實時數(shù)據(jù)建模(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-11-12 10:30:01 | 來源：信息時代

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    實時數(shù)據(jù)建模 : 對實時數(shù)據(jù)模型的一種建模技術(shù),其中包括對實時數(shù)據(jù)語言(real-time data language)的研究。因為通常的層次、網(wǎng)狀和關(guān)系模型都不能描述有關(guān)時間的信息(除與一般屬性無任何差別的時間域?qū)傩?如“日期”外),沒有時間語義。
當前有兩種修改關(guān)系模型以支持實時查詢處理的方法: ①使用“近似關(guān)系”查詢,經(jīng)反復(fù)修改來獲得更好的結(jié)果和查詢響應(yīng); ②使用關(guān)系的“片段網(wǎng)格”以改善查詢處理。但這兩者都未引入時間維,更未考慮定時限制。
與任何數(shù)據(jù)模型一樣,一個實時數(shù)據(jù)模型也由數(shù)據(jù)對象、約束、數(shù)據(jù)操作所組成。
1. 實時數(shù)據(jù)對象
實時數(shù)據(jù)庫由三大類數(shù)據(jù)對象組成: 映像對象(image object,IMO),導(dǎo)出對象(derived object,DEO)和不變對象(invariant object,IVO)。
(1)映像對象(IMO):是實現(xiàn)世界對象(real world object,RWO)經(jīng)傳感器周期或無定期地采樣而寫入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象。所以,一個IMO就是一個RWO在RTDB中的一個映像。因此,一個IMO有一個對應(yīng)的RWO采樣時間與之相聯(lián),該時間稱為“采樣/事件時標”(sampling/event timestamp)。自此開始至下一次采樣的時間區(qū)間就是該IMO的“有效時間”(valid time)或“外部有效期”。一個IMO一旦記入數(shù)據(jù)庫,一般不被更改,而是對應(yīng)RWO在后來時刻的采樣在RTDB中寫入一個新的IMO。RTDB要維護一些IMO的檔案式存儲,所以同一RWO在不同時間點的“快照” (snapshot)在RTDB中是有效的。例如,雷達跟蹤一個空中飛行體時,在時刻t_i采樣到的高度、速度和飛行方向等都是IMO,對應(yīng)不同的t_i分別有多個IMO。
(2)導(dǎo)出對象(DEO): 是在一個事務(wù)的執(zhí)行過程中由一組IMO和/或其他數(shù)據(jù)對象計算而得的數(shù)據(jù)對象,與DEO相聯(lián)的時標是導(dǎo)出它的事務(wù)時間。不像IMO,DEO的值在數(shù)據(jù)庫中可能被更新,其檔案式存儲可以維護,也可以不被維護。
(3)不變對象(IVO): 是不隨時間而變的常數(shù)。它可以看作是或不是實時數(shù)據(jù),若是,則為實時數(shù)據(jù)的特例,其相聯(lián)時間總是“當前”,其有效期是自RTDB建立時起到“當前”的時間區(qū)間。
與上述各數(shù)據(jù)對象相聯(lián)的時間可以是有效時間或事務(wù)時間維,其時間量子可以是時間點或時片。
2. 時間一致性限制
RTDB具有外部一致性和相互一致性(統(tǒng)稱時間一致性)要求。外部一致性保證數(shù)據(jù)能反映現(xiàn)實世界的當時狀態(tài)。令t_c表示“當前”時間,t_x表對象x的時間(這里假定對象時間為一個時間點,它可以是有效或事務(wù)時間)。定義對象x的“年齡”a(x)為:a(x)=t_c-t_x。若對于數(shù)據(jù)對象x有a(x_i)≤S_x,S_x>0為一指定的時間閾值,則x是外部(絕對)一致的。指定的閾值S_x就是對象x的外部有效期。對于數(shù)據(jù)庫DB的任一數(shù)據(jù)集XDB, 若∀x∈X(a(x)≤S_x)成立,則說數(shù)據(jù)集X是外部一致的。
數(shù)據(jù)的相互一致性保證用來作決策或?qū)С鲂聰?shù)據(jù)對象的一組數(shù)據(jù)對象的時間差距是在指定的閾值范圍內(nèi)。兩個不同數(shù)據(jù)對象x_i,x_j的時間差距定義為:d(x_i,x_j)＝|t_xi-t_xj|。若對于兩個數(shù)據(jù)對象x_i和x_j,有d(x_i,x_j)≤Sh,Sh>0為一給定閾值,則說x_i和x_j是相互一致的。 對于數(shù)據(jù)庫DB的任一對象集YDB,若∀x_i,x_j∈Y,x_i≠x_j(d(x_i,x_j)≤Sh)成立, 則說Y是相互一致的,稱為一個相互一致集。相互一致集的數(shù)據(jù)共同描述現(xiàn)實世界某時刻的同一狀態(tài)。
若用來導(dǎo)出一個新數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)對象集既是外部一致又是相互一致的,則該新對象被認為是時間一致的。
作為實時數(shù)據(jù)特例的IVO總被認為是時間一致的。因為任一IVO x,總是t_x＝t_c(當前時間),對于任何S_x>0,總有a(x)=t_c-t_x＝0<S_x,所以是外部一致的。而對于任意兩個IVO x_i,x_j,有d(x_i,x_j)=|t_xi-t_xj|=|t_c-t_c|=0<Sh,所以任何IVO總是相互一致的。
3.實時關(guān)系代數(shù)
定義關(guān)系代數(shù)有五種基本操作: 選擇、投影、笛卡兒積、差和并。它們對實時數(shù)據(jù)仍然需要。這里簡要給出針對數(shù)據(jù)時間維的代數(shù)操作:
(1)時間選擇:限制所選取的數(shù)據(jù)對象的生存期為時間條件表達式所定,而不影響數(shù)據(jù)對象的值。
(2)時間投影:類似于傳統(tǒng)投影操作,只不過是在“生存期”上投影而已。
(3)時間笛卡兒積:兩個數(shù)據(jù)對象在其公共生存期間的傳統(tǒng)笛卡兒積。
(4)時間差:針對具有相同值的數(shù)據(jù)對象求其生存期的差。
(5)時間并:將數(shù)據(jù)對象集中所有同值而不同生存期的數(shù)據(jù)對象分別并成一個,其生存期為各生存期之并。
4.實時數(shù)據(jù)庫語言
實時數(shù)據(jù)庫語言與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫語言的最大不同在于時間語義的描述能力上。具體地有:
(1)實時數(shù)據(jù)描述語言: 除了像一般的DDL能定義實時數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)外,還能說明數(shù)據(jù)與時間的關(guān)系及其約束。
(2)實時數(shù)據(jù)操縱語言: 除了像一般的DML能進行數(shù)據(jù)操作外,還能進行實時關(guān)系代數(shù)操作。
(3)實時事務(wù)描述語言: 是一般數(shù)據(jù)庫所沒有的,用來描述事務(wù)的截止期等定時限制,其說明語句格式一般形為:
<事務(wù)事件名>IS<時間事件說明>
其中<事務(wù)事件名>有事務(wù)的 BEGIN 、COMMIT、ABORT等。<時間事件說明>則指定一個絕對、相對或周期時間。例如:
“事務(wù)t₁在事務(wù)t₂提交5秒后開始”說明為:
BEGIN(t₁₎IS 5s AFTER COMMIT(t₂₎
“事務(wù)X在每天九點后10秒內(nèi)完成”說明為:
COMMIT(X) IS EVERY 9:00:00 WITHIN 10s