XEDGE:一种关系模式下的XML存储策略

维普资讯

・４７・　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｒａ　Ｎｏ．７　２００６　

Ｘ　Ｅ　ＤＧ　Ｅ：一种关系模式下的Ｘ　Ｍ　Ｌ存储策略　

杨海波　，吴国芳　。董逸生　

（１．东南大学计算机科学与工程系，江苏南京２１００９６；２．绍兴托普信息技术学院）　

摘要：ＸＭＬ已经成为万维网上数据交换的新标准，ＸＭＬ管理也已成为当前的一个研究热点。利用传统的数据库技术　

对ＸＭＬ数据进行管理是可行的。文章提出了一种新的关系模式下的存储策略：ＸＥＤＧＥ。它建立在ＸＤＧＲＭ的基础上．是　

可扩展的，在同类策略中是较优的。　

关键词：ＸＭＬ；关系；数据库；存储：ＸＥＤＧＥ　

０引言　

１９９８年ＸＭＬ１．０”ｌ正式成为Ｗ３Ｃ的推荐标准，标志着　

ＸＭＬ的正式面世。从此，ＸＭＬ获得了迅猛地发展。ＸＭＬ正逐　

渐成为互联网数据呈现和交换的新标准，并广泛应用于电子商　

务、电子数据交换、电子图书馆等领域。如何对ＸＭＬ数据进行　

有效管理（如存储和查询）已成为一个急需解决的问题。大体　

上，有三个解决途径　Ｊ：一是建立专门的数据库管理系统（Ｎａｔｉｖｅ　

ＸＭＬ　ＤＢＭＳ）；二是使用面向对象的数据库管理系统（Ｏｂ—　

ｊｅｃｔ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ＤＢＭＳ）；三是使用关系数据库管理系统（Ｒｅｌａ－　

ｔｉｏｎａｌ　ＤＢＭＳ）。Ｘｐａｒｅｎｔ（　认为，当要把ＸＭＬ数据存储在关系数　

据库管理系统时，为存储ＸＭＬ数据而进行存储模型设计的问　

题就变成了数据库模式的设计问题。ＸＲｅＰ］把数据库模式设计　

分成两类：结构映射策略（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—ｍａｐｐｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ）和模型映　

