[发明专利]确保时态一致性的实时并发控制方法

说明书

【技术领域】：本发明属于实时数据库领域。通过在传统的实时并发控制方法中引入时态一致性检查机制和相似性思想，很好地满足了时间关键类应用在时态一致性与实时性两方面的需求。

【背景技术】：实时数据库系统是事务和数据都可以有定时限制的数据库系统，系统的正确性不仅依赖于事务执行的逻辑结果，而依赖于逻辑结果产生的时间。实时数据库系统中事务的定时限制典型地表现为事务的截止期。一个事务若在规定的截止期后完成，结果将变得毫无价值，甚至还可能带来灾难性的后果。数据的定时限制表现为时态数据的有效期，时态数据仅在其有效期内有效。

实时数据库系统通常应用在一些时间关键类应用中，如自动驾驶、机器导航、实时监控、股票交易、军事作战指挥系统等。上述应用一方面需要实时数据库系统维护大量的共享数据，另一方面其应用活动有很强的时间性，要求在一定的时刻或一定的时期内自外部环境采集数据、按彼此之间的联系来处理采集的数据并做出及时的响应。同时，它们处理的数据往往是“短暂”的，即只在一定的时间范围内有效，过期则对当前决策或推导无意义。

传统的实时并发控制方法主要着眼于如何尽可能地减低事务错过截止期的比率，而忽略了实际应用中事务对所存取的数据对象有时态一致性需求。如在病人监控系统中，病人的心跳、温度、血压等特征被周期性的获取并写入数据库，监控事务读取病人的心跳、温度、血压数据，并以此为依据来触发相应的控制信号来向医生报告病人的状态，这不仅需要确保监控事务能在规定的截止期内完成，而且需要确保监控事务读取的是有效并且时态相互一致的数据。典型时态相互不一致的情况为：监控事务读取的心跳数据是时刻T_i采集、写入的，而读取的温度、血压数据则是在一定时间间隔后，如在时刻T_i+5采集、写入的。显然，基于上述数据的推断可能导致错误的病情报告。

传统的实时并发控制方法没有考虑到时间关键类应用的时态一致性需求，因而不能确保事务存取的数据总是满足时态一致性。为此，需要研究能确保时态一致性的实时并发控制方法，同时满足时间关键类应用在时态一致性与实时性两方面的需求。然而，确保时态一致性与确保高的实时性能这两方面往往相互冲突，通常实现某方面往往以牺牲另一方面为前提，因此，研究能同时满足时态一致性和实时性两方面需求的并发控制方法是一项具有挑战性的研究课题。

在时间关键类应用中，时态数据对象是外部客观环境在计算机内的逻辑表示，时态数据对象的值通过各种传感器采样获得，并被周期性地写入数据库中。由于把采样值写入数据库就存在一定的延时，因此写入数据库中的值已经不是外部客观环境的绝对精确的反映，所以在时间关键类应用中通常允许一定限度内的短暂的不一致存在。传统的冲突可串行化标准对时间关键类应用而言，显得过于严格，为此，本发明方法通过引入相似性的思想，来放宽对可串行化的要求，从而高效地提高实时性能。

【发明内容】：本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种既能满足时态一致性需求又能确保系统实时性能的实时并发控制方法。

本发明提供的确保时态一致性的实时并发控制方法，首先给出了时态一致性的形式化定义；然后给出了数据相似与操作相似的形式化定义；进一步提出了相似可串行化标准；在上述基础上，对传统的实时并发控制方法——高优先级两段锁(HP-2PL)方法进行改进，通过引入时态一致性检查机制和相似性思想，提出了既能满足时态一致性需求又能确保系统实时性能的实时并发控制方法。

该方法具体描述如下：

第1、时态一致性的形式化定义

第1.1、本发明方法描述中将使用的一些符号及其含义见表1：

表1符号及其含义

第1.2、定义1时态数据对象：时态数据对象X定义为一个三元组：X::＝＜V(X)，ST(X)，VI(X)＞；其中，V(X)表示X的当前状态或值；ST(X)表示采样时刻，即采样X所对应的外部客观环境某一特征量的时间；VI(X)表示X的有效期，即自ST(X)算起，V(X)具有有效性的时间长度；

第1.3、定义2外部一致性：时态数据对象X被称为满足外部一致性，如果有ST(X)+VI(X)≥T_c成立，这里，T_c表示当前时刻；

第1.4、定义3相互关联集：用来做决策或导出新数据的一组时态数据对象称为一个相互关联集；