Compact semantic representations of observational data

Das Konzept des Internet der Dinge (IoT) ist in mehreren Bereichen weit verbreitet, damit Geräte miteinander interagieren und bestimmte Aufgaben erfüllen können. IoT-Geräte umfassen verschiedene Konzepte, z.B. Sensoren, Programme, Computer und Aktoren. IoT-Geräte beobachten ihre Umgebung, um Informationen zu sammeln und miteinander zu kommunizieren, um gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Diese Vorrichtungen erzeugen kontinuierlich Beobachtungsdatenströme, die zu historischen Daten werden, wenn diese Beobachtungen gespeichert werden. Durch die Zunahme der Anzahl der IoT-Geräte wird eine große Menge an Streaming- und historischen Beobachtungsdaten erzeugt. Darüber hinaus wurden mehrere Ontologien, wie die Semantic Sensor Network (SSN) Ontologie, für die semantische Annotation von Beobachtungsdaten vorgeschlagen - entweder Stream oder historisch. Das Resource Description Framework (RDF) ist ein weit verbreitetes Datenmodell zur semantischen Beschreibung der Datensätze. Semantische Annotation bietet ein gemeinsames Verständnis für die Verarbeitung und Analyse von Beobachtungsdaten. Durch das Hinzufügen von Semantik wird die Datengröße jedoch weiter erhöht, insbesondere wenn die Beobachtungswerte von mehreren Geräten redundant erfasst werden. So können beispielsweise mehrere Sensoren Beobachtungen erzeugen, die den gleichen Wert für die relative Luftfeuchtigkeit in einem bestimmten Zeitstempel und einer bestimmten Stadt anzeigen. Diese Situation kann in einem RDF-Diagramm mit vier RDF-Tripel dargestellt werden, wobei Beobachtungen als Tripel dargestellt werden, die das beobachtete Phänomen, die Maßeinheit, den Zeitstempel und die Koordinaten beschreiben. Die RDF-Tripel einer Beobachtung sind mit dem gleichen Thema verbunden. Solche Beobachtungen teilen sich die gleichen Objekte in einer bestimmten Gruppe von Eigenschaften, d.h. sie entsprechen einem Sternmuster, das sich aus diesen Eigenschaften und Objekten zusammensetzt. Wenn die Anzahl dieser Subjektentitäten oder Eigenschaften in diesen Sternmustern groß ist, wird die Größe des RDF-Diagramms und der Abfrageverarbeitung negativ beeinflusst; wir bezeichnen diese Sternmuster als häufige Sternmuster. Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem der Identifizierung von häufigen Sternenmustern in RDF-Diagrammen und entwickelt Berechnungsmethoden, um häufige Sternmuster zu identifizieren und ein faktorisiertes RDF-Diagramm zu erzeugen, bei dem die Anzahl der häufigen Sternmuster minimiert wird. Darüber hinaus wenden wir diese faktorisierten RDF-Darstellungen über historische semantische Sensordaten an, die mit der SSN-Ontologie beschrieben werden, und präsentieren tabellarische Darstellungen von faktorisierten semantischen Sensordaten, um Big Data-Frameworks auszunutzen. Darüber hinaus entwickelt diese Arbeit einen wissensbasierten Ansatz namens DESERT, der in der Lage ist, bei Bedarf Streamdaten zu faktorisieren und semantisch anzureichern (on-Demand factorizE and Semantically Enrich stReam daTa). Wir bewerten die Leistung unserer vorgeschlagenen Techniken anhand mehrerer RDF-Diagramm-Benchmarks. Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Techniken in der Lage sind, häufige Sternmuster effektiv und effizient zu erkennen, und die Größe der RDF-Diagramme kann um bis zu 66,56% reduziert werden, während die im ursprünglichen RDF-Diagramm dargestellten Daten erhalten bleiben. Darüber hinaus sind die kompakten Darstellungen in der Lage, die Anzahl der RDF-Tripel um mindestens 53,25% in historischen Beobachtungsdaten und bis zu 94,34% in Beobachtungsdatenströmen zu reduzieren. Darüber hinaus reduzieren die Ergebnisse der Anfrageauswertung über historische Daten die Ausführungszeit der Anfrage um bis zu drei Größenordnungen. In Beobachtungsdatenströmen wird die Größe der zur Beantwortung der Anfrage benötigten Daten