Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга



Скачать 102.52 Kb.
Дата11.07.2014
Размер102.52 Kb.
ТипИсследование
УДК 004.652
Н.А. КРАВЦОВА

N.А. KRAVTSOVA


ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЕ АДМИНИСТРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА
RESEARCH OF PHYSICAL REALIZATION TECHNOLOGIES
OF DATA STORAGE IN THE AUTOMATED ADAPTIVE SYSTEM
OF ADMINISTRATIVE MONITORING

В статье рассматриваются методы структурирования данных на логическом и физическом уровне, способы отображения между ними. В частности указаны традиционный структурный подход, используемый при проектировании путем декомпозиции предметной области, модифицированный подход. Проанализированы возможные алгоритмы организации сетевых и иерархических моделей поверх реляционных в целях использования преимуществ последних.

Ключевые слова: система мониторинга, хранение данных, физическая модель, логическая модель, иерархическая и сетевая модель, реляционное представление.
It is considered the methods of structuration of the data at logic and physical level, ways of display between them in the article. In particular we specified the traditional structural way used at designing by decomposition of subject area, the modified way. It is analyzed possible algorithms of an organization of network and hierarchical models over relational with a view of use of advantages of the last.

Keywords: monitoring system, data storage, physical model, logical model, hierarchical and network models, relational representation.
ВВЕДЕНИЕ

Адаптивная система административного мониторинга входит в состав автоматизированной системы управления как подсистема, обеспечивающая выполнение следующих функций: автоматизированная настройка параметров процедуры мониторинга, удаленный сбор первичных данных и их хранение, первичную обработку данных и их представление в форме детализированных и сводных отчетов, анализ и контроль данных и представление аналитической информации для принятия управленческих решений. Объект мониторинга как правило имеет сложную структуру и представляется в виде множества взаимосвязанных разнотиповых объектов учета и их показателей [1].

Построение адаптивной системы мониторинга базируется на предложенной модели хранения [2]. Модель хранения описывает способ структурирования данных, с которыми работает система мониторинга, на логическом уровне. Однако при отображении логической модели в физическую некоторые ее элементы не представимы доступными средствами или же получаемые структуры сильно снижают производительность при работе со структурой. Следовательно, требуется преобразовывать логическую структуру в изоморфный аналог, пригодный для реализации в виде схемы базы данных.
МОДЕЛЬ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ

Адаптивная система мониторинга позволяет производить мониторинг в совершенно различных предметных областях. Для проведения мониторинга объектов достаточно произвольной предметной области необходимо выделить несколько инвариантных взаимосвязанных сущностей, которые и будут определять структуру наблюдаемых объектов:



  • типы объектов учета, существующих в предметной области,

  • связи между типами,

  • конкретные типизированные объекты учета,

  • показатели объектов учета и их характеристики,

  • регистрируемые значения и периоды их учета.

Формально это можно описать следующей моделью хранения [2].

  • Модель связей типов объектов учета:

Et = {(t1,t2) | (t1 Vt ) & (t2 Vt)}, где

Vt – входное множество типов ОУ,

(t1,t2) - элемент множества Et, упорядоченная пара типов.

  • Модель объекта учета:

Eto = {(t, o) | t Vt & o Vo }, где

Vo – входное множество экземпляров ОУ.

  • Модель показателей, свойственных типу:

2Р = {ХР | ХР Р}; Rtp = {(ХР, t) | ХР Р & t Vt}, где

ХР - возможный набор показателей,

Р - входное множество всех показателей.

  • Модель связей экземпляров объектов учета:

Eo = {( Eto1, Eto2) | Et1=(t1,t2) & Eto1=(o1,t1) & Eto2=(o2,t2), где

Eto - упорядоченные пары элементов множества

  • Модель связи экземпляра ОУ и сопоставленного ему набора показателей:

Rpo = Eto Rtp = {(o1, ХР) | o1 Vo & ХРР tVt o1Etot & tRtpХР}

  • Модель регистрируемых значений:

Rspo = {(i, s1) | (i Rpo || i Rvpo) & s1Vs},

Опишем структурные подходы, позволяющие представить данную формализованную модель хранения в виде набора взаимосвязанных сущностей. При этом внутренняя организация сущностей должна оставаться скрытой от пользователя-проектировщика, то есть функциональность полученной структуры должна полностью соответствовать исходной формализованной модели.


