基于XQuery的NXD查询的研究

论文摘要

XML（extensible markup language,可扩展标志语言）是由World Wide Web Consortium（W3C）的XML工作组定义的。XML以其扩展性、结构性、平台独立性和自描述性等特性成为数据表示和交换的事实标准,越来越多的行业都使用XML来存储、交换和发布信息。在存储和查询XML数据这一领域,主要有两种方法：一种是在已有的关系数据库系统和面向对象数据库系统的基础上扩充相应的功能,使其能够胜任XML数据的处理,这种数据库称为XML Enabled数据库；另一种是为XML数据量身定做的数据库,即Native XML数据库（可简写为NXD）。Native XML数据库充分考虑到XML数据的特点。但是,跟传统的数据库相比,Native XML数据库比较新,在理论和实现技术上还不成熟,特别是查询方法、规范化和引用完整性等方面,是当前数据库领域研究的一个重点。为了规范XML查询,W3C还设计了XML查询语言——XQuery,它符合XML的原始结构,相当于XML数据管理领域的SQL（Structured Query Language）。本文主要研究的是支持XQuery查询语言的Native XML数据库查询技术。首先对XQuery语言和Native XML数据库及其特点进行了深入研究,指出NativeXML数据库与传统数据库在处理XML数据方面的不同,总结了XQuery查询处理过程,并探讨了XML查询处理中常用的方法,然后设计了一个针对Native XML数据库的XQuery查询。通常在Native XML数据库中进行XML查询主要是通过模式匹配或导航的方法,本文所设计的查询分别用数据管理器和索引管理器对基于树导航和模式匹配两种查询方法进行管理。在查询处理过程中,将Unnest算法和ZigZag Join算法融合,提出comb（U+Z）算法,用该算法使两种查询方法结合起来共同执行查询,产生多个查询计划,然后用代价模型估计查询计划代价,选择最优的查询计划。通过实验测试表明,使用comb（U+Z）算法进行查询处理,一些查询产生的混合的查询计划比原有的只用单一一种查询方法产生的查询计划的执行时间更短,采用的代价模型估计查询计划代价以选择最优查询计划的方法是正确的。最后,对XML数据模型进行分析研究,针对XPath数据模型不支持元数据查询的这一缺陷,通过添加一个Meta属性对XPath数据模型进行扩展改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.4 论文的组织结构
• 2 XML查询技术
• 2.1 XML查询规范XQuery
• 2.1.1 XQuery模块结构
• 2.1.2 XQuery表达式
• 2.2 Native XML数据库
• 2.2.1 Native XML数据库定义
• 2.2.2 Native XML数据库体系结构
• 2.2.3 Native XML数据库与XED的比较
• 2.3 XML查询处理
• 2.3.1 XQuery查询处理模型
• 2.3.2 XQuery查询过程
• 2.3.3 XML查询处理方法
• 2.4 本章小结
• 3 XQuery查询框架
• 3.1 设计原则
• 3.2 框架设计
• 3.2.1 XML文档处理器
• 3.2.2 编码方案
• 3.2.3 数据管理器
• 3.2.4 索引管理器
• 3.3 XQuery查询的查询处理
• 3.3.1 符号
• 3.3.2 数据管理中的Unnest操作
• 3.3.3 索引管理中的ZigZag Join操作
• 3.3.4 使用comb（U+Z）算法执行查询
• 3.3.5 选择最优查询计划
• 3.4 测试验证
• 3.4.1 准备工作
• 3.4.2 查询验证
• 3.4.3 代价模型验证
• 3.4.4 结论
• 3.5 本章小结
• 4 数据模型及扩展
• 4.1 OEM模型
• 4.2 DOM模型
• 4.3 XPath模型
• 4.4 XPath数据模型扩展
• 4.4.1 扩展意义
• 4.4.2 扩展的XPath模型
• 4.4.3 扩展XPath模型与原XPath模型的比较
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录:攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