Luận văn Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng thời gian và xử lý truy vấn trong cơ sở dữ liệu hướng đối tượng thời gian

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------------------------WX----------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG THỜI GIAN

VÀ

XỬ LÝ TRUY VẤN TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG

ĐỐI TƯỢNG THỜI GIAN

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

MÃ SỐ:

NGUYỄN THỊ HỘI

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN KIM ANH

HÀ NỘI 2006

Trang - 1 -

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên của luận văn em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo, Tiến

sỹ Nguyễn Kim Anh người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho em từ lúc tìm hiểu, định hướng cũng như tìm kiếm tài liệu

trong lĩnh vực Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng thời gian cho đến lúc hoàn

thành luận văn. Chúc cô mạnh khỏe, công tác tốt và ngày càng có nhiều kết

quả mới từ lĩnh vực nghiên cứu mà cô yêu mến.

Em xin được gửi lời cám ơn đến bạn bè và những người thân trong gia đình

đã tạo điều kiện cũng như giúp đỡ em mọi mặt trong quá trình hoàn thành

luận văn. Chúc mọi người gặp nhiều may mắn.

Em cũng xin gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô giáo của Khoa Công Nghệ

Thông Tin và Trung tâm Đào tạo Sau Đại học của Trường Đại học Bách

Khoa Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ bảo, tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành được

luận văn này.

Hà nội, mùa thu 2006!

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 2 -

MỞ ĐẦU

Quản lý dữ liệu là một phần không thể thiếu đối với việc phát triển các hệ

thống thông tin, quản lý dữ liệu theo thời gian trong các hệ thống thông tin

ứng dụng trong các lĩnh vực thay đổi thường xuyên và đòi hỏi nhiều yêu cầu

như tài chính, ngân hàng, viễn thông, y tế đã làm cho các hệ quản trị cơ sở dữ

liệu quan hệ không quản lý về mặt thời gian bộc lộ những hạn chế. Điều này

đòi hỏi các nhà nghiên cứu về cơ sở dữ liệu phải đưa ra những kết quả khả

quan hơn, những hệ quản trị mới hơn, các kiểu xử lý khác làm sao để phục vụ

được ngày càng tốt hơn nhu cầu mà thực tế đòi hỏi. Vì thế, một hướng nghiên

cứu cơ sở dữ liệu mới ra đời đó là xem xét dữ liệu dưới dạng các đối tượng

như nó vốn tồn tại trên thực tế và thêm yếu tố thời gian để đáp ứng các yêu

cầu cho các ứng dụng quản lý về mặt thời gian.

Cơ sở dữ liệu đối tượng thời gian mới được nghiên cứu vào những năm 90

của thể kỷ 20 và những năm đầu của thể kỷ 21. Một bất ngờ là các nhà khoa

học đã thu được những kết quả tốt hơn mong đợi và hứa hẹn một miền ứng

dụng rộng lớn sẽ được sử dụng các kết quả này khi đưa vào thực tế. Cơ sở dữ

liệu hướng đối tượng thời gian không những thu được các kết quả về cơ sở lý

thuyết như các đại số nghiên cứu về cơ sở dữ liệu thời gian (đại số TA,

OSAM*/T, …) [SSH-98] mà còn thu được các kết quả về mặt thực hành là đã

xây dựng được các hệ quản trị cơ sở dữ liệu hướng đối tượng thời gian với

đầy đủ các tính năng bao gồm mô hình, ngôn ngữ định nghĩa và cả ngôn ngữ

truy vấn đầy đủ, toàn vẹn trên dữ liệu hướng đối tượng thời gian (TOOM,

TODL, TOQL). Vì lý do như vậy, cùng với sự hướng dẫn của cô giáo Tiến sỹ

Nguyễn Kim Anh, em đã chọn tìm hiểu và nghiên cứu về “Cơ sở dữ liệu đối

tượng thời gian và xử lý truy vấn trong cơ sở dữ liệu đối tượng thời gian”

Nội dung chính của luận văn là giới thiệu về mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối

thời gian trong các hệ thống thông tin (TOOBIS). Và để có được các nguyên

tắc xử lý bên dưới của ngôn ngữ định nghĩa cũng như ngôn ngữ truy vấn thì

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 3 -

luận văn giới thiệu đại số TA là cơ sở toán học cho xử lý cơ sở dữ liệu hướng

đối tượng thời gian trong TODL và TOQL. TOQL được giới thiệu để minh

họa lại rõ nét hơn các toán tử cũng như các toán hạng trong cơ sở dữ liệu

hướng đối tượng thời gian.

Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đề tài, em đã đạt được những kết quả

bước đầu về cơ sở dữ liệu hướng đối tượng thời gian, làm cơ sở để hoàn thành

cuốn luận văn này. Nội dung của luận văn bao gồm 4 chương :

Chương I: Tổng quan

Chương II: CSDL hướng đối tượng thời gian trong các hệ thống thông tin

Chương III: Cơ sở toán học cho xử lý CSDL hướng đối tượng thời gian

Chương IV: TOQL một ngôn ngữ truy vấn cho CSDL hướng đối tượng thời

gian

Chương V: Kết luận của luận văn

Nội dung của luận văn mới chỉ là những vấn đề cơ sở của cơ sở dữ liệu hướng

đối tượng thời gian, những vấn đề sâu hơn mong rằng sẽ được trình bày trong

một thời gian gần nhất.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 4 -

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN

Giới thiệu

Cơ sở dữ liệu là một thành phần không thể thiếu trong quá trình phát triển các

hệ thống thông tin. Trong thời gian gần đây, các ứng dụng thông tin không chỉ

dừng lại ở các ứng dụng trong lĩnh vực xử lý dữ liệu kinh doanh, thương mại

mà còn phát triển sang các lĩnh vực khác như trí tuệ nhân tạo, thông tin văn

phòng, đa phương tiện… Do vậy, cơ sở dữ liệu (CSDL) không còn chỉ có

kiểu quan hệ truyền thống mà còn phát triển thành CSDL đối tượng, với các

yêu cầu về mặt quản lý thời gian và xử lý dữ liệu theo thời gian. CSDL đối

tượng có yêu cầu về mặt quản lý thời gian đã được phát triển nhằm đáp ứng

các ứng dụng thông tin một cách đầy đủ hơn.

Trong chương này luận văn trình bày những khái niệm cơ bản của CSDL đối

tượng và CSDL thời gian. Phần 1.1 sẽ trình bày về CSDL thời gian cũng như

các bài toán liên quan và phần 1.2 sẽ trình bày về CSDL đối tượng.

1.1 Cơ sở dữ liệu thời gian

1.1.1 Khái niệm

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management System - DBMS) [NKA-

04] là một hệ thống phần mềm cho phép tạo lập cơ sở dữ liệu (DataBase –

CSDL) và điều khiển mọi truy nhập đối với CSDL đó.