ТРАДИЦИОННЫЙ ПОДХОД К СТРУКТУРИРОВАНИЮ

Технология проектирования физического представления, основанная на декомпозиции предметной области, предполагает создание сущностей для каждого класса материальных или информационных объектов. Сущности, полученные подобным способом, назовем естественными. Элементы модели хранения, представленные выше, представляют собой те материальные и информационные объекты, которые требуют описания.

Рассмотрим один из очевидных структурных подходов, если следовать технологии декомпозиции предметной области. В рамках этого подхода экземпляры объектов учета одного типа следует выделить в отдельную сущность. Такую сущность поименуем названием типа. Количество и содержание выделяемых сущностей будет зависеть от предметной области, поскольку сущности будут включать показатели, характерные для каждого типа. Названия и количество показателей различно.

Описанное решение позволяет представить некоторые математические отношения модели хранения. Так направленный граф родительских отношений типов (Et) реализуется связями выделенных сущностей вида 1хМ (один ко многим). Отношение показателей, свойственных типу (Rtp), выражается присутствием полей-показателей в сущности. Отношение типизирования экземпляра ОУ (Eto) представлено записями экземпляров ОУ, принадлежащих одной из описанных сущностей.

Пример содержания сущностей представлен ниже (Рисунок ).

Данный способ структуризации удобен, например, для выполнения частых операций выборки показателей экземпляров определенного типа. Однако, при попытке дальнейшего строительства структуры, отображающей модель хранения, возникают следующие проблемы. Для организации модели связей экземпляров ОУ (Eo) потребуется создавать связей между отдельными записями сущностей, что критически утяжелит операцию обхода графа экземпляров, так как потребует декартова произведения многих сущностей, включающих большой список полей и записей.


Рисунок - Сущности, выделенные с помощью традиционного структурного подхода



РАЗДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ СУЩНОСТЕЙ, ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ АБСТРАКТНОСТИ

Описанный недостаток традиционного подхода к структурированию приводит к необходимости разделить естественные сущности на 2 набора сущностей: описывающие экземпляры ОУ определенного типа и описывающие показатели, свойственные экземплярам определенного типа.

Как и в предыдущем случае, описанное решение позволяет представить следующие отношения из модели хранения: Et, Rtp, Eto. Пример содержания сущностей приведен на рисунке 2.

Рисунок - Модифицированная структурная схема

Подобным решением устраняется недостаток предыдущего варианта. Часто требующееся декартово произведение теперь значительно сократилось в объеме, что уже допустимо. Однако отношение типов Et данное решение описывает избыточно 2 раза. Данная избыточность не будет решающей при иерархическом подходе, но она окажется таковой при выборе реляционного, поскольку описание иерархии или сети в рамках реляционной модели представляют собой трудоемкие и не всегда тривиальные задачи. Подходы к представлению графов в реляционной форме будут рассмотрены ниже.

Еще одним недостатком указанного решения является необходимость строить дополнительную сеть связанных экземпляров ОУ (отношение Eo), поскольку экземпляры ОУ несмотря на то, что уже присутствуют в структуре, находятся в разных сущностях. Связывать записи из разных сущностей нельзя ни в рамках иерархической схемы, ни сетевой, ни реляционной. Таким образом, сложность представления еще возрастает.


СЛОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ СУЩНОСТЯМИ В ИЕРАРХИЧЕСКОМ И СЕТЕВОМ ПРЕДСТАВЛЕНИИ

Выше нами рассматривались различные способы представления самих сущностей, не говоря о преимуществах или недостатках способов их связывания. Большинство приведенных структурных решений представляют собой иерархии или сети. Следовательно, необходимо рассмотреть возможность физического представления набора взаимосвязанных сущностей в иерархической и сетевой моделях.

Элементами иерархической модели являются поле и сегмент. Структурные связи определяются подчиненностью и имеют строго древовидный характер. То есть порожденный сегмент не может быть связан с несколькими сегментами более высокого уровня.

