基于时态函数依赖处理模块的TimeDB扩展

论文摘要

时间是自然界无所不在的客观属性,所有信息都具有相应的时态属性。时态数据库将时间作为数据的属性纳入系统的管理范畴,存储和管理多个时间状态的数据。时态数据库中存储的数据都具有时态信息,当我们把经典关系数据库中的函数依赖(Functional Dependency)引入到时态数据库中时,同样需要给函数依赖增加时态信息,来说明函数依赖成立的时间,例如:“任一雇员在同一月内只能有一种工资”、“任一雇员在同一年内只能在同一部门工作”,相对于经典函数依赖,我们分别记这两个时间区段内的函数依赖为:Name→_<月>Sal,Name→_<年>Dept,并称它们为时态函数依赖(Temporal Functional Dependency)。显然时态函数依赖能更有效的建模现实世界的对象,并且能有效的解决数据库的冗余问题和实现数据的约束。经过二十多年的发展,时态数据库理论研究取得了丰富的成果,而时态数据库实现技术尚处于起步阶段,目前国内外还没有一个真正意义上的时态数据库管理系统。作为商业DBMS的前端构件,TimeDB基本实现了时态数据管理功能,是比较成功的时态数据库管理原型系统。但是目前提出的TDBMS都没有提供对时态函数依赖的支持,时态函数依赖的定义、解释和检查都要由用户程序实现。如何在TDBMS中对关系数据库中的函数依赖进行扩展,增加时态信息使其扩展为时态函数依赖,在对TDBMS进行数据插入和修改时进行函数依赖检查,对不满足时态函数依赖的插入和修改事务进行回滚,并且允许用户自定义时态函数依赖,是时态数据库应用研究领域的一个重要课题。本文提出了一种基于时态函数依赖处理模块对TimeDB进行扩展的实现方案,在时态数据库中实现时态函数依赖的支持,并支持用户自定义时态函数依赖。本文首先介绍了时态数据库出现的历史背景、起源与发展以及研究与应用现状,说明了时态数据库中的一些基本概念,其次讲述了时态数据模型和时态数据的表示方案,然后讨论了基于TimeDB扩展的时态数据库系统设计,最后提出了时态函数依赖及其公理推导系统,并且在此基础上实现了时态函数依赖处理模块。本文提出的时态函数依赖处理模块作为现有时态数据库TimeDB的一个扩展功能模块,在前端构件TimeDB之上,用于支持TDBMS的时态函数依赖处理的特性。当用户对TDBMS进行插入和修改操作时,时态函数依赖处理模块将对插入和修改的数据进行检查,当满足依赖时才交由TimeDB执行,若不满足则直接对用户进行提示,并且支持用户自定义时态函数依赖,对时态函数依赖的解释和处理都是对用户透明的,从而实现了TDBMS对时态函数依赖的支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1.时态数据库出现的历史背景
• 1.2.时态数据库的起源与发展
• 1.3.研究与应用现状
• 1.4.本论文的研究工作
• 第二章 时态数据库的基本概念
• 2.1 三种基本时间
• 2.1.1.用户自定义时间（User-defined Time）[1]
• 2.1.2.有效时间（Valid Time）[1]
• 2.1.3.事务时间（Transaction Time）[1]
• 2.2.四种数据库
• 2.2.1.快照数据库
• 2.2.2.回滚数据库
• 2.2.3.历史数据库
• 2.2.4.双时态数据库
• 2.3.时间模型
• 2.3.1.连续模型（Continuous Model）
• 2.3.2.步进模型（Stepwise Model）
• 2.3.3.离散模型（Discrete Model）
• 2.3.4.恒定模型（Non Temporal Model）
• 2.4.时间元素的定义
• 2.4.1.时间粒度和时间量子
• 2.4.2.时间点（Time Instant）
• 2.4.3.时间区间（Time Interval）
• 2.4.4.时间跨度（Time Span）
• 2.4.5.时态元素（Temporal Element）
• 2.4.6.两个特殊的时间元素
• 2.4.7.时间关系
• 2.5 时态数据模型
• 2.5.1 双时态概念数据模型BCDM
• 2.5.1.1.BCDM简介
• 2.5.1.2.BCDM时间域
• 2.5.2 时态数据的表示方案
• 2.5.2.1.Snodgrass的元组时标表示方案TTRS（Tuple Timestamped Representation Scheme）
• 2.5.2.2 Jensen的基于后备日志的表示方案BBRS（Backlog-Based Representation Scheme）
• 第三章 时态数据库管理系统
• 3.1.时态数据库系统实现方案
• 3.1.1.使用DATE数据类型支持时态操作
• 3.1.2.实现时间抽象类型
• 3.1.3.分层扩展非时态DBMS
• 3.1.4.完全时态数据库
• 3.1.5 基于分层扩展实现时态数据库
• 3.2 时态数据库管理系统TimeDB
• 3.2.1.TimeDB基础
• 3.2.2.TimeDB的不同版本
• 3.3 时态查询语言ATSQL2
• 3.3.1.ATSQL2介绍
• 3.3.2.ATSQL2的设计要求和扩展细节
• 第四章 基于时态函数依赖处理模块的TimeDB扩展
• 4.1.扩展TimeDB的系统结构设计
• 4.2.时态函数依赖（Temporal Functional Dependency）
• 4.2.1.时态函数依赖的基本概念
• 4.2.2.时态函数依赖的推导公理
• 4.3.时态函数依赖处理模块（TFDM）设计
• 4.3.1.SQL语句分析器（SQL Analyzer）
• 4.3.2.时态函数依赖处理器（Temporal Functional Dependency Processor）
• 4.3.2.1.时态函数依赖处理器的功能设计
• 4.3.2.2.时态函数依赖信息存储结构设计
• 4.3.2.3.时态函数依赖信息的维护
• 4.3.2.4.时态函数依赖的检查
• 4.3.2.5.时态函数依赖处理器的算法设计
• 4.4.时态函数依赖处理模块TFDM
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表论文情况
• 在读期间参与科研项目情况
• 学位论文评阅及答辩情况表