射策略（ｍｏｄｅｌ—ｍａｐｐｉｎｇ　ｓｒｔａｔｅｇｙ　ｏ前者是在诸如ＤＴＤ、ＸＭＬ　

ＳＣＨＥＭＡ等模式文件的帮助下，不预先定义关系模式，而是实　

时进行ＸＭＬ到关系的模式转换。后者的思路是，先建立一个数　

据模型，在没有模式文件的帮助下，根据模型的特点和查询的　

任务，预先定义一个关系数据库模式。　

本文提出了一种新的关系模式下的存储策略：ＸＥＤＧＥ。它　

可以归在模型映射策略的门下。与其他模型映射策略类的策略　

相比，有如下优势：　

（１）它建立在ＸＭＬ数据通用参考模型（ＸＤＧＲＭ）的基础　

之上。　

（２）扩充了节点类型和边类型，所有的混合元素都有文本　

子节点和文本边。从而使得内部节点都统一起来，更简洁，利于　

边表化。　

（３）有路径信息冗余，显示化路径结构信息，从而有了　

ＸＭＬ数据的全局信息。　

（４）它是一个五表关系模式：元素边表、属性边表、值边表、　

外部路径表、内部路径表。　

（５）试验结果表明，它的查询较优。　

１　ＸＤＧＲＭ　

ＸＥＤＧＥ策略需要一个ＸＭＬ数据模型的支持。为此，笔者　

设计了一个ＸＭＬ数据模型，即ＸＤＧＲＭ，全称是ＸＭＬ数据通　

用参考模型（ＸＭＬ　Ｄａｔａ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｏｄｅｌ　ｏ它的主要　

特征如下：　

（１）汲取了ＯＥＭｔ，￣ｔ、ＸＰａｔｈｔ６￣等模型的精华。　

（２）与ＯＥＭ、ＸＰａｔｈ等模型相比，具有更好的通用性。　

（３）直接支持ＸＭＬ数据，支持ＸＭＬ数据的有序特性、支　

持有混合内容的元素、支持文档问的链接等。　

（４）是一个以边为中心的ＸＭＬ数据图模型，ＸＭＬ信息集　

中在边上。　

（５）显示化节点之间的关联信息，如元素与元素之间的关　

联、元素与属性之问的关联、元素与文本之间的关联、本文档元　

素与另一个文档中的元素的关联等。　

（６）显示化路径信息。　

（７）面向关系模式。　

为了更好地说明ＸＤＧＲＭ，笔者使用了一个ＸＭＬ实例，如　

图１所示。　

图１一个ＸＭＬ实例　

图２是图１中ＸＭＬ实例的ＸＤＧＲＭ图表示。　

１２　

ｏ元素结点　口文本结点　一　属性结点　

－）引用关系—一元素／子元素关系　

＋

元素／属性关系——◆元素／文本关系　

图２　ＸＭＬ实例的ＸＤＧＲＭ表示　

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计算机时代２００６年第７期　

２　ＸＥＤＧＥ　

・４８・　

ＸＭａｒｋ同时提供了一个综合而简洁的ＸＭＬ查询集合。它　

ＸＥＤＧＥ中的“ｘ”含有“ＸＭＬ”、“ＸＤＧＲＭ”和可扩展（ｅＸ—　

覆盖了ＸＭＬ查询的方方面面。笔者选择了其中几个有代表性　

的查询：Ｑｌ、Ｑ２、Ｑ４、Ｑ８、Ｑ９、Ｑｌｌ、Ｑ１７、Ｑ１９。为了便于说明，使　

ｔｅｎｓｉｂｌｅ）之意。　

ＸＥＤＧＥ存储策略建立在ＸＤＧＲＭ模型的基础上。　

用连续的代号分别代表上面的查询：ＱＭ１一ＱＭ８。

ＸＤＧＲＭ模型直接支持ＸＭＬ数据的建模；ＸＤＧＲＭ图以边为　

中心。ＸＤＧＲＭ模型中定义了边类型的域，为扩展提供了可能。　

建立在ＸＤＧＲＭ模型之上的关系模式是可扩展的，这样做是出　

边表策略和ＸＥＤＧＥ策略的代号分别是ＣＬ１和ＣＬ２。在不　

同策略下生成的关系数据库库名的编码规则是策略代号加　

ＸＭＬ文档代号。　

于以下几点考虑：　

笔者首先在ＣＬＩＤＭ１和ＣＬ２ＤＭＩ数据库上做了查询试　

ＱＭ２和　

（１）ＸＭＬ的规范还在发展之中，模型存储策略必须能适应　

验，试验结果如图３。发现ＸＥＤＧＥ策略除了在ＱＭ１、

ＸＭＬ规范的演化。　

（２）容易形成关系模式的核心部分和可扩展部分，以方便　

存储策略的实现。　

ＸＥＤＧＥ存储策略建立的关系模式的核心部分是：外部路　

径关系模式、元素边关系模式、属性边关系模式和值边关系模　

式，它们是建立在核心边类型的基础上的。　

外部路径关系对应ＸＤＧＲＭ图中的外部简单结构路径信　

息，给用户提供了ＸＭＬ数据的全局视图。　

