基于分布式处理技术的物联网数据库创新研究与设计探析

徐 彬

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津 300304）

0 引言

物联网技术的应用，推动我国社会产生变革，在各行各业中都产生深刻的影响，国家对于物联网数据库的研究与设计工作重视程度在不断提升。我国物联网相关产业的崛起，将会推动物联网数据库建设质量提升。分布式处理技术是当前物联网数据库设计中应用较为广泛的一项重要技术，能够显著提升物联网数据库设计质量，使物联网数据库应用更加可靠，所以必须明确分布式处理技术的应用关键要点，并对该项技术的具体应用进行创新分析。

1 涉及相关基础概念分析

1.1 物联网基础概念

物联网是指，采用信息技术方式，将物体与物体之间建立连接，同时使物体能够与互联网连接。物理连接需要相应的指令操作才能够实现，物体之间能够相互感知、实现信息交流才能够构建完善的物联网网络。物联网是建立在互联网基础上，能够将物体与网络进行连接的技术，是现代信息技术发展中的重要产物，已经成为影响科技发展的重要信息技术[1]。在现代物联网技术的构成方面，主要包括如下几项内容：（1）网络传感技术。网络传感技术是物联网技术中的核心技术，能够获取物体的基本信息从而上传到网络中，从而实现物体与网络的连接，进而达成物体远程控制、管理的目标。通过采用网络传感技术，能够实现物联网数据的上传、检索以及具体应用。（2）无线射频识别技术。无线射频识别技术，简称RFID技术，主要作用是建立物体与互联网之间的连接，从而实现将实体物体的信息和数据上传到数据库中，结合物联网系统的阅读功能，就能够对标签中所含有的信息进行读取，并将这些信息传递到系统后台。（3）人工智能技术。人工智能技术是物联网中的关键性技术，能够有效提升物联网系统的运行效率和控制质量，是提高物联网系统功能丰富性的关键技术。

1.2 分布式处理技术概述

分布式处理技术是指，数据的物理分布和逻辑集中的数据库技术，分布式数据库中，数据分布在相对分散的不同网络节点中，但是在数据的逻辑方面不同的数据分布属于相同的数据库，受到一个数据库的统一管理，但是单个数据节点对其也有一定的运算和管理能力。分布式处理技术中不同数据节点之间没有地理层面的联系，可以分布在任何一个国家、城市和地区，所以分布式数据库结构是以计算机网络数据库系统为基础，具有计算机运算能力和数据解析、存储能力的一种功能系统[2]。

1.3 物联网数据处理技术

在物联网技术应用中，具有多种不同传感设备，数据传输所应用的网络结构具有较大差异，物联网技术在应用中所产生的大量数据，在处理时需要按照其网络类型、数据源、异构数据等方便的融合，才能够高效率处理大量的物联网数据，从而得到具有价值的关键信息，由此可以看出数据处理技术在物联网应用中具有重要的作用。在当前的物联网数据处理方面，主要采用多源数据融合技术。同时因为物联网的传感设备会实时收集多源、多粒度、多维度的数据，且数据规模极其庞大，这就会增加物联网数据检索工作难度，所以为了提高物联网数据的应用效率，必须建设玩完善的物联网数据库，并对物联网数据处理技术进行创新，使物联网数据的价值能够最大化发挥。

