2.1.1 Mơ tả cấu trúc mơ hình chia sẻ dữ liệu ngang hàng
Trong phần này chúng tơi trình bày cấu trúc mơ hình chia sẻ dữ liệu trong mạng ngang hàng không dây đã đề xuất và được đặt tên là MIX-GROUP.
Hình 2-1 Kiến trúc mơ hình quản lý chia sẻ dữ liệu MIX-GROUP
Mơ hình quản lý chia sẻ dữ liệu trong mạng ngang hàng không dây MIX-GROUP được thể hiện ở Hình 2-1. Chúng tơi giả định trong mơ hình gồm có một trung tâm dữ liệu chính, gọi là Base Station (BS) hoặc Server và một số trạm truy vấn dữ liệu di động, được gọi là Mobile Host (MH) hoặc là Mobile User (MU). BS là nơi cung cấp dữ liệu cho toàn bộ MH trong hệ thống. Mỗi BS có một vùng cung cấp dịch vụ/dữ liệu, các MH nằm trong vùng cung cấp dịch vụ của BS sẽ được sử dụng dịch vụ do BS cung cấp. BS và MH liên lạc với nhau thông qua mạng không dây. MH được xem là các thiết bị di động được người dùng sử dụng để truy vấn dữ liệu hoặc cung cấp cấp dữ liệu cho các MH khác trong hệ thống. Mỗi MH cũng có vùng cung cấp dịch vụ/dữ liệu của riêng nó. Các MH có cùng vùng giao tiếp với nhau thì sẽ liên lạc trực tiếp với nhau qua một bước nhảy (gọi là hop), ngược lại các MH khác vùng giao tiếp với nhau sẽ liên lạc với nhau thông qua các MH trung gian, nghĩa là việc thực hiện giao tiếp này phải thông qua k bước nhảy (k >1). Liên lạc giữa các MH với nhau được thực hiện thông qua mạng ngang hàng không dây. Việc chia sẻ quản lý và chia sẻ dữ liệu giữa các MH được xem là ngang hàng, do vậy mỗi MH có thể vừa đóng vai trị u cầu dữ liệu và vừa có thể đóng vai trị cung cấp dữ liệu cho các MH khác trong hệ thống. Việc chỉnh sửa dữ liệu trong hệ thống chỉ được phép thực hiện bởi BS, các MH khơng có quyền hiệu chỉnh dữ liệu.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động tìm dữ liệu trên mơ hình
Trước khi trình bày về nguyên lý tìm kiếm dữ liệu, chúng tôi giới thiệu một số khái nhiệm liên quan đến MH nguồn, MH vùng và MH mạng để người đọc tiện theo dõi. MH nguồn là MH đưa ra yêu cầu truy vấn. Các MH vùng của MH nguồn là các MH giao tiếp với MH nguồn trong phạm vi một bước nhảy (hop). Các MH mạng của MH nguồn đang xét là
SERVER/BS BS MU MU MU MU MU MU MU Wireless Network Service Zone of MU P2P Wireless Network Service Zone of BS
các MH giao tiếp với MH phải thông qua k bước nhảy (k 2 bước nhảy). Hình 2-2 minh họa chi tiết cho các loại MH gồm: MH nguồn, MH vùng và MH mạng. Cụ thể giả sử chúng ta có MH 1 là MH nguồn (MH đưa ra yêu cầu truy vấn); các MH vùng của MH 1 là MH 3, MH 8, MH 9; các MH mạng của MH 1 là MH 4, MH 2, MH 6, MH 7.
