Πίνακας περιεχοµένων ΠΡΩΤΟ ΜΕΡΟΣ... 1 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα συστήµατα ρευµάτων δεδοµένων... 3 1.1 Εισαγωγή... 3 1.2 Η ανεπάρκεια των συµβατικών Σ Β... 4 1.3 Το µοντέλο ρεύµατος δεδοµένων... 7 1.4 Ερωτήµατα σε ρεύµατα δεδοµένων... 8 1.5 Ένα ολοκληρωµένο παράδειγµα... 10 1.6 Επισκόπηση των κυριότερων συστηµάτων ρευµάτων δεδοµένων... 14 1.6.1 Alert... 14 1.6.2 AURORA...15 1.6.3 Cougar... 17 1.6.4 Gigascope... 18 1.6.5 Hancock... 18 1.6.6 NiagaraCQ... 19 1.6.7 OpenCQ... 21 1.6.8 STREAM (STanford stream data Management)... 23 1.6.9 Tapestry... 25 1.6.10 TelegraphCQ... 25 1.6.11 Tribeca... 27 1.7 Περίληψη... 28 1.8 Βιβλιογραφικές παραποµπές... 29 Κεφάλαιο 2 Ερωτήµατα σε ρεύµατα δεδοµένων... 31 2.1 Εισαγωγή... 31 2.2 Ερωτήµατα διαρκείας... 32 2.2.1 Αποτίµηση των υλοποιηµένων όψεων σε σχέση µε τα ερωτήµατα διαρκείας... 33 2.2.2 ιαφοροποίηση των ερωτηµάτων διαρκείας από τους σκανδαλιστές... 34 2.2.3 Ερωτήµατα διαρκείας βάσει του χρόνου ή του περιεχοµένου... 34 2.2.4 Ερωτήµατα συνάθροισης σε ρεύµατα δεδοµένων... 36 2.2.5 Ανενεργά ερωτήµατα... 37 2.2.6 Ερωτήµατα µε βάρη... 37 2.3 Ερωτήµατα µε χρήση παραθύρων...37 2.3.1 Χρονικά παράθυρα... 41 2.3.2 ιάταξη ρευµάτων και χρονικά ορόσηµα... 42 2.3.3 Κατηγορίες ερωτηµάτων µε χρονικά παράθυρα... 43 xi
Συστήµατα ρευµάτων δεδοµένων για κινούµενα αντικείµενα. 2.3.4 Η έννοια του χρόνου στα ερωτήµατα µε παράθυρα... 44 2.4 Αλγόριθµοι για ρεύµατα δεδοµένων... 46 2.5 Απεριόριστες απαιτήσεις σε µνήµη... 47 2.6 Προσεγγιστικές απαντήσεις σε ερωτήµατα... 49 2.6.1 Μαζική επεξεργασία... 50 2.6.2 Περιλήψεις... 51 2.6.3 Σκίτσα δεδοµένων... 52 2.6.4 Τυχαία ειγµατοληψία... 52 2.6.5 Wavelets... 53 2.6.6 Ιστογράµµατα... 53 2.7 Προβληµατικοί τελεστές στη διαχείριση ρευµάτων δεδοµένων... 55 2.7.1 Ανασχετικοί τελεστές... 55 2.7.2 Μη ανασχετικοί τελεστές για ρεύµατα δεδοµένων... 56 2.7.3 Τελεστές διατήρησης κατάστασης... 57 2.8 Ερωτήµατα που αναφέρονται σε παλαιότερα δεδοµένα... 58 2.9 Περίληψη... 58 2.10 Βιβλιογραφικές παραποµπές... 59 Κεφάλαιο 3 ιατύπωση και επεξεργασία ερωτηµάτων... 61 3.1 Εισαγωγή... 61 3.2 Γλώσσα ερωταποκρίσεων ρευµάτων δεδοµένων... 63 3.2.1 Η SQL ως βάση της γλώσσας ερωταποκρίσεων ρευµάτων δεδοµένων... 65 3.2.2 Η γλώσσα ερωταποκρίσεων του συστήµατος Cougar... 66 3.2.3 Η γλώσσα ερωταποκρίσεων του συστήµατος STREAM... 