Thiết bị di động là thiết bị máy tính cầm tay nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ và có tính chất di động. Các công nghệ về hiển thị, bộ vi xử lý hay lưu trữ dữ liệu cho phép các thiết bị nhỏ làm được những chức năng tương tự hoặc giống với chức năng của một máy tính cá nhân. Nokia, HTC, LG, Motorola Mobility, BlackBerry và Apple là một vài công ty điển hình sản xuất các thiết bị di động được biết đến hiện nay.
Các thiết bị di động điển hình được biết đến hiện nay có thể kể đến như máy tính bảng hay điện thoại thông minh. Máy tính bảng cũng giống như máy tính xách tay, chúng được thiết kế với khả năng di động. Tuy nhiên, chúng cung cấp những tính năng khác biệt so với thiết bị máy tính. Sự khác biệt nhất là máy tính bảng không có thiết bị ngoại vi là bàn phím. Thay vào đó, toàn bộ màn hình là cảm ứng, cho phép người dùng sử dụng một bàn phím ảo và sử dụng ngón tay thay cho con trỏ chuột. Máy tính bảng được thiết kế chủ yếu cho mục đích truyền thông, giải trí. Một số nhiệm vụ nổi bật như duyệt web, xem video, đọc sách và chơi game. Ngày nay, một số máy tính bảng bổ sung thêm chức năng giống như một chiếc điện thoại hỗ trợ khả năng nghe gọi, nhắn tin. Những tính năng mà máy tính bảng đem lại đã góp phần quan trọng trong cuộc sống của mọi người.
Hình 2.1. Một số thiết bị máy tính bảng
Điện thoại thông minh là điện thoại di động được thiết kế để chạy những ứng dụng bổ sung vào dịch vụ điện thoại. Chức năng quan trọng và cố hữu của chúng vẫn là nghe gọi, nhắn tin như một chiếc điện thoại thông thường. Về cơ bản, điện thoại thông minh cũng là chiếc máy tính bảng nhỏ, chúng cũng được sử dụng để duyện web, xem video, đọc sách, chơi game. Điện thoại thông minh sử dụng màn hình cảm ứng và hệ điều hành tương tự như máy tính bảng. Đa số trong số chúng sử dụng bàn phím ảo thông qua màn hình cảm ứng, nhưng một số khác – chẳng hạn như thiết bị BlackBerry Bold sử dụng bàn phím vật lý.
Hiện nay, máy tính bảng và điện thoại thông minh đều được cài đặt hệ điều hành di động. Một số hệ điều hành được dùng phổ biến có thể kể đến là hệ điều hành iOS, Android, Window Phone, BlackBerry. Dòng sản phẩm di động của hãng Samsung được biết đến là sản phẩm phổ biến trong những thiết bị di động sử dụng hệ điều hành Android, dòng sản phẩm của hãng Nokia thì được biết đến là phổ biến trong những thiết bị sử dụng hệ điều hành WindowPhone, còn thiết bị BlackBerry sử dụng hệ điều hành BlackBerry. Đặc biệt, thiết bị iPhone, iPad, iPod Touch của hãng máy tính Apple là những thiết bị di động độc quyền sử dụng hệ điều hành iOS.
Hình 2.3. Một số hệ điều hành di động 2.2. Đặc điểm của các thiết bị di động
Thiết bị di động được định nghĩa bởi khả năng di động thường xuyên của nó. Để hỗ trợ tính di động thì mọi cấu hình, phần cứng, phần mềm, cũng như năng lượng pin được gói gọn trong một thiết bị nhỏ gọn. Rõ ràng, với kích thước nhỏ gọn vốn có của nó thì các thành phần bên trong thiết bị di động cũng được thiết kế theo xu hướng nhỏ gọn. Từ khi mới ra đời, bộ nhớ cũng như bộ vi xử lý chỉ đủ để thiết bị thực hiện được những chức năng tối thiểu như lưu trữ danh sách liên lạc hay tin nhắn và thực hiện các cuộc gọi như một chiếc điện thoại di động thông thường. Không những hạn chế về chức năng mà nguồn năng lượng pin của chúng cũng hạn chế. Theo thời gian và nhu cầu cuộc sống, khi chức năng của thiết bị di động được mở rộng như khả năng lưu trữ hình ảnh video, khả năng kết nối các thiết bị mạng hay khả năng cài đặt và lưu trữ những ứng dụng phục vụ cho đời sống con người ngày càng tăng lên thì nhu cầu về tốc độ và nguồn năng lượng pin của thiết bị di động cũng tăng theo. Các nhà sản xuất thiết bị di động cũng đã chú trọng và cải thiện đáng kể cả về chất và về lượng của thiết bị di động. Bộ nhớ, bộ vi xử lý, năng lượng pin và các ứng dụng khác không ngừng phát triển. Số lượng các thiết bị di động với
nhiều chức năng được tung ra thị trường. Có thể nói, sự phát triển của thị trường di động đã giúp ích rất nhiều cho cuộc sống phát triển.
