智慧校园移动系统数据库设计

任海鹏,邓春红，方继才

(安徽机电职业技术学院 信息工程系，安徽 芜湖 241002)

WiFi、TD-LTE、智能终端等技术的快速进步促进了移动智慧校园系统普及和使用，许多高校引入了先进的智慧校园系统，可以实现教室位置占用、图书馆人流、食堂饭菜准备、锅炉房开水状态、图书借阅状态等实时化、智能化、自动化管理，大幅度提升了校园事务管理信息化水平，具有重要的作用和意义[1]。数据库是移动智慧校园系统的重要构成，也是将软件应用到数据处理中的原点，所以促进数据库系统的有效设计对于智慧校园系统的广泛推广以及后期的综合使用有着直接的影响[2-3]。分析目前形势，在数据库系统的使用过程中，由于访客数量不断攀升，导致数据库系统的整体规模越来越大，如果数据库系统不更新，还是沿用传统的设计，就不能维持负载平衡，数据库的快速获取也很难实现，所以需要促进管理理念的更新，就数据进行实时的计算和评估，需要将访问的频次逐渐降低，转移到低优先级的位置，将访问频次高的数据放置在高级位置，这样能够将数据库的整体访问量增加。

1 智慧校园移动系统数据库建模

智慧校园移动系统数据库建模包括六个关键组成部分，分别是元数据管理、数据价值评估管理、数据迁移控制管理、数据访问重定向管理、数据文件监视管理、数据迁移管理，数据库建模架构如图1所示。

1.1 元数据管理

智慧校园移动系统中的数据种类非常多，比如视频数据、声音数据、文本数据和图像数据。元数据可以将这些数据内容精细化、原子化，保证所有的数据都是不可再分的和独立的。

元数据管理可以实现数据位置、访问记录、数据属性管理，智慧校园移动系统完成任一次外部读写请求之后，都可以更新元数据的基本信息[4]。数据位置管理可以实现文件内容的全局定位，可以针对不同层次的数据建立一个相对路径，外部读写功能可以提供文件名，元数据管理可以根据相对路径寻找到数据位置。访问记录可以详细计算读写频率，并且指定一个数据的访问方法，比如随机定位、顺序定位等，同时评估读写数据的存储容量，为数据估值提供参考。数据属性管理可以实现数据信息创建时间、存储容量、使用用户数量等信息操作、编辑等功能。

图1 智慧校园移动系统数据库建模功能

1.2 数据价值评估管理

数据库迁移数据内容需要依赖数据文件的价值，这些价值信息包括很多，比如数据创建时间、访问频次、数据容量、读写方法等，可以根据这些价值信息判定数据文件的活跃程度，进而计算数据文件的估值，并且根据估值信息实施排序，并且将排序结果发送到数据迁移控制管理模块，为数据迁移控制提供决策知识和信息[5]。

1.3 数据迁移控制管理

数据迁移控制管理是本文数据库最为关键的功能，其可以根据数据价值评估的结果，动态的将优先级较高的数据调整到便于访问和命中的区域。数据迁移控制管理需要创建一个计划表，该计划表可以发送迁移执行计划，该计划包括迁移数据的时间、方法和位置。迁移时间长短需要充分地考虑数据库系统的负载状态和剩余存储空间，这样就可以尽可能地提高数据库访问命中率，一个合理的数据迁移时间可以进一步实现智慧校园分级存储，进一步提高数据存取速度和效率[6]。

1.4 数据访问重定向管理

数据库中的信息内容需要执行频繁的迁移，因此为了能够保证数据位置可以被及时和准确地获取，需要为用户提供一个访问重定向功能，该功能可以通过接口为用户提供一个准确的访问路径，因此不需要用户准确地知道数据文件的物理存储位置。数据访问重定向可以利用轻量级并发操作系统构建一个NAS网络，这样就可以实现数据远程调用功能，访问数据的远近是没有任何区别的。

1.5 数据文件监视管理

数据文件监视管理可以为实时的监控信息内容和数据库负载状态，这些负载状态包括很多个指标，比如存储空间占用比、数据命中率、数据库访问延时、数据读写的内容等，为数据迁移控制提供重要的评估信息。

1.6 数据迁移管理

数据迁移管理可以按照执行计划表将数据文件从一个位置迁移到另外一个位置，这样就可以更换数据存储等级，实现数据信息的发送和管理，进而可以更加适合地调整数据迁移的频率和频次，并且将信息发送给数据迁移控制模块，优化数据库存储和访问性能。

