術、JSP技術、JavaScript客戶端技術。
論文的主要工作體現在如下方面：
一是總結目前Web程序開發過程中采用的典型模式，仔細分析了筆者工作單位日常教學管理的特點和規律，提出了Web環境下B/S結構的學校畢業論文管理系統的基本方案。
二是按照軟件開發過程的時間主線及軟件工程的傳統方法給出了“基于B/S結構的畢業論文管理系統”在設計和開發過程中的需求分析及功能設計報告、代碼類設計說明、JSP文件設計說明、數據庫設計說明，管理系統的總體設計開發環境設計jdk1.6.0_07.JDK（Java Developer’s Kit）是sun公司推出的Java開發工具集。MyEelipse中集成了此工具，也可不單獨安裝。JSP容器： apache-tomcat-6.0.18，Tomcat服務器是一個免費的開放源代碼的Web應用服務器，它是Apache軟件基金會 （APache Software Foundation）的Jakarta項目中的一個核心項目，由APache、sun和其他一些公司及個人共同開發而成。由于有Sun的參與和支持，最新的Servfet和JSP規范總是能在Tomcat中得到體現，Tomcat支持最新的Servlet2.4和 JSP2.0規范。因為Tomcat技術先進、性能穩定且免費，因而深受Java愛好者的喜愛并得到了部分軟件開發商的認可，成為目前比較流行的web應用服務器。
一、數據庫 SQL Server 2000
SQL Server 是一個后臺數據庫管理系統，它功能強大，操作簡便，日益為廣大數據庫用戶所喜愛，越來越多的開發工具提供了與SQL Server的接口。SQL Server是一個關系數據庫管理系統，它最初是由Microsoft、Sybase和Ashton-Tate三家公司共同開發的，于1988年推出了第一個OS/2版本。在Windows NT推出后，Microsoft與Sybase在SQL Server的開發上就分道揚鑣了，Microsoft將SQL Server移植到Windows NT系統上，專注于開發推廣SQL Server的Windows NT版本。SQL Server 2000是Microsoft公司推出的SQL Server數據庫管理系統的最新版本，該版本繼承了SQL Server 7.0版本的優點，同時又比它增加了許多更先進的功能，具有使用方便、可伸縮性好、與相關軟件集成程度高等優點。
二、數據庫的設計
1.數據庫是信息系統的核心和基礎，把信息系統中大量的數據按一定的模型組織起來，提供存儲、維護、檢索數據的功能，使信息系統可以方便、及時、準確地從數據庫中獲得所需的信息。2.數據庫是信息系統的各個部分能否緊密地結合在一起以及如何結合的關鍵所在。3.數據庫設計是信息系統開發和建設的重要組成部分。4.數據庫設計涉及的相關技術和知識：數據庫的基本知識和數據庫設計技術;計算機科學的基礎知識和程序設計的方法和技巧;軟件工程的原理和方法;應用領域的知識。
三、遇到的問題及解決方案
1.中文顯示問題，剛開始編寫代碼時，不能輸入中文，也不能在屏幕上顯示，只能輸入字母。問題解決辦法：在編碼的最前面加上：<%@ page contentType="text/html;charset=gb2312"%>。2.會話狀態及用戶權限管理。為什么需要會話跟蹤？在web服務器端編程中，會話狀態管理是一個經常必須考慮的重要問題。HTTP是一種無狀態協議，即站點服務器將網頁的每個HTTP請求都當作獨立的請求，服務器不保留與以前的請求有關的信息，即使它們只早于當前請求幾秒鐘，因此它與FTP、Telnet等協議是不同的。HTTP這種無法記憶先前請求的缺陷使得編寫某些應用程序非常困難，比如當用戶登錄系統后，根據用戶類型的不同應得到不同的服務，有不同的訪問權限，但服務器如何才能在用戶登錄后記住用戶是屬于哪個用戶組呢？為了跟蹤用戶的操作狀態，ASP應用session對象，JSP使用一個叫做HttpSession的對象實現同樣的功能，統稱為會話機制。本系統實現了用戶的帳號管理、權限管理、新聞通知、論文的出題和選題、文檔的上傳與下載、自動生成統計表格、成績管理等功能。這一系統的開發，讓我學到了許多新知識、新技術，讓我把所學的課堂知識得以充分的融合運用，讓我對軟件的開發與控制過程有了更深一步的理解。
關鍵詞：關聯數據；知識組織；語義網
傳統知識組織在文獻信息組織與檢索中發揮了巨大的作用，隨著計算機技術以及語義網技術的發展，對知識組織的研究將更加深入，如何豐富和拓展知識組織的結構和功能，如何深度序化信息資源的內部屬性和特征，無縫的鏈接相關的信息資源，消除信息孤島使其富含語義，如何有效的整合、序化異構、動態變化的網絡信息資源將成為知識組織研究的熱點。關聯數據作為輕量級的語義網實現方法，自2006年由Tim Bern
ers-Lee[1]提出以來備受關注，逐漸成為圖情界的翹楚，關聯數據以通用框架RDF描述信息資源，關注的焦點放在信息本身而不是承載信息的頁面或是信息的訪問接口，組織的對象直接深入到細粒度級的具有語義信息的實體，為每個信息實體定義唯一的URI，使用RDF鏈接相關的實體從而構建關聯關系，揭示信息間的語義隱含，到達語義揭示的目的。鑒于關聯數據的特性以及它在知識組織、信息聚合等方面的突出表現，本文以關聯數據為視角，探索知識組織的新方法，通過關聯數據的應用實現知識組織的語義化、標準化，以促進知識組織的新發展。
一、關聯數據在知識組織中應用的優勢
（一）關聯數據一種輕量級的語義網實現方法，結構簡單適合混搭。關聯數據設計的技術主要是統一資源定位符（URI）、超文本傳輸協議（HTTP）和RDF資源框架。關聯技術沒有定義特定的實現方式和技術，只是提出了的原則和要求，只要遵循四個原則即可[2]：使用URI作為任何事物的標識名稱、通過
HTTP協議，任何人都可以訪問這一事物、以RDF的形式提供有用的信息、盡可能多的提供相關的URI鏈接。簡單來說就是使用RDF框架描述信息資源，通過HTTP的方式去訪問，利用
