Efficient and Consistent Transaction Processing in Wireless Data Broadcast Environments

Abstract

Die Dissertation stellt zunächstverschiedene drahtlose Netzwerktypen vor,welche derzeit zur mobilen Datenkommunikationzur Verfügung stehen und zeigt anschließend,daß die Mehrheit heutigerdrahtloser Netze über eine Asymmetrie verfügt. Es wird aufgezeigt, daßdie hybride Datenkommunikation, welche dietraditionelle Pull- und die relativneue Pushtechnik vereint, eine attraktive Kommunikationsvariante zurSchaffung skalierbarer und flexibler mobiler Datendienste darstellt.Es folgt ein Überblick über die verschiedenen umweltbezogenen undsystemimmanenten Einschränkungen, welche mobile Computersysteme ausgesetztsind und wir schlussfolgern daraufhin, daß es inmobilen Umgebungen wesentlich schwieriger als in traditionellen stationärenDatenübertragungsnetzen ist, gute Performanceergebnisse in Verbindungmit starken semantischen Konsistenzgarantien für Transaktionen zu erreichen.Im Anschluß an die Darlegung der praktischenNotwendigkeit und dem zunehmendenInteresse an der Gewährleistungeiner zeitnahen und konsistenten Bereitstellung von Masseninformationüber mobile Breitband-Broadcastkanäle, schließt sicheine Diskussion über die Herausforderungen und vielfältigenProbleme, welche hiermitverbunden sind, an.In diesem Zusammenhang wird behauptet, daß die momentanvorhandenen Definitionen von Isolationsgradennicht für die Implementationvon Transaktionsprotokollen, welche für Nur-Lese-Transaktionenkreiert werden, geeignet sind, da diese eventuell ungewollte - obwohlkorrekte - Datenzugriffe aufgrund nicht vorhandenerDatenaktualitätsgarantien erlauben.Um diesem Problem Abhilfe zu schaffen, werden vierneue Isolationsgrade für Nur-Lese-Transaktionen definiertund es werden geeignete Implementierungen dieser Isolationsgrade für hybrideDatenkommunikationsnetze präsentiert und deren Performance bestimmt.Um die Antwortzeiten von mobilen Anwendungenzu verkürzen und um eine hohe Skalierbarkeit von hybridenDatenkommunikationssystemen zu erreichen,spielt die Pufferverwaltung der mobilen Klienten(d.h. Endgeräten) eine wesentliche Rolle.Da existierende Pufferverwaltungsstrategien nur eineungenügende Unterstützung fürMehrversions-Transaktionsprotokolle bieten,stellt diese Arbeit eine neue Pufferersetzungs- und-vorabrufstrategie vor, die den Namen MICP trägt.MICP ist eine hybride Pufferverwaltungsmethode, die sowohl Datenseitenals auch Datenobjekte verwalten kann. Während Datenseiten nach demtraditionellen LRU-Verfahren ersetzt werden, führtdas MICP-Verfahren Objektersetzungs- und -vorabrufentscheidungen aufder Basis diverser anderer performance-kritischer Daten durch.Um zu vermeiden, daß nützliche - jedochnicht-wiederbeschaffbare - Objektversionen mit wiederbeschaffbarenObjektversionen um verfügbare Pufferressourcen konkurrieren müssen,teilt das MICP-Verfahren den vorhandenen Speicherplatz desKlientenpuffers in zwei unterschiedlich große Segmenteauf: die sogenannte REC- und NON-REC-Partition.Zur Beurteilung der Effizienz der MICP-Puffermanagementstrategiewurden umfangreiche Simulationsstudien durchgeführt, welche zeigen,daß mobile Klienten, die nichtdas MICP-Verfahren zur Pufferverwaltung einsetzen,einen durchschnittlichen Performanceverlust von etwa19% erleiden.Schließlich widmet sich die Arbeit dem Problem,Serialisierbarkeit von Lese-Schreib-Transaktionenin Verbindung mit guten Antwortzeiten und einer niedrigenTransaktionsabbruchsrate in hybriden drahtlosen Datenkommunikationsnetzenzu erreichen. Um diese Ziele zu verwirklichen, stellt die Arbeit eineFamilie vonfünf Mehrversions-Transaktionsprotokollen vor, die den NamenMVCC-* trägt. Die einzelnen Protokolle derMVCC--Familie unterscheiden sich dabei hinsichtlich derScheduling-Performance, denDatenaktualitätsgarantien, welche den Leseoperationender Transaktionen zugesichert werden, sowie der Speicher- undZeitkomplexität. Es werden die Performanceabweichungenzwischen den einzelnen Protokollen derMVCC--Familie quantifiziert undaußerdem werden die Performanceergebnisse mit denen, welche fürdas bekannte Snapshot Isolation Protokoll entstehen, verglichen.Da die MVCC-*-Protokollfamilie für Schedulingentscheidungennur einfache Lese- und Schreiboperationen zurLaufzeit und keine semantischen Informationen über ihrezugrunde liegenden Transaktionen verwendet, skizziert undevaluiert die Arbeit diverse Möglichkeiten, welche die vorgeschlagenenTransaktionsprotokolle erweitern, um Datenkonflikte zu vermeiden bzw. zureduzieren. Hierzu gehört u.a. die Spezifikation von alternativenSchreiboperationen für ursprüngliche Änderungsoperationen,die Reduktion der Datengranularität aufwelcher die Transaktionskontrollebasiert sowie die Erhöhung der Anzahl der vom System vorgehaltenenVersionen der Datenobjekte.