Institut für Informatik, Abteilung B: Fachgebiet Datenbanken und

Institut für Informatik, Abteilung B:
Fachgebiet Datenbanken und Informationssysteme
Aktuelle Forschungsthemen
Allgemeine Forschungsrichtungen:
• formale Methoden für Spezifikation und Entwurf von Datenbank-Anwendungssystemen (konzeptionelle und physische Aspekte)
• Erweiterungen von objektrelationalen Datenbank-Managementsystemen um anwendungsspezifische Benutzerschnittstellen, Datentypen, Zugriffsstrukturen und Anfrageoptimierungen
Insbesondere sollen die Stärken neuartiger objektrelationaler Datenbank-Managementsysteme für Nicht-Standard-Anwendungen erschlossen werden. Datenbanksysteme erlauben vor allem frei zusammensetzbare, mengenorientierte und automatisch ausführungsoptimierte Anfragen sowie neuerdings eine Erweiterbarkeit von Anfragesprache und optimierung um anwendungsspezifische Datentypen einschließlich zugehöriger Zugriffstechniken (Indexstrukturen).
Geowissenschaftliche Anwendungen räumlich-zeitlicher Datenbanken
(Kleiner, Lipeck)
Im Rahmen des Zentrums für Geoinformationssysteme für räumliche Entscheidungsprozesse des Küstenzonenmanagements, einem Innovationsschwerpunkt der
Universität, sollen objektrelationale Datenbanksysteme für die Entwicklung und Anwendung von Prognosemodellen auf großen geowissenschaftlichen Datenbeständen eingesetzt
werden. Den beteiligten Fachwissenschaften soll damit eine anwendungsnahe Formulierung und effiziente Ausführung von Datenauswahlen und Berechnungsregeln ermöglicht
werden, so daß alternative Prognosemodelle zügig evaluiert werden können. Dazu sind
die benötigten räumlichen, zeitlichen und fachlichen Datentypen mit zugehörigen Operationen und Prädikaten zu identifizieren und konzeptionell zu modellieren. Ähnlichkeiten
und Gemeinsamkeiten in den Datenmodellen und Methoden der verschiedenen Fächer
sollen abstrahiert und optimiert werden.
Mit Hilfe eines objektrelationalen Datenbanksystems (Oracle 8i) wurde die Modellierung, Verarbeitung und Visualisierung von räumlichen Daten aus der Kartographie (anhand von ATKIS-Datenbeständen) und aus der physischen Geographie (Bodenkunde) erprobt. Es wurde prototypisch gezeigt, wie sich beliebige Anfragen und Berechnungsmethoden spezifizieren und realisieren lassen, aber es wurde auch ein Bedarf
an effizienteren Zugriffsstrukturen im Vergleich zu GIS festgestellt.
C. Kleiner, U.W. Lipeck, S. Falke: Objekt-Relationale Datenbanken zur Verwaltung von ATKISDaten. In R.Bill, F.Schmidt (eds.), ATKIS - Stand und Fortführung - Beiträge zum 51. DVWSeminar, Schriftenreihe des DVW 39, Verlag K.Wittwer, Stuttgart, 2000, 169–177.
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C. Kleiner, S. Falke, U.W. Lipeck: Verwaltung geographischer Basisdaten durch objekt-relationale
Datenbanken am Beispiel von ATKIS und Oracle8i. Informatik-Berichte DB-02/2000, Institut
für Informatik, Universität Hannover, 2000.
Falke, Stephan: Entwurf und Implementierung einer räumlichen Datenbank für ATKIS-Daten
mit Datenimport, Studienarbeit, April 2000
Grobe, Sascha: Modellierung von ATKIS-Daten mit der Spatial Cartridge von Oracle, Studienarbeit, Juni 1999
Kasten, Regine: Modellierung und Verarbeitung geowissenschaftlicher Daten in relationalen und
objekt-relationalen Datenbank-Management-Systemen, Diplomarbeit, Oktober 1997
Korte, Karsten: Transformation von ATKIS-Daten in eine relationale Datenbank zur Verkehrsplanung, Studienarbeit, August 1997 (mit Institut für Verkehrswirtschaft und Institut für Kartographie)
zur Bodenkunde:
J.H. Pfau, C. Kleiner, U.W. Lipeck: Implementierung von Auswertungsmethoden der physischen
Geographie mit Hilfe objekt-relationaler Datenbanksysteme. Informatik-Berichte DB-01/2000,
Institut für Informatik, Universität Hannover, 2000.