Hệ cơ sở dữ liệu có 4 thành phần [NKA-04] :

• CSDL hợp nhất: CSDL của hệ có hai tính chất cơ bản là tối thiểu hóa

dư thừa và được chia sẻ.

• Những người sử dụng: Người sử dụng của hệ là bất kỳ một cá nhân nào

có nhu cầu truy nhập CSDL, bao gồm những người sử dụng cuối,

những người viết chương trình, những người quản trị CSDL.

• Phần mềm DBMS

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 5 -

• Phần cứng: Phần cứng của hệ thống bao gồm các thiết bị nhớ thứ cấp

được sử dụng để lưu trữ CSDL.

Sau đây là một số khái niệm về các hệ quản trị CSDL thông thường và thời

gian [NN-02] :

• Snapshot DataBases Management Systems (DBMS): các DBMS truyền

thống không hỗ trợ cho bất kỳ kiểu thời gian nào.

• Valid Time (Historical) DBMSs: các DBMS chỉ hỗ trợ thời gian hiệu

lực.

• Transaction Time (Rollback) DBMSs: các DBMS chỉ hỗ trợ thời gian

giao dịch.

• Bi_Temporal DBMSs: các DBMS có hỗ trợ cả hai kiểu thời gian giao

dịch và hiệu lực.

1.1.2 Các vấn đề được nghiên cứu trong CSDL thời gian

Trong các hệ quản trị CSDL thời gian thì thuộc tính thời gian được xem là

một bộ phận gắn kết với hệ quản trị CSDL thời gian.

Một số vấn đề chính khi nghiên cứu CSDL thời gian là:

- Ngữ nghĩa của dữ liệu thời gian

- Mô hình hóa trình diễn dữ liệu thời gian

- Ngôn ngữ truy vấn trên các hệ quản trị CSDL thời gian

- Thiết kế CSDL thời gian

- Cài đặt và thực thi CSDL thời gian

- Các kỹ thuật tối ưu hóa trong thực thi CSDL thời gian

1.1.3 Ngữ nghĩa của dữ liệu thời gian

Trong CSDL thời gian có hai khái niệm được quan tâm là thời gian hiệu lực

và thời gian giao dịch. Khi nói đến ngữ nghĩa của dữ liệu thời gian, chúng ta

sẽ nói đến thời gian hiệu lực và thời gian giao dịch.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 6 -

Thời gian hiệu lực của một sự kiện là tất cả các khoảng thời gian, có thể trong

quá khứ, có thể là hiện tại, cũng có thể là tương lai khi sự kiện được xem là

đúng.

• Thời gian hiệu lực ghi nhận quá trình thay đổi trạng thái của các sự kiện

trong thực tế.

• Thời gian hiệu lực của một sự kiện không phải bao giờ cũng được ghi

nhận trong CSDL vì một số lí do như: thời gian hiệu lực của một sự

kiện là không thể biết hoặc khoảng thời gian hiệu lực không xác định

được một cách chính xác…

Thời gian giao dịch (Transaction Time - TT) của một sự kiện tương đối với

CSDL là khoảng thời gian trong đó sự kiện được ghi nhận và tồn tại trong

CSDL.

• Thời gian giao dịch ghi nhận sự thay đổi trạng thái của chính bản thân

CSDL.

• Các ứng dụng có các yêu cầu hỗ trợ khả năng truy cập đến các trạng

thái trước đó của CSDL thì chúng cần sự hỗ trợ thời gian giao dịch.

• Thời gian giao dịch bị chặn hai đầu bởi các thời điểm khi CSDL được

khởi tạo và trạng thái hiện thời của chính nó.

• Thời gian giao dịch còn có tính chất là tăng tuần tự và dễ dàng cho việc

ghi nhận một cách tự động bởi hệ quản trị CSDL đó.

1.1.4 Mô hình hóa thể hiện dữ liệu thời gian

Để biểu diễn và xây dựng các hệ quản trị CSDL thời gian, người ta mở rộng

các hệ quản trị CSDL thông thường (hệ quản trị CSDL quan hệ, hệ quản trị

CSDL điểm nối điểm…) theo một trong hai hoặc cả hai cách sau đây:

• Ghi nhận thông tin thời gian liên quan đến mỗi bộ dữ liệu.

• Ghi nhận thông tin thời gian liên quan đến mỗi thuộc tính trong từng bộ

dữ liệu.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 7 -

Cách thứ nhất, mỗi bộ dữ liệu được thêm 4 trường dùng để lưu các giá trị thời

gian bao gồm: {TT_B,TT_E, VT_B, VT_E}

- TT_B: Thời gian bắt đầu giao dịch

- TT_E: Thời gian kết thúc giao dịch

- VT_B: Thời gian hiệu lực bắt đầu

- VT_E: Thời gian hiệu lực kết thúc

Sau khi thêm 4 trường này, cách biểu diễn của các bộ dữ liệu vẫn ở dạng

chuẩn 1 (1NF) và chúng vẫn được hỗ trợ trong hầu hết các hệ quản trị CSDL

thông dụng hiện nay. Nhưng nếu các thuộc tính trong cùng một bộ dữ liệu

thay đổi không đồng thời với nhau thì cách thể hiện này sẽ vi phạm nguyên

tắc dư thừa dữ liệu.

Cách thứ hai biểu diễn thông tin rất phức tạp vì mỗi thuộc tính của mỗi bộ dữ

liệu sẽ có các giá trị thời gian riêng tương ứng với nó. Do đó, các hệ quản trị

CSDL phải hỗ trợ thêm các phương pháp lưu trữ, xử lý, và truy vấn hiệu quả

hơn. Đối với trường hợp này, sử dụng CSDL hướng đối tượng thời gian sẽ có

nhiều ưu điểm hơn (sẽ nói chi tiết trong phần 1.2).

1.1.5 Ngôn ngữ truy vấn trên các hệ CSDL thời gian

Để thiết kế xây dựng một ngôn ngữ truy vấn mới, yêu cầu phải tuân theo một

số điều kiện như:

• Tương thích với các hệ quản trị CSDL đã có.

• Việc cài đặt ngôn ngữ truy vấn mới không quá khó khăn.

• Ngôn ngữ truy vấn mới phải có cú pháp giống các ngôn ngữ truy vấn đã

có.

• Ngôn ngữ truy vấn mới phải có khả năng diễn đạt cao hơn và hỗ trợ

nhiều hơn các ngôn ngữ truy vấn đã có.

Với các yêu cầu như vậy, việc thiết kế một ngôn ngữ truy vấn mới là một

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 8 -

công việc rất khó khăn, tốn nhiều thời gian và công sức mà chưa chắc chắn

rằng việc phổ dụng nó đã dễ dàng.