Hình 2-2 Minh họa MH nguồn, MH vùng, MH mạng
Hình 2-3 Nguyên lý của qui trình tìm kiếm dữ liệu
Trong mơ hình cộng tác chia sẻ dữ liệu, chúng tơi sử dụng kỹ thuật dùng kho lưu trữ lại để quản lý chia sẻ dữ liệu giữa các MH trong hệ thống này. Nghĩa là, các MH sẽ lưu trữ lại kết quả dữ liệu truy vấn tại kho lưu trữ cục bộ của chúng (local cache) để phục vụ cho các lần truy vấn sau hoặc truy vấn từ các MH khác. Mỗi MH khi có nhu cầu truy vấn dữ liệu (MH này được gọi là MH nguồn), đầu tiên nó sẽ tìm kiếm dữ liệu u cầu tại kho lưu trữ cục bộ của chính nó. Nếu dữ liệu được tìm thấy thấy qui trình tìm kiếm dữ liệu kết thúc. Nếu dữ liệu khơng được tìm thấy hoặc tìm thấy nhưng khơng đầy đủ tại kho dữ liệu lưu, MH nguồn sẽ gởi yêu cầu truy vấn dữ liệu còn thiếu đến các MH vùng để yều cầu truy vấn dữ liệu (MH vùng là các MH giao tiếp với MH nguồn thơng qua một bước nhảy. Nếu dữ liệu được tìm thấy tại các MH vùng đáp ứng đầy đủ cho yêu cầu truy vấn của MH nguồn, thì quá trình xử lý truy vấn dừng, ngược lại MH nguồn tiếp tục gởi yêu cầu truy vấn cho các đơn vị dữ liệu cịn thiếu đến các MH ngồi vùng (MH ngồi vùng là MH liên lạc với MH nguồn thơng qua k bước nhảy, k > 1). Nếu dữ liệu được tìm thấy tại các MH ngồi vùng thì q trình tìm kiếm
3 1 8 9 4 2 6 7 MU nguồn MU nguồn
dữ liệu kết thúc, ngược lại MH nguồn sẽ gởi yêu cầu truy vấn dữ liệu đến BS để yêu cầu dữ liệu. Nguyên lý quá trình tìm kiếm dữ liệu được minh họa ở Hình 2-3. Dữ liệu được định nghĩa tìm kiếm trong kiến trúc là các đơn vị dữ liệu đơn giản, không được gắn cụ thể vô ngữ cảnh của loại ứng dụng, và các đơn vị dữ liệu này được phân biệt thông qua định danh riêng.
2.1.3 Kiến trúc chi tiết tại mỗi MH
2.1.3.1 Mô tả kiến trúc tại mỗi MH
Với nguyên lý hoạt động của hệ thống như vậy, tiếp theo trong phần này chúng tơi trình bày chi tiết kiến trúc tại mỗi MH được thể hiện minh họa ở Hình 2-4. Trong kiến trúc các MH có thể liên lạc với nhau thông qua mạng vô tuyến và mỗi MH gồm có ba tầng xử lý chính: Tầng ứng dụng , Tầng xử lý cộng tác dữ liệu, Tầng mạng.
Hình 2-4 Minh họa cấu trúc xử lý tại mỗi MH
a) Tầng ứng dụng:
Tầng ứng dụng có nhiệm vụ nhận yêu cầu dữ liệu của người dùng, chuyển yêu cầu
đến cho Tầng xử lý cộng tác dữ liệu xử lý, sau đó trả kết quả về cho người dùng. Người dùng không cần biết về kiến trúc mạng, trạng thái mơ hình mạng, phương thức xử lý của
tầng xử lý cộng tác dữ liệu, người dùng nhận kết quả trả về như là một MH cục bộ. b) Tầng xử lý cộng tác dữ liệu:
Tầng xử lý cộng tác dữ liệu là tầng xử lý chính được xây dựng tại mỗi MH. Mục đích của Tầng xử lý cộng tác dữ liệu là quản lý kho dữ liệu cộng tác giữa các MH trong hệ thống. Khi
có yêu cầu truy vấn dữ liệu do Tầng ứng dụng gởi tới, Tầng xử lý cộng tác ứng dụng có
nhiệm vụ nhận yêu cầu truy vấn dữ liệu, xử lý và gởi trả lại cho Tầng ứng dụng . Ngoài ra,
Tầng xử lý cộng tác dữ liệu cũng là tầng quản lý việc lưu trữ, thay thế và đồng bộ dữ liệu cho
mỗi MH. Kiến trúc chi tiết của lớp Tầng xử lý cộng tác dữ liệu được chia ra các mơ-đun xử lý chính: Mơ-đun xử lý truy vấn cục bộ, Mô-đun xử lý truy vấn nội vùng, Mơ-đun xử lý truy
vấn ngồi vùng.
