用户访问驱动的空间数据存储组织与服务方法研究

All spatial data have to be stored distributedly into different service nodes in distributed web geographic information system which has limited resources. Compared with traditional method which store distributedly all data based on their fixed features, such as locations, global user driving mode which store distributedly all data according to all users access behavior and provide cache and prefetching service might be more appropriate to the need of system, and also such research is very important. This study proposes a kind of dynamic expression method for spatial data correlation based on global user access behavior which have long-term stability as well as short-term bursty. And then, a coordinated data storage and service method is designed and implemented to meet the contradictory requirements of disk I/O which need to read data continuously and network I/O which need to transmit data parallelly. Moreover, the algorithm and the solution can be validated by our existing platform. The innovation of this study is the new method to realize the spatial data storage organization and information service based on global user access driving. The proposed methods which mine the relationship among data due to all users access behavior have certain universality, meanwhile, and can be used to optimize the data organization strategy and service method, last but not the least, it can be used as the guide for the research of data management and data service technology in the "big data" mode.

资源受限的分布式网络地理信息系统中，数据需要分散存储在不同服务节点上，相对于传统方法中基于数据位置等固有特征的数据驱动存储模式或仅针对单用户行为进行算法设计，根据全局用户行为进行数据分布存储和开展缓存预取服务非常重要，也更切合系统的实际应用需求。课题根据用户行为同时具有的长期稳定性和短期突发性思想，研究一种基于全局用户访问行为的空间数据相互关系动态表达方法，同时根据网络地理信息系统底层磁盘I/O对数据连续读取和上层网络I/O对数据并行分发的矛盾需求，研究一种上下协调一致的空间数据存储组织和服务方法，并利用所在单位和课题前期成果平台进行原理验证，最终目标是实现一种新的基于全局用户访问驱动的空间数据存储组织与信息服务方法。课题方法基于用户访问行为挖掘数据相互之间的关系，并据此优化系统的数据组织策略和服务方法具有一定的普适性，对“大数据”模式下的数据管理与数据服务技术研究有指导意义。

本课题针对分布式网络地理信息系统服务资源受限的问题，围绕空间数据分布式存储和组织、空间数据副本生成与放置策略以及空间数据缓存和缓存置换等方面展开研究，取得了一系列重要研究成果。在空间数据分布式存储和组织方面，构建了一种上下协调一致的空间数据存储组织和服务方法，以协同适应网络地理信息系统底层磁盘I/O对数据连续读取和上层网络I/O对数据并行分发的矛盾需求；此外，在空间数据副本生成与放置策略方面，根据空间数据访问热度提出了一种满足负载均衡需求的副本生成和放置方法，在综合考虑静态副本和动态副本的基础上，实现热点空间数据的均衡分布；同时，在空间数据缓存和缓存置换方面，通过引入时间衰减函数描述空间数据的长期稳定性和短期突发性等动态相互关系，并在有限的缓存空间内提供数据预取服务，从而为用户的快速访问需求提前准备合适的空间数据；最后，构建基于云代理的地理空间并行服务体系开展洪水预防与灾害评估，根据并发请求数量和服务性能要求动态调整计算资源以优化其并行处理能力，从而通过扩展基于云的群集来满足公众用户的海量并发请求。本课题所取得的研究成果，能够为面向公众等提供实时的地理空间信息服务或面向大数据条件下的存储及管理等应用提供技术和算法支撑，并在一定程度上推动时空信息服务从PNT向PNTRC的一体化天基信息实时服务发展。