Thạc Sĩ phát triển hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép

TÓM TẮT
Ngày nay, các hệ cơ sở dữ liệu truyền thống chỉ hỗ trợ việc quản lý các
trạng thái nhất thời của các hiện tượng/sự kiện cũng như các mối liên hệ giữa các đối
tượng trong thế giới thực. Do đó, các ứng dụng có nhu cầu nắm bắt các đặc điểm liên
quan đến thời gian thường phải tự xử lý một cách không dễ dàng. Điều này dẫn đến
nhu cầu cần hỗ trợ các vấn đề về thời gian trong các hệ cơ sở dữ liệu và đó cũng là lý
do cho các hoạt động/công trình nghiên cứu trong lĩnh vực cơ sở dữ liệu phụ thuộc
thời gian (kép) trong suốt thời gian qua.
Trong luận văn này, chúng tôi đã đề xuất một mô hình dữ liệu phụ thuộc
thời gian kép nhằm quản lý dữ liệu phụ thuộc thời gian kép. Với mô hình này, chúng
tôi đã xây dựng một hệ cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép. Cả mô hình và hệ thống
đều được phát triển dựa trên công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng. Phần minh
họa việc xử lý dữ liệu phụ thuộc thời gian kép được tiến hành để chứng tỏ tính khả
dụng của hệ thống này. Như là phần kết quả mong đợi, người sử dụng cơ sở dữ liệu
phụ thuộc thời gian kép đã có thể quản lý cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép của họ
trực tiếp thông qua giao diện người dùng đồ họa của hệ thống. Ngoài ra, các ứng dụng
cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép giờ có thể được phát triển trên hệ thống này.

MỤC LỤC
ĐỀ MỤC TRANG
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
LỜI CẢM ƠN . i
ABTRACT . ii
TÓM TẮT . iii
MỤC LỤC . iv
Phần I. Phát biểu vấn đề 1
I.1 Giới thiệu 1
I.2 Tại sao CSDL thời gian? 2
I.3 Lí do phát triển hệ CSDL quan hệ đối tượng thời gian kép . 3
I.4 Mục tiêu của luận văn . 5
I.5 Cấu trúc luận văn 5
Phần II. Cơ sở lý thuyết 7
II.1 Các khái niệm 7
II.1.1 Khái niệm về thời gian 9
II.1.1.1 Tem thời gian hiệu lực VT - valid time 9
II.1.1.2 Tem thời gian giao tác TT - transaction time 10
II.1.1.3 Thời gian kép 1 1
II.1.1.4 Thời gian người dùng định nghĩa . 11
II.1.1.5 Đơn vị thời gian và “Chronon” . 1 1
II.1.2 Phương thức gán tem thời gian 12
II.1.2.1 Sự khác nhau mô hình dữ liệu thời gian mốc thời gian và khoảng thời gian . 1 3
II.1.2.2 Khoảng thời gian trong CSDL thời gian 1 5
II.1.2.3 Đoạn thời gian 16
II.1.3 Tem cho dữ liệu 16
II.1.3.1 Tem thời gian theo hàng, đối tượng 17
II.1.3.1.1 Mô hình tiếp cận cơ bản . 1 7
II.1.3.2 Tem thời gian thuộc tính 2 0
II.1.3.2.1 Mô hình tiếp cận cơ bản . 2 0
II.1.4 Phân loại CSDL thời gian 2 1
II.1.4.1 CSDL snapshot 22
II.1.4.2 CSDL lưu quá khứ 2 2
II.1.4.3 CSDL giao tác 22
II.1.4.4 CSDL thời gian kép . 2 3
II.2 Quản lý dữ liệu thời gian trong CSDL thời gian . 2 3
iv


II.2.1 Các thao tác căn bản 23
II.3 Ràng buộc toàn vẹn tham chiếu thời gian kép . 2 4
II.3.1 Hiện thực kiểm tra toàn vẹn tham chiếu thời gian kép . 2 5
II.3.1.1 Thao tác thêm trong quan hệ tham chiếu . 2 6
II.3.1.2 Thao tác cập nhật và xóa trong quan hệ được tham chiếu 26
Phần III. Tổng thuật những công trình liên quan . 27
III.1 Các giải pháp để phát triển hệ CSDL thời gian 27
III.1.1 Tích hợp các chức năng thời gian vào trong HQTCSDL truyền thống 29
III.1.2 Cách tiếp cận Máy chủ thời gian TS - Temporal Server . 3 0
III.1.3 Xây dựng hỗ trợ thời gian vào trong ứng dụng khách. 3 1
III.2 Các công trình liên quan 33
III.2.1 Hiện thực phương diện thời gian trong các công trình học thuật 34
III.2.1.1 TDMS . 36
III.2.1.2 TeXOR 37
III.2.1.3 TIP 37
III.2.1.4 TimeDB . 38
III.2.1.5 TEMPOS 39
III.2.2 Hiện thực phương diện thời gian trong các HQTCSDL thương mại 39
III.2.2.1 Oracle . 39
III.2.2.2 Immortal Db 40
Phần IV. Mô hình dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép 42
IV.1 Mô hình dữ liệu 42
IV.2 Lịch sử phát triển của hệ quản trị CSDL . 4 2
IV.3 Ứng dụng minh họa 48
IV.3.1 Lược đồ ER 48
IV.3.2 Qui tắc nghiệp vụ 50
IV.4 Mô hình quan hệ đối tượng thời gian kép 5 0
IV.4.1 Thời gian sống đối tượng 52
IV.4.2 Thuộc tính thời gian của đối tượng 53
IV.4.3 Các kiểu thời gian UDT 5 5
IV.4.4 Biểu diễn dữ liệu thời gian kép 55
IV.5 Độ mịn thời gian 5 7
IV.6 Ràng buộc thời gian 5 9
IV.7 Thao tác dữ liệu 60
IV.7.1 Thao tác chèn 60
IV.7.2 Thao tác xóa 62
IV.7.3 Thao tác update 65
IV.8 Phân loại câu truy vấn 72
Phần V. Hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc 75
v


