基于内容访问网络的大规模空间矢量数据管理方法技术

本发明专利技术提供了一种基于内容访问网络的大规模空间矢量数据管理方法，通过采取基于ＣＡＮ的存储方法，取得了空间矢量数据管理模式的高扩展性。通过采取基于ＣＡＮ和四叉树的空间范围检索方法，取得了空间矢量数据快速检索的效果。通过采用负载均衡算法，进一步提升了整个空间矢量数据管理过程中的负载均衡度，增强了基于ＣＡＮ中大规模空间矢量数据管理行为的可扩展性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间矢量数据管理方法，尤其涉及一种基于内容访问网络(Content-Addressable Network,简称CAN)的大规模空间矢量数据存储和 检索方法。
技术介绍
空间数据是现代地理信息系统中位置信息服务、智能交通、房地产信 息服务、物流管理及城市基础设施管理等典型地理信息系统应用的支撑要 素之一，研究空间数据管理方法是控制和调节现代地理信息空间中物质流、 能量流和人流动态平衡及持续发展的基本要求。空间数据模型是描述现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，是 研究空间数据的组织和设计空间数据库模式的基本方法。现代地理信息系 统中的空间数据模型有三种要素(Feature)模型、网络(Network)模 型以及场(Field)模型。其中，要素模型强调离散对象，根据对象边界线 来描述离散现象，这种数据模型的实现称之为空间矢量数据。在地理信息系统的实现中，空间矢量数据模型表现为空间矢量数据对 象(简称为空间对象)。空间对象具有两个重要特征 一是所有空间对象均 嵌入一个背景坐标空间中；二是每个空间对象均具有坐标信息。常用的背 景坐标空间是欧式空间，参照坐标系是笛卡尔坐标系。以二维欧式空间为 例，它的基本空间对象有三类，分别是点、线和面。点是有特定位置的零 维对象，通常用坐标(x， y)表示；线是具有边界的一维对象，由多个点 构成；面是具有区域和边界的二维对象，由一系列封闭线组成。在基于计算机系统平台的空间矢量数据的管理系统中，高效存储和快速检索是两个重要的组成部分。最初，空间矢量数据管理是以文件形式存 储各种自定义格式的空间矢量数据，这种方法专注于高效存储而忽视了快 速检索。随着人们对空间矢量数据的不断应用和认识，结合空间索引进行 空间矢量数据管理逐渐成为一种较为成熟的方法。空间索引是提高对空间 矢量数据获取效率的有效方法，它通过综合考虑计算机体系结构和空间矢 量数据多维性来增强整个检索计算过程的针对性。这种技术的发展使得各 种空间矢量数据库及管理系统不断涌现，基于这些系统的管理模式已经成 为空间矢量数据管理的典型范例。现有空间矢量数据的管理方法在高效存储和快速检索方面虽然较为成 熟，但在应对空间矢量数据管理的大规模方面遭遇新挑战。当空间矢量数 据规模增大到一定程度后，对计算机系统的存储平台需要进行扩展和更新。 通常采用的策略是由专业技术人员进行计算机系统软硬件升级。这种方式 表面上能够解决空间矢量数据的大规模问题。但是，它需要专业人员利用 复杂软件技术与硬件设备才能顺利进行，因此可扩展性不够强大。如何降 低空间矢量数据管理扩展模式的复杂性成为人们在管理大规模空间矢量数 据中亟需解决的一个问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是解决大规模空间矢量数据管理的可扩展 性，提供一种基于内容访问网络的大规模空间矢量数据高效存储、快速检 索和可控负载均衡的管理方法。本专利技术提供一种基于CAN的大规模空间矢量数据存储方法，其特征在于包括以下步骤第一步，针对计算机网络存储系统平台，构建结构化的CAN;将空间对象的背景坐标空间R映射为CAN的虚拟坐标空间；建立CAN中每个计算机的逻辑数据结构i^(/尸,ZoM，ra)，A^妙6oM)，称户 为对等存储结点，简称结点；其中，/户表示结点户的网络地址；Zo"e表示户 的CAN区域；WD表示尸的CAN标识，用二进制数表示；A^g^o^表示尸的 邻居结点，用指向其它结点的指针集合表示；如果CAN中没有任何结点，则新结点户。直接设置为CAN结点，即令 尸0 .Zo"e = i ，尸o ， = 0 ， A .iVe妙6ors =朋〃 ；如果CAN中存在结点，则通过任一个结点计算将新结点户。的映射点^ ; 查找包含^的结点A;分解^的自身区域并接收新结点的A加入；结点i^与 新结点P。各自更新自身的数据结构记录；第二步，建立空间对象索引；建立待存储空间对象的数据结构W，"3，其中X代表空间对象特征， "°=&力称为空间对象的控制点，用于表示空间对象在四叉树中的位置；建立基于背景坐标空间R的四叉树索引数据结构；利用四叉树索引将每个空间对象在背景坐标空间R中进行定位，形成 每个空间对象的索引信息记录；第三步，将空间对象存储到CAN的结点上；将每个空间对象映射为CAN的虚拟坐标空间R中的映射点；在CAN中采用CAN路由算法递归査找能够包含该映射点的唯一结点；将空间对象存储到该结点上，更新该结点上四叉树节点的数据结构记录。