2 物联网与分布式处理技术分析

2.1 物联网系统基本架构

首先，在物联网的系统结构方面，主要包括三个层级，即应用层、感知层以及网络层。应用层主要是用户提供相应的UI交互界面，通过交互接口完成对用户的数据收集、处理，是物联网系统功能具体实现的主要方式；感知层主要包括传感网关和传感器，利用相应的传感器进行物体数据收集，比如二维码、RFID、读写器以及摄像头等，将所收集的数据经过传感网关传递到数据库中，数据库则能够对收集的数据进行存储和分析，从而识别出具有实用价值的含量信息；当前物联网系统的网络层主要包括无线网络、有线网络、云网络以及其他网络技术，是实现数据交互的基础。其次，在物联网的数据处理技术方面，物联网系统中包含多种不同的传感器，不同的传感器所获取的信息结构有很大差异，所以物联网系统在数据处理方面需要能够适应多种不同的数据源、数据结构处理，同时需要保证具有较高的数据处理效率和数据处理准确性，数据处理是物联网系统的核心。当前，物联网系统中的数据处理主要采用多源数据融合处理技术，这种处理方式包含大量的异构数据标准格式，能够实现统一层次化的表达数据结构和本体标注，通过与数据聚类、度量技术以及失控转换技术等相结合，则能够完成多元数据的统一化处理。因为物联网系统的传感器装置会获取多种不同的数据，且数据质量较大，对物联网数据处理提出很大难度，因此物联网数据库通常会应用就近储存的方式，提供全局性摘要视图节点，从而能够减少数据查找工作量，并且在与数据回收相结合的模式下，能够全面提升数据处理效率。

2.2 分布式处理技术

分布式数据库中的数据存储具有分散式特征，数据会存储在互联网的多个节点中，能够避免数据大量存储于集中于一个节点所产生的风险，从而能够提高数据库运行安全性，当发生系统故障或受到攻击时，不会导致数据全部损坏或丢失。分布式数据库在逻辑方面具有统一性和整体性，所有存储在不同节点的数据由数据库系统进行统一管理，且数据之间可以共享，支持数据全局性应用。同时，处于不同数据节点中的数据能够通过DBMS统一管理，其自身的运算能力也能够支持本地的应用。

3 基于分布式处理技术物联网数据库的创新设计

分布式处理技术在物联网数据库中的创新设计应用，需要根据其实际需要，选择最为合适的分布式系统，满足物联网数据库的实际设计需要，并加强对物联网数据库的设计创新，使其能够符合物联网数据库的实际设计要求。分布式处理技术在物联网数据库中的应用，主要是单体数据节点的本地管理与多个节点的系统管理，单体节点的数据管理可以看作为一个集中式数据库，采用常用的数据管理技术即可实现，多个节点的数据管理难度较高，存在系统调度与管理难点，需要采用相应的措施进行创新优化。

3.1 分布式执行物位置透明化创新

基于分布式处理技术，数据管理需要根据其内在逻辑关系，划分为多个子事务进行管理，并将子事务分配到不同的节点中进行管理和处理，数据库系统主要完成对各个子节点的处理结果统一收集和处理，通过对其进行执行位置的透明化处理，能够使数据库系统对各个子节点的处理流程进行监督，从而能够解决不同节点之间存在的调度管理问题，提高物联网数据库综合管理效率。

3.2 并行控制设计创新分析

并行控制在物联网数据库中的应用，主要是实现事务与分布式数据之间的统一处理，在保证事务能够串行处理的基础上，提高物联网数据库整体运行效率。分布式数据并行控制和集中数据库的并行控制具有一致性，分布式数据库中的数据节点是具有集中性的数据库，多个数据节点中的数据并发可以统一实现，从而能够提高物联网数据库实际运行效果。基于分布式处理技术的物联网数据库并行控制一般采用封锁的方法，数据在处理之前需要申请数据封锁，获得数据库系统的批准后才能够完成该数据的具体执行，但是如果数据已经处于其他的处理封锁情况下，则此数据会一直处于等待状态，直到其他事务处理结束[3]。

3.3 分布式物联网数据库目录结构设计

目录是物联网数据逻辑关系的具体表现，是影响分布式物联网数据库具体运行效率的重要基础，所以需要根据分布式处理技术的基础特点，对其目录结构进行创新设计。在分布式目录的结构中，单体数据节点目录中只会生成节点中的数据等级目录，从而能够保证数据目录的独特性，通过多个节点所生产的数据目录，构成全局性的物联网数据库目录，不同的数据目录对应不同的对象，能够显著提升数据处理速率。