um 92,53% reduziert, wodurch der Speicherplatzbedarf zur Beantwortung der Anfragen reduziert wird. Diese Ergebnisse belegen, dass IoT-Daten mit den vorgeschlagenen kompakten Darstellungen effizient dargestellt werden können, wodurch die negativen Auswirkungen semantischer Annotationen auf das IoT-Datenmanagement reduziert werden.The Internet of Things (IoT) concept has been widely adopted in several domains to enable devices to interact with each other and perform certain tasks. IoT devices encompass different concepts, e.g., sensors, programs, computers, and actuators. IoT devices observe their surroundings to collect information and communicate with each other in order to perform mutual tasks. These devices continuously generate observational data streams, which become historical data when these observations are stored. Due to an increase in the number of IoT devices, a large amount of streaming and historical observational data is being produced. Moreover, several ontologies, like the Semantic Sensor Network (SSN) Ontology, have been proposed for semantic annotation of observational data-either streams or historical. Resource Description Framework (RDF) is widely adopted data model to semantically describe the datasets. Semantic annotation provides a shared understanding for processing and analysis of observational data. However, adding semantics, further increases the data size especially when the observation values are redundantly sensed by several devices. For example, several sensors can generate observations indicating the same value for relative humidity in a given timestamp and city. This situation can be represented in an RDF graph using four RDF triples where observations are represented as triples that describe the observed phenomenon, the unit of measurement, the timestamp, and the coordinates. The RDF triples of an observation are associated with the same subject. Such observations share the same objects in a certain group of properties, i.e., they match star patterns composed of these properties and objects. In case the number of these subject entities or properties in these star patterns is large, the size of the RDF graph and query processing are negatively impacted; we refer these star patterns as frequent star patterns. This thesis addresses the problem of identifying frequent star patterns in RDF graphs and develop computational methods to identify frequent star patterns and generate a factorized RDF graph where the number of frequent star patterns is minimized. Furthermore, we apply these factorized RDF representations over historical semantic sensor data described using the SSN ontology and present tabular-based representations of factorized semantic sensor data in order to exploit Big Data frameworks. In addition, this thesis devises a knowledge-driven approach named DESERT that is able to on-Demand factorizE and Semantically Enrich stReam daTa. We evaluate the performance of our proposed techniques on several RDF graph benchmarks. The outcomes show that our techniques are able to effectively and efficiently detect frequent star patterns and RDF graph size can be reduced by up to 66.56% while data represented in the original RDF graph is preserved. Moreover, the compact representations are able to reduce the number of RDF triples by at least 53.25% in historical observational data and upto 94.34% in observational data streams. Additionally, query evaluation results over historical data reduce query execution time by up to three orders of magnitude. In observational data streams the size of the data required to answer the query is reduced by 92.53% reducing the memory space requirements to answer the queries. These results provide evidence that IoT data can be efficiently represented using the proposed compact representations, reducing thus, the negative impact that semantic annotations may have on IoT data management