В модели хранения системы мониторинга отношения и в общем виде представляют собой не древовидную структуру, а сетевую, то есть подразумевают возможность существования нескольких родительских сегментов у одного дочернего. Попытки преодолеть данное ограничение приводят к неоправданному усложнению физической модели и увеличению требований к объему затрачиваемых ресурсов. В конечном итоге данное ограничение лишает смысла использовать иерархическую модель для представления модели хранения.

В сетевых моделях, согласно существующему стандарту CODASYL [3] наборы отношений и структуры записей необходимо задавать сразу при проектировании, что практически нереализуемо в нашем случае, поскольку в процессе адаптации системы мониторинга появляются дополнительные экземпляры ОУ, нарушающие существующий набор отношений, а также новые показатели, изменяющие структуру записей.

Кроме того в иерархической и сетевой моделях СУБД на текущий момент реализованы таким образом, что генерация нестандартных запросов к данным плохо формализуема. Это требует предусмотренного ввода всех возможных запросов заранее, при проектировании системы мониторинга. Данное ограничение приведет к появлению серьезных проблем при построении подсистемы генерации отчетов, где некоторые запросы, создаваемые будущим пользователем, довольно трудно представить в общем виде (для «обучения» системы их выполнению на этапе проектирования).

Таким образом, ни с помощью иерархической, ни с помощью сетевой модели нельзя эффективно представить структуру сущностей для адаптивной системы мониторинга. Отсюда следует вывод – необходимо представить наборы связанных сущностей в реляционной форме. Несмотря на отсутствие в реляционной модели прямых указателей на родителей и потомков, это единственно возможная схема связи сущностей, обеспечивающая гибкость представления модели хранения на физическом уровне.
РЕЛЯЦИОННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

В реляционном подходе на логическом уровне нет однозначного способа представления направленных графов, которыми являются Et и Eo в существующей модели хранения. Подобные сетевые связи нельзя интуитивно преобразовать в реляционные сущности и связи [7]. Следовательно, необходим механизм, способный с помощью создания некоторых надстроек над логической моделью преобразовывать ее в физическую реляционную структуру. Структура реляционных таблиц представляет собой простые списки, не имеющие связей вида «родитель-наследники». Существует несколько методов, позволяющих решить поставленную задачу:

1. Организация сетевой модели поверх реляционной методом реализации списка смежных вершин.

2. Организация сетевой модели поверх реляционной методом «Вложенное множество».

3. Организация сетевой модели поверх реляционной методом «Материализованный путь».

Первый указанный подход, использующий создание списка смежных вершин в литературе известен под названием Adjacency List [4]. Он предполагает хранение информации о смежных вершинах графа, представляющего сетевую структуру объектов, то есть у каждого узла есть идентификатор и ссылка на идентификатор родителя.

Второй из указанных подходов в литературе называется Nested Set «Вложенное множество» [5]. Использование данного метода подразумевает необходимость обхода структуры целиком слева направо. Для этого в состав сущности, описывающей иерархическую структуру, добавляются два целочисленных ключа, представляющих последовательные номера, расставляемые при обходе. При физической реализации данное решение требует добавления дополнительного поля в состав сущности — level.

Основная идея метода «материализованный путь (Materialized Path)» [5] состоит в записи полного пути к узлу от вершины дерева с инкрементной нумерацией внутри ветки.

Возможна также комбинация приведенных подходов [6]. Однако их более подробное исследование и формулировка на их основе эффективного метода представления логической модели хранения данных в виде физической реляционной структуры являются предметом дополнительного исследования и выходят за рамки данной статьи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам рассмотрения основных подходов и методов представления модели хранения данных системы мониторинга на физическом уровне можно сделать следующие выводы.

  1. Использование традиционного подхода к информационному структурированию (когда экземпляры объекта учета одного типа представляются в виде отдельной сущности) приводит к необходимости создания связей между отдельными записями сущностей, что критически утяжеляет операцию обхода графа экземпляров объектов учета.

  2. Разделение естественных сущностей и повышение уровня абстракции позволяют сделать несущественной сложность операции обхода, но вводит избыточность в модель представления на физическом уровне и необходимость строить дополнительную сеть связанных экземпляров объектов учета.