Tuy nhiên, dù có những cải tiến cả về chất lượng lẫn số lượng nhưng thiết bị di động vẫn gặp phải những hạn chế nhất định. Hạn chế về bộ nhớ, về bộ vi xử lý và đặc biệt là năng lượng pin. Bộ nhớ lưu trữ được coi là lớn nhất đến thời điểm (21/10/ 2013 theo thống kê của Will Shanklin [15]) là 64GB. Có thể nói đây là con số lớn so với dung lượng của một thiết bị di động, nhưng nó lại là rất nhỏ so với dung lượng của một chiếc máy tính để bàn hay một chiếc máy tính xách tay. Bộ vi xử lý 2.3 GHz cũng là con số lớn nhất về bộ vi xử lý của thiết bị di động tại thời điểm tháng 10/2013. Con số này cũng có thể so sánh với tốc độ xử lý của máy tính để bàn được sản xuất cách đây tầm 10 năm, nhưng so với tốc độ của máy tính để bàn hiện tại thì con số này cũng được coi là rất nhỏ. Xét một cách công bằng thì không thể so sánh dung lượng của một thiết bị di động với một chiếc máy tính để bàn hay bất cứ một chiếc máy tính chuyên dụng nào khác. Nhưng thực tế thì bộ nhớ, bộ vi xử lý và dung lượng của thiết bị di động luôn là hạn chế của chúng. Việc cải tiến chúng luôn thách thức các nhà sản xuất phải suy nghĩ đến.
Bên cạnh đó, đa số thiết bị di động đều chạy hệ điều hành di động. Hệ điều hành di động là hệ điều hành được thiết kế để hoạt động trên thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng, PDA...Có thể kể tới các hệ điều hành iOS được thiết kế dành riêng cho thiết bị của hãng máy tính Apple, hệ điều hành Android, WindowPhone, BlackBerry. Đây là những hệ điều hành được sử dụng rộng rãi trên các thiết bị di động hiện nay. Mỗi hệ điều hành di động lựa chọn một hệ quản trị CSDL để phục vụ việc lưu trữ dữ liệu. Điều đó cũng có nghĩa, các phần mềm ứng dụng phát triển trên môi trường hệ điều hành đó cũng phải lựa chọn hệ quản trị CSDL tương thích với hệ quản trị CSDL của hệ điều hành. Xu hướng lựa chọn hệ quản trị CSDL chung của các nhà phát triển hệ điều hành di động là yếu tố nhỏ gọn nhưng lưu trữ và truy cập dữ liệu hiệu quả, phù hợp với đặc điểm chung của thiết bị di động. Vì vậy, phát sinh nhu cầu về hệ quản trị CSDL trên các thiết bị đó.
2.2.1. Bộ nhớ
Bộ nhớ là không gian lưu trữ cho phép thiết bị di động lưu trữ thông tin. Với những thiết bị di động thông thường thì dung lượng bộ nhớ thường nhỏ, dung lượng này đủ để lưu trữ những chức năng tối thiểu như danh sách liên lạc hay tin nhắn văn bản. Đối với những thiết bị di động như thiết bị thông minh, thiết bị PDA thì dung lượng bộ nhớ sẽ lớn hơn. Do nhu cầu lưu trữ của trên những thiết bị này cũng lớn. Những thiết bị này có khả năng lưu trữ dữ liệu lớn về hình ảnh và video, ngoài ra, chúng còn hỗ trợ rất nhiều
các ứng dụng khác nhau. So sánh dung lượng bộ nhớ của một vài thiết bị di động thông minh thì thấy rõ dung lượng đã được cải thiện rõ rệt. Dựa vào danh sách một số thiết bị di động thông minh được ưu chuộng hiện nay được liệt kê trong hình 3.1, dung lượng lớn nhất được thống kê tại thời điểm tháng 10 năm 2013 à 64GB. Rõ ràng là dung lượng lưu trữ cũng đã tăng đang kể, nhưng con số 64GB vẫn còn là hạn chế.