RDF鏈接的信息導航到更多的相關信息。
（二）信息之間的語義更加明顯，不僅是單純的知識鏈接。關聯數據本身不會給信息增加任何語義含義，其在底層數據間構建了信息之間的鏈接，以攜帶語義的形式展現給用戶，通過將目前文檔web轉化成數據的Web，并在不同的數據間通過
URI建立關聯，最終實現信息資源有效整合。
（三）關聯數據采用標準化的RDF描述信息資源。RDF是一種用來描述Web上資源的語言，將一個資源描述成一組三元組（主語，謂語，賓語），主語用來表示需要描述的資源，謂語用來表示主語的某個屬性或者某個關系，賓語表示了屬性的值[3]。主語、謂語都可以用 HTTP URI來表示，其中賓語也可以用 HTTP URI 標識另一個資源。例如：Yantai University（主語）is
located（謂語） in Yantai（賓語）。主體和客體都是一個獨立的類資源，都有自己的HTTP URI標示符，通過查看“Yantai Univer
siyt”的描述，還可以鏈接到客體“Yantai”的具體描述的信息，同時“Yantai”還有自己的屬性值可供參引。
二、基于關聯數據的知識組織模型
關聯數據主要使用URI，HTTP，RDF 等語義網技術來實現，使信息組織更加細化、結構化和語義化，同時能夠支持機器理解和處理，另外，其統一的數據模型（RDF）、統一的存取API
（RDF/SPARQL）、統一的HTTP URI標識，為信息對象的整合和組織提供了統一的標準，使得在開發應用的時候可以考慮使用幾個平臺的混搭。本文設計了一個基于關聯數據的知識組織的技術體系，為知識組織提供新的研究方法和思路。
圖1 基于關聯數據的知識組織層次模型
從圖1可以得出，基于關聯數據的知識組織框架可以分為底層數據源、語義標引層、RDF數據關聯層、信息資源應用層，如下對四個層次進行介紹。
（一）底層數據源的組織。數據源主要包括：來自不同領域的信息資源，可以是圖書的出版社、科學出版物的刊號、地名、人名、等具體化的數據資源；同時也可以是早已成型的關系數據庫系統中的數據，如：圖書館的圖書目錄數據庫、企業內部資源的數據庫、科研機構的知識管理系統。這兩者是目前為止比較受歡迎的關聯數據底層數據源的組織形式，如果將這些信息源進行整合、組織，以關聯數據的形式出去將會有驚人的發現。在此筆者將底層數據分為如下三類。（1）易于檢索的結構化數據。這類數據主要設計到存儲在關系數據庫中的結構化數據，已經有了成型的數據模型。（2）分散的異構的網絡信息資源。主要指分布在網絡上，以html網頁的形式表達的、異構的、分散的、形式多樣的數據，對這些數據的聚合難度相對來說比較大，要進行充分的分析、預處理。（3）靜態的結構化數據。主要包括了CSV、Excel、BibTeX格式的文件，這些文件要通過RD
Fizing等工具轉換成為RDF格式的數據，然后存儲到RDF數據庫中。
（二）信息的語義標引。語義標注是使用計算機可理解的屬性來描述資源，目前的語義標注中，標注往往是針對特定的應用，不能根據不同數據的特點而靈活變換標注方法，如領域本體只是針對特定的領域內的信息資源來標注、概念化信息資源。進一步而言，標注方法只能標注相互獨立的數據信息，涉及到數據之間的相互依賴、相互關聯時，往往不能明確的標注這種依賴關系。本文討論的關聯數據采用的是RDF三元組來描述資源，其中包括了“主體”，“謂語”，“客體”，使用規范的詞表標注三元組陳述的“謂語”，不僅靈活的描述了信息資源，信息資源間的相互依賴關系清晰的展現了出來。RDF僅僅使用特定命名和值來表達與資源有關的簡單聲明，很大程度上了限制了用戶的使用范圍，比如說定義Person類了來描述人，定義Orga
nization類來描述機構等，因此需要擴展更多的詞表。DC、
FOAF、OWL、SKOS等規范的詞表擴展了RDF/RDFS的描述能力，作為關聯數據集和用戶之間的橋梁得到了很好的應用，充實飽滿的描述了信息資源。
（三） RDF數據關聯層。RDF數據關聯層是通過數據集內部的URI來實現，一個RDF三元組描述了一個數據對象，這個數據對象的客體或者主體在其他RDF三元組中也有類似的描述或者相依賴的資源，這樣就需要構建這兩個RDF數據描述間的關聯，此中情況只是針對本地數據庫中的信息資源。另一個情況擴展其他開放的關聯數據集，因為這些數據集之間已經形成了很好的數據鏈接，研究者只需要獲得相關對象的URI就可以鏈接到他們的數據集，從而把自己的數據集中的相關信息進行擴展。當把開放的數據集作為鏈接的潛在候選目標時，如下幾點應該考慮在內：（1）目標數據集中的主要領域是什么。（2）所鏈接的數據集中對象的URIs是否穩定、保持不變。（3）目標數據集和它的命名空間是否保持一致、不會隨時變化。（4）目標數據集中的RDF links是否和其他關聯數據集保持無縫的鏈接，沒有死鏈接或者空節點。
（四）信息資源應用層。為關聯數據的資源主要是通過以下方式瀏覽和檢索。（1）關聯數據主要是以URI來標識數據對象的，通過HTTP參引可以找到相應的資源RDF描述，通過數據間的RDF鏈接在這些相關的數據源間導航，獲得用戶感興趣的知識。（2）后的信息資源以RDF的形式呈現，使得一些基于RDF的瀏覽器插件成為佼佼者，比如Tabulator
Browser、OpenLink RDF Browser插件在瀏覽關聯數據方面發揮了很大的優勢。（3）SPARQL是為RDF開發的一種查詢語言和數據獲取協議，能夠接收客戶端的查詢請求，可以在關聯數據源中像SQL那樣查詢，并把結果反饋給用戶，如Wikipedia、GeoNames、MusicBrainz、DBLP bibliography這些數據集都支持這種SPARQL端點查詢訪問模式。
三、學術論文特色數據資源的知識組織的實例
（一）學術論文特色知識庫的系統結構。為了驗證前文提出關聯數據在知識組織中的優勢及框架的合理性，本文以“煙臺大學圖書館學術論文數據庫”為背景，構建了基于關聯數據的特色知識庫，遵循關聯數據的基本原則，揭示信息資源之間的內在語義關聯。
