面向对等结构的分布式时空索引技术研究

With the development of gathering and applying, spatio-temporal data involves in many aspects, such as transportation, weather report, military and so on. It is a challenge that large-scale spatio-temporal data versus data management,which will bring spatio-temporal query inefficiency. Peer-to-Peer computing (P2P)emerges as a computation-enhanced paradigm, which provides a novel approach to manage spatio-temporal data. This work aims at achieving high-efficient and more scalable spatio-temporal query capability. It propose a study on distributed spatio-temporal index of peer-to-peer structure. The work mainly focuses on framework and basic structure of spatio-temporal index, self-adaptive index, kinds of spatio-temporal query algorithms, query cost evaluation of the index. The key problems of index information partitioning, data frequent update supporting will be solved in the work, so that fast and steady spatio-temporal query capacity can be provided. This work will support technique for sharing spatio-temporal information, also, it is meaningful to provide a basis for exploring novel spatio-temporal data management.

随着采集手段不断提高与应用不断发展，时空数据的应用范围遍及交通、气象监测、军事等多个领域，海量的规模对时空数据的管理方法带来挑战，容易导致各类应用中时空查询低效。对等计算作为一种增强计算性能的计算模式，为时空数据管理方式提供了一条新途径。本课题针对海量时空数据中如何快速高效完成各类时空查询的问题，提出研究面向对等结构的分布式时空索引技术，重点开展时空索引的基本框架结构、时空索引动态自适应机制、各类时空查询算法、时空索引的查询代价评估技术等研究，突破如何灵活划分索引信息、如何支持时空信息频繁更新等关键问题，从而提供高效稳定的时空查询能力。本课题具有较大的理论和应用价值，将为高效共享时空信息资源提供技术支撑，为探索新型时空数据管理模式提供理论基础。

随着各领域面向时空数据的应用不断深入，大量的时空数据持续产生与积累，如何高效检索大规模时空数据成为用户热切需求的技术能力。本项目针对上述问题，提出采用对等计算架构建立分布式检索机制，由此分散搜索负载，提高检索效率，结合直方图、代价估计、查询优化等技术，开展面向对等架构的分布式时空索引总体架构、面向历史的对等时空索引、面向未来的对等时空索引、串并行性能调节自适应技术、面向列数据库的时空查询技术、社交网络中的时态查询技术、社交网络中的时空查询技术等研究内容，设计了基于双环的对等时空索引、基于邻域链接的对等时空索引、基于二级查询目录的列数据库时空索引、基于社交网络的时空索引结构等重要索引结构，并在此基础上设计了范围查询、kNN查询等查询算法，在真实数据集上与目前类似工作做了比对，结果表明所设计的索引结构和查询算法均优于目前工作。本项研究为高效检索海量大规模时空数据提供技术基础，在不确定环境利用对等计算架构组织查询也将会提供检索系统的容错性，这也为探索利用新型计算模式管理时空数据提供技术上的辅助作用。