Effiziente Anfragebearbeitung in Datenintegrationssystemen sowie in
P2P-Systemen ist bereits seit einigen Jahren ein Aspekt aktueller
Forschung. Konventionelle Datenintegrationssysteme bestehen aus mehreren
Datenquellen mit ggf. unterschiedlichen Schemata, sind hierarchisch
aufgebaut und besitzen eine zentrale Komponente: den Mediator, der ein
globales Schema verwaltet. Anfragen an das System werden auf diesem
globalen Schema formuliert und vom Mediator bearbeitet, indem relevante
Daten von den Datenquellen transparent für den Benutzer angefragt werden.
Aufbauend auf diesen Systemen entstanden schließlich
Peer-Daten-Management-Systeme (PDMSs) bzw. schemabasierte P2P-Systeme. An
einem PDMS teilnehmende Knoten (Peers) können einerseits als Mediatoren
agieren andererseits jedoch ebenso als Datenquellen. Darüber hinaus sind
diese Peers autonom und können das Netzwerk jederzeit verlassen bzw.
betreten. Die potentiell riesige Datenmenge, die in einem derartigen
Netzwerk verfügbar ist, führt zudem in der Regel zu sehr großen
Anfrageergebnissen, die nur schwer zu bewältigen sind. Daher ist das
Bestimmen einer vollständigen Ergebnismenge in vielen Fällen äußerst
aufwändig oder sogar unmöglich. In diesen Fällen bietet sich die
Anwendung von Top-N- und Skyline-Operatoren, ggf. in Verbindung mit
Approximationstechniken, an, da diese Operatoren lediglich diejenigen
Datensätze als Ergebnis ausgeben, die aufgrund nutzerdefinierter
Ranking-Funktionen am relevantesten für den Benutzer sind. Da durch die
Anwendung dieser Operatoren zumeist nur ein kleiner Teil des Ergebnisses
tatsächlich dem Benutzer ausgegeben wird, muss nicht zwangsläufig die
vollständige Ergebnismenge berechnet werden sondern nur der Teil, der
tatsächlich relevant für das Endergebnis ist.
Die Frage ist nun, wie man derartige Anfragen durch die Ausnutzung dieser
Erkenntnis effizient in PDMSs bearbeiten kann. Die Beantwortung dieser
Frage ist das Hauptanliegen dieser Dissertation. Zur Lösung dieser
Problemstellung stellen wir effiziente Anfragebearbeitungsstrategien in
PDMSs vor, die die charakteristischen Eigenschaften ranking-basierter
Operatoren sowie Approximationstechniken ausnutzen. Peers werden dabei
sowohl auf Schema- als auch auf Datenebene hinsichtlich der Relevanz ihrer
Daten geprüft und dementsprechend in die Anfragebearbeitung einbezogen
oder ausgeschlossen. Durch die Heterogenität der Peers werden Techniken
zum Umschreiben einer Anfrage von einem Schema in ein anderes nötig. Da
existierende Techniken zum Umschreiben von Anfragen zumeist nur konjunktive
Anfragen betrachten, stellen wir eine Erweiterung dieser Techniken vor, die
Anfragen mit ranking-basierten Anfrageoperatoren berücksichtigt. Da PDMSs
dynamische Systeme sind und teilnehmende Peers jederzeit ihre Daten ändern
können, betrachten wir in dieser Dissertation nicht nur wie Routing-Indexe
verwendet werden, um die Relevanz eines Peers auf Datenebene zu bestimmen,
sondern auch wie sie gepflegt werden können. Schließlich stellen wir
SmurfPDMS (SiMUlating enviRonment For Peer Data Management Systems) vor,
ein System, welches im Rahmen dieser Dissertation entwickelt wurde und alle
vorgestellten Techniken implementiert.In recent years, there has been considerable research with respect to query
processing in data integration and P2P systems. Conventional data
integration systems consist of multiple sources with possibly different
schemas, adhere to a hierarchical structure, and have a central component
(mediator) that manages a global schema. Queries are formulated against
this global schema and the mediator processes them by retrieving relevant
data from the sources transparently to the user. Arising from these
systems, eventually Peer Data Management Systems (PDMSs), or schema-based
P2P systems respectively, have attracted attention. Peers participating in
a PDMS can act both as a mediator and as a data source, are autonomous, and
might leave or join the network at will. Due to these reasons peers often
hold incomplete or erroneous data sets and mappings. The possibly huge
amount of data available in such a network often results in large query
result sets that are hard to manage. Due to these reasons, retrieving the
complete result set is in most cases difficult or even impossible. Applying
rank-aware query operators such as top-N and skyline, possibly in
conjunction with approximation techniques, is a remedy to these problems as
these operators select only those result records that are most relevant to
the user. Being aware that in most cases only a small fraction of the
complete result set is actually output to the user, retrieving the complete
set before evaluating such operators is obviously inefficient.
Therefore, the questions we want to answer in this dissertation are how to
compute such queries in PDMSs and how to do that efficiently. We propose
strategies for efficient query processing in PDMSs that exploit the
characteristics of rank-aware queries and optionally apply approximation
techniques. A peer's relevance is determined on two levels: on schema-level
and on data-level. According to its relevance a peer is either considered
for query processing or not. Because of heterogeneity queries need to be
rewritten, enabling cooperation between peers that use different schemas.
As existing query rewriting techniques mostly consider conjunctive queries
only, we present an extension that allows for rewriting queries involving
rank-aware query operators. As PDMSs are dynamic systems and peers might
update their local data, this dissertation addresses not only the problem
of considering such structures within a query processing strategy but also
the problem of keeping them up-to-date. Finally, we provide a system-level
evaluation by presenting SmurfPDMS (SiMUlating enviRonment For Peer Data
Management Systems) -- a system created in the context of this dissertation
implementing all presented techniques