圖2 學術論文知識庫系統模型
鑒于學術論文數據庫的特點，采用D2R的方式將學位論文數據成富含語義的關聯數據。D2R Server是一個HTTP Server，支持將關系數據庫中的內容成為RDF描述形式的關聯數據。D2R提供一種可定制的映射文件：D2RQ Mapping 文件，該映射文件將關系數據庫的數據轉換為虛擬的 RDF 數據進行訪問，其中表的名字轉換成了映射文件中的類（d2rq：ClassMaps）、表中的列轉換成映射文件中的屬性（d2rq：Property
Bridges），通過映射文件中這兩個類和屬性來表示關系數據庫中的數據表間的關系以及表內不同屬性的關系。在用戶在前臺請求相關的信息實體時，D2RQ Mapping 文件會映射到關系數據庫，將查詢結果轉換為RDF描述的實體、屬性反饋給前臺界面。
（二） 學術論文資源的建模。以“煙臺大學圖書館學術論文數據庫”為主要數據源，對信息進行了預處理，歸納為論文、作者、論文主題、組織機構、論文所屬期刊五種實體類型，如下圖是它們的關系圖。
圖3 實體關系圖
本文采用SQL Server作為底層數據的存儲容器，上述幾個實體類分別包含了各自的數據項，在關系數據庫建立相應的表存儲，如：Papers、Persons、Topic、Department、Periodical表。在后臺處理的時候還要考慮數據實體間的關聯，Paper表中的作者字段必須和Persons表中的作者字段相關聯、Topics表中的論文名稱需關聯Papers表中的論文名等等。
（三）學術論文特色知識庫的實現。實現了底層數據的組織以后，就要采用D2R的方式將SQL Server關系數據庫的數據成為RDF描述數據，這樣才能使關系數據庫中的數據富含語義，數據之間形成鏈接的數據網。其實在通過D2R形式關系數據的時候，所形成的D2RQ Mapping映射文件將關系數據虛擬成為RDF格式，在上層瀏覽、查詢的時候通過此映射文件對關系數據庫進行操作。
本實例使用的是SQL Server數據庫，需要把SQL Server的驅動包放到D2R Server的lib下，在進行瀏覽、查詢的時候才能驅動數據庫。然后需要運行生成映射文件的腳本：gener
ate-Mapping [-u username] [-p password] [-d driverclass] [-o out
file.n3] [-b base uri] jdbcURL，參數的意義為：數據庫的登錄名、數據庫登錄密碼、驅動名稱、輸出映射文件名、JDBC鏈接數據庫的URL。此腳本運行后生成一個對應關系數據庫的映射文件linkeddata.n3文件，用來實現上層關聯數據的展示和查詢。
其D2RQ Mapping是基于RDFS和OWL進行描述的，自動生成的與關系數據的映射文件顯得簡單、粗糙。表之間的約束關系、關聯關系沒有形成很好的鏈接，謂詞的也是默認的表中列的值，在表達語義方面顯得蒼白無力，與外部數據源間的鏈接也需要用詞表來描述。如下
實例中用到的部分詞表有dc：title表示論文的題目，dc：data的日期，dc：author論文的作者，dc：Description對論文的描述，foaf：person說明這個類是用來描述人的，foaf：knows描述與此人有關系的人， skos：PrimaySubject描述該文獻的主題，
vcard：locality描述機構的位置。這些規范詞表的使用規范了對數據的描述，更容易讓人明白要表達的關系，另外采用規范的詞表來描述，使機器也能很好的識別，關聯數據的共享和重復利用變得更加容易。
（四）結果分析。本實例經過D2R后的關系數據庫，使得信息資源使用RDF描述，并且富含語義，能比較好的展示數據之間的語義關聯。linked data技術在知識組織中的運用，使得用戶可以通過HTML瀏覽關聯數據，還可以通過SPARQL語言實現對關聯數據的查詢。Linked data不僅可以整合內部相關的信息，使其深度序化，還實現了與外部相關數據的關聯，對分布式異構的網絡資源的整合提出了很好的解決辦法。準備好數據后在D2R的路徑下啟動服務器，運行命令d2r-server linked
data.n3，在瀏覽器中輸入：http：//127.0.0.1：2020/，即可進行關聯數據的瀏覽。以一個作者的數據為例，如下圖4所示。關聯數據化后的作者元數據的屬性和實體都是比較靈活的，都有與之相關的URI導航到作者的所屬部門、發表的其他論文、合作者等等相關的信息。
圖4 關聯數據化的作者詳細信息
其中http：//localhost：2020/data/persons/1是實體的唯一
URI，分別用實體和屬性來描述實體的，點擊圖4中屬性dc：cre
ator，可以導航到作者的描述。
圖 5 關聯數據化的論文信息
SPARQL是W3C的RDF數據工作組設計的一種查詢語言和協議，用于RDF數據的查詢。本實例也支持基于
SPARQL檢索。圖6中檢索的內容是：在煙臺大學圖書館2000年以后發表的學術論文。
圖6 基于SPARQL語言的查詢界面
結論：本文利用關聯數據對煙臺大學圖書館學術論文數據庫再組織，實現了關聯數據的html導航瀏覽、SPARQL檢索服務。深層次的序化了學術論文的關聯關系，發掘學術論文中隱含的語義信息，比如說學術論文所屬作者的合作關系、學術論文主題相關性、作者所屬部門的關聯等等，無縫的鏈接相關的信息資源，消除信息孤島使其富含語義，以知識鏈的形式呈現。
關聯數據一種輕量級的語義網實現方法，結構簡單適合混搭，沒有定義特定的實現方式和技術，只是提出了的原則和要求，因此可以不受技術的限制，定制化自己的實現平臺，其強調語義關聯、數據網絡，無疑將成為未來信息聚合、知識呈現的佼佼者。關聯數據的發展帶來了語義網的普及，基于 RDF形式存在的數據也會不斷增多，如何消費關聯數據、如何使用
SPARQL語言進行語義發現將會成為研究熱點。
參考文獻：
[1] 劉煒. 關聯數據：概念、技術及應用展望[J]. 大學圖書館學報，2011（02）：05-12.
