Темпоральные данные и базы данных Распределённые базы данных и хранилища данных

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Темпоральные данные и базы данных
  Распределённые базы данных и хранилища данных
  

• 

  2 слайд

  Темпоральные данные
  Темпоральные данные (в широком смысле) – произвольные данные, которые явно или неявно связаны с определенными датами или промежутками времени.
  Темпоральные базы данных – это базы данных, хранящие темпоральные данные. Такие базы данных и содержащиеся в них данные могут рассматриваться как темпоральные только в том случае, если известно правило интерпретации временных меток и интервалов для конкретной системы управления базами данных (СУБД).
  В темпоральных БД хранятся данные, изменяющиеся с течением времени.
  

• 

  3 слайд

  Представление времени
  Виды данных для представления времени:
  Время фиксации определенного события или факта;
  Время выполнения какого-либо действия или операции.
  
  Время фиксации факта (valid time) – представление времени, когда с данными связывается промежуток времени их актуальности (с точки зрения моделируемого мира).
  
  Время выполнения операции – момент времени, когда факт актуализируется в базе данных.
  

• 

  4 слайд

  Пример поддержки времени фиксации факта
  Таблица без темпоральных расширений
  Таблица с поддержкой времени фиксации факта
  

• 

  5 слайд

  Пример поддержки времени операции
  Таблица без темпоральных расширений
  Таблица с поддержкой времени операции
  

• 

  6 слайд

  Пример поддержки обоих типов представления времени
  Таблица без темпоральных расширений
  Таблица с поддержкой обоих типов представления времени
  

• 

  7 слайд

  Гранулярность времени
  Гранулярность времени показывает, насколько близкие моменты на оси времени все еще будут отличимыми друг от друга.
  В общем случае с каждым типом времени может быть еще связан некоторый календарь, который определяет диапазоны значений, гранулярность, соответствия и преобразования между моментами времени для различных осей времени.
  
  

• 

  8 слайд

  Моделирование темпоральных данных
  Модель темпоральных данных – это модель данных, которая состоит из элементов данных и внутренних структур, отражающих изменения элементов модели во времени и фиксирующих те моменты времени, когда эти изменения происходят.
  Битемпоральная модель – модель, в которой присутствуют время операции и время фиксации факта.
  
  Для информационных систем, основанных на реляционных базах данных:
  Данные не очень удобно представлять в двумерной реляционной модели.
  Для временных данных часто требуется соединять таблицы на основе перекрытия диапазонов дат.
  
  

• 

  9 слайд

  Пример темпоральных данных
  

• 

  10 слайд

  Временные метки и их интерпретация
  Временные метки (timestamp) – это атрибуты, которые связаны с фиксацией показаний времени.
  
  Интерпретации временных меток:
  Время фиксации события или факта (Valid time) – это временная метка, которая представляет время события или состояния предметной области.
  Время операции (Transaction time) – это временная метка, представляющая время, когда была выполнена операция.
  Время сбора данных (Capture time) – это временная метка, представляющая время, когда данные были извлечены или собраны из источника данных.
  Время актуализации данных (Apply time) – это временная метка, связанная со временем загрузки данных в хранилище данных.
  Время, определяемое пользователем (User-defined time) – это временная метка, представляющая момент или моменты времени, которые пользователь намерен хранить в атрибуте сущности, но непосредственно не связанные с фиксацией временной зависимости в модели данных.
  
  

• 

  11 слайд

  Типы временных меток
  Моментная временная метка или временная метка события (Instant timestamp) – это временная метка с одним значением, которое представляет момент времени. Используются для представления в хранилище данных объектов, изменяющихся во времени, а также применяются для фиксации изменения значений данных, извлекаемых из оперативных систем и затем сохраняемых в хранилище данных.
  Временные метки диапазона или интервальные временные метки (Interval timestamp) представляют собой период времени или диапазон и содержат обычно два значения: начала и окончания периода или длины интервала. Обычно используются для моделирования состояния объекта и его поведения во времени.
  

• 

  12 слайд

  Пример сущностей с моментными и интервальными временными метками
  

• 

  13 слайд

  Задачи проектировщика (с учетом элемента времени)
  Выбор подхода к моделированию темпоральных данных.
  Определение домена атрибута «время».
  Определение структуры домена атрибута «время».
  Определение атрибутов временных меток.
  Нормализация временных зависимостей.
  Выбор того, что моделировать – состояния или события.
  Отображение темпоральной модели данных на исходную статическую модель данных.
  

• 

  14 слайд

  Подходы при создании темпоральной модели
  Накопление моментальных снимков или кумулятивных снимков (Cumulative snapshots);
  Поддержка истории изменений данных или непрерывной исторической модели (Continuous history model), таблицы событий и состояний.
  

• 

  15 слайд

  Модель, основанная на таблицах моментальных снимков
  Подход состоит в сборе снимков фрагмента предметной области и накоплении таких снимков в различных фрагментах базы данных или другой базе данных как истории жизни данных предметной области.
  Таблица моментального снимка (Snapshot Table) – таблица реляционной базы данных, представляющая моментальные снимки.
  