Do vậy, giải quyết vấn đề truy vấn trên CSDL thời gian chính là mở rộng các

ngôn ngữ truy vấn thông dụng như SQL bằng cách thêm yếu tố thời gian. Đối

với CSDL thời gian hướng đối tượng có một số ngôn ngữ truy vấn được xây

dựng riêng như TOQL, TOOSQL, OQL/T. Trong chương 4 luận văn sẽ trình

bày về TOQL.

1.1.6 Thiết kế CSDL thời gian

Mục đích chính của quá trình thiết kế là khai thác tối đa các khả năng và các

tiện ích của các hệ quản trị CSDL để phục vụ cho ứng dụng của hệ thống.

Các ứng dụng yêu cầu hỗ trợ các yếu tố thời gian thường phức tạp hơn các

ứng dụng thông thường đồng thời cũng rất khó thiết kế. Các thiết kế CSDL

thời gian thường được dựa trên các thiết kế CSDL thông thường, sau đó thêm

yếu tố thời gian. Ví dụ:

• Với quá trình thiết kế logic thì đưa thêm yếu tố thời gian và mở rộng

các phụ thuộc với yếu tố thời gian. Sau đó, quá trình chuẩn hóa dữ liệu

với dữ liệu thời gian được định nghĩa, các thuật toán để chuẩn hoá dữ

liệu cũng được thay đổi.

• Với quá trình thiết kế mức khái niệm cũng có những vấn đề tương tự.

Tức là mức thiết kế khái niệm của các CSDL thời gian đều dựa trên mô

hình thực thể liên kết (quan hệ) và một số dựa trên mô hình đối tượng

(sẽ nói rõ trong phần CSDL thời gian hướng đối tượng).

Để chuyển đổi từ mô hình thực thể liên kết thông thường sang mô hình có yếu

tố thời gian thường phải mở rộng thêm yếu tố thời gian và phải chuyển đổi

một cách thủ công. Do đó, nếu sử dụng mô hình đối tượng và chuyển sang mô

hình đối tượng thời gian thông qua các đối tượng, chúng ta chỉ cần thêm yếu

tố thời gian vào các thuộc tính của đối tượng và các thao tác (hành vi) được tự

động thêm vào các yếu tố thời gian.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 9 -

1.1.7 Cài đặt các CSDL thời gian

Đối với việc cài đặt CSDL thời gian [NN-02] có hai hướng tiếp cận chính là:

Hướng tiếp cận tích hợp (Intergrated) và Hướng tiếp cận sử dụng lại các hệ đã

có (Layered).

Hướng tiếp cận tích hợp sử dụng nhân là một hệ thống CSDL sẵn có, sau đó

mở rộng và chỉnh sửa thêm các yếu tố thời gian.

Ưu điểm chính của tiếp cận này là:

• Hệ quản trị CSDL mới có thể xử lý triệt để, hiệu quả với dữ liệu thời

gian.

• Các ứng dụng CSDL sẽ truy xuất trực tiếp với hệ quản trị CSDL mà

không cần qua thành phần trung gian nên hiệu quả hơn.

• Có thể sử dụng các tiện ích của hệ quản trị đối với dữ liệu phi thời gian.

Nhược điểm đáng kể của hướng tiếp cận này:

• Khối lượng công việc cần chỉnh sửa, thêm mới rất lớn và độ phức tạp

truy xuất cao.

• Chi phí sản xuất và chi phí thời gian là đáng kể.

Hướng tiếp cận sử dụng các hệ sẵn có với mục đích chính là khắc phục nhược

điểm thứ hai của cách tiếp cận tích hợp: giảm chi phí khi cài đặt.

• Chọn một hệ quản trị CSDL sẵn có, giữ nguyên nhân hệ thống này.

• Xây dựng một mức trung gian cung cấp các tính năng hỗ trợ thời gian,

thực hiện biến đổi các yêu cầu liên quan đến dữ liệu thời gian thành các

yêu cầu thông thường mà hệ quản trị CSDL ở mức dưới có thể hiểu và

xử lý được.

• Chuyển đổi các câu truy vấn cho hệ quản trị CSDL ở mức dưới thực

hiện.

• Thực hiện một số bước xử lý thích hợp đối với kết quả nhận được.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 10 -

Ưu điểm chính của hướng tiếp cận này:

• Giảm chí phí cài đặt nên tính khả thi cao hơn.

• Thích hợp cho các mẫu thử sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm.

Nhược điểm chính:

• Xử lý các dữ liệu thời gian không được triệt để do các hệ quản trị CSDL

ở mức dưới không tận dụng hết các ưu điểm của dữ liệu thời gian.

1.2 Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

Hiện nay có một lớp các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau như: Các

ứng dụng thiết kế có máy tính trợ giúp (computer-aided design), các hệ thống

đa phương tiện (multimedia information system), trí tuệ nhân tạo (artificial

intelligence), hệ thống tin học văn phòng (office information system)… Đối

với những ứng dụng này, các hệ quản trị CSDL đối tượng (Object DBMS)

được xem là phù hợp hơn với các đặc trưng [MTO-00] :

• Chúng phải lưu trữ và thao tác với các kiểu dữ liệu trừu tượng và khả

năng cho phép người dùng định nghĩa các kiểu mới.

• Biểu diễn các đối tượng ứng dụng có cấu trúc bằng mô hình quan hệ

phẳng làm mất đi cấu trúc tự nhiên vốn có đối với các ứng dụng. Mô

hình quan hệ tồn tại giữa các đối tượng không dễ diễn đạt nhưng trong

mô hình đối tượng lại rất dễ thể hiện.

• Các hệ thống đối tượng, các ứng dụng phức tạp có thể được viết bằng

một ngôn ngữ lập trình CSDL đối tượng xác định.

Sau đây, luận văn sẽ trình bày những nét cơ bản về CSDL đối tượng.

1.2.1 Đối tượng và cơ sở dữ liệu đối tượng

Hệ quản trị CSDL đối tượng là một hệ thống sử dụng “đối tượng - object”

làm đơn vị cơ bản để mô hình hoá và truy xuất [MTO-00] . Đặc điểm chung

của các mô hình dữ liệu đối tượng là:

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 11 -

Định danh đối tượng: Mỗi thực thể trong thế giới thực được mô hình hóa vào

trong CSDL được gọi là đối tượng. Mỗi một đối tượng được xác định duy

nhất bởi định danh đối tượng. Định danh đối tượng do hệ thống sinh ra và

được quản lý bởi hệ thống.

Các đối tượng phức hợp: Các mô hình dữ liệu đối tượng cho phép cấu trúc

kiểu dữ liệu mới từ các kiểu dữ liệu đã có bởi cấu trúc bộ (tuple) và cấu trúc

tập (set).

Sự phân cấp kiểu: Mô hình dữ liệu đối tượng cho phép có các kiểu con với

các tính chất đặc biệt riêng của nó.

Một đối tượng có 4 đặc trưng [MV-03] :

• Định danh: Mỗi đối tượng có một định danh (IDentifier - ID) duy nhất

xác định trong toàn bộ hệ thống.