關鍵詞：數字電視，圖文信息，接口
1引言
數字電視圖文信息服務系統建立的目的主要是為了更好的給用戶提供所需的關于醫療衛生、教育教學、農產品價格和供求等相關信息，對信息資源做到集中管理、共享訪問，最終形成一個有一定規模的圖文信息服務系統。論文參考，圖文信息。為了使各部分模塊之間能夠順暢的銜接，本文介紹了數字電視圖文信息服務系統接口的設計方案。
2圖文信息服務系統外部接口的設計
2.1與門戶的接口
圖文資源中心作為一個獨立的平臺，與門戶登陸系統之間通過接口傳送機頂盒登陸數據信息，如圖1所示。
圖1 門戶系統接口結構圖
門戶系統接口：功能是獲得當前機頂盒的MAC地址。論文參考，圖文信息。
接口協議：通信采集用HTTP協議，通信的數據格式采用XML1.0標準。
2.2與合作方網站的接口
對于開放站點數據庫的合作方，由于不同的合作方其數據庫結構也不盡相同，因此在圖文采集子系統的數據遷移模塊中，分析合作方數據庫結構的協議需要與開放站點做接口。
傳輸數據：合作方向資源中心提供的信息數據。
接口協議：合作方數據源的數據格式協議。論文參考，圖文信息。與開發站點數據庫的通信采集JDBC2.0標準；與XML格式數據源通信，數據格式采用XML1.0標準。
2.3短信平臺接口
此接口留待擴展，當用戶選擇接收手機短信時，有新的留言信息會有手機短信提示，可和現有的短信平臺對接，實現圖文的短信增值。
傳輸數據：留言發件人、留言標題、留言正文。
接口協議：與留言系統數據庫的通信采集JDBC2.0標準；與短信平臺接口數據格式符合短信平臺的協議。
2.4與中小學教育信息系統（PSTIM）接口
2.4.1數據同步
數據同步部分主要功能是基于TCP協議建立socket連接的方式，將中小學教育信息系統中的年級、年級所學科目、年級所學科目版本、知識點、教學周等信息傳遞過來，并將此信息轉化為圖文欄目層次的數據關系，通過此關系可以對學習資料圖文信息進行組織。在圖文中PSTIM傳遞而來的數據將組成為圖文中一個子系統進行管理。
1.接口結構圖
圖2PSTIM門戶系統接口結構圖
2.協議和規范：
TCP協議：從PSTIM中獲取數據采用的協議。
JDBC：數據轉入圖文數據庫中遵守的規范。
HTTP：接口程序與圖文數據庫通信采用的協議。
3.接口實現：
接口實現分為五個模塊(類)：中間表、socket通信模塊、傳輸數據分析模塊、數據結構轉化模塊、圖文庫操作模塊。論文參考，圖文信息。
1) 中間表：
圖3 接口圖文與中小學教育數據結構圖
2) Socket通信模塊：
采用成熟的基于TCP協議的socket通信的代碼搭建。根據雙方溝通和《教學管理系統與EPG等系統的接口協議.》文檔，接口同步程序作為socket通信的客戶端。論文參考，圖文信息。根據配置的IP和PORT向服務端發送數據請求。論文參考，圖文信息。服務端數據發生變化由系統外通知，數據通信請求由手動方式觸發。
3) 傳輸數據分析模塊：
傳輸數據分析類根據文檔《教學管理系統與EPG等系統的接口協議》制定數據傳輸協議編寫。
4) 數據結構轉化模塊：
數據結構轉化完畢后在欄目表中層次結構為：中小學教育信息系統－>年級－>年級所學科目－>年級所學科目版本－>知識點－>圖文學習資料。轉化完畢在圖文中中小教學系統傳遞而來的數據作為一個圖文中一個子系統進行管理。
數據同步完畢后在接口圖文與中小學教育表中層次結構為年級－>年級所學科目－>年級所學科目版本－>知識點。
5) 圖文庫操作模塊：
該模塊主要由操作欄目和操作接口圖文與中小學教育兩個表。功能分為：
a) 對這兩個表進行插入、修改、更新操作。
b) 獲得同步數據在圖文中所屬的rootid。
c) 刪除欄目（刪除其下所有子欄目和信息）。
3總結
數字電視圖文信息服務系統為數字電視增值業務的發展提供了更為廣闊的平臺，設計適合信息服務平臺各類信息模塊聯接的接口，是圖文信息服務系統中的重中之重。本文所設計的方案，滿足了各模塊之間的信息交互，為數字電視增值業務的發展奠定了堅實的技術基礎。
參考文獻：
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1．
本課題所涉及的問題在國內(外)的研究現狀綜述
1.1．課題背景簡介
隨著WWW應用領域的不斷拓展,人們已不滿足于只用Web服務器瀏覽和靜態的信息,人們需要通過它發表意見、查詢數據甚至進行網上購物。原來的靜態Web頁面已經滿足不了用戶對信息服務的動態性、交互性的要求。這就迫切需要實現Web與數據庫的交互。