  3. Существенные сложности возникают при реализации связей между сущностями, представляющими типы объектов учета и объекты учета. Причем, если при иерархическом представлении это объясняется сетевой природой логической модели хранения, то при сетевом представлении – невозможностью однозначного задания логической модели хранения на стадии проектирования (вследствие требования адаптируемости) и проблемами в построении запросов для подсистемы генерации отчетов.

  4. Единственно возможной схемой связи сущностей, обеспечивающей гибкость представления модели хранения на физическом уровне, является реляционное представление. При этом необходимо исследование возможностей и разработка механизма представления сетевой логической модели хранения данных в реляционном виде.

Примечание: данные исследования проводятся в рамках НИР «Исследование и разработка теоретических основ построения и функционирования распределенных адаптивных систем административного мониторинга» ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кравцова, Н.А. Место и функции адаптивной системы мониторинга в автоматизированной системе управления [Текст] / Н.А. Кравцова, А.И. Фролов // Информационные технологии в науке, образовании и производстве. ИТНОП-2010: материалы IV-й Международной научно-технической конференции, 2010. – Т. 2. – С. 71-75

2. Константинов, И.С. Модель хранения данных в адаптивной автоматизированной системе административного мониторинга [Текст] / И.С. Константинов, А.И. Фролов, Н.А. Кравцова // Информационные системы и технологии. – 2010. – №4(60). – С. 66-73.

3. Scherbakov N., Maurer H. Network (CODASYL) Data Model [Электронный ресурс] // URL: http://coronet.iicm.tugraz.at/wbtmaster/allcoursescontent/netlib/ndm1.htm

4. Celko, J. Trees and Hierarchies in SQL for Smarties [Текст] / excerpt from Chapter 2. MIT Press and McGraw-Hill, 2004.

5.Tropashko, V., Trees in SQL: Nested Sets and Materialized Path [Электронный ресурс] / V. Tropashko // DBAzine.com. Дата последнего обновления 13.04.2005. URL: http://www/dbazine.com/oracle/or-articles/tropashko4

6. Cormen, T.H. Introduction to Algorithms, Second Edition [Текст] / T.H. Cormen, C.E. Leiserson, R.L. Rivest, C. Stein // MIT Press and McGraw-Hill. 2001. – C. 527-529.

7. Eppstein, D. ICS 161 Lecture Notes: Graph Algorithms [Текст] / D.Eppstein // John Wiley & Sons, 2002
Кравцова Надежда Алексеевна

ФГОУ ВПО "Госуниверситет - УНПК"

программист

г. Орел, Наугорское шоссе, 40



(4862) 40-96-14

x4x@bk.ru

Похожие:

Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconСтатистика в системе образовательного мониторинга
В реализации программы модернизации российского образования значительная роль отводится образовательной статистике. Именно на основании...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconРазработка и проверка основных образовательных программ в автоматизированной информационной системе вуза
Ядром технологии является реляционная база данных распознанных федеральных государственных образовательных стандартов, содержащая...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconОсновные сведения о системе управления
В общем случае база данных это инструмент для хранения и организации информации. Примерами баз данных являются: записная книжка,...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconВыбор модели предстваления данных в автоматизированной системе проведения опросов
При проектировании баз данных разработчики часто сталкиваются с ситуацией, когда количество атрибутов, которыми описывается объект,...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconПреимущества хранения данных облако
Сведения, хранящиеся с поставщиками доступна через Интернет или Wide Area Network (wan). Эффект масштаба позволит поставщикам поставлять...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconПерспективы повышения информативности данных, накапливаемых в отраслевой системе мониторинга Росрыболовства

Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconФормирование физической культуры учащихся младших классов прогимназии на основе идеалов и ценностей олимпизма
Специальность 13. 00. 04 – Теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconИнформация о реализации на территории Курганской области государственной политики в сфере развития адаптивной физической культуры и спорта среди людей
Одских округов, общественными организациями, физкультурно-спортивными клубами инвалидов и областной федерацией инвалидного спорта...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга icon''Горячие темы eda-индустрии по материалам
Автоматизация использования данных eda-индустрии посредством Internet технологий в значительной степени сдерживается недостаточной...
Исследование технологий физической реализации хранения данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга iconРазработка информационно-аналитической системы на основе многомерного хранилища данных
Целью данной статьи является развитие автоматизированной технологии балльно-рейтинговой системы оценки успеваемости студентов для...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org