• Giá trị: Mỗi đối tượng có thể có một giá trị tại một thời điểm trong

CSDL.

• Các tham chiếu: Các tham chiếu hay các quan hệ mà đối tượng có thể

có.

• Phương thức: Các phương thức mà đối tượng có thể thực hiện.

Hình 1. 1 Mô hình một đối tượng

CSDL đối tượng được xét trên khía cạnh cấp phát, quản lý và huỷ bỏ các đối

tượng và các hành vi (cách ứng xử) của chúng. Với mỗi đối tượng có hai vấn

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 12 -

đề cần xem xét đó là Trạng thái (Status) và Hành vi (Behavior).

• Trạng thái được biểu diễn như một tập các biến thể hiện (instance

variable) hay thuộc tính (attribute) và chúng là các giá trị.

• Hành vi của đối tượng được biểu diễn thông qua các phương thức

(method). Hành vi định nghĩa các hành động được phép trên những đối

tượng này và được sử dụng để thao tác với các đối tượng đó.

Trong mô hình dữ liệu đối tượng chúng ta xét đến một số khái niệm liên

quan:

- Các kiểu dữ liệu

- Quản lý đối tượng

- Truy vấn trên dữ liệu đối tượng …

1.2.2 Các kiểu dữ liệu

Kiểu dữ liệu trừu tượng (Abstract Data Type - ADT) [MTO-00]: là một hình

thức mô tả cho tất cả các đối tượng thuộc kiểu đó. Một ADT mô tả kiểu của

dữ liệu bằng cách cung cấp một miền dữ liệu với cùng cấu trúc và các phương

thức áp dụng cho các phần tử thuộc miền đó. Khả năng trừu tượng của ADT

được gọi là đóng gói (encapsulation) các chi tiết cài đặt, được viết bằng một

ngôn ngữ hình thức.

Thành phần kết hợp (Composition): Là một trong những đặc trưng tiêu biểu

nhất trong mô hình dữ liệu đối tượng. Nó cho phép chia sẻ tham chiếu đến đối

tượng thông qua các OID của nó.

Lớp (Class): Lớp là một nhóm các thể hiện đối tượng thuộc về một kiểu đã

cho. Một lớp thường có dòng tộc của nó, đó là một tập hợp tất cả các đối

tượng có kiểu đi kèm với lớp đó

Tập (Collection): Tập là một nhóm do người dùng định nghĩa chứa các đối

tượng. Sự khác biệt giữa lớp và tập như sau:

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 13 -

Bảng 1. 1 Bảng so sánh giữa lớp và tập

Lớp

Tập

Lớp có khả năng tạo ra các đối tượng

Tập không có khả năng tạo ra đối tượng

Một đối tượng là phần tử của một lớp duy nhất Một đối tượng có thể ở trong nhiều tập

Quản lý lớp là không tường minh và do hệ Quản lý tập là tường minh

thống tự động duy trì các lớp

Một lớp bao gồm các mở rộng của một kiểu Một tập là nhóm các đối tượng do người dùng

duy nhất và các mở rộng của các kiểu con của định nghĩa nên không thuần nhất về kiểu. Chúng

nó.

chứa các đối tượng thuộc các kiểu không có liên

quan với nhau

1.2.3 Quản lý đối tượng

Quản lý định danh đối tượng: Định danh đối tượng OID được hệ thống cấp

phát và được dùng để xác định một cách duy nhất mỗi đối tượng trong hệ

thống.

Điều chế con trỏ: Trong các hệ quản trị CSDL đối tượng, để duyệt từ một đối

tượng này đến một đối tượng khác, chúng ta dùng các biểu thức đường dẫn

(path expression) chứa các thuộc tính với giá trị của chúng dựa trên đối tượng.

Đối tượng này chính là các con trỏ. Có hai loại con trỏ là con trỏ trong bộ nhớ

(in memory pointer) và con trỏ đĩa (disk pointer).

Con trỏ đĩa chính là cách sử dụng OID và con trỏ trong bộ nhớ dùng để duyệt

từ đối tượng này đến đối tượng khác. Quá trình chuyển đổi con trỏ đĩa thành

con trỏ trong bộ nhớ được gọi là điều chế con trỏ (pointer swizzling). Có hai

lược đồ: phần cứng và phần mềm được dùng để điều chế con trỏ

Lược đồ phần cứng: Dùng cơ chế khuyết trang (page fault) của hệ điều hành

đang sử dụng. Khi một trang được đưa vào bộ nhớ, tất cả các con trỏ trong đó

đều được điều chế và chúng chỉ đến các khung nhớ ảo riêng. Các trang dữ liệu

tương ứng với các khung ảo này chỉ được tải vào bộ nhớ khi có truy xuất đến

chúng. Việc truy xuất trang sẽ sinh ra một khuyết trang của hệ điều hành mà

nó phải được ghi nhận và xử lý.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 14 -

Lược đồ phần mềm: Một bảng đối tượng được dùng cho mục đích điều chế

con trỏ. Mỗi con trỏ được điều chế chỉ đến một vị trí trong bảng đối tượng.

1.3 Kết luận chương I

Trong chương này luận văn đã trình bày những khái niệm cơ bản về CSDL

thời gian và CSDL đối tượng. Vấn đề đặt ra là khi các yêu cầu của các DBMS

đối tượng lại đòi hỏi quản lý về mặt thời gian thì hướng giải quyết sẽ như thế

nào? Trong chương 2, luận văn sẽ trình bày chi tiết về CSDL thời gian hướng

đối tượng (Temporal Object Oriented DataBase - TOODB) trong các hệ thống

thông tin. CSDL thời gian hướng đối tượng được xây dựng nhằm hỗ trợ cho

các ứng dụng có yêu cầu quản lý về mặt thời gian đối với dữ liệu.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 15 -

CHƯƠNG II – CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG THỜI

GIAN TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

Giới thiệu

Vào hai thập niên trước, nhiều nhà nghiên cứu đã hướng vào dữ liệu thời

gian, hay dữ liệu thay đổi theo thời gian. Hầu hết các hệ thống thông tin máy

tính hóa hiện nay (và đặc biệt là trong DBMSs) chỉ lưu trữ các thực thể trong

thế giới thực với trạng thái hiện thời của nó mà không cung cấp hay không hỗ

trợ việc lưu trữ những giá trị trạng thái trong quá khứ hay trong tương lai của

các thực thể. Một số hệ thống thông tin cho phép duy trì các trạng thái trong

quá khứ cho mỗi thực thể, nhưng những phương tiện này phần lớn phục vụ

những mục đích kiểm toán và lưu trữ, cung cấp rất ít khả năng hỗ trợ để lấy

lại và phân tích, xử lý thông tin. Về mặt kỹ thuật, thời gian mà mỗi mẩu tin

đang đúng trong thế giới thực được gọi là thời gian hiệu lực, trong khi thời

gian từ lúc chèn bản ghi vào trong một DBMS đến lúc xóa (logic) nó được gọi

là thời gian giao dịch. Phụ thuộc vào việc hỗ trợ kiểu thời gian mà chúng cung

cấp cho hai chiều thời gian, DBMSs được phân loại vào bốn phạm trù đã trình

bày trong phần 1.1.1

Trong chương này luận văn sẽ trình bày về những vấn đề liên quan đến CSDL

đối tượng thời gian. Mục 2.1 sẽ trình bày tổng quan về CSDL hướng đối

tượng trong các hệ thống thông tin - Temporal Object Oriented DataBases

within Information System (TOOBIS), mục 2.2 trình bày những mục tiêu

chung của TOOBIS, mục 2.3 trình bày các kết quả đã đạt được và mục 2.4

trình bày hệ nền của TOOBIS.