Web與數據庫這兩者結合意味Web數據庫將存儲和管理大量重要數據，然兒一但它們被盜用或篡改，可能會帶來巨大的政治和經濟損失。基于廣域網的Web數據庫訪問會帶來很大的安全問題。首先是數據庫的非法訪問；另一方面數據通過網絡傳輸，可能被截取、篡改。還有黑客的攻擊可能使系統癱瘓。
在動態Web不斷發展的今天，人們對其依賴性也越來越強，但由于其開放性，在設計時對與信息的保密和系統的安全考慮不完備，及人們對保護數據庫的安全意識薄弱，造成現在數據庫攻擊與破壞事件層出不窮，給人們的日常生活和經濟活動造成了很大麻煩。因此，研究網絡環境下的Web數據庫系統的安全保障已經成為了重要的課題。
1.2．課題發展現狀
目前Web技術與數據庫管理系統(DBMS)相互融合的研究已成為熱點研究方向之一。但是由于Internet本身并沒有提供任何安全機制，所以Web數據庫系統對于外界攻擊的防衛能力顯得十分脆弱，以至Web數據庫被攻擊事件屢有發生。
1.2.1．Web數據庫系統的產生與發展
隨著互聯網Internet的不斷發展，以及網上信息呈幾何級數的增加，同時由于傳統的數據庫管理系統中的數據庫資源不能被Web直接訪問，影響了數據庫資源的共享。如何將分布在Internet上的大量信息有效的管理起來，如何使現有的數據庫中的信息到Internet上，而且使的信息具有交互性、動態性和實時性，也就是將Web技術和數據庫技術想結合，開發動態的Web數據庫應用，成為當今Web技術研究的熱點所在。數據庫技術適于對大量的數據進行組織管理，Web技術擁有較好的信息途徑，這兩種技術天然的互補性決定其相互融合成為技術發展的必然趨勢。
1.2.2．Web數據庫應用系統安全威脅分析
為了讓數據庫能為處于網絡上的用戶服務而暴露在網絡中，網絡上的任何用戶都可以訪問這個數據庫，這種情況下對數據庫訪問的控制只能通過用戶控制既用戶名/密碼來進行。任何知道密碼的擁護都可以訪問，這增加了密碼保護管理的難度，同時用戶名/密碼通過Internet傳輸很容易被人竊取。
其次，數據應用放讀取的數據是通過Web傳輸，而這些數據缺乏有效的安全措施保護，從而可能被截取、篡改。
另外，Web數據庫中存儲著大量的數據信息，往往成為信息系統的關鍵，這就需要數據庫及數據庫所在的計算機能夠安全運行。數據庫放在Internet中很容易受到黑客的各種攻擊。
隨著網絡信息系統的應用，數據庫遠程訪問的安全問題日益突出。這個問題可采用網絡傳輸加密，用戶身份認證等安全措施解決。但由于日前的主
審計
防
認
數
訪
用戶
火
證
據
問
墻
服
加
控
Web數據庫服務器
務
密
制
備份
圖1數據庫安全模型
流數據的網絡傳輸部分都由數據庫廠家來完成，恰恰缺少這些安全措施，因此上述安全技術在普通的數據庫系統中難以直接應用。另外利用操作系統和數據庫管理系統提供的安全保護功能是常用的數據庫安全解決方案。但是Internet本身并沒有提供任何安全機制，只要Web站點和Internet連通，就可能被任何人訪問。
Web數據庫受到的威脅大致包括泄漏、竊取、竄改、冒充、延遲、重傳、遺失、越權存取數據、否認已收送數據及侵犯隱私權等。
1.2.3．數據庫安全結構模型
Web數據庫安全威脅涉及許多方面，我們認為安全措施應綜合考慮，具體可以采用下列技術措施：(1)安裝防火墻；(2)身份認證和數據完整性認證服務；(3)對機密敏感的數據進行加密存儲和傳輸；(4)訪問控制機制；(5)安全審計和監視追蹤技術；(6)數據庫備份與故障恢復。Web數據庫安全模型見圖5。
1.3．文獻綜述
文獻一：竇麗華，蔣慶華，等.基于Web的信息系統安全研究.北京理工大學學報.2002.6，22(3)：361-363.
摘要：研究基于Web的信息系統的安全問題及如何充分并合理地利用操作系統、Web服務器和數據庫管理系統所提供的安全設置，以有效地保證信息系統的安全性.利用應用程序所具有的靈活性，可以彌補操作系統、Web服務器和數據庫管理系統的安全漏洞，結合某單位業務信息系統的案例，分別從操作系統、Web服務器、數據庫管理系統、應用程序4個方面對安全問題進行分析，同時給出了建議.
文獻二：曾愛林.基于Web的網絡數據安全體系的建立與完善.湘潭師范學院學報.2004.6，26(2)：69-72.
摘要：隨著Web數據庫的應用越來越廣泛，Web數據庫的安全問題日益突出.本文從介紹幾種流行的Web數據庫訪問技術出發，針對Web數據庫的安全問題，建立一個Web數據庫安全體系的初步模型，并指出安全問題應以預防為主,應該在構建Web數據庫服務器時，及時進行漏洞檢測、風險評估,根據檢測結果，有意識地加強數據庫服務器某方面的防范措施.
