이동체 데이타베이스를 위한 통합 색인의 설계 및 구현

박재관(Jaekwan Park),안경환(Kyunghwan An),정지원(Jiwon Jung),홍봉희(Bonghee Hong) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 데이타베이스 Vol.33 No.3

최근 PDA, 휴대폰, 노트북, GPS, RFID와 같은 모바일 장치의 발달과 범용적인 사용으로 위치 기반 서비스(LBS: Location Based Service)에 대한 요구가 점점 증대되고 있다. 위치 기반 서비스의 핵심 기술로는 이동체의 위치를 저장 및 관리하기 위한 이동체 데이타베이스를 들 수 있다. 이러한 데이타베이스는 이동체 정보를 빠르게 검색하기 위해 색인을 필요로 하며, 이 색인은 다수의 이동체에 의해 갱신되는 업데이트를 관리하고 실시간으로 위치를 추적할 수 있어야 한다. 따라서 이동체 데이타베이스를 위한 색인은 실시간 처리를 위해서 메인 메모리에서 동작하는 색인의 구조를 가져야 하며, 다수 이동체의 위치 정보를 관리하기 위해 색인의 일부분을 메모리에서 디스크로 이동하거나 디스크에서 메모리로 로딩하는 기법을 지원해야 한다. 이 논문에서는 이러한 색인의 요구 조건을 충족시키기 위해서 메인 메모리와 디스크를 연동하는 통합 색인 기법과 메모리 공간 부족 시에 색인의 일부를 디스크로 이동시키는 이주 정책들을 제시하였다. 이주 정책은 디스크 I/O를 줄이기 위해 노드 단위가 아닌 서브트리 단위로 이동하도록 함으로써, 벌크 연산 및 동적 클러스터링의 효과를 얻게 된다. 통합 색인은 이주 정책에 따라 다른 형태로 구성될 수 있으며, 본 논문에서는 Oldest Node 정책과 LRU Buffer 정책을 적용하였다. 또한 통합 색인을 구현하고, 각 이주 정책 별로 실험 평가를 수행하여 성능을 측정하였다. Recently, the need for Location-Based Service (LBS) has increased due to the development and widespread use of the mobile devices (e.g., PDAs, cellular phones, labtop computers, GPS, and RFID etc). The core technology of LBS is a moving-objects database that stores and manages the positions of moving objects. To search for information quickly, the database needs to contain an index that supports both real-time position tracking and management of large numbers of updates. As a result, the index requires a structure operating in the main memory for real-time processing and requires a technique to migrate part of the index from the main memory to disk storage (or from disk storage to the main memory) to manage large volumes of data. To satisfy these requirements, this paper suggests a unified index scheme unifying the main memory and the disk as well as migration policies for migrating part of the index from the memory to the disk during a restriction in memory space. Migration policy determines a group of nodes, called the migration subtree, and migrates the group as a unit to reduce disk I/O. This method takes advantage of bulk operations and dynamic clustering. The unified index is created by applying various migration policies. This paper measures and compares the performance of the migration policies using experimental evaluation.

이동체의 과거, 현재 및 미래 위치 질의 처리를 위한 통합 색인의 설계 및 구현

반재훈,전희철,안성우,김진덕,홍봉희,Ban, Chae-Hoon,Jeon, Hee-Chul,Ahn, Sung-Woo,Kim, Jin-Deog,Hong, Bong-Hee 한국공간정보학회 2005 한국공간정보시스템학회 논문지 Vol.7 No.1

