NoSQL Andere Wege in der Speicherung von Geodaten?

Transkript

1 NoSQL Andere Wege in der Speicherung von Geodaten? Holger Baumann, Agenda Status Quo Speicherung von Geodaten in SQL-Datenbanken Datenbanken im Web Umfeld Verteilte Datenbanken Begriff und Klassifizierung NoSQL Datenbanken Beispiel: MongoDB, Geodaten in MongoDB Schlussfolgerungen 2 1

2 Speicherung von Geodaten in relationalen Datenbanken 3 Speicherung von Geodaten in objektrelationalen Datenbanken Geometrie Flurstück Geometrie Gebäude 4 2

3 Datenbanksysteme mit Erweiterung für Geodaten (Auswahl) Datenbanksystem Oracle PostgreSQL MS SQL Server IBM DB2 MySQL SpatialLite Erweiterung zur Geodatenbank Oracle Locator und Oracle Spatial PostGIS ab Version 2008 integriert Spatial Extender und Geodetic Extender keine objektrelationale Erweiterung, aber Unterstützung von Geometrie-Datentypen, räumliche Anfragen werden teilweise unterstützt Variante der Datenbank SQLite als Geodatenbank, auch für mobile Anwendungen 5 Anforderungen an Datenbanken im Web-Umfeld Quelle: 6 3

4 Anforderungen an Datenbanken im Web-Umfeld mit Anwendungen im Web-Umfeld (Content Management, Soziale Netzwerke) entstehen geänderte Anforderungen an Datenbanksysteme: extrem große Datenmengen (teilweise Peta-Byte) Daten häufig unstrukturiert oder semistrukturiert flexible Datenbank-Schemata gefordert (Tabellen zu starr) schnelle Antwortzeiten der Datenbank hohe Verfügbarkeit 7 Skalierung von Datenbanken Vertikale Skalierung Horizontale Skalierung 8 4

5 Definition NoSQL - Datenbanksystem NoSQL-Datenbanken sind durch folgende Punkte gekennzeichnet: Datenbankmodell ist nicht-relational schemafreies Datenmodell oder nur schwache Schemarestriktionen horizontal skalierbar häufig anderes Konsistenzmodell als bei relationalen Datenbanken (nach Kudraß: Taschenbuch Datenbanken, Kapitel 12) 9 Klassifizierung von NoSQL Datenbanken Key-Value Document Store Wide Column Store Graph Databases mehr als 225 verschiedene Datenbanken [siehe:

6 Datenbank - Ranking [Quelle: 11 Dokumentenorientierte Datenbank MongoDB humongous, gigantisch Schemafreie Datenbank, Dynamisches Datenbank-Schema: Schema wird zur Laufzeit festgelegt CAP-Theorem: Konsistenz vor Verfügbarkeit, kann aber Verfügbarkeit aufrechterhalten, solange die Mehrzahl der Datenbankknoten miteinander kommunizieren verwaltet Sammlungen von JSON-ähnlichen Dokumenten Suche in jedem Feld der Datenbank möglich, Bereichssuche, über reguläre Ausdrücke und auch unterstützt durch JavaScript-Funktionen, die auf dem Datenbank-Server ausgeführt werden Unterstützung von Indizes auch von räumlichen Replikation: Master-Slave, bei Ausfall des Masters wird ein neuer Master gewählt Entwicklung seit 2009, Open Source, programmiert in C++, für viele Plattformen 12 6

7 JSON - GeoJSON RFC 7946: 13 MongoDB Bildquelle: Masterarbeit A.Kohlrusch

8 Indizierung von Geodaten in MongoDB Index 2d: für Koordinatenpaare in der Ebene (Wertebereich -180 bis 180!) Beschreibung der Punkte in JSON ist kein GeoJSON nur bis Version 2.2 empfohlen wenige Funktionen, keine Linien- und Flächenobjekte realisiert: GeoHash Index 2dsphere: ab Version 2.6 auch Unterstützung aller Simple Feature Geometrien (OGC) Index für Koordinatenpaare oder GeoJSON kein shared-index Koordinatensystem ist WGS84 realisert: rekursive Quadtree-Zerlegung, binär kodiert 15 Raumbezogenen Daten in MongoDB Unterstützte GeoJSON-Objekte: Point LineString Polygon MultiPoint MultiLineString MultiPolygon GeometryCollection 16 8

9 Raumbezogene Operatoren in MongoDB Operator $geowithin $geointersects $near $nearsphere Funktion Dokumente innerhalb einer Geometrie Dokumente, die eine Geometrie schneiden Dokumente im Umkreis zu einem Punkt (Abstand mit Angabe größter und kleinster Wert) Dokumente im Umkreis zu einem Punkt (Abstand mit Angabe größter und kleinster Wert), Berechnung sphärisch 17 Beispieloperation Quelle:

10 Schlussfolgerungen - Dokumentendatenbanken interessantes (anderes) Konzept, kostengünstig für große Datenmengen Aufbewahren von Geodaten unproblematisch Unterstützung für Geo-Anwendungen noch sehr knapp, auf Web- Anwendungen ausgerichtet, dafür möglicherweise ausreichend eingeschränkte Unterstützung von Koordinatensysteme (künftige Unterstützung von Nutzerkoordinatensystemen????) Entwicklungen noch nicht abgeschlossen! auch Couchbase-Server beginnt mit Unterstützung raumbezogener Daten 19 Anwendungsszenarien Kombination verschiedener Speichertechnologien Quelle: Menneric, C., Arrasz, J.: Eine Reise durch die Welt von NoSQL,

11 Anwendungsbeispiel: Zwischenspeicherung komplexer Abfragen zur Visualisierung im Web-Browser Bildquelle: Poster zur Masterarbeit A.Kohlrusch Quellen / Literaturhinweise Edlich u.a.: NoSQL Einstieg in die Welt nichtrelationaler Web 2.0 Datenbanken, Hanser Verlag, 2010 Menneric, C., Arrasz, J.: Eine Reise durch die Welt von NoSQL, entwickler.press, 2015 Kudraß: Taschenbuch Datenbanken, Hanser Verlag, 2.Auflage, 2015 Kohlrusch, A.: Entwicklung und prototypische Umsetzung eines Informationssystems für die Bewertung des Risikopotenzials von Pflanzenschutzmitteln unter Einsatz von MongoDB, Masterarbeit, 2016 Schulz, M.: Untersuchungen zum Einsatz von Apache CouchDB als Geodatenbank, Masterarbeit,

12 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 12