67 3.2.4 Η γλώσσα ερωταποκρίσεων του συστήµατος ATLaS... 69 3.2.5 Η γλώσσα ερωταποκρίσεων του συστήµατος TelegraphCQ... 70 3.2.6 Σηµασιολογία των ερωτηµάτων διαρκείας... 71 3.2.7 Χρονικά ορόσηµα στις πλειάδες των αποτελεσµάτων... 72 3.3 Επεξεργασία ερωτηµάτων σε ρεύµατα δεδοµένων... 75 3.3.1 Υπολογισµός και βελτιστοποίηση ερωτηµάτων... 77 3.3.2 Συνδέσεις ρευµάτων µε χρήση κυλιόµενων παραθύρων... 78 3.3.3 Αρχιτεκτονική επεξεργασίας ερωτηµάτων στο σύστηµα STREAM... 80 3.3.4 Αρχιτεκτονική επεξεργασίας ερωτηµάτων στο σύστηµα AURORA... 81 3.4 Πολλαπλά ερωτήµατα διαρκείας... 83 3.4.1 Βελτιστοποίηση πολλαπλών µη προβλέψιµων ερωτηµάτων... 84 3.4.2 Βελτιστοποίηση ερωτηµάτων βάσει του ρυθµού άφιξης δεδοµένων... 84 3.5 ιαχείριση πόρων... 85 3.5.1 Περιορισµοί... 86 3.5.2 Χρονοπρογραµµατισµός... 87 3.5.3 Η διαπλοκή της διαχείρισης πόρων µε τις προσεγγιστικές απαντήσεις... 88 3.6 Προσεγγιστικές απαντήσεις... 89 3.6.1 Στατικές προσεγγίσεις... 90 xii
Πίνακας περιεχοµένων 3.6.2 υναµικές προσεγγίσεις... 90 3.6.3 Αποβολή φόρτου... 91 3.7 Ερευνητικά θέµατα στα ρεύµατα δεδοµένων... 94 3.8 Περίληψη... 95 3.9 Βιβλιογραφικές παραποµπές... 96 Κεφάλαιο 4 Συστήµατα κινούµενων αντικειµένων... 97 4.1 Εισαγωγή... 97 4.2 Χωροχρονική προσέγγιση του µοντέλου για κινούµενα αντικείµενα... 99 4.2.1 Το αφηρηµένο µοντέλο της κίνησης αντικειµένων... 100 4.2.2 Το διακριτό µοντέλο της κίνησης αντικειµένων... 102 4.3 Η τροχιά των κινούµενων αντικειµένων... 104 4.3.1 Κατηγορίες κίνησης αντικειµένων... 105 4.3.2 Η αβεβαιότητα στην αναπαράσταση κινούµενων αντικειµένων... 106 4.3.3 Συναρτήσεις αναπαράστασης της τροχιάς για µελλοντικές θέσεις... 108 4.3.4 Προσχέδια κίνησης αντικειµένων... 109 4.3.5 Μέθοδοι ενηµέρωσης της τροχιάς... 109 4.4 Κατηγορίες ερωτηµάτων σε κινούµενα αντικείµενα... 110 4.4.1 Ερωτήµατα θέσης... 111 4.4.2 Τοπολογικά ερωτήµατα... 112 4.4.3 Ερωτήµατα πλοήγησης... 113 4.4.4 Συνδυασµένα ερωτήµατα... 114 4.5 εικτοδότηση κινούµενων αντικειµένων... 114 4.5.1 Η ανεπάρκεια της δοµής R-tree... 116 4.5.2 Παραλλαγές του R-tree για κινούµενα αντικείµενα... 117 4.5.3 υϊκή αναπαράσταση του χώρου και του χρόνου... 118 4.5.4 Κινητικές δοµές δεδοµένων... 119 4.6 Ερευνητικά θέµατα στα συστήµατα κινούµενων αντικειµένων... 120 4.7 Περίληψη... 121 4.8 Βιβλιογραφικές παραποµπές... 