최근 이동 통신과 GPS 기술의 발달로 위치 기반 서비스에 대한 요구 및 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 이동체 색인에 관한 기존 연구는 시간 도메인에 따라 과거 궤적 색인과 현재 및 미래 위치 색인으로 분류된다. 그러나 실세계 응용에서는 과거 궤적뿐만 아니라 현재 및 미래 위치 검색을 모두 요구하므로 모든 시간 도메인에 대한 질의를 지원하는 통합 색인을 개발해야 한다. 이 논문에서는 이동체의 과거 궤적을 표현하는 3차원 공간상의 선분과 이동체의 현재 및 미래 위치를 표현하는 시간에 대한 선형 함수를 하나의 색인에 구성함으로써 이동체의 과거, 현재, 미래의 위치 데이터가 통합된 새로운 색인인 PCR-tree(Past, Current R-tree)을 제안한다. PCR-tree 는 노드 내에 포함된 과거, 현재, 미래 위치 데이터에 대한 새로운 경계 영역을 가지며 색인의 모든 엔트리에 대한 단일 인터페이스를 제공한다. 그리고, 제안된 색인과 색인 실험 도구를 구현하여 모든 시간 도메인에 대한 질의 처리가 가능함을 보인다. Recently, application area on the Location Based System(LBS) is increasing because of development of mobile-communication and GPS technique. Previous studies on the index of moving objects are classified as either index for past trajectories or current/future positions. It is necessary to develop a unified index because many applications need to process queries about both past trajectories and current/future positions at the same time. In this paper, the past trajectories of moving objects are represented as line segments and the current and future positions are represented as the function of time. We propose a new index called PCR-tree(Past, Current R-tree) for unification of past, current and future positions. Nodes of the index have bounding boxes that enclose all position data and entries in the nodes are accessed with only one interface. We implement the proposed index and show a feasibility of processing the queries about temporal-spatial domain with the query tool which we develop.

이동체의 위치 정보를 저장하기 위한 해쉬 기반 색인의 성능 분석

전봉기(Bong-Gi Jun) 한국컴퓨터정보학회 2006 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.11 No.6

이동체 데이터베이스 시스템은 연속적으로 위치와 방향을 바꾸는 이동체 집합을 관리해야 한다. 전통적인 공간색인 기법은 정적인 공간 데이터를 관리하는 목적으로 사용되기 때문에 이동체를 위한 색인으로 부적합하다. 이동체의 위치는 연속적으로 변하기 때문에, 이동체의 색인은 변경된 위치 정보를 유지하기 위하여 빈번한 갱신 연산을 수행해야 한다. 이 논문에서는 이동체들의 이동을 처리하기 위한 삽입/삭제 비용을 분석하였다. 실험 결과에서 제안하는 동적 해싱 색인이 기존의 R-트리와 고정 그리드 보다 성능이 우수하였다. Moving objects database systems manage a set of moving objects which changes its locations and directions continuously. The traditional spatial indexing scheme is not suitable for the moving objects because it aimed to manage static spatial data. Because the location of moving object changes continuously, there is problem that expense that the existent spatial index structure reconstructs index dynamically is overladen. In this paper, we analyzed the insertion/deletion costs for processing the movement of objects. The results of our extensive experiments show that the Dynamic Hashing Index outperforms the original R-tree and the fixed grid typically by a big margin.

이동체를 위한 R-트리 기반 색인에서의 궤적 클러스터링 정책

반재훈,김진곤,전봉기,홍봉희,Ban ChaeHoon,Kim JinGon,Jun BongGi,Hong BongHee 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지D Vol.12 No.4