2.1 Tổng quan

TOOBIS là một phương pháp luận mô hình hóa khái niệm mới, với cách nắm

bắt ngữ nghĩa, phân tích yêu cầu và hình thức hoá thiết kế của các hệ thống

thông tin thời gian. Đồng thời có chức năng lưu trữ một hệ quản trị cơ sở dữ

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 16 -

liệu hướng đối tượng (Object Oriented DBMS – OODBMS), với việc lưu kết

quả trong một Hệ thống Quản lý Cơ sở dữ liệu Hướng đối tượng Thời gian

(TOODBMS), nó cung cấp cơ sở cần thiết cho việc thực thi và bảo trì những

ứng dụng thời gian.

Các ứng dụng hiện nay thực hiện theo hướng OODBMS bao gồm :

• Viễn thông: Quản lý mạng, Quản trị, Mô phỏng, Lập kế hoạch, ...

• Công nghiệp hàng không : Dữ liệu kỹ thuật và quản lý tài liệu kỹ thuật.

• Bảo vệ : Chuẩn bị các đặc vụ, Mô phỏng, Tập trận giả, ...

• Ngân hàng và bảo hiểm : Hệ thống nhà thương mại, Hệ thống thông tin

khách hàng…

• Dịch vụ : Phân phối điện, Quản lý mạng vận tải, bản đồ học, ...

• Thương mại : ( Những ứng dụng DSS về tài chính, ngân hàng, bảo

hiểm).

• Sức khỏe : ( Mô phỏng, Thao tác y học, Quản lý bệnh, dược lý).

Những lợi ích mà công nghệ TOODBMS mang lại trong quá trình xây dựng

các ứng dụng thông tin:

• Tiện ích để phân tích và thiết kế, với các khía cạnh thời gian có hành vi

động và tĩnh trên một miền ứng dụng.

• Giảm giá thành cho quá trình thiết kế những ứng dụng thời gian, phát

triển, bảo trì và tiến hóa.

• Cải tiến việc thực thi những ứng dụng lưu kết quả.

• Chuẩn bị một khung linh hoạt để lưu dữ liệu thời gian và một ngôn ngữ

truy vấn mạnh để thao tác trên chúng.

2.2 Mục tiêu chung của TOOBIS

TOOBIS nhắm vào việc phát triển một Hệ nền cạnh tranh để hỗ trợ vòng đời

đầy đủ của các ứng dụng thời gian. Mục tiêu của TOOBIS như sau:

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 17 -

1. Cung cấp một phương pháp phân tích và thiết kế thời gian, bằng việc

mở rộng và xây dựng để thích nghi với những phương pháp luận đang

tồn tại.

2. Mở rộng chức năng chính bằng việc đề xuất O2 OODBMS, và hỗ trợ

cả thời gian hiệu lực lẫn thời gian giao dịch. Những mở rộng này phải

tương thích với các chuẩn ODMG và các điều khoản mà các chuẩn

SQL/3 sắp định nghĩa .

3. Tuân theo việc phát triển những chuẩn ODBMS, có mặt trong các định

nghĩa mà những chuẩn này chịu ảnh hưởng.

4. Làm giàu thêm chức năng của O2 OODBMS, cung cấp mô hình dữ liệu

xây dựng để khởi tạo và thao tác trên các đối tượng thời gian.

5. Tăng cường các chuẩn cho ngôn ngữ định nghĩa đối tượng (Object

Definition Language - ODL).

6. Mở rộng chuẩn cho ngôn ngữ truy vấn đối tượng ở mức cao (Object

Query Language - OQL).

7. Tăng tính hiệu lực với cách tiếp cận và những sản phẩm TOOBIS

(TOODBMS và Phương pháp luận) bằng việc phát triển các ứng dụng

thực tế…

TOODBMS cung cấp cách thức lưu trữ kiến trúc mô hình dữ liệu để tạo mới

và thao tác trên các đối tượng thời gian. Nó kế thừa đối tượng thời gian của

O2 OODBMS, ngôn ngữ định nghĩa thời gian (Temporal Object Defined

Language - TODL), bằng cách mở rộng ODMG ODL và mở rộng chuẩn ngôn

ngữ truy vấn đối tượng mức cao (OQL).

2.3 Kết quả thu được

Dự án TOOBIS đã phát triển một Hệ nền hỗ trợ vòng đời đầy đủ của các hệ

thống thông tin thời gian. Hệ nền này bao gồm những thành phần sau :

1. Phương pháp luận thời gian hướng đối tượng (Temporal Object

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 18 -

Oriented Method - TOOM). TOOM được sử dụng trong pha phân tích

và thiết kế hệ thống thông tin thời gian. TOOM, ngoài khả năng thực

hiện việc nắm bắt và mô hình hóa, còn cung cấp cách thức xây dựng

mô hình hoá bao gồm cả khía cạnh cấu trúc lẫn khía cạnh hành vi của

hệ thống thông tin.