122 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ... 123 Κεφάλαιο 5 Η τροχιά αντικειµένων ως ρεύµα δεδοµένων... 125 5.1 Εισαγωγή... 125 5.1.1 Ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων... 126 5.1.2 Οι κατευθυντήριες γραµµές του µοντέλου ρεύµατος τροχιάς αντικειµένων..127 5.2 Η ιδιαιτερότητα του χρόνου στην κίνηση των αντικειµένων... 128 5.2.1 Η αναπαράσταση της χρονικής διάστασης... 129 5.2.2 Αξιοποίηση των χρόνων λήξης των θέσεων των αντικειµένων... 130 5.2.3 Χρονικοί τελεστές... 131 xiii
Συστήµατα ρευµάτων δεδοµένων για κινούµενα αντικείµενα. 5.3 Η χωρική πτυχή της κίνησης των αντικειµένων...131 5.3.1 Η τροχιά ως ακολουθία παρατηρήσεων... 132 5.3.2 Οι βασικοί χωρικοί τύποι δεδοµένων... 133 5.3.3 Τα χωρικά κατηγορήµατα... 134 5.3.4 Οι χωρικοί τελεστές... 135 5.3.5 Η ανοχή σε σφάλµατα κατά την εφαρµογή χωρικών λειτουργιών σε ερωτήµατα... 136 5.4 Ερωτήµατα διαρκείας επί του ρεύµατος τροχιάς αντικειµένων... 136 5.4.1 Τύποι ερωτηµάτων κίνησης... 137 5.4.2 Επεξεργασία ερωτηµάτων... 137 5.4.3 Κατανεµηµένη επεξεργασία ερωτηµάτων... 139 5.4.4 Απαιτήσεις της γλώσσας ερωταποκρίσεων για ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων... 140 5.5 Ο ρόλος της µνήµης στην επεξεργασία ερωτηµάτων τροχιάς αντικειµένων... 140 5.6 Η σύζευξη χώρου και χρόνου στα ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων... 141 5.6.1 Ρεύµατα δεδοµένων και σχέσεις για κινούµενα σηµειακά αντικείµενα... 142 5.6.2 Πρόσθετες χωροχρονικές λειτουργίες και κατασκευαστές τύπων... 144 5.6.3 Η αναγκαιότητα περιλήψεων της τροχιάς... 144 5.6.4 ιερεύνηση της επάρκειας του µοντέλου ρεύµατος τροχιάς αντικειµένων... 145 5.7 Περίληψη... 146 5.8 Βιβλιογραφικές παραποµπές... 147 Κεφάλαιο 6 Προς µια γλώσσα ερωταποκρίσεων για ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων... 149 6.1 Εισαγωγή... 149 6.1.1 Οι βασικοί στόχοι µιας γλώσσας ερωταποκρίσεων για ρεύµατα τροχιάς... 150 6.1.2 Σχετικές εργασίες... 151 6.2 Σηµασιολογία ερωτηµάτων διαρκείας για ρεύµατα τροχιάς... 151 6.2.1 Τελεστές απεικόνισης µεταξύ ρευµάτων και σχέσεων... 152 6.2.2 Η σχεσιακή γλώσσα ερωταποκρίσεων για ρεύµατα δεδοµένων... 153 6.2.3 Γλώσσα ορισµού παραθύρων σε ρεύµατα δεδοµένων... 154 6.2.4 Τελεστής σύνοψης ρεύµατος τροχιάς... 155 6.2.5 Χωροχρονικά κατηγορήµατα και τελεστές... 156 6.3 Συντακτικό γλώσσας ερωταποκρίσεων για ρεύµατα τροχιάς... 