The R-trees are usually used for an index of trajectories in moving-objects databases. However, they need to access a number of nodes to trace same trajectories because of considering only a spatial proximity. Overlaps and dead spaces should be minimized to enhance the performance of range queries in moving-objects indexes. Trajectories of moving-objects should be preserved to enhance the performance of the trajectory queries. In this paper, we propose the TP3DR-tree(Trajectory Preserved 3DR-tree) using clusters of trajectories for range and trajectory queries. The TP3DR-tree uses two split policies: one is a spatial splitting that splits the same trajectory by clustering and the other is a time splitting that increases space utilization. In addition, we use connecting information in non-leaf nodes to enhance the performance of combined-queries. Our experiments show that the new index outperforms the others in processing queries on various datasets. 이동체 데이터베이스를 위한 과거 궤적 색인으로 R-tree계열이 많이 사용되었다. 그러나 R-tree계열의 색인은 공간 근접성만을 고려하였기 때문에 동일 궤적을 검색을 할 때 많은 노드 접근이 필요하다. 즉 기존의 이동체 색인들은 공간 근접성과 궤적 연결성이 서로 상반된 특징을 가지므로 함께 고려하지 못했다. 이동체 색인에서 영역 질의의 성능개선을 위해서는 노드 간의 심한 중복과 사장 공간(Dead space)을 줄여야하고, 궤적 질의의 성능 개선을 위해서는 이동체의 궤적 보존이 이루어져야 한다. 이와 같은 요구 조건을 만족하기 위해, 이 논문에서는 R-tree 기반의 색인 구조에서 궤적 클러스터링 정책을 제안한다. 노드 분할 정책에서는 궤적 클러스터링을 위해서 동일 궤적을 그룹화해서 분할하는 공간 축 분할 정책과 공간 활용도를 높이는 시간 축 분할 정책을 제안한다. 또한 비단말 노드의 연결 정보를 저장하여 개선된 복합 질의 알고리즘을 제안하였다. 이 논문에서는 제안한 R-tree기반 색인 구조의 구현 및 성능 평가를 통해서 검색성능이 우수함을 보였다.

이동체 데이타베이스에서 도로 네트워크를 이용한 불확실 위치데이타의 질의처리

안성우(Sungwoo Ahn),안경환(Kyunghwan An),배태욱(Taewook Bae),홍봉희(Bonghee Hong) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 데이타베이스 Vol.33 No.3

TPR-tree는 시간 함수 기반의 색인으로 위치 좌표와 속도 벡터 정보를 이용하여 이동체의 위치를 표현함으로써 현재 및 미래 위치 예측을 위한 질의에 사용된다. 그러나 이동체의 이동방향 및 속도가 특정 임계값을 벗어날 경우 매번 서버에 새로운 위치를 보고하기 때문에 차량과 같이 이동방향과 속도가 빈번하게 변하는 환경에 적용할 경우 서버로의 잦은 보고를 필요로 하게 되어 통신비용을 크게 증가시키는 문제가 있다. 통신비용을 일정하게 유지하기 위해서 이동체의 위치 보고를 일정한 시간 간격으로 수행하게 하는 방법이 있다. 그러나 일정한 시간 간격으로 보고되는 이동체의 위치를 저장하는 경우 보고 간격 사이에 속도와 방향이 변하게 되면 시간에 대한 선형적인 위치 예측 시에 오차가 발생하는 문제가 있다. 이 논문에서는 일정한 시간 간격으로 이동체의 위치보고가 이루어질 때 속도와 방향의 불확실성을 반영하여 이동체의 위치 예측을 위해 도로네트워크 정보를 적용한 질의 처리 기냅 및 데이타 저장 구조를 제시한다. 제시된 기법은 도로 네트워크 정보를 이용하여 이동체의 이동 방향을 도로 네트워크 세그먼트의 방향으로 제한함으로써 불확실 영역을 감소시키고 있으며 도로 네트워크 세그먼트의 종류벼리로 최대 속도를 설정하여 이동 속도의 변화에 대한 불확실성을 제거한다. 실험결과를 통하여 제안된 질의 처리 기법이 미래 위치에 대한 영역 질의 시에 False miss를 발생시키지 않으면서 False hit를 최소화 시키는 것을 확인함으로써 TPR-tree를 이용한 기존의 질의 처리 기법보다 질의 영역의 크기에 따라 최대 60% 이상 위치 예측 정확도가 향상됨을 알 수 있다. The TPR-tree is the time-parameterized indexing scheme that supports the querying of the current and projected future positions of such moving objects by representing the locations of the objects with their coordinates and velocity vectors. If this index is, however, used in environments that directions and velocities of moving objects, such as vehicles, are very often changed, it increases the communication cost between the server and moving objects because moving objects report their position to the server frequently when the direction and the velocity exceed a threshold value. To preserve the communication cost regularly, there can be used a manner that moving objects report their position to the server periodically. However, the periodical position report also has a problem that linear time functions of the TPR-tree do not guarantee the accuracy of the object's positions if moving objects change their direction and velocity between position reports. To solve this problem, we propose the query processing scheme and the data structure using road networks for predicting uncertainty positions of moving objects, which is reported to the server periodically. To reduce an uncertainty of the query region, the proposed scheme restricts moving directions of the object to directions of road network's segments. To remove an uncertainty of changing the velocity of objects, it puts a maximum speed of road network segments. Experimental results show that the proposed scheme improves the accuracy for predicting positions of moving objects than other schemes based on the TPR-tree.