“外部路径”关系模式是：　

ＯｕｔｅｒＰａｔｈ（ＬａｂｅｌＰａｔｈｌＤ，Ｌｅｖｅｌ，ＬａｂｅｌＰａｔｈＳｔｒ）　

元素边关系与ＸＤＧＲＭ模型中的元素边类型（元素与元素　

之问的关联）一一对应。　

“元素边”关系模式是：　

ＥｌｅｍｅｎｔＥｄｇｅ（ＰＯＩＤ，Ｏｒｄｉｎａｌ，ＣＯｌＤ，ＴａｇＮａｍｅ，Ｔｙｐｅ，　

ＬａｂｅｌＰａｔｈｌＤ）　

属性边关系与ＸＤＧＲＭ模型中的属性边类型（元素与属性　

之间的关联）一一对应。　

“属性边”关系模式是：　

ＡｔｔｒｉｂｕｔｅＥｄｇｅ（ＯｌＤ，ＡｔｔｒＮａｍｅ，ＡＲｔＹａｌｕｅ，ＬａｂｅｌＰａｔｈｌＤ）　

值边关系与ＸＤＧＲＭ模型中的值边类型（元素与文本之间　

的关联）一一对应。　

“值边”关系模式是：　

ＶａｌｕｅＥｄｇｅ（ＯｌＤ，Ｖａｌｕｅ，ＬａｂｅｌＰａｔｈｌＤ）　

３试验结果　

ＸＥＤＧＥ策略的设计目标是利用商业化的关系数据库管理　

系统来有效地管理ＸＭＬ文档。本文将给出它与其他策略（如边　

表策略　）对比的试验结果。　

试验的软硬条件：操作系统是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ　

Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ＳＰ２　２００２；中央处理器为１．４ＧＨｚ；内存为１９２ＭＢ；　

关系数据库引擎采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２０００　Ｄｅｓｋｔｏｐ　

Ｅｎｇｉｎｅ（ＭＳＤＥ　２０００）Ｒｅｌｅａｓｅ　Ａ；开发环境采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　

Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋。　

试验数据和ＸＭＬ查询都来自ＸＭａｒｋｔｎ。ＸＭａｒｋ是一个专　

门的ＸＭＬ测试工程。它提供了一个可伸缩的ＸＭＬ文档数据　

库和一个综合而简洁的ＸＭＬ查询集合。　

笔者通过指定不同的系数，生成了三个测试数据集：２８．３ＭＢ　

（０．２５）、５６２ＭＢ（０．５）和ｌｌ３ＭＢ（１．（））。括号中的数字是产生数据时，　

使用的不同系数。笔者用代号ＤＭＩ、ＤＭ２、ＤＭ３分别代表它们。　

ＱＭ７查询上优势不明显之外，在其他查询上远优于边表策略。　

这是因为ＱＭ１、ＱＭ２和ＱＭ７的查询相对简单，且查询路径较　

短。也就是说，在简单查询和邻近查询上，ＸＥＤＧＥ无法发挥它　

的优势。　

同时发现ＸＥＤＧＥ在ＱＭ６上查询效率不高。这是因为本　

查询需要在ＡｔｔｒｉｂｕｔｅＥｄｇｅ．ＡｔｔｒＶａｌｕｅ列和ＶａｌｕｅＥｄｇｅ　Ｖａｌｕｅ列进　

行值连接。但是，ＶａｌｕｅＥｄｇｅ　Ｖａｌｕｅ列所占的空间太大，无法建立　

索引，导致查询效率不高。　

１０００．００　

１００Ｏ０　

州’　

重　

苔　１

．

【ｘ１　

０．１０　

０．０１　

图３不同策略下的查询结果　

最后，做了一个可伸缩性试验，分别在ＣＬ２ＤＭＩ、ＣＬ２ＤＭ２　

和ＣＬ３ＤＭ３进行查询，查询结果如图４。结果表明，ＸＥＤＧＥ存　

储策略具有良好的可伸缩性。　

８（Ｘ）　

７．（ＫＪ　

６（Ｘ）　

５（ｘｌ　

要４　

是３（ｘ）　

２（Ｘ）　

１　００　

０（Ｘ）　

ＬＺＵＭｌ　ＬＺＵＭ２　ＬＺＵＭ３　

图４　ＸＥＤＧＥ策略的可伸缩性试验　

通过试验对比，说明ＸＥＤＧＥ策略是有效的，且远优于边　

表策略。　

４结束语　

本文给出了一个建立在关系数据库管理系统之上的ＸＭＬ　

存储策略。它是基于ＸＤＧＲＭ模型的。该策略的核心是外部路　

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・４９・　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｒａ　Ｎｏ．７　２００６　