2. DBMS hướng đối tượng thời gian (TOODBMS). TOODBMS có thể sử

dụng để định nghĩa, lưu trữ và truy vấn dữ liệu thời gian, cung cấp cơ

sở hạ tầng cần thiết cho việc thực thi và thao tác của các hệ thống thông

tin thời gian. TOODBMS gồm ba thành phần phân biệt được minh họa

trong Hình 2.1

Hình 2. 1 Kiến trúc của TOODBMS

i) Mô hình Dữ liệu Đối tượng Thời gian (Temporal Object Data Model -

TODM). Mô đun này cung cấp các phương tiện cần thiết cho việc tạo

thành, lưu trữ và thực thi các thao tác trên những đối tượng phi thời

gian và thời gian: thêm mới và xóa bỏ thông tin thời gian, trích chọn

thông tin theo giai đoạn thời gian ...

ii) Ngôn ngữ Định nghĩa Đối tượng Thời gian (Temporal Object Define

Language - TODL). Mô đun này cung cấp một phương thức ở mức cao

để định nghĩa những đối tượng với đặc trưng thời gian. TODL mở rộng

Ngôn ngữ Định nghĩa Đối tượng ODMG (ODL). Hơn nữa TODL còn

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 19 -

lưu trữ một từ điển (meta - data), thông qua người dùng mà họ truy vấn

trên những kiểu sẵn có và xác định những thuộc tính của chúng.

iii) Ngôn ngữ truy vấn Đối tượng Thời gian (Temporal Object Query

Language TOQL), ở mức cao ngang mức ngôn ngữ truy vấn để trích

chọn thông tin từ những cơ sở dữ liệu Thời gian. TOQL là một mở rộng

của ODMG đối tượng với ngôn ngữ truy vấn ( OQL), đồng thời cung

cấp thêm tính hoạt động đến các ứng dụng có chiều thời gian, tương

thích với việc ứng dụng kế thừa … Kiến trúc hệ thống toàn bộ được

minh họa trong Hình 2.2

Hình 2. 2 Kiến trúc tổng quan hệ nền TOOBIS

2.4 Hệ nền TOOBIS

2.4.1 Phương pháp luận hướng đối tượng thời gian

2.4.1.1 Mục tiêu của phương pháp luận

Những vấn đề trọng tâm khi xây dựng phương pháp luận hướng đối tượng là:

• Đơn vị thời gian dùng để điều khiển tổ chức vòng đời ứng dụng

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 20 -

• Ngữ nghĩa và miền thời gian của mỗi thuộc tính.

• Dữ liệu nào được thể hiện cho thích hợp để lưu trữ và quản lý trong cơ

sở dữ liệu.

• Các ràng buộc nào được định nghĩa để đảm bảo việc gắn kết trong quá

khứ, tương lai và hiện tại của dữ liệu thời gian.

Đây là những vấn đề then chốt trong việc mở rộng phương pháp luận thời

gian, với các khái niệm về độ đo và trình diễn thời gian, các khái niệm cho

việc quản lý lịch sử. Những khái niệm này cho phép cho mô hình hóa theo

khía cạnh thời gian của ứng dụng ở mức khái niệm.

2.4.1.2 Phương pháp hướng đối tượng

Phương pháp hướng đối tượng cơ bản sử dụng một mô hình duy nhất, được

phân phối vào ba nhóm: cấu trúc, hàm và hành vi. Những khái niệm chính của

mô hình, được sử dụng để mô hình hoá hiện tượng trong thực tế, cùng với

những mối quan hệ nằm bên dưới chúng được cho thấy trong Hình 2.3

Hình 2. 3 Các khái niệm cơ bản của mô hình đối tượng

Trong phần này chúng ta sẽ xem xét theo 2 thuộc tính là: Cấu trúc và Hành vi.

A - Thuộc tính cấu trúc

Hai khái niệm cơ bản của mô hình, là đối tượng và lớp đối tượng, được đưa ra

từ sơ đồ hướng đối tượng. Mục đích chính của mô hình là tuân theo khái niệm

đối tượng từ pha phân tích cho đến pha thực thi.

• Đối tượng biểu diễn cho một hiện tượng, một thực thể trong thực tế

không gian ứng dụng.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 21 -

• Lớp đối tượng mô tả một nhóm các đối tượng có cùng đặc trưng về

hành vi và cấu trúc.

• Thuộc tính là một đặc trưng của một lớp. Tập hợp giá trị của một thuộc

tính được định nghĩa thông qua khái niệm miền.

Mô tả cấu trúc của một lớp đối tượng đầy đủ bằng một tập các ràng buộc. Sự

ràng buộc có thể được phân loại thành ba phạm trù :

1. Ràng buộc thừa kế, sự phân chia các mô hình, sự phủ và sự tách rời.

2. Ràng buộc thuộc tính, hạn chế các giá trị thuộc tính của một đối tượng,

hoặc những giới hạn của các thuộc tính, định nghĩa những đối tượng

liên quan hoặc những miền theo một chuẩn nhất định.

3. Ràng buộc duy nhất, được định nghĩa giữa một tập của các thuộc tính

và một tập các đối tượng.

B - Thuộc tính hành vi

Ngoài khía cạnh cấu trúc, mô hình đối tượng cũng xem xét những khái niệm

về sự kiện và thao tác theo khía cạnh hành vi của các hệ thống thông tin ở

mức khái niệm.

Ba nhóm sự kiện được phân biệt như sau: Sự kiện ngoài, Sự kiện bên trong và

Sự kiện thời gian.

• Sự kiện ngoài tương ứng với những sự kiện xuất hiện trong môi trường

bên ngoài hệ thống thông tin.

• Sự kiện bên trong tương ứng với trạng thái bên trong thay đổi hoặc

tương ứng với những đáp ứng lại của hệ thống do bên ngoài thay đổi.

• Sự kiện thời gian là một trạng thái đặc biệt của đồng hồ đo thời gian.

Sự kiện ngoài gắn liền với một lớp tác nhân, trong khi tất cả các sự kiện thời

gian đều gắn liền với lớp lịch biểu. Sự kiện bên trong được gắn với những lớp

đối tượng. Hình 2.4 tổng kết sự hợp nhất của các khái niệm khác nhau (Cấu

trúc, hàm và Hành vi).

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 22 -

Hình 2. 4 Một lược đồ động

2.4.1.3 Mở rộng thời gian

Mở rộng thời gian tập trung vào trình bày ở mức phân tích, những khái niệm

về yêu cầu quản lý thời gian theo khía cạnh của một ứng dụng cơ sở dữ liệu.

Mở rộng thời gian của phương pháp luận hướng đối tượng (Temporal Object

Oriented Method - TOOM) bao gồm những khía cạnh sau :

• Định nghĩa của một hoặc nhiều lịch biểu cho một ứng dụng,

• Mở rộng của các miền cơ sở đến các miền thời gian,

• Mở rộng lớp đối tượng tới các chiều thời gian,

• Mở rộng của các ràng buộc áp dụng trên những lớp đối tượng,

• Mở rộng thời gian của các sự kiện.

A - Định nghĩa lịch biểu

[EIV-99F] nói rằng một lịch biểu là một hệ thống ma trận được áp dụng với

các đường thời gian. OOM đề xướng khái niệm lớp lịch biểu để định nghĩa

những sự kiện thời gian của ứng dụng. Trong OOM ban đầu, lịch Gregorian

được sử dụng ở mức đối tượng, lớp lịch biểu chỉ có một thể hiện đó là đồng

hồ lịch Gregorian.