대용량 센서 데이터 아카이빙을 위한 색인 분할 기법

조대수,Cho, Dae-Soo 한국공간정보학회 2007 한국공간정보시스템학회 논문지 Vol.9 No.1

센서 데이터는 대용량이며 지속적으로 발생하는 특징이 있다. 따라서 대용량의 센서 데이터로부터 특정 데이터를 효과적으로 검색하기 위해서는 색인의 개발이 요구된다. 센서 데이터 색인은 데이터 아카이빙을 지원하기 위해서 일정한 시간이 지난 과거의 데이터를 효과적으로 삭제할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 대용량 센서 데이터 아카이빙을 지원하기 위해 색인 분할 기법을 제안하고 구현하였다. 분할된 각각의 색인들은 가상색인으로 구성되어, 외부에서는 하나의 색인으로 보인다. 실험 결과 색인의 생성비용은 총 100,000번의 삽입 연산에 대해서 최대 8%의 성능 향상을 보였으며, 삽입되는 데이터의 개수가 많아질수록 성능이 더 향상됨을 보였다. 영역질의의 경우 각 질의영역이 적을수록, 시간도메인의 크기가 커질수록 큰 성능 향상을 보였다. Sensor data have the characteristics such as numerous and continuous data. Therefore, it is required to develop an index which could retrieve a specific sensor data efficiently from numerous sensed data. The index should have an efficient delete operation for the past data to support the data archiving. In this paper, we have proposed and implemented an index splitting technique to support the sensor data archiving. These splitted indexes compose of a virtual index (that is, index management component), which is shown as single tree from outside. Experimental results show that in the case of 100,000 insert operations the splitted index performs 8% better than the traditional TB-tree maximumly. And the splitted index outperforms TB-tree with retrieving queries when the region of query is small and the size of time domain is large.

과거 궤적 색인을 위한 TB-트리의 시공간 중첩 최소화 정책

조대수,임덕성,홍봉희,Cho, Dae-Soo,Lim, Duk-Sung,Hong, Bong-Hee 한국공간정보학회 2005 한국공간정보시스템학회 논문지 Vol.7 No.1

차량과 같이 시간의 흐름에 따라 위치가 변경되는 객체를 이동체라 한다. 이동체의 과거 궤적은 시간이 지남에 따라 누적되므로 대용량 정보가 된다. 대용량 궤적 정보를 저장하는 이동체 데이터베이스에서 효율적으로 궤적을 검색하기 위해서는 색인이 필요하다. 특히 궤적을 선택하는 과정(영역 질의)과 선택된 궤적의 일부분을 추출하는 과정(궤적 질의)으로 이루어진 복합 질의를 처리하기 위해서는 궤적 보존을 지원하는 TB-tree와 같은 색인 구조가 적합하다. 그러나 TB-tree는 비단말 노드에서의 공간적인 특성을 고려하지 못하여 영역 질의시 불필요한 노드 접근이 발생하는 문제가 있다. 이 논문에서는 영역 질의를 효율적으로 처리하기 위하여, TB-tree의 비단말 노드의 사장 영역을 감소시킬 수 있는 분할정책을 제안하고 이를 TB-tree에 적용하여 구현한다. 이 논문에서 제안하는 분할 정책은 높은 공간 활용도, 효과적인 궤적 추출과 같은 TB-tree의 장점을 유지하면서 비단말 노드의 사장 영역을 줄임으로써 영역 질의에 효과적인 특징이 있다. 제안된 분할 정책은 성능평가를 통하여 기존의 TB-tree보다 영역 질의에서 우수함을 보인다. Objects, which change their positions over time such as cars, are called moving objects. Trajectories of a moving object have large volumes because trajectories are accumulated. Efficient indexing techniques for searching these large volumes of trajectories are needed in the moving object databases. Especially the TB-tree which supports bundling trajectories is suitable for processing combined queries which have 2 steps: first step is selecting trajectories (range search), next is selecting the parts of each trajectory (trajectory search). But the TB-tree has unnecessary disk accesses cause of lack of spatial discrimination in range queries. In this paper, we propose and implement the splitting polity which can reduce dead spaces of non-leaf node in order to process range queries efficiently. The policy has better performance about range queries than the TB-tree as well as the advantages of the TB-tree, such as highly space utilization and efficient trajectory extraction. This paper shows that the newly proposed split policy has better performance in processing the range queries than that of the TB-tree by experimental evaluation.

