Output constraints in multimedia database systems

Zusammenfassung Semantische Fehler treten bei jeder Art von Datenverwaltung auf. Herkömmliche Datenbanksysteme verwenden eine Integritätskontrolle, um semantische Fehler zu vermeiden. Um die Integrität der Daten zu gewährleisten werden Integritätsregeln benutzt. Diese Regeln können allerdings nur die Konsistenz einfach strukturierter Daten überprüfen. Multimedia Datenbanksystem verwalten neben einfachen alphanumerischen Daten auch komplexe Mediendaten wie Videos. Um die Konsistenz dieser Daten zu sichern, bedarf es einer erheblichen Erweiterung des bestehenden Integritätskonzeptes. Dabei muss besonders auf die konsistente Datenausgabe geachtet werden. Im Gegensatz zu alphanumerischen Daten können Mediendaten während der Ausgabe verfälscht werden. Dieser Fall kann eintreten, wenn eine geforderte Datenqualität bei der Ausgabe nicht erreicht werden kann oder wenn Synchronisationsbedingungen zwischen Medienobjekten nicht eingehalten werden können. Es besteht daher die Notwendigkeit, Ouptut Constraints einzuführen. Mit ihrer Hilfe kann definiert werden, wann die Ausgabe von Mediendaten semantisch korrekt ist. Das Datenbanksystem kann diese Bedingungen überprüfen und so gewährleisten, dass der Nutzer semantisch einwandfreie Daten erhält. In dieser Arbeit werden alle Aspekte betrachtet, die notwendig sind, um Ausgabebedingungen in ein Multimedia Datenbanksystem zu integrieren. Im einzelnen werden die Modellierung der Bedingungen, deren datenbankinterne Repräsentation sowie die Bedingungsüberprüfung betrachtet. Für die Bedingungsmodellierung wird eine Constraint Language auf Basis der Prädikatenlogik eingeführt. Um die Definition von zeitlichen und räumlichen Synchronisationen zu ermöglichen, verwenden wir Allen-Relationen. Für die effiziente Überprüfung der Ausgabebedingungen müssen diese aus der Spezifikationssprache in eine datenbankinterne Darstellung überführt werden. Für die datenbankinterne Darstellung werden Difference Constraints verwendet. Diese erlauben eine sehr effiziente Bedingungsüberprüfung. Wir haben Algorithmen entwickelt, die eine effiziente Überprüfung von Ausgabebedingungen erlauben und dies anhand von Experimenten nachgewiesen. Neben der Überprüfung der Bedingungen müssen Mediendaten so synchronisiert werden, dass dies den Ausgabebedingungen entspricht. Wir haben dazu das Konzept des Output Schedules entwickelt. Dieser wird aufgrund der definierten Ausgabebedingungen generiert. Durch die Ausgabebedingungen, die in dieser Arbeit eingeführt werden, werden semantische Fehler bei der Verwaltung von Mediendaten erheblich reduziert. Die Arbeit stellt daher einen Beitrag zur qualitativen Verbesserung der Verwaltung von Mediendaten dar.Semantic errors exist as long as data are managed. Traditional database systems try to prevent this errors by proposing integrity concepts for stored data. Integrity constraints are used to implement these integrity concepts. However, integrity constraints can only detect semantic errors in elementary data. Multimedia database systems manage elementary data as well as complex media data, like videos. Considering these media data we need a much wider consistency concept as traditional database systems provide. Especially, data output of media data must be taken into account. In contrast to alphanumeric data the semantics of media data can be falsified during data output if data quality or synchronization of data are not suitable. Thus, we need a concept for output constraints that allow for preventing semantic errors in case of data output. For integrating output constraints into a multimedia database system we have to consider modelling, representation and checking of output constraints. For modelling output constraints we have introduced a constraint language which uses the same principles as traditional constraint languages. Our constraint specification language must support temporal and spatial synchronization constraints. However, it is desired to support both kinds of synchronization in almost the same manner. Therefore, we use Allen-Relations for defining temporal synchronization constraints as well as for defining spatial synchronization constraints. We need a database internal representation of output constraints that makes efficient constraint checking possible. The Allen-Relations used in the constraint language cannot be checked efficiently. However, difference constraints are a class of constraints that allows an very efficient checking. Therefore, we use difference constraints as database internal representation of output constraints. As methods for checking consistency of output constraints we use an approach based on graph theory as well as an analytical approach. Both approaches require a constraint graph as data structure. For data output we need an output order that is adequate to the defined output constraints. This output schedule can be produced based on the output constraints. With output constraints, proposed in this thesis, semantical correctness of media data considering the data output can be supported.Thus, the contribution of this work is an qualitative improvement of managing media data by database systems

Visualization Techniques in Space and Atmospheric Sciences

Unprecedented volumes of data will be generated by research programs that investigate the Earth as a system and the origin of the universe, which will in turn require analysis and interpretation that will lead to meaningful scientific insight. Providing a widely distributed research community with the ability to access, manipulate, analyze, and visualize these complex, multidimensional data sets depends on a wide range of computer science and technology topics. Data storage and compression, data base management, computational methods and algorithms, artificial intelligence, telecommunications, and high-resolution display are just a few of the topics addressed. A unifying theme throughout the papers with regards to advanced data handling and visualization is the need for interactivity, speed, user-friendliness, and extensibility

Adaptivitätssensitive Platzierung von Replikaten in Adaptiven Content Distribution Networks