[EIV-99F] mở rộng định nghĩa của lớp lịch biểu để định nghĩa bất kỳ tiện ích

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 23 -

lịch biểu nào áp dụng cho ứng dụng. Một lịch biểu được mô tả trong [EIV-

99F] bao gồm :

- Tên của lịch biểu,

- Gốc hay vị trí bắt đầu của lịch biểu,

- Một đơn vị cơ bản (nguyên tố),

- Một trật tự liệt kê của các thành tố với những chuyển đổi đơn vị lớn

hơn và đơn vị nhỏ hơn của chúng,

- Một thao tác chuyển dịch từ một thời điểm đến một giai đoạn,

- Một thao tác chuyển đổi giữa những thành tố của cùng lịch biểu đó,

- Hai thao tác chuyển đổi, từ đâu (from) và tới đâu (to) của lịch biểu

Gregorian (Hai thao tác này dễ dàng cho chuyển đổi giữa những lịch

biểu với nhau).

B - Mở rộng miền cơ sở tới miền thời gian

Miền thời gian mới được sử dụng để biểu diễn thời gian trong cơ sở dữ liệu

bao gồm có ba kiểu: thời điểm (Instant), giai đoạn (Period) và khoảng

(Interval).

• Một thời điểm trình bày một điểm trên đường thời gian.

• Một thời kỳ hay giai đoạn trình bày số lượng của thời gian giữa hai thời

điểm.

• Một khoảng, là một số lượng không bị hạn chế của thời gian.

Mỗi thể hiện của ba kiểu này được biểu thị trong một đơn thể của một lịch

biểu. Những miền thời gian chung bao gồm: (INSTANT<calendar,granule>,

PERIOD<calendar,granule> và INTERVAL<calendar, granule>).

Các kiểu cổ điển: ngày tháng, thời gian và ngày tháng, thời gian được tìm

thấy trong DBMSs cổ điển. Còn INSTANT-A<calendar, granule>, PERIOD-

A<calendar, granule> được sử dụng để chỉ miền thời gian tuyệt đối. Miền

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 24 -

thời gian tương đối được trình bày bởi: INSTANT-R<calendar, granule> và

PERIOD-R<calendar, granule>.

C - Mở rộng lớp đối tượng tới các chiều thời gian

Trong mục này luận văn sẽ trình bày các chiều thời gian được mở rộng trong

lớp đối tượng bao gồm: Lớp thông thường và lớp thời gian

Lớp thông thường

Một lớp thông thường không hỗ trợ thời gian là một lớp không có yêu cầu về

quản lý thời gian. Sau đây là các thuộc tính lớp thông thường không hỗ trợ

quản lý mặt thời gian :

• Một thuộc tính của một lớp thông thường có thể là một quan hệ tới lớp

khác hoặc một thuộc tính khác, nó được định nghĩa trong lớp đối tượng.

• Một ràng buộc định nghĩa cho một lớp thông thường có thể là một ràng

buộc thuộc tính hoặc một ràng buộc thừa kế, nó được mô tả trong lớp

đối tượng.

• Phương thức của một lớp thông thường có thể là những truy vấn hoặc

những thao tác cơ bản, chúng có thể được áp dụng ở mức đối tượng

hoặc mức lớp. Những kiểu thao tác cơ bản như tạo mới, cập nhật, xoá

hoặc huỷ bỏ.

Sự kiện bên trong có thể được định nghĩa trong lớp thông thường.

Lớp thời gian

Một lớp thời gian là một lớp với yêu cầu quản lý về mặt thời gian. Lớp thời

gian cho phép quản lý toàn vẹn thời gian hiệu lực và/hoặc quản lý thời gian

giao dịch trong định nghĩa lớp.

Trạng thái của đối tượng là một tập giá trị ở một thời điểm đã cho của trục

thời gian. Một trạng thái có liên quan đến một nhãn thời gian nhất định. Theo

[EIV-99F] thì:

• Trạng thái gọi là hiệu lực khi nó có liên quan đến thời gian hiệu lực.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 25 -

• Trạng thái gọi là cơ sở dữ liệu khi nó liên quan đến thời gian giao dịch.

• Trạng thái thời gian phức hợp là hiệu lực trên thời gian giao dịch của

nó.

Trong sơ đồ hướng đối tượng, có ít nhất một thuộc tính không bao giờ thay

đổi, nó dùng để nhận biết đối tượng. Như vậy, một lớp thời gian là một sự

biến đổi theo thời gian của một lớp thông thường. Mối liên kết giữa một lớp

thời gian và lớp thông thường của nó được gọi một <<temporal variation>>.

Ví dụ, Hình 2.5 miêu tả một nhân viên có hai giá trị biến đổi theo thời gian :

tiền lương và tình trạng gia đình

Hình 2. 5 Các lớp thời gian

Việc kết hợp có thể có trong lớp thời gian được tổng kết trong Bảng 2.1

Bảng 2. 1 Định nghĩa quản lý thời gian trong một lớp thời gian

Thời gian giao dịch

Thông thường

Thông Không quản lý thời gian Trạng thái CSDL cuối Lịch sử CSDL của một

thường (Lớp thông thường) cùng của một đối tượng đối tượng

Trạng thái cuối cùng của Trạng thái bitemporal Lịch sử CSDL của một

Trạng thái

Lịch sử

Trạng

thái

một đối tượng với thời của một đối tượng

gian hiệu lực của nó

đối tượng và trạng thái

hiệu lục của nó

Lịch sử hiệu lực của một Lịch sử hiệu lực của một Lịch sử bitemporal của

Lịch

sử

đối tượng

đối tượng và trạng thái một đối tượng

CSDL cuối cùng của nó

Để phù hợp với thông tin cần được khôi phục, những đặc trưng của mỗi chiều

thời gian cần quản lý phải được định nghĩa một cách phù hợp.

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 26 -

• Định nghĩa thời gian hiệu lực. Nếu thời gian hiệu lực được yêu cầu,

thì một số đặc trưng của nó phải được xác định như sau:

- Thời gian hiệu lực trên đơn vị nào? (là thời điểm hoặc giai đoạn),

- Đơn vị nguyên tố và lịch biểu của thời gian hiệu lực,

- Kiểu quản lý ( trạng thái hoặc lịch sử),

- Tính đầy đủ của lịch sử (đầy đủ hoặc bộ phận).

• Định nghĩa thời gian giao dịch. Nếu thời gian giao dịch được yêu cầu,

thì kiểu quản lý (trạng thái hoặc lịch sử) phải được xác định.

D - Mở rộng ràng buộc áp dụng lớp đối tượng tới chiều thời gian

Định nghĩa khung để phân loại ràng buộc

1. Trong OODBMS hoạt động như [ODE], ràng buộc được phân vào hai

nhóm: các ràng buộc intra – object và các ràng buộc inter - object.

• Ràng buộc intra - object được định nghĩa cục bộ đến một đối tượng và

có thể được kiểm tra vào cuối mỗi phương thức thực hiện.

• Ràng buộc inter - object sử dụng một số đối tượng, nó phải được kiểm

tra vào cuối của giao dịch cơ sở dữ liệu.

