通信资源数据库设计

邓强劲

（民航湖南空中交通管理分局技保部，湖南 长沙410137）

现代通信设备型号繁多，而且各个设备之间线路复杂。以无线通信接受信号为例，信号从接收机下来以后需要通过不同的传输设备来保障传输信号的稳定可靠，同时在机房还需对该信号进行各个终端设备的引接，这样信号将会被一层一层地引接下去。而且一般机房这种需引接的信号均在几十或上百以上，每个信号又分别由发射、接收等信号组成，再加上还有有线勤务电话，可见维护机房信号的复杂性。每一个设备维护人员都希望在任何一路信号有问题时，能快速简单地查到这一路信号所经过的配线模块，进而对每一个点进行测试，以便在规定时间内解决问题。

为此希望有一个数据库，大到各台站的信号走向，小到终端机房设备的一根跳线，都记录在案，可以方便地查询和修改信号的走向，亦可查询和修改配线柱上所走的信号。

1 选用关系数据模型

建立数据库的第一步是选用恰当的数据模型。数据模型的主要功能是用于描述数据和数据的关联。它包含三个基本要素：数据结构、数据操作和数据约束条件。

在数据模型的三个要素中数据结构是基础，它决定着数据模型的性质。主要的数据结构有层次结构、网状结构、关系结构和面向对象的结构。基于关系结构的数据模型称为关系模型。

在关系模型中，实体间的联系是通过二维关系来定义，每一个二维关系可以用一张二维表来表示。它主要涉及到如下一些内容，关系、记录、字段、域、数据、主关键字段、关系模式。它相对层次模型、网状模型具有以下的优点：具有严密的数学基础；概念单一化，表达直观，但又具有较强的数据表达和建模能力；关系经过严格的范式理论规范化；它对数据的操作通过集合进行，不具有方向性，不管如何操作，难度都是一样的。当然关系模型相对面向对象模型也有自身的缺点，但是目前面向对象模型的相关理论和方法还不够成熟，因此选用关系数据模型作为通信资源数据库的数学抽象。

2 关系模式的规范化与分解

关系模式是关系所涉及的属性的集合。这些属性的设置是出于对刻划实体以及实体间联系的需要。关系模式设计得合理就能够在保证满足这种需要的前提下尽可能使这些属性少而简单。

规范化在数据库设计中有着重要的作用。范式是规范化理论中基本而重要的概念，它是对关系数据库进行等级分类的一种标准，分为六种：第一范式，第二范式，第三范式，BC范式，第四范式，第五范式。它们对关系的限制是逐级递增的，而且每一级都包含前一级所带的约束条件。设计数据库的目标就是逐步提高范式的等级使之处于一个合理的水平，使设计工作尽可能少的同时又能极大地减少数据冗余，消除插入异常和删除异常。一般，关系数据库只要它的所有关系都能满足BC范式就可以用极少的数据充分地描述实体间联系。

回过头来看前面提出的问题，最终希望能够得到的查询结果是如图1的形式，知道经过任一一点的信号是什么信号，从哪里来的，到哪里去。这样一个结点的信息主要包括该结点所处的模块及在此模块的行列号、此模块所处的机架编号、该结点上走的信号、该结点前级结点的信息（此前级结点所处的模块及在此模块的行列号、此模块所处的机架编号）及与此前级结点的连接信息、该结点后级结点的信息（此后级结点所处的模块及在此模块的行列号、此模块所处的机架编号）及与此后级结点的连接信息等等，其形式如下：

综合结点：结点编号，结点所处模块信息，行，列，机架，信号所属台站，信号类型，信号名称，前级结点所处的模块，行，列，机架，与前级结点连接信息1…n，后级结点所处的模块，行，列，机架，与后级结点连接信息1…n，……其中行列是指结点的位置信息，即结点所处模块的行列。

图1 期望查询结果

实际上，此综合结点是符合第一范式的定义：设R是一个关系模式，对于R的任意一个属性a，如果a的每一个属性值都是不可再分的数据项，则称R属于第一范式。

但是此综合结点关系存在以下缺点：

（1）大量的数据冗余，图1中结点2为结点3和结点8的前级结点，这样它的信息就会以前级结点的形式出现在结点3和结点8中；

（2）插入异常，由于结点9没有后级结点，这样结点9将无法加入插入；

（3）删除异常，删除结点3，将导致结点4没有前级结点。

因为第一范式有上述问题的存在，需引入更高级的范式。

设R是一个关系模式，如果R属于第一范式且每个非主属性都完全依赖于主码，则称R属于第二范式。第二范式是比第一范式更高级别的范式，它能有效地部分消除第一范式存在的数据冗余、插入异常和删除异常。

综合结点的主码为结点编号，结点2的后级结点既有结点3同时又有结点8，所以后级结点并非完全依赖于主码，不符合第二范式的定义。

为了使综合结点关系符合第二范式对其进行分解为：

结点（结点编号，结点所处模块信息，行，列，机架，信号所所属台站，信号类型，信号名称）；

连接（连接编号，前级结点编号，后级结点编号，连接信息1…n）；

其它关系略。

经过分解，新的关系在很大程度上解决了原关系存在的一些数据冗余、插入异常和删除异常的问题。

但是问题并没有彻底解决，由于存在传递依赖，使得冗余异常问题依然存在。为此把目光转向第三范式。

设R是一个关系模式，如果R属于第二范式且每个非主属性都非传递依赖于主码，则称R属于第三范式。

可见，新得到的关系中信号类型←信号名称（信号类型依赖于信号名称），信号名称←结点编号，所以信号类型传递依赖于结点编号。为此，必须对关系进行新的分解，以消除传递依赖关系，使其满足第三范式的定义。

经过分解，得到如下的关系：

结点（结点编号，模块编号，行，列，信号编号）；

信号（信号编号，信号所属台站，信号类型，信号名称）；

模块（模块编号，机架信息，位置）；

连接（连接编号，前级结点编号，后级结点编号，连接信息1…n）。

经过新的分解得到的关系，同时也符合BC范式的定义：设R是一个关系模式，如果对于R中任一一个非平凡函数依赖于B→C，都有B包含某一个候选码，则称R属于BC范式。如果一个关系模式属于BC范式，则它一定属于第三范式。至此关系数据库使用的所有关系都是符合BC范式的关系，这个数据库已经很完美了。如果再片面地追求满足更高级别的范式关系，会使数据库的设计变得非常复杂。

以上列举了设计数据库、简化关系所需的主要工作。除此之外，还需要对它作一些处理，比如“模块”中的“机架”，为了管理上的方便，也为了不至于使一张表做得过大，对它专门设计了一张表，而在表“模块”中只是保存了“机架”的索引号。

将经过规范与分解后得到的属于第三范式的每一个关系做成一个表，表及表与表的关系数据约束就构成了所需的完整的关系数据库。这样就把通信资源做成了一个完整关系数据库，经过数据录入和数据维护就可以方便准确地查询显示通信资源的信息（如图1）。

3 结 语

认真对待工作中的需要，就能发现问题，解决问题，提高效率。前文完成了数据库的设计工作，但是数据的录入同样是一件不可忽视的细致工作，一个数据的录入错误可能导致以后工作的致命失误。比如将某个频率A的接线点错录成了另一个频率B的接线点，就有可能导致在频率A的线路检查排故时将频率B的路由断开，若频率B是一个正在使用的管制频率，那后果就可想而知。

［1］ 蒙祖强.SQL Server 2005应用开发大全［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［2］ 谭浩强.数据结构［M］.北京：清华大学出版社，1994.

［3］ 唐发根.数据结构教程（第2版）［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.