Cypher: An Evolving Query Language for Property Graphs

International audienceThe Cypher property graph query language is an evolving language, originally designed and implemented as part of the Neo4j graph database, and it is currently used by several commercial database products and researchers. We describe Cypher 9, which is the first version of the language governed by the openCypher Implementers Group. We first introduce the language by example, and describe its uses in industry. We then provide a formal semantic definition of the core read-query features of Cypher, including its variant of the property graph data model, and its " ASCII Art " graph pattern matching mechanism for expressing subgraphs of interest to an application. We compare the features of Cypher to other property graph query languages, and describe extensions, at an advanced stage of development, which will form part of Cypher 10, turning the language into a compositional language which supports graph projections and multiple named graphs

Relational Extensions : Object-Relational and XML Extensions

Mòdul 2 del llibre Database Architecture. UOC, 20122022/202

Tabular: A Schema-driven Probabilistic Programming Language

We propose a new kind of probabilistic programming language for machine learning. We write programs simply by annotating existing relational schemas with probabilistic model expressions. We describe a detailed design of our language, Tabular, complete with formal semantics and type system. A rich series of examples illustrates the expressiveness of Tabular. We report an implementation, and show evidence of the succinctness of our notation relative to current best practice. Finally, we describe and verify a transformation of Tabular schemas so as to predict missing values in a concrete database. The ability to query for missing values provides a uniform interface to a wide variety of tasks, including classification, clustering, recommendation, and ranking

A survey of parallel execution strategies for transitive closure and logic programs

An important feature of database technology of the nineties is the use of parallelism for speeding up the execution of complex queries. This technology is being tested in several experimental database architectures and a few commercial systems for conventional select-project-join queries. In particular, hash-based fragmentation is used to distribute data to disks under the control of different processors in order to perform selections and joins in parallel. With the development of new query languages, and in particular with the definition of transitive closure queries and of more general logic programming queries, the new dimension of recursion has been added to query processing. Recursive queries are complex; at the same time, their regular structure is particularly suited for parallel execution, and parallelism may give a high efficiency gain. We survey the approaches to parallel execution of recursive queries that have been presented in the recent literature. We observe that research on parallel execution of recursive queries is separated into two distinct subareas, one focused on the transitive closure of Relational Algebra expressions, the other one focused on optimization of more general Datalog queries. Though the subareas seem radically different because of the approach and formalism used, they have many common features. This is not surprising, because most typical Datalog queries can be solved by means of the transitive closure of simple algebraic expressions. We first analyze the relationship between the transitive closure of expressions in Relational Algebra and Datalog programs. We then review sequential methods for evaluating transitive closure, distinguishing iterative and direct methods. We address the parallelization of these methods, by discussing various forms of parallelization. Data fragmentation plays an important role in obtaining parallel execution; we describe hash-based and semantic fragmentation. Finally, we consider Datalog queries, and present general methods for parallel rule execution; we recognize the similarities between these methods and the methods reviewed previously, when the former are applied to linear Datalog queries. We also provide a quantitative analysis that shows the impact of the initial data distribution on the performance of methods

The System Kato: Detecting Cases of Plagiarism for Answer-Set Programs

Plagiarism detection is a growing need among educational institutions and solutions for different purposes exist. An important field in this direction is detecting cases of source-code plagiarism. In this paper, we present the tool Kato for supporting the detection of this kind of plagiarism in the area of answer-set programming (ASP). Currently, the tool is implemented for DLV programs but it is designed to handle other logic-programming dialects as well. We review the basic features of Kato, introduce its theoretical underpinnings, and discuss an application of Kato for plagiarism detection in the context of courses on logic programming at the Vienna University of Technology

Programmiersprachen und Rechenkonzepte

Seit 1984 veranstaltet die GI-Fachgruppe "Programmiersprachen und Rechenkonzepte" regelmäßig im Frühjahr einen Workshop im Physikzentrum Bad Honnef. Das Treffen dient in erster Linie dem gegenseitigen Kennenlernen, dem Erfahrungsaustausch, der Diskussion und der Vertiefung gegenseitiger Kontakte. In diesem Forum werden Vorträge und Demonstrationen sowohl bereits abgeschlossener als auch noch laufender Arbeiten vorgestellt, unter anderem (aber nicht ausschließlich) zu Themen wie - Sprachen, Sprachparadigmen, - Korrektheit von Entwurf und Implementierung, -Werkzeuge, -Software-/Hardware-Architekturen, -Spezifikation, Entwurf, - Validierung, Verifikation, - Implementierung, Integration, - Sicherheit (Safety und Security), - eingebettete Systeme, - hardware-nahe Programmierung. In diesem Technischen Bericht sind einige der präsentierten Arbeiten zusammen gestellt