移动通讯中直放站的远程通信与监控技术的实现　

王鲁贵　

（浙江理工大学，浙江杭州３１００１８）　

摘要：介绍了基于￥３Ｃ２４１０的Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ．ＮＥＴ嵌入式系统在直放站通讯与监控中的应用，阐述了在Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ　

ＮＥＴ下开发通讯控制系统的详细过程。实践证明，所开发的系统可靠稳定，实时性高。　

关键词：嵌入式系统；ＲＴＯＳ；ＣＤＭＡ．Ｍｏｄｅｍ；Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ　ＮＥＴ　

０引言　

目前，移动通信虽然已经很普及，但是无论何种无线通信　

在其覆盖区域中都将产生弱信号区和盲区。直放站具有性价比　

１系统总体设计　

整个系统如图ｉ所示。　

串口３（调试）Ｉ　ｌ　ＵＳＢ接　Ｃ　

高，施工简单等特点，在我国移动网络上有大量的应用。对一些　

偏远地区和用户数不多的盲区，由于架设模拟或数字基站成本　

：　：　Ｍ　Ｄ　山　

同　ｌ基于￥３Ｃ１４１０的ｌ　同　Ａ　Ｉ网Ｉ　心　

太高，基础设施也较复杂，所以一般采用直放站。直放站的使用　

大大提高了运营商网络的处理能力和覆盖范围，同时也不可避　

免地带来一些问题，具体如下：　

．＿————　口』ｌ　　—ｆ　　Ｗｉｆ的嵌入式系ｎｄｏｗｓ　ＣＥ．Ｎ统ｆＥＴ　—　口Ｉ　ｌ２｝Ｈ　　Ｍｏ●　　可

■——　ｄ　

ｅ　

　服　务　

站　

ｔ　

匝垂圈　ｍ　

由于直放站要填补基站覆盖不到的区域，因此直放站设备　

分布区域较广，位置大多比较偏远。直放站在整个网络中是孤　

时对故障进行处理，因此给少数用户地区和信号盲区的移动通　

讯设备维护和管理工作带来很大的困难，对整个网络的质量也　

会产生一定程度的影响。　

方案使直放站能与中心服务站直接无线通讯，并且具有自动检　

测连接状态和自动拨号功能，防止不确定因素干扰而使网络连　

接中断。本设计方案采用基于￥３Ｃ２４１０的Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ．ＮＥＴ　

的嵌入式系统来实现。　

图１基于嵌入式技术的无线上网直放站组成　

基于￥３Ｃ２４１０的Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ．ＮＥＴ的嵌入式系统的无线　

（１）直放站。用于延伸移动通信网络。通过串口１与嵌入式　

系统通信。　

立的，一旦出现故障，无法及时获知设备的告警信息，也无法及　

上网直放站主要由以下几部分组成：

（２）ＵＳＢ接口。利用ＵＳＢ的热插拔性能，通过Ｕ盘可方便　

（３）ＣＤＭＡ—Ｍｏｄｅｍ模块。通过串口２与嵌入式系统连接。　

为了解决上述问题，本文设计出一种新的直放站方案。该　

地实现软件的升级和数据更替。

自动拨号程序启动时，对其拨号，以登录网络。　

（４）基于￥３Ｃ２４１０的Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ．ＮＥＴ的嵌入式系统。主　

要实现人机交互、数据通信、自动拨号的功能。　

径关系模式、元素边关系模式、属性边关系模式和值边关系模　

式。它们是建立在核心边类型的基础上的。通过试验对比，说明　

ＸＥＤＧＥ策略是有效的，且远优于边表策略。　

但是，该策略仍然存在诸多问题：　

（１）如何支持ＸＭＬ数据的更新，如何重构从关系数据库返　

回的结果，这方面没有做深入的研究和相应的试验对比。　

（２）在查询方面，ＸＭＬ查询到ＳＱＬ查询的转换还处于手工　

阶段。　

Ａｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ＸＭＬ　ｄａｔａ［Ｃ］．Ｉｎ　Ｐｒｏｃ　Ｏｆ　ＡＤＣ．　