Hình 2.4. Dung lƣợng của một số thiết bị di động2 2.2.2. Phần cứng
Bộ vi xử lý có lẽ là yếu tố quan trọng nhất của một thiết bị di động. Bộ vi xử lý được coi là bộ não của thiết bị di động. Độ đo của bộ vi xử lý được đo theo số lượng nhiệm vụ mà nó hoàn thành trong mỗi giây hay còn gọi là chu kỳ. Bộ xử lý có tốc độ 1GHz có thể xử lý một tỷ chu kỳ / 1 giây. Thông thường, một bộ vi xử lý có tốc độ cao sẽ hoạt động tốt làm cho thiết bị hoạt động nhanh và hiệu suất tốt hơn, mặc dù bộ nhớ cache và RAM cũng có ảnh hưởng đến tốc độ. Do đó, việc quan tâm đến cải thiện cho bộ vi xử lý của thiết bị di động là điều không thể không làm.
Hình 2.5. Bộ vi xử lý của một số thiết bị di động3
2 Thống kê của Will Shanklin 21/10/ 2013 [15]
Ngoài bộ xử lý cho phần cứng thì nguồn năng lượng pin cũng là yếu tố phần cứng quan trọng của một thiết bị di động. Để một thiết bị điện thoại có thể hoạt động được thì cần có nguồn năng lượng pin. Tại cùng một thời điểm, một chiếc điện thoại thông minh có thể xử lý rất nhiều các nhiệm vụ, và cần một nguồn năng lượng nhất định để thực hiện mỗi nhiệm vụ đó. Do đó, nguồn năng lượng pin sụt giảm rất nhanh. Ngoài ra, tuổi thọ của pin cũng giảm theo thời gian sử dụng của thiết bị, những thiết bị có thời gian dùng càng lâu thì tuổi thọ pin càng giảm. Tóm lại, có nhiều nguyên nhân dẫn đến chất lượng của pin. Đứng về phía nhà sản xuất và người sử dụng thì vấn đề tuổi thọ của pin vẫn luôn là vấn đề hạn chế của thiết bị di động.
Hình 2.6. Dung lƣợng pin của một số thiết bị di động4 2.3.3. Khả năng tương tác
Hình 2.7. Một mô hình tƣơng tác của các thiết bị di động 5
4
Thống kê của Will Shanklin 21/10/ 2013 [15]
5
Thiết bị di động thường có khả năng giao tiếp với các thiết bị tương tự khác, với các máy tính văn phòng và các hệ thống, với các mạng và mạng di động. Chúng kết nối và giao tiếp thông qua Bluetooth hoặc mạng WiFi hay nhiều mô hình được trang bị như mạng 2G, 3G, 4G để truy cập vào điện thoại di động và các mạng dữ liệu không dây.
2.3.4. Hệ điều hành di động
Hệ điều hành Android, iOS, WindowPhone, BlackBerry là những hệ điều hành được nhắc đến nhiều nhất trong những năm gần đây. Các phiên bản hệ điều hành được ra đời hàng loạt, không ngừng cải tiến phù hợp với các phiên bản thiết bị di động. Theo thống kê về, số lượng thiết bị di động sử dụng hệ điều hành được bán ra từ năm 2007 đến năm 2013 cho thấy con số tăng đáng kể của thiết bị sử dụng hệ điều hành Android và con số phát triển ổn định của thiết bị sử dụng hệ điều hành iOS. Có thể nói, hai hệ điều hành này đang là hệ điều hành được sử dụng nhiều nhất từ khi chúng ra đời cho đến nay.
Hình 2.8. Số lƣợng thiết bị di động sử dụng hệ điều hành6 2.3. Những vấn đề thực tế
Trong những năm gần đây, các vấn đề được coi là cốt lõi của các thiết bị di động về bộ nhớ, bộ vi xử lý và nguồn năng lượng pin đã và đang được cải thiện và phát triển mạnh mẽ. Rất nhiều thiết bị di động của nhiều hãng sản xuất thiết bị di động với cấu hình và tính năng mạnh được tung ra thị trường theo từng năm. Và mỗi một phiên bản di động
6
được cập nhật kéo theo tính năng và cấu hình cũng được cải thiện. Đặc biệt phải kể đế sự cải thiện của bộ nhớ và bộ xử lý và việc tăng tuổi thọ của pin. Nguyên nhân chủ yếu là do những đặc điểm đó ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của thiết bị khi mà số lượng ứng dụng tăng và nhu cầu kết nối bất cứ lúc nào, kết nối liên tục của thiết bị luôn rất cần đến bộ nhớ, bộ vi xử lý tốt và nguồn năng lượng pin nhất định.