2 智慧校园移动系统数据库设计

2.1 数据库管理功能设计

数据库管理过程中，普通的数据操作功能包括连接、插入、删除、修改和查询。智慧校园移动系统采用强大的优先级分级管理模式，因此数据库系统开发功能还需要包括更多的操作[7]。数据库各个硬件分片存储模式可以使用直连式存储DAS或网络连接存储NAS模式，这两个连接模式可以将不同的数据库服务器集成在一起，实现数据的优先级存储。DAS存储设备可以使用先进的光纤电缆连接数据库服务器，这样就可以为用户提供一个直接的信息发送功能，将相关的信息发送至存储设备上，能够有效支撑多存储设备共享操作系统。NAS存储模式可以应用于Linux操作系统、Unix操作系统中，基于互联网可以实现数据文件锁定，为智慧校园用户提供并发的访问保护功能，实现异构互联网操作环节的数据共享。智慧校园移动系统数据库动态数据放置和迁移的功能模式如图2所示。

图2 智能分级存储系统网络结构设计

数据库的分等级存储，需要将存储服务器的各个硬件连接起来，可以利用NAS连接技术，这样智慧校园的用户如果有数据相关的操作请求，就可以直接传达给存储设备，存储设备接受信号之后可以进行加工处理，待加工处理完成之后就将结果字节反馈给应用程序同时对于存储容量可以进行实时监控，包括具体的访问次数，迁移动态等等，能够将不同级别的数据存储自动化迁移，具体的流程图见图3。

图3 数据访问和迁移逻辑业务流程

2.2 数据库设计关键技术

智慧校园移动系统的数据库采用优先级和动态化模式，这样就可以实现数据库的自动化、分层化管理模式，从而可以实现数据库的高效访问和存取，从而可以提高数据库的资源利用率。数据库设计过程中最为关键的技术包括很多，常用的技术是数据分类技术、数据放置技术和数据迁移技术。

1.数据分类技术。目前，智慧校园移动系统的数据可以按照业务系统划分为四类，学生相关的数据，与教师相关的数据，后勤管理处的数据，书籍管理方面的数据等等，对于这些管理数据需要进行分类处理，最常用的分类方法包括静态分类，动态分类等等。一般来讲静态分类在智慧校园系统成立的起始阶段应用比较广泛，就是将一些主体和规则进行机械的分类，一旦设置结束之后，基本无法更改，但是这种分类方法存在一定的局限性，就是无法满足数据多样化的需求；采用动态分类是相对于静态分类而言的，常用的动态分类方式有支持向量计算法，BP神经网络计算法等等，这些计算方法充分利用现代科学技术带来的优势，融入了统计数学，模式识别，机器学习等等，即使处理的数据量非常大也能够精确的进行统计，所以具有很强的实用性。

2.数据放置技术。数据放置技术是指数据库可以评估信息内容的相关价值，采用优先级原则将数据保存在不同的位置。数据放置技术对于数据库操作效率影响较大，如果数据放置不好，非常容易形成数据访问瓶颈，制约数据访问的实时性。数据放置技术较多，常见的数据放置技术包括RAID技术和Strip技术。数据放置过程中需要解决两个问题，一个是数据放置的存储介质和数据放置采用的形式，比如随机放置模式、文件分割放置模式和顺序放置模式。

3.数据迁移技术。数据库分级存储过程中，为了能够保证数据的效率，按照优先级设置数据的访问位置，因此数据迁移技术就显得尤为重要。数据迁移可以实现不同级别、相同级别之间的数据动态移植，实现数据和存储设备动态匹配。传统的数据迁移可以根据软硬件环境进行升级服务，将数据迁移到一个新的环境中。目前，数据库分级迁移过程中，异级迁移模式是最为常见的，其主要负责均衡各个设备有限负载，优化存储系统的管理模式，迁移过程也是自动化的，异级迁移可以大幅度提升数据库的效率。

3 结束语

智慧校园是“互联网+”时代重要的应用和研究领域，针对一个轻量级的智慧校园进行存储设计，可以将最热点的数据前置到优先位置，这样就可以保证轻量级线程能够以最快的速度和最短的时间获取数据内容，支持智慧校园的访问速率，具有重要的作用和意义。

[参考文献]

[1]蒋东兴, 付小龙, 袁芳,等. 大数据背景下的高校智慧校园建设探讨[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2015, 15(03):119-125.

[2]崔为花. 基于移动互联网技术的“移动智慧校园”设计与实现[J]. 软件工程师, 2015(5):27-29.

[3]彭栩, 李永忠, 陈锐. Android平台下智慧校园移动客户端的设计与实现[J]. 电子设计工程, 2016(22):80-82.

[4]陈霄. Agent技术在移动数据库系统中的应用研究分析[J]. 计算机光盘软件与应用, 2014(1):289-290.

[5]余文涛, 李立新, 余文彬,等. 基于多Agent的移动数据库事务级同步复制模型研究[J]. 计算机应用研究, 2015, 32(1):51-55.

[6]朱长元, 刘亚军. 一种移动数据库自适应缓存管理模型构建及应用研究[J]. 科技通报, 2015(1):166-171.