- Mô-đun xử lý khám phá dữ liệu cục bộ: khi một MH nguồn tìm kiếm một đơn vị dữ
liệu d bất kỳ, nó sẽ tiến hành tìm kiếm dữ liệu tại kho dữ liệu cục bộ và nếu đơn vị dữ liệu d được tìm thấy trong kho dữ liệu cục bộ thì MH nguồn sẽ ngừng việc xử lý tìm kiếm dữ liệu và khơng thực tiến hành tìm kiếm dữ liệu đến các MH khác trong mạng hoặc gởi yêu cầu xin dữ liệu tại BS. Mô-đun xử lý truy vấn cục bộ chúng tơi xây dựng gồm có 4 mơ-đun chính:
Xử lý khám phá dữ liệu cục bộ: khi một yêu cầu truy vấn được phát ra, nhiệm vụ của
mô-đun này là phải tìm ra được dữ liệu yêu cầu có nằm trong kho dữ liệu lưu cục bộ hay không.
Xử lý thu nạp dữ liệu: khi dữ liệu được lưu vào kho dữ liệu cục bộ, mô-đun này sẽ
xem xét dữ liệu nên được lưu như thế nào để tăng hiệu quả về không gian lưu trữ của kho dữ liệu lưu cục bộ và khả năng chia sẻ dữ liệu với các MH khác trong vùng.
Xử lý thay thế dữ liệu: khi dữ liệu trong kho dữ liệu lưu cục bộ đầy, nhiệm vụ của
mô-đun xử lý này là quyết định dữ liệu nào nên xóa để giải phóng khơng gian lưu trữ.
Xử lý nhất quán dữ liệu: khi có sự cập nhật ở dữ liệu gốc, mô-đun này đảm bảo dữ
liệu lưu tại các MH phải được nhất quán với dữ liệu gốc ban đầu.
- Mô-đun xử lý truy vấn nội vùng: khi một MH nguồn phát ra yêu cầu truy vấn dữ liệu và
yêu cầu dữ liệu này không được tìm thấy trong kho dữ liệu cục bộ của nó, mơ-đun xử lý truy vấn nội vùng có nhiệm vụ khám phá và tìm kiếm dữ liệu yêu cầu này ở các MH trong vùng của MH nguồn.
- Mơ-đun xử lý truy vấn ngồi vùng: Khi một MH nguồn phát tra yêu cầu truy vấn dữ liệu
và yêu cầu dữ liệu này khơng được tìm thấy trong kho dữ liệu lưu cục bộ và trong các
MH vùng của nó, mơ-đun xử lý truy vấn ngồi vùng phải có nhiệm vụ quản lý đường
truy xuất dữ liệu để tìm kiếm dữ liệu ở các nút mạng của MH nguồn (nút mạng của mỗi MH được xem là những nút nằm ngoài vùng của nó).
Tầng mạng có nhiệm vụ giao tiếp và truyền thơng tin giữa các MH và BS, cũng như giữa các MH với nhau trong hệ thống.