Các thiết bị di động hầu hết được kết nối thông qua mạng WiFi hay các mạng dữ liệu di động truyền thống. Điều này có nghĩa là dữ liệu liên tục được cập nhật và chia sẻ. Có nhiều phần mềm được coi là hiệu quả được phát triển trên các thiết bị di động như: hệ thống định vị online và offline trên GPS. Đặc điểm của các phần mềm hệ thống này là nhu cầu lưu trữ dữ liệu cao, truy cập dữ liệu nhanh chóng, tìm kiếm hoặc cập nhật các mạng không dây hoặc mạng di động với độ tin cậy và hiệu quả. Nhu cầu lưu trữ dữ liệu tăng cao và dữ liệu càng phức tạp (dữ liệu hình ảnh, nhạc, video...) đi kèm với khái niệm nhân rộng dữ liệu trên máy chủ và các CSDL trên hệ thống thiết bị di động là không thể tránh khỏi.
Hình 2.9. Lƣu lƣợng dữ liệu di động theo loại ứng dụng7
Với đặc điểm kết nối thiết bị di động thông qua mạng WiFi hay các mạng dữ liệu di động truyền thống thì những ứng dụng di động thường có xu hướng xây dựng kết nối
7
dữ liệu trực tuyến. Với một máy chủ lưu trữ dữ liệu, thì nhà phát triển không cần quan tâm đến giới hạn dung lượng lưu trữ. Việc kết nối dữ liệu trực tuyến này đã giải quyết được nhu cầu lưu trữ dữ liệu với dung lượng lớn. Tuy nhiên, việc lưu trữ dữ liệu trên máy chủ cần phải cấu hình máy chủ, công việc này mất khá nhiều thời gian. Hơn nữa, không phải lúc nào thiết bị di động cũng sẵn sàng cho việc kết nối mạng. Khi việc kết nối mạng gián đoạn, ứng dụng không kết nối được đến máy chủ lưu trữ, do đó không có dữ liệu hiển thị và sử dụng. Nhược điểm này sẽ được khắc phục nếu sử dụng CSDL nhúng bên trong ứng dụng nhỏ gọn, dung lượng thấp mà vẫn đảm bảo được việc lưu trữ và truy cập dữ liệu và không tốn không gian bộ nhớ.
Hình 2.10. Lƣu lƣợng dữ liệu di động theo loại thiết bị 8
Số lượng dữ liệu trên thiết bị di động tạo ra mỗi phút đang phát triển nhanh. Dữ liệu được tạo ra chủ yếu là thông qua người dùng ứng dụng. Mỗi thao tác như tạo mới hay cập nhật dữ liệu cho ứng dụng đã làm cho dữ liệu lưu trữ được tăng lên. Đó là chưa kể đến việc kết nối thường xuyên, kết nối liên tục của di động cũng không nằm ngoài nguyên nhân làm tăng lượng dữ liệu lưu trữ. Dữ liệu tăng đồng nghĩa với lưu trữ nhiều, số lượng truy cập dữ liệu cũng tăng cao, tốc độ truy cập dữ liệu sẽ giảm. Do đó, việc đảm bảo nhu cầu lưu trữ và truy cập dữ liệu, đồng thời phải đảm bảo tốc độ và tính bền vững của dữ liệu.
Mỗi thiết bị của mỗi hãng phát triển có cách thu thập và giám sát dữ liệu theo nhiều cách khác nhau nhưng xu hướng chung vẫn là áp dụng các hệ quản trị CSDL nhẹ. Có lẽ đặc tính nhẹ của hệ quản trị CSDL nhẹ là đặc điểm hàng đầu khiến cho các nhà phát
8
triển lựa chọn sử dụng chúng đặc biệt là trong các hệ thống thiết bị di động giải quyết được những hạn chế tiêu biểu của các thiết bị di động là bộ nhớ và tốc độ bị giới hạn.