本专利技术还提供一种大规模空间矢量数据的空间范围检索方法，空间矢 量数据按照上述方法存储，其特征在于包括以下步骤-第一步，建立空间范围检索条件的数据结构，描述空间范围检索条件的信息；第二步，由请求査询的结点P。根据索引判断是否需要执行该空间范围检索；第三步，如果需要执行，则计算四叉树根节点的映射点，并调用CAN 路由算法将空间范围检索条件发送至该映射点所在的结点P上；第四步，结点P执行査询条件并将结果返回给请求査询的结点尸。； 第五步，结点P根据索引判断是否需要继续执行该空间范围检索；第六步,如果需要执行，则结点P根据四叉树索引计算子节点的映射点， 然后调用CAN路由算法将空间范围检索条件发送至该映射点所在的结点上 进行递归查询。本专利技术还提供一种基于前述空间矢量数据存储方法的负载均衡方法， 其特征在于包括以下步骤第一步，建立包含负载信息的每个结点的数据结构。 第二步，每个结点根据负载信息定时判断是否存在负载失衡。 第三步，如果结点P存在负载过重情况，则进行负载均衡。 由P在CAN中启动泛洪式查询机制寻找一个合适的其它结点； 在指定的时间间隔后，判断是否找到一个合适的结点； 如果找到一个合适的结点P。，则P和尸。之间重新分配负载，更新各自的 数据结构记录。第四步，对负载较轻的结点解除负载均衡。 判断结点P是否存在负载较轻情况；如果存在，则判断P是否曾经执行过负载过重的负载均衡算法； 如果执行过，则解除P的负载均衡限制。通过采取基于CAN的存储方法，取得了空间矢量数据管理模式的高扩 展性。通过采取基于CAN和四叉树的空间范围检索方法，取得了空间矢量 数据快速检索的效果。通过采用负载均衡算法，进一步提升了整个空间矢 量数据管理过程中的负载均衡度，增强了基于CAN中大规模空间矢量数据 管理行为的可扩展性。附图说明图l是本专利技术的基于CAN的大规模空间矢量数据存储方法的流程示意图2、图3和图4分别是按照本专利技术一实施方式对图1中的步骤11、 步骤12以及步骤13进行详细说明的流程示意图5是本专利技术一实施方式所述的空间范围检索方法流程示意图6是本专利技术一实施方式所述的负载均衡方法流程示意图7是本专利技术一实施方式中计算映射点的流程示意图8是本专利技术一实施方式查找包含映射点P的结点的CAN路由算法流程示意图9是图1中的步骤11构建CAN的示例图，即图2的一个例子； 图10是图1中的步骤12建立空间对象索引的示例图，即图3的一个 例子。具体实施例方式下面参照附图对本专利技术的实施方式进行更全面的描述。在不失一般性 的情况下，为表述方便，假设在二维空间中描述空间对象。图1是本专利技术提供的基于CAN的大规模空间矢量数据存储方法的流程示意图，包括三个步骤步骤11构建CAN;步骤12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＣＡＮ的大规模空间矢量数据存储方法，其特征在于包括以下步骤：　第一步，针对计算机网络存储系统平台，构建结构化的ＣＡＮ；　将空间对象的背景坐标空间Ｒ映射为ＣＡＮ的虚拟坐标空间；　建立ＣＡＮ中每个计算机的逻辑数据结构Ｐ＝（ＩＰ，Ｚｏｎｅ，ＶＩＤ，Ｎｅｉｇｈｂｏｒｓ），称Ｐ为对等存储结点，简称结点；其中，ＩＰ表示结点Ｐ的网络地址；Ｚｏｎｅ表示Ｐ的ＣＡＮ区域；ＶＩＤ表示Ｐ的ＣＡＮ标识，用二进制数表示；Ｎｅｉｇｈｂｏｒｓ表示Ｐ的邻居结点，用指向其它结点的指针集合表示；　如果ＣＡＮ中没有任何结点，则新结点Ｐ↓［０］直接设置为ＣＡＮ结点，即令Ｐ↓［０］．Ｚｏｎｅ＝Ｒ，Ｐ↓［０］．ＶＩＤ＝０，Ｐ↓［０］．Ｎｅｉｇｈｂｏｒｓ＝ｎｕｌｌ；　如果ＣＡＮ中存在结点，则通过任一个结点计算新结点Ｐ↓［０］的映射点ｐ；查找包含ｐ的结点Ｐ↓［ｋ］；分解Ｐ↓［ｋ］的自身区域并接收新结点Ｐ↓［０］的加入；结点Ｐ↓［ｋ］与新结点Ｐ↓［０］各自更新自身的数据结构记录；　第二步，建立空间对象索引；　建立待存储空间对象的数据结构｛Ｘ，ｕ°｝，其中Ｘ代表空间对象特征，ｕ°＝（ｘ，ｙ）称为空间对象的控制点，用于表示空间对象在四叉树中的位置；　建立基于背景坐标空间Ｒ的四叉树索引数据结构；　利用四叉树索引将每个空间对象在背景坐标空间Ｒ中进行定位，形成每个空间对象的索引信息记录；　第三步，将空间对象存储到ＣＡＮ的结点上；　将每个空间对象映射为ＣＡＮ的虚拟坐标空间Ｒ中的映射点；　在ＣＡＮ中采用ＣＡＮ路由算法查找能够包含该映射点的唯一结点；　将空间对象存储到该结点上，更新该结点上四叉树节点的数据结构记录。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景宁，左怀玉，陈荦，吴秋云，李军，唐宇，钟志农，熊伟，王钧，薛丹，程果，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]