文獻三：王惠琴，李明，王燕.基于Web的數據庫安全管理技術與實現.2001.4.27
(3)：61-67.
摘要：隨著
Internet/Intranet
技術的發展和普及,Web數據庫已逐步取代基于傳統的
Client/Server
模式的數據庫系統,因此對于基于Web的數據庫安全管理技術的研究具有實際意義.介紹了目前常用的幾種Web數據庫的連接技術，并結合ASP技術對如何利用防火墻、身份認證、授權控制、監視跟蹤、存儲過程、審計、備份與故障恢復等技術來實現數據庫的安全管理進行了詳細的闡述.
文獻四：王燕，李明，王惠琴.Web數據庫的連接技術及安全控制.計算機工程與應用.2001.2，P126-128.
摘要：隨著
Internet/Intranet
技術的發展和普及，Web
數據庫必將逐步取代基于傳統的
Client/Server
模式的數據庫系統.對于數據庫與Web技術融合的研究具有實際意義.文章就目前常用的幾種Web數據庫的連接技術進行對比分析，并對利用ASP技術實現Web與數據庫的連接和Web數據庫系統的安全控制進行了詳細闡述.
文獻五：吳春明，鄭志強.基于Web數據庫加密研究.西南農業大學學報.2004.4，26(2)：121-126.
摘要：計算機和網絡技術的廣泛應用，給信息安全提出了更高的要求,在信息系統開發設計過程中，安全性能總是被放在首要的位置，成為信息系統生存的關鍵.數據庫是基于WEB信息系統的核心組成部分,面臨來自外部和內部的雙重威脅，對其進行加密處理，是進行數據保護的有效手段.文章提出了一種基于JCE的WEB數據庫加密模型，并對模型進行了行為分析及安全性分析.
文獻六：帥兵.Web數據庫系統開發技術研究.安徽機電學院學報.2001.6，16(2)：29-32.
摘要：利用Web服務器的信息服務能力和數據庫服務器的數據管理能力來構造信息服務系統已成為人們關注的熱點，其開發技術的關鍵是數據庫網關的實現.介紹了目前采用的傳統Web數據庫解決方案中數據庫網關實現幾種技術：CGI、IDC、ASP、JDBC，并分析了其缺點，提出了一種的新的Web數據庫解決方案.
文獻七：徐鋒，呂建.Web安全中的信任管理研究與進展.軟件學報.2002.13.(11)：2058-2064.
摘要：信任管理是當前
Web
安全研究的熱點.介紹了信任管理思想的出現,給出了信任管理的概念和模型，并概述了幾個典型的信任管理系統和信任度評估模型.討論了當前研究存在的問題以及今后的研究方向.
文獻八：韓效鵬，官法明，等.關于Web數據庫安全性問題探討.勝利油田師范專科學校學報.2004.12.18(4)83-85.
摘要：按照DBMS對數據庫安全管理的思想，在基于Windows環境的Web數據庫應用中，安全控制問題主要包括如何有效地對通過頁面訪問的數據庫中的數據進行保護，實現數據庫級別的分權限訪問等.在實施過程中，可使用用戶身份認證、授權控制、使用日志監視數據庫、參數化存儲過程等安全管理技術來構筑管理信息系統的安全體系.
文獻九：楊成，王恒山，張乾宇.Web數據庫在線維護方法研究.
上海理工大學學報.2003.6.27(4)：40-43.
摘要：本文討論了結合互聯網數據中心(IDC)的服務器托管形式下對網站Web數據庫在線維護的形式和內容.并以上海理工大學管理學院學院網站為例，介紹了如何利用JSP動態網頁編程語言和JavaBeans來方便、快捷地實現對學院網站Web數據庫在線維護功能.
文獻十：賀紅，徐寶文.Web信息系統的安全隱患與網絡管理員對策.計算機工程與應用.2005.18，P151-153.
摘要：基于Web的信息系統安全性體系大致分為網絡系統、操作系統、Web服務器及應用程序和Web數據庫等多個層次，該文分別闡述了造成各層次安全隱患的主要原因，以及從網絡管理員的角度出發，在各安全層次上消除和減少安全隱患的實用性安全對策.
