XML은 수 많은 응용들에서 데이타를 교환하기 위한 표준으로 급속도로 출현되었다. XML 데이타에 대해 효율적인 질의를 지원하기 위하여 많은 질의어들도 설계되었다. 이러한 질의어들은 사용자들이 XML 문서 구조를 알아야 사용할 수 있고 구조에 대한 검색 조건을 명시해야만 한다. 이러한 XML 문서에 대해 경로 기반으로 하는 질의는 XML이 계층적 구조이기 때문에 당연한 것 이다. 그러나 이러한 현재의 경로 기반의 질의를 보충하기 위하여, 사용자들이 XML 문서에 대하여 경로를 사용하지 않는 질의도 필요하다. 이 논문에서 우리는 XML 문서 구조를 모르고도 질의할 수 있는 질의 표현을 설계하고, 이 경로를 명시하지 않는 질의를 평가하기 위한 질의 처리기를 개발하였다.
지금까지 제안된 XML 문서상의 분기 질의(twig query) 처리 기법들의 중요한 흐름 중 하나는 지역 인코딩 기법을 이용하는 것이다. 하지만 이 기법에 기반한 분기 질의 처리는 분기 질의상의 단말 노드와 분기 노드의 엘리먼트를 반드시 읽어야 하는 단점이 있다. 그러나 지역 인코딩 기법과는 달리 경로 정보를 축약하는 방식의 레이블링 기법(예: 듀이 인코딩)은 지역 인코딩에 의한 레이블에 비해 더 많은 정보를 담고 있어서, 이 기법과 구조 인덱스를 이용하여 XML 문서를 인덱싱하면 질의상의 단말 태그의 엘리먼트만을 읽어도 분기 질의를 처리할 수 있다. 이를 이용하여, 본 논문에서는 경로 정보 축약 레이블링 기법과 구조 인덱스를 이용한 분기 질의 처리 기법을 제안한다. 제안된 알고리즘은 디스크 입출력을 줄일 수 있으며 불필요한 중간 결과도 생성하지 않는다.
오늘날 인터넷 상의 많은 데이타들은 XML의 여러 장점들로 인하여 XML을 이용하여 표현되고 있다. 이렇게 XML 데이타가 늘어가는 것에 비례하여 XML 문서상에서 유용한 정보를 검색하기 위하여 다양한 질의를 빠르고 효율적으로 지원할 수 있는 질의 처리 기법이 요구되고 있다. 그러나 현재까지는 XML 데이타를 위한 질의 최적화 연구는 정규 경로 표현을 다루는 방법론에 국한되어 있다. 본 논문은 새로운 족보 기반 인덱싱 기법을 개발하여 정규 경로 표현뿐 아니라, 단순 경로 표현과 다른 엘리먼트를 참조하고 있는 경로 표현과 같은 다양한 질의 처리를 해결하였다. 또한 이 인덱싱 기법을 객체-관계형 모델에 적용하여 여러 종류의 문서와 다양한 질의 종류에 대해 성능을 평가하였고, 다른 저장 기법과 비교하여 성능의 우수성을 입증하였다.
문서의 고정된 스키마 없이 사용될 수 있는 XML문서를 관계형 데이터베이스에 문서 자체의 구조 정보와 함께 효율적으로 저장하려는 연구가 계속되고 있다. 계층적인 형태의 XML 문서들을 구조 검색하기 위한 정규 경로식 질의들을 평면 구조의 관계형 데이터베이스에서 처리하기 위해서 많은 비용이 필요하게 된다. 따라서 본 논문에서는 다양한 정규 경로식 질의들을 질의의 특성에 알맞은 방법으로 처리하는 저장 모델과 질의 처리 모델을 제안한다. 제안된 모델은 정규 경로식 질의에 포함된 경로 연산자를 분석하여 부모-자식 관계가 아닌 조상-자손 관계 조사에는 $\theta$-조인을 이용하고, 부모-자식 관계 조사에는 동등(equi)-조인을 이용하는 SQL문으로 변환 처리하여 질의 처리 효율성을 높였다.
인터넷 환경에서 데이터 저장과 전송을 위한 표준으로 XML이 부각되고 있다. 이에 따라 XML자체에 대한 관심뿐 아니라 XML 질의 처리를 위한 연구도 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 연구는 XML문서 자체의 내용 뿐 아니라 구조에 대한 질의에 대해서도 진행되고 있다. 구조에 대한 질의를 위해 경로 질의가 사용되고 있으며, 최근 경로 질의를 효과적으로 처리하기 위하여 여러 가지 색인 기법들이 연구되고 있다. 본 연구에서는 기존에 제안된 대표적인 두 가지 색인기법인, 경로 색인 기법과 구조 조인 기법에 대한 특징에 대해 살펴보고, 구조 조인 기법에 대한 기존연구의 알고리즘의 성능을 개선시킬 수 있는 메커니즘을 제안하였다. 기존 연구에서는 질의에 해당하는 모든 엘리먼트들을 비교하여 결과를 뽑아내지만 제안한 메커니즘은 입력 값의 형태를 변형하여 비교하는 엘리먼트의 수를 줄여 더 적은 조인연산을 수행함으로서 성능을 향상시킬 수 있었다. 이러한 결과를 4절에서 실험을 통해 검증하였다. 실험 결과 기존 방법에 비해 실험한 질의에 따라 최대 34%, 최소 7%의 성능 향상을 이룰 수 있었다.