thời gian kép 75
V.1 Giới thiệu hệ thống . 75
V.2 Kiến trúc hệ thống 77
V.3 Hệ thống kiểu dữ liệu của hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép 81
V.3.1 Kiểu dữ liệu thuộc tính . 81
V.3.1.1 Kiểu hệ thống tạo ra 82
V.3.2 Kiểu dữ liệu thời gian sống 83
V.3.3 Các ràng buộc của các kiểu dữ liệu thời gian 83
V.3.4 Phương thức, hàm trên dữ liệu thời gian . 8 4
V.3.4.1 Hàm và toán tử liên quan . 8 4
V.3.4.2 Phép nối Coalesce 85
V.3.4.3 Hàm gom nhóm . 87
V.4 Quản lý dữ liệu . 89
V.4.1 Tạo đối tượng CSDL . 8 9
V.4.2 Thao tác dữ liệu 90
V.4.2.1 Thời gian sống của đối tượng . 90
V.4.2.2 Thuộc tính thời gian của đối tượng . 93
V.4.3 Truy vấn dữ liệu 105
V.5 Giao tiếp người dùng 1 40
V.6 Tóm tắt đặc điểm của hệ thống . 1 42
V.6.1 Đánh giá hệ thống 143
V.6.2 So sánh với các hệ thống khác 1 44
Phần VI. Tổng kết 145
VI.1 Đóng góp của luận án . 1 45
VI.2 Hướng phát triển 1 47
Phụ lục A 149
Tài liệu tham khảo . 162
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO .
QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC .

Phần I. Phát biểu vấn đề
I.1 Giới thiệu
Mô hình dữ liệu phi thời gian hiện tại chỉ lưu giữ và nắm bắt trạng thái đơn
nhất của thế giới thực, thường là trạng thái hiện thời hay còn gọi là trạng thái snapshot.
Các hệ quản trị CSDL thương mại thông dùng chỉ hỗ trợ việc thao tác để làm thuận
tiên cho việc chuyển đổi CSDL từ trạng thái nhất quán này sang trạng thái nhất quán
khác, thay thế các giá trị cũ bằng các giá trị mới. Khi truy vấn CSDL thông thường chỉ
các sự việc và hiện tượng đang có trong CSDL mới được xem xét, khảo sát và đánh
giá.
Song ngày nay ngày càng nhiều tổ chức mong muốn lưu trữ những dữ liệu
giúp họ đưa ra những chiến lược và quyết định kinh doanh có ý nghĩa quan trọng.
Cũng như nhiều ứng dụng khác chẳng hạn hệ thống thông tin địa lý, quản lý tài liệu
hay hệ thống sản xuất , tất cả ứng dụng trên phần nhiều rất cần lưu trữ thông tin dọc
theo chuỗi thời gian liên tiếp hay trạng thái thông tin khác nhau từ quá khứ, hiện tại và
thậm chí là cả hoạch định tương lai. Việc tìm cách thêm các tem thời gian vào dữ liệu
để lưu giữ tất cả các trạng thái không phải là vấn đề phức tạp mà khó khăn chính duy
là do các tác vụ truy vấn dữ liệu biến đổi theo thời gian và đặc tả các ràng buộc để nhất
quán giữa nhiều trạng thái CSDL khi sử dụng mô hình dữ liệu và ngôn ngữ truy vấn
phi thời gian.
Với các hệ quản trị CSDL thương mại phi thời gian hiện có trên thị trường,
việc phát triển ứng dụng cũng như thực hiện truy vấn dữ liệu biến đổi theo thời gian
dùng ngôn ngữ SQL chuẩn là rất phức tạp, khó chịu, tốn thời gian, cũng như là hiệu
suất chương trình đem lại thấp. Việc viết mã cho ứng dụng này sẽ chiếm nhiều công
sức, khó bảo trì, ràng buộc sẽ rắc rối, khó hiểu.
Trên thế giới, hiện tại có rất nhiều nghiên cứu và công trình hiện thực về
phương diện thời gian cũng như dữ liệu thời gian kép trong suốt hơn 20 năm qua. Có
rất nhiều mô hình dữ liệu thời gian được đề xuất, để hiện thực đặc tính tem thời gian
1