Pfau, Jens Helge: Entwurf und Implementierung eines Datenmodells für Bodendaten zur datenbankgestützten Integration von Methoden der physischen Geographie, Diplomarbeit, Februar
2000 (mit Geographischem Institut)
zum Visualisierer:
Kössler, Gerrit: Visualisierung räumlicher Daten auf Grundlage des objekt-relationalen DBMS
Oracle 8i. Studienarbeit, November 2000
Löckmann, Ulf: Visualisierung räumlicher Daten auf Grundlage der Oracle Spatial Cartridge,
Studienarbeit, Mai 1999
Verwandte Arbeiten:
Korte, Karsten: Entwicklung eines Infrastruktur-Datenbanksystems für den spurgeführten Verkehr, Diplomarbeit, September 1998 (mit Institut für Verkehrswesen bzw. IBS Ingenieurbüro)
Stenzel, Nicole: Datenbank-Entwurf für Verkehrsplanungsmodelle, Schwerpunkt: Verkehrsnetze,
Diplomarbeit, April 1996 (mit Institut für Verkehrswirtschaft)
Stolpmann, Carsten: Datenbank-Entwurf für Verkehrsplanungsmodelle, Schwerpunkt: Bezirksdaten, Diplomarbeit, April 1996 (mit Institut für Verkehrswirtschaft)
Des weiteren wird untersucht, wie sich der web-basierte Austausch von geowissenschaftlichen Daten (sowohl von Fachdaten als auch von räumlichen Daten) mittels
Datenmodellierung in XML unterstützen läßt. Ziel ist hier ein web-basiertes Informationssystem zum Austausch der raumbezogenen Fachdaten zwischen verschiedenen Fachrichtungen im GIS-Zentrum.
Klopp, Sascha: Austausch geowissenschaftlicher Datenbestände aus/in objektrelationale Datenbanken (mit XML-Erzeugung oder m.H. XML-Query), Diplomarbeit, ca. November 2001
C. Kleiner, U.W. Lipeck: Automatic Generation of XML DTDs from Conceptual Database
Schemas. Submittel for Publication, May 2001
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C. Kleiner, U.W. Lipeck: Web-Enabling Geographic Data with Object-Relational Databases. In
A. Heuer, F. Leymann, D. Priebe (eds.), Datenbanksysteme in Büro, Technik und Wissenschaft
- 9. GI-Fachtagung Oldenburg (BTW 2001), 7.-9. März 2001, Informatik aktuell, SpringerVerlag, Berlin, 2001, 127-143. BTW 2001.
Österle, Martin: Speicherung und Verarbeitung von XML-Dokumenten in relationalen DBMS,
Studienarbeit, November 2000
Mitantragstellung beim Graduiertenkolleg “Geographische Informationsverarbeitung
für hochauflösende Wirkungsprognosen im Küstenraum” (12 Antragsteller, Sprecher:
Prof. Mosimann, Phys.Geographie) mit folgenden Dissertationsthemen:
• Modellierung und Anfragen von räumlich-zeitlich-fachlichen Nachbarschaftsbeziehungen
zwischen Geo-Objekten in objekt-relationalen Datenbanken
• Objekt-relationale Modellierung von Geo-Objekten mit Mehrfachdarstellungen: Im Rahmen dieses Graduiertenkollegs werden Daten nicht nur verschiedener Formate, sondern
auch verschieden großer Maßstäbe, verschieden großer Skalierungen und verschieden hoher Auflösungen miteinander verknüpft werden müssen. Da sich diese Daten häufig auf
die gleichen realen Objekte beziehen, soll zur Datenintegration mit Hilfe eines objektrelationalen Datenbanksystems ein Ansatz verfolgt werden, der Geoobjekte identifiziert,
die in mehreren Darstellungen vorliegen können und die sowohl objekt- als auch darstellungsabhängige Attribute aufweisen können. Analog zum ersten Thema sollen in dieser
Arbeit die Konsequenzen dieses Ansatzes auf die konzeptionelle und physische Datenmodellierung und auf die Anfrageunterstützung sowie dessen Eignung für ausgewählte
Anwendungen der anderen Institute untersucht werden.