TPR 트리에서 경계사각형 재구성 기법의 설계 및 구현

김동현,홍봉희,Kim, Dong-Hyun,Hong, Bong-Hee 한국공간정보학회 2004 개방형지리정보시스템학회 논문지 = Journal of the Korea Open Geogr Vol.6 No.2

TPR-tree의 각 노드는 이동체를 색인하기 위하여 시간 함수를 기반으로 한 경계사각형을 이용한다. 경계사각형의 각 축을 계산하기 위하여 시간함수를 사용하므로 시간이 흐름에 따라 노드의 경계사각형은 확장된다. 따라서 이웃하는 노드간의 중첩(overlap) 영역이 커지기 때문에 영역질의의 성능이 점차적으로 떨어지는 문제가 있다. 이 논문에서는 이동체 삽입과 삭제 시 노드의 경계사각형을 재구성하기 위한 기법들을 제시한다. 이동체를 삽입할 때 노드간의 중첩을 줄이기 위하여 중첩이 심한 두 개의 단말 노드를 강제 합병하고 재분할하는 강제 합병 기법을 사용한다. 그리고 이동체를 삭제할 때 다른 이동체도 재삽입하는 강제 재삽입 기법을 이용한다. 강제 재삽입 기법은 삭제 노드 강제 재삽입 기법과 중첩 노드 강제 재삽입 기법으로 분류된다. 실험 결과에서 중첩 노드 강제 재삽입 기법이 다른 두 기법에 비하여 우수함을 알 수 있다. The TPR-tree exploits bounding rectangles based on the function of time in order to index moving objects. As time passes on, each edge of a BR expands with the fastest velocity vector. Since the expansion of the BR results in a serious overlaps between neighboring nodes, the performance of range query is getting worse. In this paper, we propose schemes to reorganize bounding rectangles of nodes. When inserting a moving object, we exploit a forced merging scheme to merge two overlapped nodes and re-split it. When deleting a moving object, we used forced reinsertion schemes to reinsert other objects of a node into a tree. The forced reinsertion schemes are classified into a deleted node reinsertion scheme and an overlapped nodes reinsertion scheme. The overlapped nodes reinsertion scheme outperforms the forced merging scheme and the deleted node reinsertion scheme in all experiments.

