基于Petri网的主动数据库规则建模与行为分析

【摘要】：主动数据库系统一般可认为是由数据库和建立在数据库上的主动规则集构成。主动数据库规则的形式一般为ECA规则。但是,由于规则集中的规则可能相互作用、相互影响,从而使规则的行为十分复杂,规则设计人员必须预计他们设计的规则会给数据库状态带来什么样的不良影响。对设计出来的规则分析它们的行为特征对主动数据库系统来说是十分必要的。 规则行为的复杂性主要体现在终止性和行为一致两个方面,这通常也称为主动规则行为特征问题。对于一个规则集R,如果可以找到一种正确的方法来判定在什么情况下对规则集R的处理能保证终止或行为一致,就可以为ECA规则系统构造关于规则行为的分析工具,帮助设计人员改善他们所设计的规则,这正是本研究的意义所在。 在这个领域的研究已广泛开展,现有的算法各有不足之处,因为它们有的利用底层数据库的特定语义,或者很大程度上依赖于底层数据模型(关系型或面向对象性)等。其中,关联图分析法是一种比较通用的方法,它是基于两个关联图:触发图(TG)和激活图(AG)。这是目前应用得最多的规则分析方法,但它也有难以灵活地扩展以适应不同的规则语义的缺点,并且其分析结果也不够精细。 因为Petri网特别适合于描述规则的异步并发行为,能恰当的表达不同的规则语义,所以本文采用Petri网模型对主动数据库规则系统及其处理过程进行建模,并以此来分析规则的行为特征是可行的。 本研究用Petri网作为主动数据库建模与分析的工具,根据主动数据库规则集建模的特殊性,研究了用适当的Petri网结构建立主动规则集的Petri网模型,并以此Petri网模型为基础来研究分析规则行为的终止性和一致性。 本文首先确定了存储规则状态的子网Petri网结构,用子网构造单条规则的Petri网结构,再由单条规则构造整个规则集的Petri网模型。然后,以建立Petri网模型为基础,给出了一种基于执行图(EG)终止性分析算法,它是对可达图分析方法的改进。根据规则一致性保证策略,建立了带优先级规则的Petri网模型,并对它的一致性进行分析。最后,逐步将模型扩展到带延迟执行型、非自惰化和读触发等情形,使模型适应更多的规则语义。 本研究表明,用Petri网建模能准确地表达了主动数据库规则的语义,并且,该模型可以很方便的扩展以适应不同的规则语义的要求。通过对具体的规则集实例的分析,结果表明基于Petri网模型的主动数据库规则行为分析的方法是可行的、有效的。