웹의 출현으로 XML 데이터에 대한 관심은 더욱 커지고 있다. XPath와 XQuery 같은 XML 질의 언어는 비정규적인 데이터를 탐색하기 위해 경로에 라벨을 붙여 사용한다. 이러한 XML 데이터에 대한 질의를 효율적으로 처리하기 위해서는 효율적인 색인 기법이 필요하다. 그 동안 제안되어 왔던 기존의 색인은 일반적으로 XML 데이터 안에 루트 원소로부터 모든 경로의 라벨을 기록한다. 그런 경로 색인들은 자손을 찾는 "//"와 같은 상대 경로를 포함한 질의 경우 지나친 탐색으로 질의 수행의 성능을 저하시키게 된다. 이를 극복하기 위해 효율적인 색인 기법을 제안하고자 한다.
XML 이 명실상부한 데이타 교환 표준 언어로서 자리 잡아 감에 따라, 효율적인 XML 질의 처리 지원에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. XML 질의 처리에서 가장 중요한 고려 사항은 ‘어떻게 XML 경로식을 효율적으로 처리할 것인가’ 하는 것이다. 기존의 몇몇 연구들은 질의를 구성하는 각 라벨들에 대응되는 모든 데이타에 대해 일련의 조인 연산을 수행하는 방식으로 결과를 생성하였다. 다른 몇몇 연구들은 질의에 포함된 경로를 찾기 위해 RDBMS의 문자열 비교 연산자를 사용하고 찾은 경로들에 대응되는 레코드를 추출하여 결과를 생성하였다. 본 연구에서 우리는 경로 포함 관계를 기반으로 한 새로운 질의 계획 생성 방식과 이를 지원하기 위한 두 개의 새로운 조인 연산자들을 제안하였다. 제안한 조인 연산자들은 질의에 속한 경로들과 관련된 데이타만을 입력 데이타로 사용하며, 매우 적은 비교 연산만을 수행한다. 그리고 파이프라인 기법을 적용하여 결과를 생성한다. 우리는 제안한 기법이 다른 이전 기법들에 비해 높은 성능을 보임을 분석과 실험을 통해 증명하였다.
최근 인터넷 상에서 XML 문서의 사용이 급속도로 보편화, 일반화됨 따라 정보 검색을 위한 다양한 XML 질의 언어가 제안되고 있다. XML 질의의 공통 특징으로서 ‘*’ 문자 등을 사용한 정규화 경로식(regular path expression)에 의한 손쉬운 구조정보 검색 기능을 들 수 있다. 본 논문에서는 접미어 트리(suffix tree)를 이용한 새로운 경로 인덱싱 기법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 XML 문서상의 각 경로를 축약된 유일한 문자열로 인코딩하며, 인코딩 된 각 문자열의 모든 접미어 정보를 인덱스에 저장한다. 본 기법은 일반 정규화 경로식을 포함하는 구조질의를 매우 효율적으로 처리하며, 또한 경로 정보가 부정확하게 기술된 경우에도 관사 질의 처리를 효과적으로 처리할 수 있다.
최근의 XML 저장소에 관한 연구들은 기존의 데이타 저장을 위해 주로 사용해 왔던 관계형 데이타베이스에 효율적으로 XML 데이타를 매핑하는 기법이나 XML 데이타를 위한 새로운 전용 저장소에 대한 연구들이 주를 이룬다. XML 전용 저장소에서 많이 사용되는 방식으로 XML 문서를 파싱하여 각 노드들을 개별적인 객체로 생성한 후 이를 저장하는 방식이 있다. 이러한 저장 방식에서는 개별적인 객체들의 물리적 배치, 즉 클러스터링이 성능에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 하나의 XML 문서를 보다 효율적으로 저장하는 클러스터링 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 데이타 노드들의 경로 유사도를 기반으로 클러스터링을 수행하여 질의 요청에 대한 결과를 반환할 때 발생하는 페이지 I/O를 줄인다. 또한 경로 질의 처리시 필요한 클러스터만을 이용하여 질의 처리를 수행하는 방법을 제안한다. 이는 질의 처리과정에서 불필요한 데이타를 제외함으로써 결과적으로 탐색 공간의 크기를 줄일 수 있어 보다 효율적인 경로 질의 처리를 가능하게 한다. 이밖에 본 논문에서는 기존의 다른 클러스터링 기법들과 제안한 기법들과의 성능 비교를 수행하고, 이를 통해 적절한 클러스터링 기법을 이용하면 XML 저장소의 성능을 향상시킬 수 있음을 보인다.
XML에 대한 질의 언어는 데이타 그래프 내의 경로를 이용하여 질의를 표현한다. 특히, 경로에 패턴 (예를 들어, 정규식)을 사용함으로써, 데이타의 구조를 정확히 알지 못하더라도 질의가 가능하도록 한다. 이때, 패턴을 이용하는 질의는 데이타 그래프의 탐색범위를 크게 넓히게 된다. 기존의 XML색인 기법은 질의의 탐색범위를 줄이기 위해 데이타 그래프 내의 서로 동일한 경로들을 하나로 묶어 작은 크기의 색인 그래프를 생성하는 방법을 이용한다. 하지만 이러한 색인들은 많은 경우 색인의 크기가 데이터 그래프의 크기만큼 증가하게 되어 질의의 탐색범위를 줄이지 못하고, 따라서 효율적인 질의 처리를 보장하지 못한다. 본 논문에서는 데이타 내에 존재하는 모든 경로를 분할(partitioning)하고 질의 처리 시 질의에 맞는 분할 영역을 빠르게 찾아낼 수 있는 색인 그래프를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 색인 그래프는 데이터 그래프의 크기와 상관없이 색인 그래프의 크기를 조절할 수 있다. 따라서 색인 그래프의 크기를 작게 구성함으로써 색인 그래프 탐색 비용을 크게 줄일 수 있다. 본 논문에서는, 실험을 통해 기존의 그래프 기반색인 기법들보다 본 논문의 색인 기법이 보다 효율적임을 보이고 색인의 크기 변화에 따른 성능 변화에 대해 알아본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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