不確定性管理(數(shù)據(jù)庫(kù))

時(shí)間：2022-12-14 02:30:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-12-14 02:30:01 來(lái)源：信息時(shí)代

    不確定性管理 : 針對(duì)移動(dòng)對(duì)象信息存在不確定性的特點(diǎn),從數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言等方面對(duì)移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行管理的方法與技術(shù)。在移動(dòng)對(duì)象管理中,移動(dòng)對(duì)象的位置信息存在不精確性。主要原因是無(wú)論利用什么樣的策略來(lái)更新數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)象位置信息,數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置信息與對(duì)象的實(shí)際位置并不總是完全相同的。另外,由于缺少精確的度量方式,或者是時(shí)間的快速變更,使得空間和時(shí)空數(shù)據(jù)具有不確定性。因此,不確定性管理是指數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言應(yīng)該有能力反映和表示移動(dòng)對(duì)象的不確定性,從而減少查詢結(jié)果不確定性給用戶帶來(lái)的影響。
這種固有的不確定性在數(shù)據(jù)庫(kù)模型、查詢處理和索引方面都有所體現(xiàn)。例如,對(duì)于范圍查詢,可能存在兩種不同結(jié)果,即“可能”滿足查詢的對(duì)象集合和“一定”滿足查詢的對(duì)象集合?？梢?jiàn),不同的查詢會(huì)帶來(lái)不同的語(yǔ)義。因此,數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言應(yīng)該有能力反映和表示移動(dòng)對(duì)象的不確定性,從而減少查詢結(jié)果不確定性給用戶帶來(lái)的影響。
1.移動(dòng)對(duì)象的不確定性模型和方法
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)不確定性問(wèn)題已有廣泛的研究,但是移動(dòng)對(duì)象管理需要新的移動(dòng)對(duì)象不確定性模型和方法。其主要問(wèn)題是如何量化位置不確定性,如何量化更新負(fù)載與不確定性/不精確性之間的權(quán)衡及設(shè)定何種更新策略更合理,如何處理移動(dòng)對(duì)象連接中斷和不能傳送更新到數(shù)據(jù)庫(kù)的情況。因此,需要采用新技術(shù)和新方法來(lái)處理上述不確定性問(wèn)題。
連續(xù)監(jiān)控或者跟蹤移動(dòng)對(duì)象的系統(tǒng)在對(duì)象運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可收到其位置更新信息。但由于帶寬和移動(dòng)設(shè)備電能的限制,數(shù)據(jù)庫(kù)不可能包含每個(gè)對(duì)象在每個(gè)時(shí)刻的確切位置。例如,如果在位置信息獲取和收到之間有時(shí)間延遲,那么收到的對(duì)象位置值或許不同于其真實(shí)位置值。這些應(yīng)用的固有特性使對(duì)象的位置信息不能連續(xù)更新,在兩次更新之間,對(duì)象的位置是不可知的。在這種情況下,數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在多數(shù)時(shí)刻僅是真實(shí)位置的估計(jì)值。這種固有的不確定性影響著查詢結(jié)果的精確性。
2. 不確定性產(chǎn)生的原因
雖然由于數(shù)據(jù)固有的不確定性,很難提供準(zhǔn)確意義的結(jié)果。然而,對(duì)于大多數(shù)移動(dòng)對(duì)象,可以假設(shè)其位置在短時(shí)期內(nèi)不可能劇烈變化。實(shí)際上,移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)程度和速度往往是受限的。移動(dòng)對(duì)象的位置信息是通過(guò)采樣獲得的,其精確度(或反之,誤差度)與采樣時(shí)的度量過(guò)程和采樣方法相關(guān)。按不確定性的產(chǎn)生原因,誤差度可分為兩種:
(1) 測(cè)量誤差: 一般地,不精確的測(cè)量會(huì)產(chǎn)生誤差。而精確性和測(cè)量的質(zhì)量取決于所使用的技術(shù)。通常,在討論GPS時(shí)有兩種假設(shè): 首先,在三維中每一維的誤差和時(shí)間的誤差,其誤差分布都符合高斯函數(shù)。其次,即在x-y平面上的水平誤差分布是圓形的。GPS位置測(cè)量中的誤差可以表示成概率函數(shù),它可以由在兩個(gè)空間維上各自的正態(tài)分布構(gòu)成。
(2)采樣誤差: 在一定時(shí)間段內(nèi)用GPS接收器來(lái)采樣移動(dòng)對(duì)象位置,從而捕獲對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況。那么,在兩次測(cè)量之間就會(huì)產(chǎn)生對(duì)象位置的不確定性。基于采樣率和對(duì)象的最大速度,可以建立不確定性模型。對(duì)象運(yùn)動(dòng)的不確定性受到位置采樣頻率(即采樣率)的影響,采樣率可以根據(jù)對(duì)象的移動(dòng)速度和連續(xù)兩次采樣間的最大距離期望值來(lái)設(shè)定。例如,對(duì)于一輛行駛的出租車,根據(jù)應(yīng)用需求,假定連續(xù)兩次采樣之間的距離最大為10m,如果出租車的最大速度為每小時(shí)150km,那么每秒鐘至少采樣4.2次。如果一輛出租車的運(yùn)動(dòng)速度小于它的最大速度,那么兩次采樣之間最大距離不能小于10m。
移動(dòng)對(duì)象的不確定性表現(xiàn)在兩個(gè)方面: 運(yùn)動(dòng)軌跡(歷史數(shù)據(jù))的不確定性和當(dāng)前位置數(shù)據(jù)的不確定性。移動(dòng)對(duì)象不確定性的表示可以有三種方法: 圓表示,橢圓表示和圓柱表示。如果知道數(shù)據(jù)庫(kù)中某一時(shí)刻對(duì)象的位置,那么它的實(shí)際物理位置到存儲(chǔ)的位置之間的距離會(huì)在一定范圍內(nèi)。于是,一個(gè)移動(dòng)對(duì)象的位置可以用圓形區(qū)域來(lái)表示。換言之,可以用一個(gè)物理范圍表示一個(gè)對(duì)象。數(shù)據(jù)的采集過(guò)程決定在圓形區(qū)域內(nèi)確切對(duì)象位置的概率密度分布。圓形表示對(duì)象向周圍方向的不確定性運(yùn)動(dòng)都是相同的,但實(shí)際上這種假設(shè)不夠合理,因此產(chǎn)生了橢圓的表示方式。給定起點(diǎn)和終點(diǎn)以及由最大速度得出的最大運(yùn)動(dòng)距離。如果該最大運(yùn)動(dòng)距離大于兩個(gè)端點(diǎn)之間距離,那么移動(dòng)對(duì)象會(huì)偏離給定路徑。這樣,對(duì)象的不確定性范圍可以表示成橢圓。給定起點(diǎn)和終點(diǎn),當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)對(duì)象的位置與它的預(yù)測(cè)軌跡之間的偏差超過(guò)某一距離值時(shí),對(duì)象才會(huì)向服務(wù)器提交它的位置變化。這樣,不確定性區(qū)域就被表示成圓柱形式。
以時(shí)空范圍查詢?yōu)槔?傳統(tǒng)方式是查詢?cè)谔囟〞r(shí)間間隔和區(qū)域內(nèi)的對(duì)象。然而,由于存在不確定性,用戶在對(duì)移動(dòng)對(duì)象提交查詢時(shí),可以查詢?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)某些時(shí)刻出現(xiàn)在某區(qū)域的對(duì)象或查詢?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)總是出現(xiàn)在某區(qū)域的對(duì)象。類似的,給定對(duì)象所在的不確定范圍,用戶可以查詢可能出現(xiàn)在某個(gè)區(qū)域的對(duì)象,或者確定在這個(gè)區(qū)域中的對(duì)象。因此,某時(shí)刻,“總是”、“可能”、“確定”可以作為不確定性查詢的關(guān)鍵字。
例如,一個(gè)貨運(yùn)公司會(huì)對(duì)以下查詢感興趣:
Q₁: “找到在下午3:00和3:15之間的某些時(shí)刻可能會(huì)出現(xiàn)在區(qū)域R中的貨車的當(dāng)前位置”。
而一個(gè)軍事分析家會(huì)提出下面的查詢:
Q₂: “找到在下午1:30到1:45之間的某些時(shí)刻確定出現(xiàn)在區(qū)域R中的坦克數(shù)目”。
一個(gè)警務(wù)發(fā)報(bào)機(jī)可能提出下面的查詢:
Q₃: “找到在上午2:30到2:40之間總是出現(xiàn)在區(qū)域R中的警車”。