2.2 Các mơ-đun xử lý trong mơ hình
2.2.1 Nguyên lý gia nhập mạng của MH
Khi một MHi mới thực hiện gia nhập vào mạng, BS sẽ xác nhận và xác định có MH
mới đang thực hiện gia nhập mạng, sau đó BS cấp một mã định danh (id) cho MHi . Sau đó BS gửi thơng tin định danh của MHi cùng với thông tin kho dữ liệu cục bộ (Home Local
Cache - HLC) của BS đang lưu trữ đến MHi. HLC được lưu trữ tại BS, đây là bảng chứa
thơng tin về tồn bộ các MHj đang hoạt động trong hệ thống, cũng như thơng tin về tồn bộ
các đơn vị dữ liệu của hệ thống đang được các MHj trong hệ thống lưu trữ, và tầng suất
truy cập trên từng đơn vị dữ liệu di.
Bên cạnh việc thực hiện xác nhận với BS, MHi phát thông điệp HELLO để thực
hiện kết nối với các MHj khác trong phạm vi bán kính liên lạc. Khi nhận được thông điệp
này, các MHj trong vùng của MHi sẽ hồi đáp lại thông điệp RHELLO để xác nhận. Dựa
vào thông điệp RHELLO gởi về từ các MHj cùng với thông tin bảng HLC được gởi về từ BS, MHi xử lý để xây dựng bảng thông tin về các dữ liệu đang được MH vùng của MHi lưu trữ (InZoneDataTable) và bảng lưu thông tin về các dữ liệu đang được MH ngoài vùng
của MHi lưu trữ (OutZoneDataTable) để phục vụ cho các mơ-đun tìm kiếm dữ liệu trong
vùng hoặc ngoài vùng của MHi. Mục tiêu của hai bảng này là cung cấp thông tin cho MHi
biết MHj nào đang ở cùng vùng hay khác vùng giao tiếp, thông tin dữ liệu đang lưu trữ tại
các MHj này. MHi sử dụng thông tin hai bảng này để thực hiện việc tìm kiếm dữ liệu trong
hệ thống có định hướng, tránh tình trạng sử dụng kỹ thuật tìm kiếm loang mù (gởi thơng điệp tìm kiếm dữ liệu đến toàn bộ các MH khác trong mạng). Chi tiết của việc sử dụng các bảng thơng tin dữ liệu này sẽ được trình bày chi tiết trong các mơ-đun tìm kiếm dữ liệu.
Hình 2-5 minh họa cho quá trình gia nhập mạng của MH2. Khi MH2 gia nhập vào
mạng, BS sẽ gửi thông tin bảng HLC và gán thông tin định danh cho MH2. Đồng thời,
MH2 gửi thơng điệp HELLO đến các MH khác trong bán kính liên lạc, đó là: MH1, MH3, MH4, MH5. Khi nhận được thông điệp RHELLO từ các MH này, MH2 sẽ dựa vào bảng
HLC nhận được từ BS để xây dựng thông tin bảng dữ liệu InZoneDataTable và
Hình 2-5. Minh họa nguyên lý MH2 gia nhập mạng
2.2.2 Mô tả cấu trúc kho dữ liệu lưu cục bộ của mỗi MH
Để xây dựng giải pháp xử lý cho các mô-đun xây dựng trong mơ hình, chúng tơi chúng tơi xây dựng bảng thông tin Local Cache (viết tắt là LC và được sử dụng từ này về sau của báo cáo) dùng để lưu trữ và quản lý dữ liệu cục bộ cho mỗi MH trong hệ thống. Cấu trúc dữ liệu của LC được xây dựng tổng quát gồm có { id, f, t, L, TTL, D, S }, trong đó:
id là định danh của đơn vị dữ liệu được lưu, f là tần suất truy cập của đơn vị dữ liệu bởi các
MH khác trong hệ thống, t là nhãn thời gian ghi nhận thời điểm đơn vị dữ liệu được lưu vào LC, L là nhãn của đơn vị dữ liệu (thông qua L sẽ biết được đơn vị này là dữ liệu chính hay phụ trong LC), TTL là thời gian sống của đơn vị dữ liệu, D là dữ liệu của đơn vị dữ liệu, và S là kích thước của đơn vị dữ liệu. Các tham số của LC được sử dụng trong mỗi mơ-đun xử lý sẽ được trình bày chi tiết ở từng mơ-đun đó.
