物联网环境下大规模设备协同.pptx

马世龙 计算机学院 北京航空航天大学;目 录;1. 背景与意义;物联网的经典三层架构有如下左图：感知层，网络层，应用层。包括设备的标识，应用数据的采集，数据的汇聚传输，数据的融合，应用，人工的交互等;设备协同系统包括如下分类，面向物联网的设备协同系统属于大规模设备协同系统;1. 背景与意义;1.2.问题的产生;1.2.问题的产生;1.2.问题的产生;1. 背景与意义;事务参与者的分布性，异构性 事务参与者的高动态性 事务参与者的自治性 事务目标的复杂性 事务补偿性的复杂性 ;1. 背景与意义;???对物联网设备协同系统中事务参与者的分布，异构性，需要统一的数据存取与访问规范对流通中的数据进行管理 针对物联网设备协同系统中业务事务协同交互频繁且高度动态的情况，需舍弃独占的，静态的事务调度方式 针对物联网设备协同系统长事务较多，且协同目标复杂的情况，需要能有效处理长事务的事务模型 针对物联网设备协同系统基于业务逻辑的事务操作多，设计补偿事务复杂或无补偿操作的问题， 需要能有效减少补偿操作代价的事务补偿机制;2. 国内外研究现状;传统数据库事务 分布式事务 WEB服务事务 物联网事务;2. 国内外研究现状;多年以来，根据不同的事务环境，针对事务的ACID属性，出现了多种与环境相适应的事务协调协议，其中比较有影响力的协议包括以下几种： 2PC 3PC BTP THP ;1. 准备阶段：协调者向资源管理者（事务参与者）发消息要求他们准备资源。当某资源管理者完成准备时，它保证可以为事务提供资源并不单方面收回承诺。如果该资源管理者不能提供资源，那么它也须明确告知事务协调者。 2. 提交阶段：在提交阶段中，协调者将对资源管理者的回应进行计数。如果所有资源管理者都准备提供资源，则提交事务；否则回滚事务。并将结果通知所有参与者，如果结果为提交，参与者将确认它们已经提交。 ;针对2PC的阻塞情况，在2PC 中增加一阶段使得参与者在进入锁定状态之前就能够知道所有的参与者的决议（事务协调者向所有参与者发送“准备提交”报文），这时 2PC 变成 3PC 协议。 在 3PC协议中，报文有三次接收和发送，协调者第二次向参与者发出的报文不是“提交”报文，而是提交前的“准备提交”报文，告诉所有的参与者均可以自己做出决定，或撤销或提交，而不必因等待协调者恶意问答而进入阻塞状态。 然而3PC 协议也无法完全避免阻塞，且由于其较大???通信开销而没有在业界广泛使用 ;BTP协议是一种“参数化”的两阶段提交协议，它允许事务设计者可以通过程序中的代码显示地控制事务的执行过程。 BTP包含两种类型的事务：原子型和聚合型事务 原子型事务具有严格的ACID属性 聚合型事务放宽了原子性，允许基于高层业务规则来选择确认或取消工作，事务显得更加灵活；聚合事务也放松了隔离性，在事务执行期间，允许子事务的内容在顶层事务提交前对外可见 BTP的特点： 违背了经典事务管理思路中事务处理和业务处理分离的原则，更适合紧耦合的事务环境，存在可取之处 它的兼容性不好，未定义补偿的实现，遗留事务处理体系整合较差 ; THP将事务执行显示地分为两个阶段，在第一阶段，一个资源可以被多个事务同时预定，在第二阶段，先提交的事务获得资源的最终所有权。这样，因为独占资源而引起的资源利用率低的问题就可以得到有效地缓解。 ;综上所述： 2PC（两阶段提交协议）,3PC协议具有完备的ACID属性，确保数据的可靠性与一致性，但在物联网环境下，会引起长事务的长时间资源锁定，资源利用效率低； BTP协议降低了ACID中的原子性与隔离性，可以支持长事务管理；但BTP要求在事务协议中对业务逻辑进行编码，大大增加了实现的难度和复杂度，且遗留事务处理体系整合较差 THP协议放松ACID属性中的隔离性，在事务执行阶段前引入事务协调阶段，实现事务资源优化配置。但其缺少对请求资源的限制和明确的实现方法，面对物联网事务环境，须针对其的特点进行扩展，设计明确的实现方法。 ;2. 国内外研究现状;平坦事务模型 扩展事务模型 Flexble模型； 分支汇合模型； 嵌套模型； Sagas模型； ;平坦事务模型是最原始的事务模型，具有严格的ACID属性（原子性，一致性，隔离性，持久性）； 平坦的事务模型中严格的ACID属性保证了数据操作的可靠性与一致性，但存在以下缺点： 事务执行出现差错时，严格原子性的要求将使之前做的大量的工作全部丢失。 隔离性要求使得不同的事务之间不能进行消息或者控制的交换，然而对于协同活动而言，在不同的事务之间存在相互依赖关系，长时间的资源锁定会造成资源的浪费和事务执行效率的低下。;随着时间的发展与网络环境的变更，研究者们考虑到具体应用语义和依赖关系提出了各种扩展事务模型(主要包括flexible模型，分支汇合模型，嵌套模型