Adaptive Content Distribution Networks (A-CDNs) sind anwendungsübergreifende, verteilte Infrastrukturen, die auf Grundlage verteilter Replikation von Inhalten und Inhaltsadaption eine skalierbare Auslieferung von adaptierbaren multimedialen Inhalten an heterogene Clients ermöglichen. Die Platzierung der Replikate in den Surrogaten eines A-CDN wird durch den Platzierungsmechanismus des A-CDN gesteuert. Anders als in herkömmlichen CDNs, die keine Inhaltsadaption berücksichtigen, muss ein Platzierungsmechanismus in einem A-CDN nicht nur entscheiden, welches Inhaltsobjekt in welchem Surrogat repliziert werden soll, sondern darüber hinaus, in welcher Repräsentation bzw. in welchen Repräsentationen das Inhaltsobjekt zu replizieren ist. Herkömmliche Platzierungsmechanismen sind nicht in der Lage, verschiedene Repräsentationen eines Inhaltsobjektes zu berücksichtigen. Beim Einsatz herkömmlicher Platzierungsmechanismen in A-CDNs können deshalb entweder nur statisch voradaptierte Repräsentationen oder ausschließlich generische Repräsentationen repliziert werden. Während bei der Replikation von statisch voradaptierten Repräsentationen die Wiederverwendbarkeit der Replikate eingeschränkt ist, führt die Replikation der generischen Repräsentationen zu erhöhten Kosten und Verzögerungen für die dynamische Adaption der Inhalte bei jeder Anfrage. Deshalb werden in der Arbeit adaptivitätssensitive Platzierungsmechanismen zur Platzierung von Replikaten in A-CDNs vorgeschlagen. Durch die Berücksichtigung der Adaptierbarkeit der Inhalte bei der Ermittlung einer Platzierung von Replikaten in den Surrogaten des A-CDNs können adaptivitätssensitive Platzierungsmechanismen sowohl generische und statisch voradaptierte als auch teilweise adaptierte Repräsentationen replizieren. Somit sind sie in der Lage statische und dynamische Inhaltsadaption flexibel miteinander zu kombinieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist zu evaluieren, welche Vorteile sich durch die Berücksichtigung der Inhaltsadaption bei Platzierung von adaptierbaren Inhalten in A-CDNs realisieren lassen. Hierzu wird das Problem der adaptivitätssensitiven Platzierung von Replikaten in A-CDNs als Optimierungsproblem formalisiert, Algorithmen zur Lösung des Optimierungsproblems vorgeschlagen und diese in einem Simulator implementiert. Das zugrunde liegende Simulationsmodell beschreibt ein im Internet verteiltes A-CDN, welches zur Auslieferung von JPEG-Bildern an heterogene mobile und stationäre Clients verwendet wird. Anhand dieses Simulationsmodells wird die Leistungsfähigkeit der adaptivitätssensitiven Platzierungsmechanismen evaluiert und mit der von herkömmlichen Platzierungsmechanismen verglichen. Die Simulationen zeigen, dass der adaptivitätssensitive Ansatz in Abhängigkeit vom System- und Lastmodell sowie von der Speicherkapazität der Surrogate im A-CDN in vielen Fällen Vorteile gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Platzierungsmechanismen mit sich bringt. Wenn sich die Anfragelasten verschiedener Typen von Clients jedoch nur wenig oder gar nicht überlappen oder bei hinreichend großer Speicherkapazität der Surrogate hat der adaptivitätssensitive Ansatz keine signifikanten Vorteile gegenüber dem Einsatz eines herkömmlichen Platzierungsmechanismus.Adaptive Content Distribution Networks (A-CDNs) are application independent, distributed infrastructures using content adaptation and distributed replication of contents to allow the scalable delivery of adaptable multimedia contents to heterogeneous clients. The replica placement in an A-CDN is controlled by the placement mechanisms of the A-CDN. As opposed to traditional CDNs, which do not take content adaptation into consideration, a replica placement mechanism in an A-CDN has to decide not only which object shall be stored in which surrogate but also which representation or which representations of the object to replicate. Traditional replica placement mechanisms are incapable of taking different representations of the same object into consideration. That is why A-CDNs that use traditional replica placement mechanisms may only replicate generic or statically adapted representations. The replication of statically adapted representations reduces the sharing of the replicas. The replication of generic representations results in adaptation costs and delays with every request. That is why the dissertation thesis proposes the application of adaptation-aware replica placement mechanisms. By taking the adaptability of the contents into account, adaptation-aware replica placement mechanisms may replicate generic, statically adapted and even partially adapted representations of an object. Thus, they are able to balance between static and dynamic content adaptation. The dissertation is targeted at the evaluation of the performance advantages of taking knowledge about the adaptability of contents into consideration when calculating a placement of replicas in an A-CDN. Therefore the problem of adaptation-aware replica placement is formalized as an optimization problem; algorithms for solving the optimization problem are proposed and implemented in a simulator. The underlying simulation model describes an Internet-wide distributed A-CDN that is used for the delivery of JPEG images to heterogeneous mobile and stationary clients. Based on the simulation model, the performance of the adaptation-aware replica placement mechanisms are evaluated and compared to traditional replica placement mechanisms. The simulations prove that the adaptation-aware approach is superior to the traditional replica placement mechanisms in many cases depending on the system and load model as well as the storage capacity of the surrogates of the A-CDN. However, if the load of different types of clients do hardly overlap or with sufficient storage capacity within the surrogates, the adaptation-aware approach has no significant advantages over the application of traditional replica-placement mechanisms