Phần 1. Phát biểu vấn đề
của dữ liệu [5,11,17,24], được mở rộng từ các mô hình dữ liệu phổ biến (quan hệ, quan
hệ lồng nhau, hướng đối tượng ). Cũng có các hiện thực CSDL thời gian có thể hiện
thực bằng cách ánh xạ mô hình dữ liệu thời gian thành một mô hình dữ liệu thông
thường, như trong các nghiên cứu có liên quan [20, 21, 22, 23, 28]. Mỗi hệ thống có
những đặc tính riêng có cả ưu và nhược và hầu như các hệ thống vẫn còn thiếu sót hay
không quan tâm đầy đủ đến các qui luật biến đổi theo thời gian của dữ liệu qua các lần
cập nhật, thay đổi cũng như các ràng buộc khác. Đặc biệt việc cung cấp cách quản lý
dữ liệu thời gian một cách độc lập, trong suốt dưới tầm nhìn của người dùng cũng là
một vấn đề khá quan trọng. Thao tác quản lý CSDL thời gian cũng tương tự như trong
quản lý CSDL thông thường, song có thêm một số thao tác hỗ trợ để đảm bảo duy trì
dữ liệu mang tính thời gian một cách đúng đắn, nhất quán, và thường thì việc này được
thực hiện thông qua các luật biến đổi mang tính chất thời gian.
I.2 Tại sao CSDL thời gian?
Như đã đề cập ở trên, mô hình dữ liệu phi thời gian và đa số hệ quản trị
CSDL thương mại chỉ đơn thuần hỗ trợ chức năng truy cập tình trạng đơn nhất của thế
giới thực: gần nhất, hiện tại và luôn ghi đè lên trạng thái cũ nếu có cập nhật chỉnh sửa
xảy ra và xoá vật lý dữ liệu cũ mà không cần quan tâm những dữ liệu cũ cần thiết cho
sau này.
Trong khi thực tế lại tồn tại rất nhiều miền ứng dụng không chỉ cần truy cập
duy nhất mỗi trạng thái hiện thời mà còn là trạng thái quá khứ, thậm chí tương lai. Đặc
tính nhất quán của dữ liệu lúc này phải được mở rộng bao phủ trên tất cả các trạng thái
của CSDL. [30] đề cập tính chất quan trọng của CSDL thời gian bằng “khó tìm ra một
ứng dụng mà không liên quan đến việc quản lý dữ liệu biến đổi theo thời gian” và đã
liệt kê các ứng dụng sau đây là ứng dụng cần CSDL thời gian:
ã Ứng dụng tài chính: quản lý hồ sơ, vốn đầu tư, tài chính và ngân hàng, phân
tích thị trường chứng khoáng, cổ phiếu
ã Hệ thống hỗ trợ quyết định: kế hoạch cho các sự kiện có thể xảy ra trong
tương lai.
2


Phần 1. Phát biểu vấn đề
ã Hệ thống lập lịch, đăng ký, đặt chỗ trước: quản lý dự án, đăng kí phòng
khách sạn, vé máy bay
ã Hệ thống lưu trữ: lý lịch cá nhân, quản lý y khoa, bệnh án bệnh nhân, quản
lý kho, hệ thống pháp luật
ã Ứng dụng khoa học: giám sát quy trình hóa học, thời tiết
ã Các hệ thống quản lý tin: sự kiện thể thao, xuất bản, báo chí, tạp sạn, văn
bản
CSDL thời gian cho phép ghi nhận tất cả các trạng thái của các đối tượng
trong suốt thời gian sống, dựa vào đặc tính tiến triển, biến đổi theo thời gian của chính
nó. Do vậy với CSDL thời gian ta có thể biết tất cả mọi hiện tượng, sự kiện xảy ra
trước đây, cũng như có thể đưa ra tiên đoán, dự báo cho tương lai, nhằm có những
bước điều chỉnh thích hợp cho tổ chức, cá nhân đó. Ngày nay nếu như dữ liệu thời
gian được quản lý thì sẽ rất nhiều ứng dụng sẽ được phát triển một cách mạnh mẽ, đáp
ứng thông minh các nhu cầu cần thiết cho các chính phủ, tổ chức, công ty Với CSDL
thời gian, các vấn đề trên có thể được giải quyết dễ dàng, thuận tiện hơn.
PHÁT TRIỂN HỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ ĐỐI TƯỢNG PHỤ THUỘC THỜI GIAN KÉP