Speicher- und Indexstrukturen für räumlich-zeitliche Datenbanken
(Esser, Kleiner, Lipeck)
Die Verwaltung von Daten mit Raum- und Zeitbezug in einem Datenbanksystem erfordert
die Verwendung von benutzerdefinierten Datentypen, da Standarddatentypen wie Zahlen,
Zeichenketten und Zeitpunkte nur unzureichende Modellierungsmöglichkeiten bieten. Um
eine automatische Anfrageoptimierung auch für solche Daten nutzen zu können, müssen
spezielle Indexe für diese Datentypen angelegt werden. Zudem werden Kostenschätzungen
für benutzerdefinierte Operationen der Datentypen benötigt.
Für Daten mit Raum- und Zeitbezug wurde unter Verwendung verallgemeinerter
Suchbäume eine Familie von Datenbank-Indexen untersucht, die alternative Optimierungskriterien bei der Aufteilung von Objektmengen (z.B. nach Größen oder Abständen)
und alternative Behandlungen der temporalen Dimension kombinieren. Diese
Familie wurde zunächst simulativ untersucht; z.Z. wird untersucht, wie sich die beste
Alternative in die Anfrageoptimierung eines objektrelationalen Datenbanksystems (hier
Oracle 8i) integrieren läßt.
Löckmann, Ulf: Erweiterung eines objektrelationalen Datenbankmanagementsystems um verallgemeinerte Suchbäume als Indexstrukturen, Diplomarbeit, Juni 2001
C. Kleiner, U.W. Lipeck: Efficient Index Structures for Spatio-Temporal Objects. In A. Tjoa,
R. Wagner, A. Al-Zobaidie (eds.), Eleventh International Workshop on Database and Expert
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Systems Applications (DEXA 2000; Greenwich, UK, September 2000), IEEE Computer Society
Press, Los Alamitos, 2000, 881–888.
Für räumliche Daten wurden mehrere aus der Literatur bekannte Indexstrukturen in
Oracle8i implementiert und verglichen. Ziel ist es hier, optimale Indexstrukturen
für spezielle räumliche Anfrageprofile zu ermitteln und so kombiniert mit einer guten Kostenschätzung für räumliche Operatoren dem Benutzer ein komplettes Modul (cartridge)
für räumliche Daten zur Verfügung zu stellen.
Standke, Michael: Implementation von benutzerdefinierten Indexen für geometrische Strukturen
in Oracle 8i unter Verwendung von z-Codes. Studienarbeit, Januar 2001
Schersich, Sebastian: Implementation von benutzerdefinierten Indexen für geometrische Strukturen in Oracle 8i unter Verwendung eines R*-Baumes mit mehrfachem Clipping länglicher
Objekte. Studienarbeit, Januar 2001
Krupinski, Darius-Nikolaus: Der R*-Baum in einer Oracle-8-Implementierung, Studienarbeit,
Oktober 2000
Langwost, Alexander / Benecke, Christian: Implementierung eines Testprogramms für Indexe
auf einer Oracle8i-Datenbank in Java und Vergleich von R*-Baum- und Oracle/Spatial-Index,
Studienarbeit, Oktober 2000
Klopp, Sascha: Implementation von R*-Bäumen als benutzerdefinierte Indexstruktu r in Oracle
8i, Studienarbeit, Dezember 1999
Hargarten, Benjamin B.: R-Bäume - Eine dynamische Indexstruktur für mehrdimens ionale
Daten, Studienarbeit Juni 1999
Diese Arbeiten haben die Problematik datenbankgestützter Speicherstrukturen
aufgeworfen: Um bei der Erweiterung von Datenbanksystemen durch benutzerdefinierte
Operationen und Zugriffsstrukturen die eingebaute Transaktionsverwaltung des Datenbankservers nutzen zu können, ist es erforderlich, daß selbstdefinierte Algorithmen ihre
Daten in der Datenbank selbst und nicht extern in Dateien abspeichern. — Bisher wurden Methoden entwickelt, mit der verkettete, blockorientierte Datenstrukturen wie z.B.