2.2.3 Mơ-đun xử tìm kiếm dữ liệu
Như nguyên lý tìm kiếm dữ liệu đã được xây dựng trên mơ hình, trong phần trình bày này chúng tơi sẽ trình bày kết hợp về ngun lý hoạt động của các mơ-đun tìm kiếm dữ liệu gồm có: mơ-đun xử lý tìm kiếm dữ liệu cục bộ, mơ-đun tìm kiếm dữ liệu trong vùng, và mơ- đun xử lý tìm kiếm dữ liệu trong vùng.
2.2.3.1 Mơ tả các mơ-đun tìm kiếm dữ liệu
Khi có yêu cầu truy vấn dữ liệu do Tầng ứng dụng gởi tới, Tầng xử lý cộng tác dữ
liệu có nhiệm vụ nhận yêu cầu truy vấn dữ liệu, xử lý và gởi trả lại cho Tầng ứng dụng.
Q trình này được thực hiện thơng qua các mơ-đun xử lý tìm kiếm dữ liệu. Mơ-đun quản lý tìm kiếm dữ liệu quản lý việc tìm kiếm và truy vấn dữ liệu tại kho lưu trữ cục bộ cũng như việc tìm kiếm dữ liệu ở các MH trong hệ thống. Như trình bày ở phần trên mơ-đun
tìm kiếm dữ liệu được chia thành ba mơ-đun xử lý chính: Mơ-đun xử lý truy vấn dữ liệu
tại kho lưu trữ cục bộ (Local Query Process), Mô-đun xử lý truy vấn dữ liệu lưu trong vùng (InZone Query Process), Mơ-đun xử lý truy vấn dữ liệu lưu ngồi vùng (OutZone
Query Process). Chi tiết xử lý của các mơ-đun được mơ tả ở lưu đồ Hình 2-6:
Hình 2-6. Lưu đồ xử lý quá trình tìm tiếm dữ liệu
a) Mô-đun xử lý truy vấn dữ liệu tại kho lưu trữ cục bộ (Local Cache Query Process ):
Khi có yêu cầu truy vấn dữ liệu từ người dùng, lớp xử lý này sẽ nhận yêu cầu truy vấn và thực hiện tìm kiếm dữ liệu từ kho lưu trữ cục bộ của thiết bị di động. Nếu quá trình tìm kiếm có kết quả thì lớp xử lý này sẽ trả thông tin về lớp Application Layer, ngược lại nó sẽ gởi yêu cầu cho lớp xử lý truy vấn dữ liệu trong vùng.
b) Mô-đun xử lý truy vấn dữ liệu lưu trong vùng (InZone Query Process):
Khi việc tìm kiếm dữ liệu tại Lớp xử lý truy vấn dữ liệu tại kho lưu trữ cục bộ
không thành cơng (hoặc khơng tìm thấy dữ liệu hoặc tìm thấy dữ liệu nhưng không đầy
đủ), yêu cầu truy vấn dữ liệu sẽ được chuyển sang Lớp xử lý truy vấn dữ liệu lưu trong
vùng để tiếp tục tìm kiếm dữ liệu. Lớp xử lý truy vấn dữ liệu lưu trong vùng có nhiệm vụ
quản lý các thông tin về những MH trong vùng của MH nguồn (MH vùng là các MH liên Mus
nguồn
{Danh sách ID dữ liệu D} Yêu cầu truy vấn
Tìm kiếm dữ liệu tại
kho dữ liệu lưu cục bộ Kho dữ liệu lưu
Kiểm tra dữ liệu đủ chưa? Tổng hợp dữ liệu
và gởi kết quả Đủ dữ liệu
Xử lý tìm kiếm dữ liệu ở các MUs vùng