2．設計(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法（論文框架）
2.1．Web數據庫應用系統要解決的問題
2.1.1．用戶身份認證
基于Web的數據庫應用系統中包含大量的敏感數據和機密數據，為保證系統數據在存儲時和網絡傳輸時不被未經授權的用戶訪問或解讀，可以利用用戶名來標明用戶身份，經系統鑒別用戶的合法性后，再利用口令進一步核實用戶身份。為保證口令的安全性，在口令的提交過程中，可以利用安全套接字協議（SSL），通過使用公共密鑰和對稱性加密提供非公開通信、身份驗證和消息集成。
2.1.2．授權控制
經身份認證的合法用戶根據自己的權限來訪問系統，因此用戶的授權管理機制甚為重要，其嚴密性將直接影響整個系統的安全性。在該安全體系中，可以利用Windows
NT的NTFS和DBMS的用戶角色在不同層次分別對用戶權限進行限制。
2.1.3．監視跟蹤
日志系統具有綜合數據記錄功能和自動分類檢索能力。完整的日志不僅要包括用戶的各項操作，而且還要包括網絡中數據接受的正確性、有效性及合法性的檢查結果，為日后網絡安全分析提供可靠的依據。
2.1.4．存儲過程
在基于Web的數據庫應用系統中，可通過建立參數化的存儲過程實現數據庫的訪問，這通常是增強Web安全的一個最佳方案。
2.1.5．輸出數據HTML編碼
輸出數據HTML編碼是指在將任何數據返回給用戶前應采用HTML編碼，以防止跨站點的腳本攻擊。因為攻擊一旦破壞了數據庫，便可向記錄中輸入腳本，次腳本隨后返回給用戶并在瀏覽器中執行。通過HTML編碼，可將大數腳本命令自動轉換為無害文本。
2.1.6．中間件技術
隨著網絡數據庫朝分布式方向的深入發展，加上Internet上異構數據庫的普遍存在，上述單獨的數據庫管理系統的安全管理能力越發顯示出它的局限性。因此需要有在邏輯層次位于DBMS之上能覆蓋具體差異、邏輯功能上能同意管理、同時可與用戶進行交互的中間件部分。
最基本的中間件技術有通用網關接口(CGI)、Internet數據庫連接器(IDC)，Microsoft最近開發的ActiveXDataObject技術(ADO)，它提供了高效率的ODBC數據庫或OLE-DB數據庫來源的鏈接功能。
基于數據庫訪問數據庫的原理如圖1所示。
2.2．研究方法
本課題采用以文獻資料法和比較研究法相結合，以文章的全面性，系統性，專業性為目標，讓讀者清楚的知道Web數據庫的含義，發展現狀，以及如何更好的保證Web數據庫的安全。
3．本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路
本課題主要討論Web數據庫產生與發展和存在的安全性問題，重點研究Web數據庫保護的具體方法。以縱向且全面的方式分析Web數據庫的安全問題。
主要涉及內容：
1對身份認證的加密方法
2如何安全地設置Web和數據庫權限
3如何更好地對CGI應用程序進行編程
Web瀏覽器
Web服務器
中間件
Web數據庫
圖2基于中間件技術訪問數據庫
論文研究內容確定
安全解決方案的研究
研究工作總結，形成論文
Web數據庫安全性分析
文獻檢索
課題調研
4．完成本課題所必須的工作條件(如工具書、實驗設備或實驗環境條件、某類市場調研、計算機輔助設計條件等等)及解決的辦法
4.1．具備一定的實驗設備和實驗條件：
有專業知識作為基礎，有文獻資源豐富的網站，擁有自己的電腦及為實驗提供的機房，并有專業的老師進行輔導。
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5．設計(論文)完成進度計劃
第1—3周：課題調研、資料收集，完成開題報告
第4—6周：結合課題開展畢業實習
第7—11周：實驗研究
第12—13周：完成論文初稿
第14—16周：完成論文終稿并答辯
6．指導教師審閱意見
指導教師(簽字)：
年
月
日
7．教研室主任意見
教研室主任(簽字)：
系(簽章)
年
月
日
關鍵詞:實時數據庫;體系結構;實時數據模型
中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)26-7437-02
隨著計算互聯網技術的飛速發展,信息資源的經濟價值和社會價值越來越明顯,建設以數據庫為中心的信息系統和應用系統,對于提高企業的效益、提高工作效率具有重要意義。在這種背景下,實時數據庫成為近年來在數據庫技術全新發展過程中產生并蓬勃發展起來的數據庫領域的一個新分支,實時數據庫的應用領域也在不斷擴展,但目前在實時數據庫的研究文獻中還很少對數據建模問題進行專門研究,論文重點針對實時數據庫系統在鐵路信號監控中應用進行研究,具有一定現實意義。
1 實時數據庫系統關鍵技術
實時數據庫系統是在數據庫技術和實時技術基礎上產生的研究領域,與傳統的數據庫系統有著本質差別,實時數據庫系統主要是利用數據庫技術來解決實時系統中的數據管理問題,并不是在概念、結構和方法上的簡單集成,設計實時數據庫系統主要涉及如下關鍵技術:
1.1 實時數據模型
實時數據庫領域首先要研究解決的主要問題,具體包括:開發實時數據模型,設計允許用戶說明實時數據模型中所含的語義知識的和使用戶能以各種方式使用的實時數據定義和查詢語言、說明“復雜事務”的結構及相互作用的實時事務執行說明語言。通常的層次、網狀和關系模型都不能描述有關時間的信息,當前有兩種修改關系模型以進行實時查詢處理的方法:①使用“近似關系”集。為了查詢的及時評價,需要為各種關系定義其近似關系,再反復地修改近似關系以獲得更接近的結果和更好的查詢響應。②使用關系的“片段網格”以改善查詢處理。
1.2 實時事務模型
在實時數據庫系統中由于實時事務結構更加復雜、事務之間有多種交互,實時事務模型主要為滿足更加復雜的實時事務處理而設計,主要包括嵌套、分裂/合并、合作、通信等事務模型。在實時查詢/事務的接納管理方面,查詢/事務的性能依賴于可以使用的內存量。當有足夠的內存時,絕大多數查詢/事務就可簡單地一次性讀取它們操作的數據,且直接產生所需結果。若給定較少的內存,只要給定的量超過查詢/事務的最小內存需求,大多數事務可以通過一定的數據I/O仍然可以運行。為了幫助事務獲得期望的性能級別與定時限制的滿足,實時數據庫系統需要通過接納比其最少的內存容納事務數更多的事務來提高并發度。