B- oder R-Bäume auf einfache und effiziente Weise an die Datenbank gekoppelt werden
können. Geeignete Cache-Strategien sind zur Minimierung von Rückfragen an die Datenbank (“Callbacks”) entwickelt worden. Zukünftig sollen diese Speicherstrukturen für
Indexe auf räumlich-zeitlichen Daten eingesetzt und mit herkömmlichen externen Speicherungen verglichen werden. vgl. insbes. obige Arbeiten Schersich, Standke, Löckmann
Des weiteren wird die objektrelationale Realisierung einer temporalen Erweiterung
der Datenbanksprache SQL verfolgt.
Beier, Frank: Objekt-relationale Realisierung einer temporalen Datenbanksprache, Diplomarbeit,
Mai 2001
Reinhard, Carsten: Realisierung einer temporalen Erweiterung von SQL auf einem objektrelationalen Datenbankmanagementsystem, Diplomarbeit, Dezember 1999
Kuhn, Barbara Ingrid: Entwicklung einer Anfragesprache für temporale Datenbanken: Semantik,
Ausdrucksfähigkeit und graphische Bentutzerschnittstelle, Diplomarbeit, November 1997
Hawellek, Christian / Hudalla, Kai: ORATSQL - Eine temporale Erweiterung für ORACLE,
Studienarbeit, Jan. 1996
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M. Gertz, U. W. Lipeck: “Temporal” Integrity Constraints in Temporal Databases. In J. Clifford,
A. Tuzhilin (eds.), Recent Advances in Temporal Databases – Proceedings of the International
Workshop on Temporal Databases, Sept. 1995, Workshops in Computing, Springer-Verlag, Berlin, 1995, 77–92.
V. Kouramajian, M. Gertz: A Graphical Query Language for Temporal Databases. In M. P.
Papazoglou (ed.), OOER’95: Object-Oriented and Entity-Relationship Modeling, LNCS 1021,
Springer-Verlag, Berlin, 1995, 388–399.
Generierung von Benutzerschnittstellen aus objektrelationalen
Datenbankschemata (alle)
Stahlhut, Christian: Generierung von Update-Masken aus Mehr-Relationen-Schemata, Studienarbeit, ca. Juni 2001
Schellhammer, Eric: Implementation und Generation von Datenbankenmasken in Java, Studienarbeit, Dezember 1999
von Helmolt, Arnim: Automatische Generierung von Update-Masken aus Datenbanksichten,
Diplomarbeit, November 1999
Verwandt: Grobe, Sascha: Entkopplung von Datenbankzugriffen und Benutzerober- flächen durch
objektorientierte Schnittstellen, externe Diplomarbeit, ca. Sommer 2001
Zuvor war eine zunächst Tcl/Tk-, dann Java-basierte Werkzeugumgebung mit graphischer Benutzeroberfläche für die Entwicklung und Administration von DatenbankAnwendungen entwickelt worden. Diese kann für verschiedene DBMS konfiguriert werden
und unterstützt insbesondere die Inspektion von Data Dictionaries und die Analyse
von Anfrageoptimierungen.