4 基于分布式处理技术的物联网数据库创新设计实例分析

4.1 分布式物理网数据库整体设计

以H市医院的物联网数据库系统为例，在其数据库设计中，采用分布式处理技术作为基础。在其物联网系统中，主要包括移动医疗设备、远程医疗服务于、个人医疗信息门户、流行病监控、惯性病管理、医学研究网格以及循证医学等多项功能，物联网系统平台主要包括云计算平台、整合医疗平台、健康知识管理平台以及电子档案平台等多项内容。在医院的分布式物联网数据库建设中，采用P2P技术、云计算平台实现整合医疗服务平台等功能。在物联网数据库运行过程中，整合医疗平台能够按照医院中各个系统运行所收集的信息，将其添加到患者的电子病历档案中，从而能够提高患者病历档案信息完善性，有利于医师对患者的病情进行分析。通过相应的管理系统、转诊系统等，能够保证分散的数据具有统一性，该物联网数据库能够满足具有多层次的医疗物联网结构设计需求，同时能够提高不同节点的数据共享性，使得物联网数据能够在多个医疗系统中实现高效利用，从而建立以分布式处理技术为基础的物联网数据库系统。经过该系统的医疗档案，可以在患者到其他医疗机构时自动转换，从而将医疗信息进行相应的整合，使得患者和医疗机构能够更加明确患者的病情，对于提高医疗服务质量具有重要的作用，通过分布式物联网数据库建设，能够在很大程度上提升医疗机构服务效率。

4.2 分布式物联网数据库的具体应用

将分布式物联网数据库应用在该医院的药品物资管理中，通过将物联网技术应用在药品物资管理中，利用RFID技术，在药品、设备中设置RFID标签，通过扫描标签的方式，能够获取药品物资的信息，且能够对药品物资的具体使用进行跟踪，使药品和物资的具体使用情况全部记录在医院网络管理系统中，能够有效促进医院医疗物资管理工作效率提升。同时，通过采用物联网技术，患者能够通过扫描标签的方式查验药品的具体信息、真伪信息以及使用方法，医院同时能够利用RFID技术建设智能药箱，药箱能够显示药品的用量、使用方法以及注意事项，从而能够节约医师时间，提高医院医疗服务效率。上述具体应用过程中所产生的信息，都能够自动存储在分布式物联网数据库中，能够保障该医院的数据库信息全面性，是分布式物联网数据库技术的主要优势。此外，将分布式物联网数据库应用在医院的财务管理系统中，能够有效提高医院财务管理工作效率，相比于传统的管理模式，医院医务流程产生的数据能够直接存储在分布式物联网数据库中，并与财务管理系统对接，使得财务人员能够获取更加真实且全面的数据，在处理大量财务数据方面具有良好的作用，财务数据的存储更加安全可靠，且能够根据财务数据的不同来源自动划分类别，有利于优化财务数据整合工作，为医院财务管理工作提供更加便利的管理条件。

4.3 分布式物联网数据库存储模型

下面为H市该医院用于物联网数据存储的数据库部分代码：

4.4 分布式物联网数据库的应用效果分析

在将分布式物联网数据库应用在该医院后，其物联网数据管理效率具有很大提升，相比于传统的医疗管理系统而言，其系统响应速率提升、数据利用率提高、数据存储量提升、数据存储能力得到强化，能够更好地满足患者在该医院的多项就医需求。由此可见，本文所设计的分布式物联网数据库系统，在医疗行业中具有良好的应用效果，同时通过更改代码以及对系统结构进行调整，能够使其应用范围得到提升。

5 结束语

综上所述，本文全面阐述物联网以及分布式处理技术的基础概念，并对其创新设计进行分析，最后提出分布式物联网数据库的具体应用，希望能够对我国物联网数据库行业发展起到一定的借鉴和帮助作用，不断提升物联网数据库设计质量。