1.3 實時事務處理
主要是針對實時數據庫系統中事務的定時限制,按照事務截止期控制實時數據庫系統中事務的執行順序,確定實時事務的優先級,并按照優先級實現實時事務調度。在實時數據庫系統中,實時事務處理降低了傳統可串行化并發控制的嚴格程度,更加關注數據的實時性,因此,實時事務處理在并發控制方面“放松的可串行化”或“暫緩的可串行化”。
2 面向鐵路信號監控的實時數據庫系統總體方案
本論文結合實際應用需求提出面向鐵路信號監控的實時數據庫系統方案框架,它是適應高技術條件下管理要求,設計實現集成、開放、模塊化的人機界面,與其它商用實時數據庫系統相比,系統在設計過程中忽略了一些不常用的次要功能,注重各功能的模塊化、標準化和開放性,突出了數據采集的實時性、顯示的直觀性、增強了數據分析能力和事務的處理能力,主要包括系統實現方案框架和實時數據模型總體設計思路。
2.1 實時數據庫系統方案框架
面向鐵路信號監控的實時數據庫系統的方案框架主要包括如下三部分,具體如下:
1) 實時數據管理系統:運行于實時數據庫服務器,主要功能是系統進程管理、數據存儲和數據服務。這是整個系統的核心,要求它運行穩定、功能強大、可處理不同類型的數據點,并能對歷史數據進行壓縮進而長久保存。
2) 設備數據接口:用于實時數據庫系統和指揮中心等數據源之間的數據交換。這個設備數據接口要求是多功能、多層次、多服務對象的標準設備數據接口。它不但能和實時數據庫進行數據交換,還要能給關系數據庫提供數據。
3) 實時數據上層應用工具包用于實時數據及歷史數據查詢和分析應用程序。
2.2 實時數據模型總體設計框架
本論文的實時數據模型方案設計主要以劉云生等提出的實時數據模型方案為基礎,結合本系統結構及其功能需求,在傳統數據模型的基礎之上,把時間概念擴展進去,以滿足實時應用的定時限制的要求。本系統實時數據模型總體設計思路如下。
3 實時數據庫系統數據模型方案
針對實時數據庫系統的數據采集、存貯、管理、查詢、分析、處理等關鍵功能,系統對“實時性”和“準確性”的要求非常嚴格,為此實時數據模型的操作應該包括時間關系代數操作、數據的時間一致性限制、事件及事務的時間限制等關鍵因素。實時數據模型主要包括如下三個部分:一組對象及其結構、一組操作和一組(關于對象與操作的)約束,其中的約束與傳統數據模型相比更突出地包括時間限制,即:(1)定義實時數據對象及其結構集合(RTDO);(2)定義施加于RTDO的一般數據操作和時間關系代數操作(RTOP);(3)定義對于RTDO和RTOP的完整性與一致性限制及實時限制(RTC)。
3.1 RTDO實時數據對象
實時數據對象包含如下三種類型:映像對象(IMO)、導出對象(DEO)和常量對象(COO)。映像對象是被實時寫入實時數據庫的RWO(現實世界中的對象)值的數據對象,即一個IMO就是一個RWO在特定時刻的映像。導出對象(DEO)是經過事務的執行,通過一組IMO和/或其他數據對象計算得到。常量對象(COO)可以看作實時數據庫的對象,也可以不是實時數據庫對象。如果是實時數據庫對象,COO可當作實時數據的特例,不隨時間而改變,時標為系統初建時刻(設為t0),有效期的上限為“當前”(tc)。
基于以上分析,從實時數據對象的角度設計實時數據庫Trss:設CYO(VO,ti)表示在時刻ti對現實世界中可變對象集合VO的采樣操作;F(CO)表示對現實世界中常量對象CO的一次性取值,VO和CO都是RWO的子集。DO表示一個數據對象的集合,它是實時數據庫Trss的子集;JSC(DO)表示對DO的計算操作;IMOn表示當前映像對象集,IMO1,IM02……IMOn-1表示數據庫的存儲映像對象集。
Trss={IMO, DEO, COO};
IMO={IMO1, IMO2,...IMOn};
IMOi=CYO(VO,ti), VO?哿RWO,(I=1,2,...n);
COO=F(CO),CO?哿RWO;
DEO=JSC(DO),DO?哿Trss
其中COO表示對時間不變的對象的集合,IMO表示映像對象的集合,DEO表示導出對象的集合。
3.2 RTOP時間關系代數操作
關系代數是關系數據操縱語言的一種傳統表達方式,它是由關系的運算來表達查詢的。基于Trss系統的需求設定了選取、投影、差、并四種時間關系代數操作。
時間選取:為選取針對屬性和/或有效期指定的滿足條件F的數據對象。F可以是關于屬性值的傳統表達式,也可以是關于有效期VI的時間條件表達式,或兩者都包括。被選取的數據對象的值和有效期均不變。
時間投影:為選取由A指定的屬性值和/或有效期VI,構成一個新的關系。若A中未指定VI則其結果對象均為常量對象,否則結果對象中具有相同值的對象可進行時間歸并。對有效期VI的投影等價于返回各對象O的有效期的函數VI(0)。
時間差:具有相同值但有效期不一定相同的對象。設R,S為兩個數據對象集,其時間差P=R-S定義為:對于R中的任一Xi,僅當S中有Xj使得xi=xj,且VI(xi)屬于VI(xj)時,xj不屬于P;否則xj屬于P,此時VI(xi)=VI(xi)-VI(xj)。
時間并:兩個具有相同值和不同有效期的數據對,還需要維護有不同有效期而有同樣值的IMO對象的完整性,在實際應用過程中,主要通過引入“時間歸并”操作來實現。
3.3 RTC時間限制
數據的時間一致性:實時數據庫Trss是相應現實世界的直接映像,Trss實時反映現實世界狀態的任何變化,并實現對現實世界的實時表示。數據對象的時標足夠接近真實時間,使數據庫的狀態能反應現實世界的“當前”狀態。如果數據對象的時間在當前時間的某個指定閾值范圍內,實時數據庫Trss中該對象與外部一致。
事件的時間限制:對于Trss系統中的各種實時應用活動總是由一事件來觸發和標志,即每一活動有一與之相聯的事件,因此,施加于活動(事務)的某些實時限制來自于事件的限制。實時事務由事件驅動,事務的定時限制有的則表現為相聯事件的限制。
4 結束語
論文提出了鐵路信號監控的實時數據庫的體系結構,基于實時數據庫的功能需求提出了實時數據模型的設計思想,根據設計思想,對實時數據模型進行設計,體現出了實時數據模型不同于傳統數據模型的突出特點,在模型上加上了時間概念,包括數據的時標、事件的時間限制。
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