157 6.3.1 Γλωσσικές δοµές προσδιορισµού παραθύρων... 158 6.3.2 Απουσία προσδιορισµού παραθύρων... 160 6.3.3 Η έκφραση των χωροχρονικών λειτουργιών... 160 6.3.4 Παρατηρήσεις ως προς τη σύνταξη ερωτηµάτων... 160 6.4 Χαρακτηριστικά ερωτήµατα διαρκείας σε µορφή SQL... 163 6.4.1 Το σχήµα των οντοτήτων του συστήµατος... 163 6.4.2 Ερωτήµατα διαρκείας σχετικά µε τη θέση των κινούµενων αντικειµένων... 164 6.4.3 Τοπολογικά ερωτήµατα διαρκείας σε ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων... 167 xiv
Πίνακας περιεχοµένων 6.4.4 Ερωτήµατα διαρκείας σχετικά µε την κίνηση... 169 6.5 Η ανάγκη βελτιστοποίησης ερωτηµάτων διαρκείας σε ρεύµατα τροχιάς... 174 6.5.1 Σηµασιολογική βελτιστοποίηση µε αναδιατύπωση του ερωτήµατος... 174 6.6 Προσοµοίωση ρεύµατος τροχιάς κινούµενων αντικειµένων σε Σ Β... 176 6.6.1 Το πλαίσιο µιας τυπικής εφαρµογής παρακολούθησης... 177 6.6.2 Ο προσδιορισµός της θέσης των αντικειµένων και τα χωροχρονικά ερωτήµατα... 178 6.6.3 Η παραγωγή των πειραµατικών δεδοµένων... 179 6.6.4 Η τήρηση δεδοµένων τροχιάς σ ένα συµβατικό Σ Β... 181 6.6.5 ιατύπωση ερωτηµάτων για δεδοµένα τροχιάς σ ένα Σ Β... 183 6.7 Περίληψη... 187 6.8 Βιβλιογραφικές παραποµπές... 188 Κεφάλαιο 7 Προοπτικές... 189 7.1 Σύντοµη ανασκόπηση των ρευµάτων τροχιάς αντικειµένων... 189 7.2 Ζητήµατα προς µελλοντική διερεύνηση... 190 7.2.1 Επεξεργασία ερωτηµάτων... 191 7.2.2 οµές διαχείρισης των στοιχείων... 191 7.2.3 Πολλαπλά ρεύµατα δεδοµένων... 192 7.2.4 Γραφικό περιβάλλον ερωταποκρίσεων... 192 7.2.5 Εξόρυξη δεδοµένων από ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων... 193 7.2.6 ιερεύνηση της οµοιότητας µεταξύ ρευµάτων τροχιάς... 195 7.3 ιαφαινόµενες τάσεις...196 7.4 Βιβλιογραφικές αναφορές... 200 Επίλογος... 201 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ... 205 Προσοµοίωση τροχιάς σε Oracle Spatial 8i DBMS... 207 Χάρτες... 215 Εκτενής περίληψη... 219 Γλωσσάριο εννοιών... 223 Βιβλιογραφικές αναφορές... 229 Ευρετήριο όρων... 245 xv
Συστήµατα ρευµάτων δεδοµένων για κινούµενα αντικείµενα. Πίνακας ενθέτων Ενεργά συστήµατα βάσεων δεδοµένων... 35 Οι βάσεις δεδοµένων ακολουθιών... 39 Οι βάσεις δεδοµένων πραγµατικού χρόνου... 40 Άµεση συνάθροιση... 79 ίκτυα αισθητήρων... 197 Παγκόσµιο Σύστηµα Γεωγραφικού Εντοπισµού (GPS)... 198 ίκτυα ασύρµατης επικοινωνίας... 199 xvi