위치 기반 질의 처리를 위한 궤적 보존 색인의 설계 및 구현

임덕성,홍봉희,Lim, Duk-Sung,Hong, Bong-Hee 한국공간정보학회 2008 한국공간정보시스템학회 논문지 Vol.10 No.3

위치 기반 서비스(Location-Based Service)는 무선 통신에 기반 한 서비스로서 최근 그 중요성이 증대되고 있다. 차량, 선박과 같이 시간에 따라 위치를 변경하는 이동 객체(moving object)의 이동 경로는 궤적(trajectory)으로 표현된다. 이동 객체의 궤적 모니터링을 위한 데이터베이스에서는 이동객체의 위치를 추적할 뿐만 아니라 이동 경로를 감시하기 위한 궤적 질의를 효율적으로 지원해야 하므로 이동 객체의 궤적 정보를 효과적으로 관리하고, 빠른 검색을 제공하는 이동 객체 색인 방법이 필요하다. 이 논문에서는 먼저 기존 궤적 색인 구조에서 사장 영역 문제를 정의한다. 궤적 색인의 사장 영역은 궤적 보존 속성으로 인해 공간적 지역성을 고려되지 않기 때문에 발생한다. 이를 해결하기 위해 이 논문에서는 사장 영역 및 비단말 노드간의 중첩을 줄이기 위해 엔트리 재배치 기법을 제시하고, 제안된 색인과 기존 알고리즘을 사용하는 색인과의 성능비교를 통하여 제시한 색인의 우수성을 입증한다. With the rapid development of wireless communication and mobile equipment, many applications for location-based services have been emerging. Moving objects such as vehicles and ships change their positions over time. Moving objects have their moving path, called the trajectory, because they move continuously. To monitor the trajectory of moving objects in a large scale database system, an efficient Indexing scheme to processed queries related to trajectories is required. In this paper, we focus on the issues of minimizing the dead space of index structures. The Minimum Bounding Boxes (MBBs) of non-leaf nodes in trajectory-preserving indexing schemes have large amounts of dead space since trajectory preservation is achieved at the sacrifice of the spatial locality of trajectories. In this thesis, we propose entry relocating techniques to reduce dead space and overlaps in non-leaf nodes. we present performance studies that compare the proposed index schemes with the TB-tree and the R*-tree under a varying set of spatio-temporal queries.

불확실 이동체의 질의 처리를 위한 불확실성 영역 기법

반재훈(Chaehoon Ban),홍봉희(Bonghee Hong),김동현(Donghyun Kim) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 데이타베이스 Vol.33 No.3

위치기반서비스에서 이동체의 위치 데이타 수집 비용을 줄이기 위하여 위치 데이타를 주기적으로 수집한다. 주기적으로 수집된 위치 데이타는 보고 주기 사이의 위치 변화를 반영하지 못하기 때문에 시간에 대한 선형 함수를 이용하여 예측된 위치 데이타와 오차가 발생한다. 따라서 오차를 포함한 불확실한 미래위치데이타로 인하여 TPR 트리에서 현재위치질의의 정확도가 떨어지는 문제점이 발생한다. 이 논문에서는 불확실한 위치 데이타에 대한 현재질의를 처리하기 위하여 선형 함수에 의해 예측된 위치 데이타에 오차분을 반영한 불확실성 영역을 정의하고 불확실성 영역을 설정하기 위하여 최근 예측 오차 가중치 기법과 칼만 필터 기법을 제시한다. 또한 TPR 트리를 기반으로 불확실성 영역을 반영한 질의 처리기를 구현하고 성능 비교 평가를 수행한다. 성능 평가 결과에 따르면 기존의 선형함수 기반 질의처리 기법보다 불확실성 영역 기반 질의처리 기법이 최소 약 15% 이상의 정확도가 향상되는 장점을 가진다. Positional data of moving objects can be regularly sampled in order to minimize the cost of data collection in LBS. Since position data which are regularly sampled cannot include the changes of position occurred between sampling periods, sampled position data differ from the data predicted by a time parameterized linear function. Uncertain position data caused by these differences make the accuracy of the range queries for present positions diminish in the TPR tree. In this paper, we propose the uncertainty region to handle the range queries for uncertain position data. The uncertainty region is defined by the position data predicted by the time parameterized linear function and the estimated uncertainty error. We also present the weighted recent uncertainty error policy and the kalman filter policy to estimate the uncertainty error. For performance test, the query processor based by the uncertainty region is implemented in the TPR tree. The experiments show that the proposed query processing methods are more accurate than the existing method by 15%.