Morgenthal, Hartmut: Entwicklung eines konfigurierbaren Data Dictionary - Informationssystems mit graphischer Oberfläche, Diplomarbeit, Juli 1998
Legat, Roman: Edda - Entwurf und Implementierung eines graphischen Editors zur Konfiguration des Datenbank-Inspektionswerkzeugs Dato, Studienarbeit, April 1999
Heeb, Marcus / Kischkat, Tobias: Erweiterung eines Werkzeuges zur Datenbank-Administration
für Oracle 8 in Java, Studienarbeit, Januar 1999
A. von Helmolt, U.W. Lipeck: Ein konfigurierbares Werkzeug zur Inspektion von Data Dictionaries. Informatik-Berichte DB-01/98, Institut für Informatik, Univ. Hannover, 1998.
von Helmolt, Arnim: Implementierung eines Datenbank-Administrations-Tools in Java, Studienarbeit, April 1998
Hoffmann, Dirk: Implementierung eines SQL Data Definition Language Editors für ODDIS,
Studienarbeit, April 1997
Tolle, Karsten: Implementierung eines DML-Select-Editors für ODDIS, Studienarbeit, März
1998
Lilischkis, Ralf: Implementierung eines Werkzeuges zur Verwaltung von Benutzern, Rechten
und Rollen für das Oracle RDBMS, Studienarbeit, August 1997
Bethke, Michael/ Schlüter, Axel: Tuning von Oracle Datenbanken, Diplomarbeit, Dezember 1996
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M. Gertz, G. Koschorreck, U. W. Lipeck, M. Bethke, R. Grützner, A. Schlüter: ODDIS – Ein
Informationssystem für das Oracle Data Dictionary. In Proc. GI-Workshop “Datenbankadministration: Methoden, Werkzeuge, Erfahrungen”, Datenbank-Rundbrief 17 (1996).
Kasten, Regine: Implementierung eines Werkzeuges zur Analyse von Zugriffsplänen für das
Oracle RDBMS, Studienarbeit, Mai 1996
Bethke, Michael / Schlüter, Axel: Implementierung einer graphischen Benutzeroberfläche für
das Oracle Data Dictionary, Studienarbeit, Okt. 1995
Grützner, Rainer: Implementierung eines Werkzeuges zur Unterstützung der Datenbankadministration, Studienarbeit, Dez. 1994
Erfahrungen mit der Entwicklung von Benutzerschnittstellen haben sich u.a. aus der
Entwicklung von Datenbanken für Institutszwecke ergeben:
Mantel, Daniela: Entwicklung eines DBS für das Fachsprachenzentrum der Universität, Mai
2001
Yapici, Serdar: iLAM internet Lecture Accerss Management – Datenbankgestützte Konfiguration
von Zugangsberechtigungen auf Webseiten mit Onlineanmeldung, Studienarbeit, Januar 2001
Grote, Matthias: Literaturverwaltungsprogramm unter Java mit Datenbankzugriff, Studienarbeit, Dezember 1998
Dunker, Hartmut / Wedemeyer, Bodo: Entwicklung von Bibliothekserfassungsmasken unter Java, Studienarbeit, November 1997
Bremer, Jan-Marco: Entwicklung von Masken für Bibliotheksdatenbanken unter Oracle Forms
4.0, Studienarbeit, Nov. 1995
Eine weitere Linie zur Generierung von Benutzerschnittstellen soll UniversalrelationSichten nutzen: (Brüggemann)
Boroske, Martin: Untersuchungen zur Optimierung von Universalrelation-Sichten, Diplomarbeit, ca. Herbst 2001
Boroske, Martin: Implementierung von Universalrelation-Sichten in Java, Studienarbeit, Jan.2001
Weitere bzw. ältere Themen:
• Spezifikation und Auswertung von objektorientierten Rechten (Brüggemann)
• Wartung materialisierter Sichten (Shu)
• Aktive Integritätssicherung in Datenbanksystemen (Gertz, Lipeck)
• Komposition von Default-Spezifikationen (Braß, Dionisio, Lipeck)
• Logische Programmierung und deduktive Datenbanken (Braß)
• Erweiterungen der graphischen Anfragesprache QBE (Lipeck, Scharnofske)
• Konfiguration von TeX-Distributionen (Esser)
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