2. Sự phân loại thứ hai từ miền cơ sở dữ liệu thời gian và nhóm các ràng buộc

vào hai phạm trù : các ràng buộc intra - time và các ràng buộc inter - time.

• Ràng buộc intra - time tùy thuộc vào thời điểm t. Mỗi thời điểm t cần

phải thỏa mãn các ràng buộc, tương ứng với các chiều thời gian sau đây

: intra - VT, intra - TT và intra - Bi.

• Ràng buộc inter - time được định nghĩa bởi cách dùng thông tin sẵn có

hoặc hiệu lực ở những thời điểm khác nhau. Mỗi thời điểm cần phải

thỏa mãn các ràng buộc, tương ứng với chiều thời gian xem xét : inter -

VT, inter - TT và inter - Bi.

E - Mở rộng thời gian của sự kiện

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 27 -

Sự kiện là khái niệm được sử dụng trong OOM để định nghĩa tính động của

ứng dụng. Ba loại sự kiện được [EIV-99F] định nghĩa như sau :

Sự kiện ngoài mô hình hóa thể hiện của một thông báo bởi một tác nhân. Sự

kiện ngoài được phân loại vào ba nhóm dựa trên tính hiệu lực của chúng :

• Sự kiện “Đúng lúc” là sự kiện có thời gian hiệu lực thể hiện tại thời

gian hiện tại.

• Sự kiện “Tiên nghiệm ” là sự kiện có một thời gian hiệu lực trong tương

lai (cho phép xúc tiến các hoạt động trước khi điều đó thực sự xảy ra).

• Sự kiện “Hậu nghiệm ” là sự kiện có thời gian hiệu lực trong quá khứ.

Sự kiện bên trong được xem như một sự thay đổi trạng thái cần ghi nhớ về

một đối tượng. Thời gian hiệu lực của một sự kiện bên trong được hạn chế

trong TOOM đến “ Sự kiện đúng lúc ”.

Một sự kiện dựa vào sự thay đổi trạng thái của một đối tượng được gọi sự

kiện của đối tượng. Ví dụ, nếu một nhân viên đã tăng thêm tiền lương của

anh ấy bốn lần trong ba năm trước, thì ban nhân viên được thông báo. Sự kiện

này được gọi sự kiện lịch sử.

Sự kiện thời gian là một trạng thái đặc biệt của việc ghi nhận thời gian. Ba

kiểu sự kiện thời gian được định nghĩa như sau: sự kiện có chu kỳ, sự kiện

tuyệt đối và sự kiện tương đối. Ví dụ, “ mỗi 25 tháng 12 hàng năm” là một sự

kiện có chu kỳ, “ 25/12/1996 ” là một sự kiện tuyệt đối, và “ 1 tháng sau khi

hết hạn của tiền vay ” là một sự kiện tương đối.

2.4.1.4 Kết luận về phương pháp luận TOOBIS

Phương pháp luận TOOBIS hỗ trợ khía cạnh thời gian của các ứng dụng cơ sở

dữ liệu và hỗ trợ tương ứng các đặc tả khái niệm đến TOOBIS - TOODBMS

với ngôn ngữ định nghĩa TODL của nó.

Mở rộng thời gian giới hạn theo các hướng [EIV-99F] :

• Phép đo thời gian thông qua việc định nghĩa lịch biểu,

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 28 -

• Trình diễn thời gian thông qua những miền thời gian mới,

• Hình thức hóa thời gian, lưu trữ trong lịch sử của dữ liệu với lớp thời

gian và các liên kết mới của nó,

• Định nghĩa sự toàn vẹn của dữ liệu thời gian với việc mở rộng các ràng

buộc tĩnh.

2.4.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thời gian hướng đối tượng

TOODBMS gồm có ba mô đun, bao gồm:

• Mô hình dữ liệu đối tượng thời gian (TODM)

• Ngôn ngữ định nghĩa đối tượng thời gian (TODL)

• Ngôn ngữ truy vấn đối tượng thời gian (TOQL)

Trong phần này luận văn sẽ trình bày hai phần là TODM và TODL, riêng

TOQL luận văn sẽ trình bày chi tiết với các ví dụ minh hoạ rõ ràng trong

chương 4.

2.4.2.1 Mô hình dữ liệu đối tượng thời gian (TODM)

TODM là một mở rộng của Mô hình dữ liệu đối tượng (ODM) của ODMG

mà các hệ quản trị cơ sở dữ liệu hướng đối tượng (OODBMS) được xây

dựng. TODM tập trung cho việc chuyển đổi giữa các OODBMS.

Trước khi giới thiệu dữ liệu thời gian trong khái niệm hướng đối tượng, luận

văn sẽ trình bày mô hình dữ liệu đối tượng thời gian TODM. Sau đó, luận văn

sẽ trình bày các cấu trúc và giao diện được sử dụng để biểu diễn dữ liệu thời

gian.

A - Mô hình và thao tác thời gian

TODM dựa vào một mô hình thời gian gần chuẩn và cổ điển. Nó là một cấu

trúc tuyến tính và thời gian được sắp xếp thống kê trong định nghĩa, sử dụng

thao tác “inferior to”. Trục thời gian có thể được chia thành một số hữu hạn

các đoạn nhỏ gọi là những nguyên tố. Nguyên tố nhỏ nhất được gọi là

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004

Trang - 29 -

chronon và kích thước của nó là đơn vị nhỏ nhất dùng để thực thi khi xử lý dữ

liệu. Thời gian trên số lượng thực thể được [EIV-99F] định nghĩa như sau:

• Một thời điểm là một điểm thời gian trên trục thời gian.

• Một thời kỳ (giai đoạn) là một lượng thời gian giữa hai thời điểm

• Một khoảng là một lượng thời gian với một thuộc tính độ dài thời gian,

nhưng không có những ranh giới xác định như giai đoạn.

TODM cung cấp hay hỗ trợ đầy đủ cho lịch Gregorian chuẩn với những

nguyên tố chuẩn của nó - năm, tháng, ngày, giờ, phút và giây - cũng như

chuẩn bị các lịch biểu hỗ trợ.

B - Dữ liệu thời gian bên trong đối tượng

Cơ sở ban đầu là đối tượng với định danh duy nhất (OID) không thay đổi.

Trạng thái của nó được định nghĩa bởi những giá trị mang những thuộc tính

tường minh và hành vi của nó được định nghĩa bởi một tập các thao tác.

Những đối tượng là những thực thể với các giá trị, và nó có thể tiến triển

trong cả thời gian. TODM được thiết kế để lưu trữ những tiến hóa như vậy

thông qua thời gian hiệu lực và/hoặc thời gian giao dịch.

Hình 2. 6 Mở rộng đến kiểu phân cấp của ODMG

Hình 2.6 miêu tả một phần việc mở rộng thứ bậc của kiểu mà được ODMG

Nguyễn Thị Hội – Công nghệ thông tin 2004