Efficient and Consistent Transaction Processing in Wireless Data Broadcast Environments

Abstract

Die Dissertation stellt zunächst<br />verschiedene drahtlose Netzwerktypen vor,<br />welche derzeit zur mobilen Datenkommunikation<br />zur Verfügung stehen und zeigt anschließend,<br />daß die Mehrheit heutiger<br />drahtloser Netze über eine Asymmetrie verfügt. Es wird aufgezeigt, daß<br />die hybride Datenkommunikation, welche die<br />traditionelle Pull- und die relativ<br />neue Pushtechnik vereint, eine attraktive Kommunikationsvariante zur<br />Schaffung skalierbarer und flexibler mobiler Datendienste darstellt.<br />Es folgt ein Überblick über die verschiedenen umweltbezogenen und<br />systemimmanenten Einschränkungen, welche mobile Computersysteme ausgesetzt<br />sind und wir schlussfolgern daraufhin, daß es in<br />mobilen Umgebungen wesentlich schwieriger als in traditionellen stationären<br />Datenübertragungsnetzen ist, gute Performanceergebnisse in Verbindung<br />mit starken semantischen Konsistenzgarantien für Transaktionen zu erreichen.<br /><br />Im Anschluß an die Darlegung der praktischen<br />Notwendigkeit und dem zunehmenden<br />Interesse an der Gewährleistung<br />einer zeitnahen und konsistenten Bereitstellung von Masseninformation<br />über mobile Breitband-Broadcastkanäle, schließt sich<br />eine Diskussion über die Herausforderungen und vielfältigen<br />Probleme, welche hiermit<br />verbunden sind, an.<br />In diesem Zusammenhang wird behauptet, daß die momentan<br />vorhandenen Definitionen von Isolationsgraden<br />nicht für die Implementation<br />von Transaktionsprotokollen, welche für Nur-Lese-Transaktionen<br />kreiert werden, geeignet sind, da diese eventuell ungewollte - obwohl<br />korrekte - Datenzugriffe aufgrund nicht vorhandener<br />Datenaktualitätsgarantien erlauben.<br />Um diesem Problem Abhilfe zu schaffen, werden vier<br />neue Isolationsgrade für Nur-Lese-Transaktionen definiert<br />und es werden geeignete Implementierungen dieser Isolationsgrade für hybride<br />Datenkommunikationsnetze präsentiert und deren Performance bestimmt.<br /><br />Um die Antwortzeiten von mobilen Anwendungen<br />zu verkürzen und um eine hohe Skalierbarkeit von hybriden<br />Datenkommunikationssystemen zu erreichen,<br />spielt die Pufferverwaltung der mobilen Klienten<br />(d.h. Endgeräten) eine wesentliche Rolle.<br />Da existierende Pufferverwaltungsstrategien nur eine<br />ungenügende Unterstützung für<br />Mehrversions-Transaktionsprotokolle bieten,<br />stellt diese Arbeit eine neue Pufferersetzungs- und<br />-vorabrufstrategie vor, die den Namen MICP trägt.<br />MICP ist eine hybride Pufferverwaltungsmethode, die sowohl Datenseiten<br />als auch Datenobjekte verwalten kann. Während Datenseiten nach dem<br />traditionellen LRU-Verfahren ersetzt werden, führt<br />das MICP-Verfahren Objektersetzungs- und -vorabrufentscheidungen auf<br />der Basis diverser anderer performance-kritischer Daten durch.<br />Um zu vermeiden, daß nützliche - jedoch<br />nicht-wiederbeschaffbare - Objektversionen mit wiederbeschaffbaren<br />Objektversionen um verfügbare Pufferressourcen konkurrieren müssen,<br />teilt das MICP-Verfahren den vorhandenen Speicherplatz des<br />Klientenpuffers in zwei unterschiedlich große Segmente<br />auf: die sogenannte REC- und NON-REC-Partition.<br />Zur Beurteilung der Effizienz der MICP-Puffermanagementstrategie<br />wurden umfangreiche Simulationsstudien durchgeführt, welche zeigen,<br />daß mobile Klienten, die nicht<br />das MICP-Verfahren zur Pufferverwaltung einsetzen,<br />einen durchschnittlichen Performanceverlust von etwa<br />19% erleiden.<br /><br />Schließlich widmet sich die Arbeit dem Problem,<br />Serialisierbarkeit von Lese-Schreib-Transaktionen<br />in Verbindung mit guten Antwortzeiten und einer niedrigen<br />Transaktionsabbruchsrate in hybriden drahtlosen Datenkommunikationsnetzen<br />zu erreichen. Um diese Ziele zu verwirklichen, stellt die Arbeit eine<br />Familie von<br />fünf Mehrversions-Transaktionsprotokollen vor, die den Namen<br />MVCC-* trägt. Die einzelnen Protokolle der<br />MVCC-*-Familie unterscheiden sich dabei hinsichtlich der<br />Scheduling-Performance, den<br />Datenaktualitätsgarantien, welche den Leseoperationen<br />der Transaktionen zugesichert werden, sowie der Speicher- und<br />Zeitkomplexität. Es werden die Performanceabweichungen<br />zwischen den einzelnen Protokollen der<br />MVCC-*-Familie quantifiziert und<br />außerdem werden die Performanceergebnisse mit denen, welche für<br />das bekannte Snapshot Isolation Protokoll entstehen, verglichen.<br />Da die MVCC-*-Protokollfamilie für Schedulingentscheidungen<br />nur einfache Lese- und Schreiboperationen zur<br />Laufzeit und keine semantischen Informationen über ihre<br />zugrunde liegenden Transaktionen verwendet, skizziert und<br />evaluiert die Arbeit diverse Möglichkeiten, welche die vorgeschlagenen<br />Transaktionsprotokolle erweitern, um Datenkonflikte zu vermeiden bzw. zu<br />reduzieren. Hierzu gehört u.a. die Spezifikation von alternativen<br />Schreiboperationen für ursprüngliche Änderungsoperationen,<br />die Reduktion der Datengranularität auf<br />welcher die Transaktionskontrolle<br />basiert sowie die Erhöhung der Anzahl der vom System vorgehaltenen<br />Versionen der Datenobjekte.