２００２．５（１）：８５～９４　

４】　Ｍ　Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｔ　Ａｍａｇａｓａ，Ｔ　Ｓｈｉｍｕｒａ　ｅｔ　ａ１．ＸＲｅｌ：Ａ　

Ｐａｔｈ－Ｂａｓｅｄ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ　ｏｆ　ＸＭＬ　

Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ　Ｄａｔａｂａｓｅｓ［Ｊ１．ＡＣＭ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　

ｏｎ　Ｉｎｔｅｍｅｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１．１（１）：１１０－１４１　

５１　Ｙａｎｎｉｓ　Ｐａ【ｐａｋｏｎｓｔａｎｔｉｎｏｕ，Ｈｅｃｔｏｒ　Ｇａｒｃｉａ－Ｍｏｌｉｎａ，ａｎｄ　Ｊｅｎ　ｎｉｆｅ　

Ｗｉｄｏｍ．Ｏｂｊｅｃｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ａｃｒｏｓｓ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　

ｓｏｕｒｃｅｓ［Ｃ１．Ｉｎ　Ｐｒｏｃ　Ｏｆ　Ｉｎｆｌ　Ｃｏｎｆ　ｏｎ　Ｄａｔａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＩＣＤＥ）．　

Ｔａｉｐｅｉ，Ｔａｉｗａｎ．１９９５：２５１～２６０　

上述几个问题都具有很大的挑战性，今后应重点展开研　

究，使得本策略更为实用和高效。　

参考文献：　

【１Ｊ　Ｗｏｒｌｄ　Ｗｉｄｅ　Ｗｅｂ　Ｃｏｎｓｏｒｉｔｕｍ．Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ　

（ＸＭＵ［ＥＢ／ＯＵ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗ３．ｏｒｇ／ＸＭＬ／，２００６．２．２５．　

【２Ｊ　Ａ　Ｄｅｕｔｓｃｈ，Ｍ　Ｆ　Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ，Ｄ　Ｓｕｃｉｕ．Ｓｔｏｒｉｎｇ　Ｓｅｍｉ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　

Ｄａｔａ　ｗｉｔｈ　ＳＴＯＲＥＤ【Ｃ】．Ｉｎ　Ｐｒｏｃ　ｏｆ　ＳＩＧＭＯＤ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，　

１９９９：４３１～４４２　

６】Ｗｏｒｌｄ　Ｗｉｄｅ　Ｗｅｂ　Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ．ＸＭＬ　Ｐａｔｈ　Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＸＰａｔｈ）　

２

０［ＥＢ／ＯＵ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗ３．ｏｒｇ／ＴＲ／ｘｐａｔｈ２０／，２００５．１０．２９．　

７】Ｓｃｈｍｉｄｔ　ＡＲ，Ｗａａｓ　Ｆ，Ｋｅｒｓｔｅｎ　ＭＬ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ＸＭＬ　ｂｅｎｃｈｍａｒｋ　

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８Ｊ曹亮，王茜，卢菁．ＸＭＬ数据在关系数据库中存储和枪索的研究和实　

现．东南大学学报（自然科学版），２００２－３２（２）：１２４～１２８　

９】王晓玲，栾金锋，董逸生．基于演化计算的ＸＭＬ数据的关系存储．计　

【３Ｊ　Ｈ　Ｊｉａｎｇ，Ｈ　Ｌｕ，Ｗ　Ｗａｎｇ　ｅｔ　ａ１．Ｐａｔｈ　ｍａｔｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ：　

算机研究与发展，２００３．４０（７）：１１１０～１１１６　田