  

• 

  16 слайд

  Изменение содержания таблицы моментального снимка
  

• 

  17 слайд

  Недостатки метода моментальных снимков
  Избыточность данных, которая возникает в результате периодической перезагрузки данных из источника данных. При этом объем хранилища данных быстро растет.
  Возможная потеря информации. Этот недостаток связан с проблемой синхронизации изменений состояния данных в источниках данных и моментом фиксации снимка в хранилище данных.
  
  

• 

  18 слайд

  Модель, основанная на таблицах событий
  Подход состоит в добавлении временной метки фиксации события (факта) как атрибута экземпляра сущности предметной области и отражении момента времени в таблице базы данных как истории жизни данных предметной области.
  Таблица событий (Event Table) – таблица реляционной базы данных, представляющая события предметной области.
  

• 

  19 слайд

  Пример таблицы событий
  

• 

  20 слайд

  Модель, основанная на таблицах состояния
  Подход состоит в добавлении временных меток для фиксации начала и завершения определенного состояния как атрибутов экземпляра сущности предметной области, экземпляров сущности и отражении моментов времени начала и завершения определенного состояния сущности в таблице базы данных как истории жизни данных предметной области.
  Таблица состояния (State Table) – таблица реляционной базы данных, представляющая состояние объектов предметной области.
  Состояние – объекты, которые существуют в определенный период времени.
  

• 

  21 слайд

  Пример таблицы состояния
  

• 

  22 слайд

  Типы запросов к временным данным для таблиц состояния
  Запросы моментального снимка (Snapshot query) – это запросы для построения выборки строк таблицы, действительных на определенный момент времени (дату).
  Неупорядоченные темпоральные запросы (Nonsequenced temporal query) – это запросы для построения выборки строк таблицы без учета временных меток, т.е. в полученной выборке строки по времени никак не соотносятся.
  Упорядоченные темпоральные запросы (Sequenced temporal query) – это запросы для построения выборки строк таблицы на определенный период времени с использованием предикатов сравнения периодов времени.
  

• 

  23 слайд

  Основные приемы моделирования темпоральных данных
  

• 

  24 слайд

  Учет временных зависимостей предметной области
  

• 

  25 слайд

  Учет временных зависимостей предметной области
  Исходя из поставленной задачи, принять решение о том, поведение каких сущностей во времени будет учитываться в модели, а каких нет.
  Определить, имеются ли сущности, которые могут содержать семантически содержательные для предметной области временные метки и соответствующим образом их интерпретировать.
  Добавить временные метки в сущности модели. При этом следует принять решение о том, как будет моделироваться сущность используя события или состояния.
  Определить домены временных меток на имеющемся в СУБД типе «дата/время» и строго придерживаться этих определений доменов в дальнейшем.
  

• 

  26 слайд

  Учет временных зависимостей предметной области
  

• 

  27 слайд

  Классы временных зависимостей атрибутов
  Класс временной зависимости (Volatility classes) – группа атрибутов сущности, которые совместно изменяют свои значения с течением времени.
  На практике проектировщики темпоральных моделей данных используют два основных класса:
  класс независимых от времени атрибутов (Time-invariant volatility class);
  класс зависимых от времени атрибутов (Time-variant volatility class).
  
  

• 

  28 слайд

  Класс независимых от времени атрибутов
  Класс независимых от времени атрибутов образуют либо те атрибуты, которые не зависят от времени, либо те, для которых принято решение не хранить историю их временного поведения.
  Этот класс всегда не пуст, поскольку предполагается, что ключ сущности составляют атрибуты, которые не зависят от временных отношений сущности в предметной области.
  

• 

  29 слайд

  Класс зависимых от времени атрибутов
  Класс зависимых от времени атрибутов образуют те атрибуты сущности, которые меняются синхронно во времени.
  Таких классов у сущности может быть несколько.
  

• 

  30 слайд

  Класс зависимых от времени атрибутов
  

• 

  31 слайд

  Построение логической темпоральной модели данных
  После того, как проектировщик построит темпоральные модели сущностей исходной модели, ему предстоит собрать все темпоральные модели сущностей в одной логической модели данных и зафиксировать все необходимые взаимосвязи.
  Если историю изменений взаимосвязи нужно сохранять в хранилище данных, то такую взаимосвязь нужно дополнить атрибутами временных меток, представив ее в виде сущности.
  Проектировщик хранилища данных может исследовать полученную модель, для того чтобы уменьшить ее сложность, например, сократив число сущностей в модели.
  

• 

  32 слайд

  Построение логической темпоральной модели данных
  

• 

  33 слайд

  Построение логической темпоральной модели данных
  

• 

  34 слайд

  Действия проектировщика
  Разрабатывает модель «сущность-связь» для выделенной предметной области без учета временных зависимостей атрибутов модели.
  Исходя из бизнес-требований определяет атрибуты модели, которые зависят от времени и будут учитываться в разрабатываемой модели.
  Выполняет учет временных зависимостей атрибутов посредством введения в сущности временных меток.
  Нормализует полученные темпоральные сущности посредством выделения классов зависимых от времени атрибутов и вынесения их в отдельные сущности.
  Принимает решение о представлении взаимосвязей предметной области (в том числе и зависящих от времени) в виде сущностей предметной области.
  Собирает полученные сущности в единую модель.
  Принимает решение о денормализации модели, исходя из требований производительности запросов или из обоснованных соображений по упрощению модели.