时态数据库技术漫谈
时间：2021-04-07 08:01:51 来源：达达文档网 本文已影响 人 
【摘 要】所有信息都具有相应的时态属性，时态数据库是一种与时间有关的数据库技术。本文介绍了时态数据库技术的基本概念和特征，以及时态数据库的现状与展望。
【关键词】时态;时态数据库;技术
一、引言
时间是自然界无处不在的客观属性，真实的事件无不打上时间的烙印。客观世界中的事物都具有时间的属性，因此在数据库系统中管理时间信息是必要且迫切的。所有的信息是随时间变化的，这种随着时间变化的信息称为时态信息。它本身没有时间性，需要应用时间元素来记录信息的时态属性，这种记录时态数据反映时态信息的数据库就是时态数据库。
描述现实世界的带有时间属性的信息系统，特别是以时态信息为关键特征的信息系统，称为时态信息系统。例如金融方面的会计、银行系统，档案管理方面的人事档案、医疗记录系统，行程安排中的飞机、火车、旅馆等项目的管理系统，科学应用方面的气候、地理系统等等。随着数据库与信息技术的深入和发展，信息系统面临许多新的应用和需求，对时态信息处理的需求越来越迫切，时态信息在信息系统中扮演着日益重要的角色。
二、时态数据库的基本概念
在时态数据库中存在着三种基本的时间体系。（！）用户自定义时间，是指用户根据自己的需要或理解定义的时间。（2）有效时间，是指一个对象或者事件在现实世界中发生并保持的那段时间。（3）事务时间，是指一个数据库对象进行操作的时间，是一个事实存储在数据库中的时间。它记录着对数据库修改或更新的各种操作历史，对应于现有事务或数据库状态变迁的历史。时态数据库有两个时间变元Now和UC， Now随着当前时间的变化而变化，记录了随时间变化的信息，它的有效值依赖于当前时间。UC是主要用于事务时间中的时间变元，表示直到该元组改变的时间。
按表示时态信息的方式，可以将数据库分成四个基本类型。（！）快照数据库。它是以在特定时刻的瞬间快照建立模型，反映了现实世界某一个瞬间的情况。（2）回滚数据库。它按事务时间编址，保存了过去每次事务提交之前的初始状态。（3）历史数据库。它支持有效时间，可以显著增加系统包含的信息量，也便于对信息进行处理。（4）双时态数据库。它既支持事务时间，又支持有效时间。双时态数据库集成了前三种数据库的功能特性，由一个四维结构的时态关系组成。其中两维是属性和元组，另外两维是事务时间和有效时间，时态关系可以看成是一个历史关系的序列。时态数据库在传统数据库的基础上增加了时间维概念，时间维指的是有效时间维和事务时间维。对于数据库中的元组来说，有效时间反映的是元组属性在现实中为真的时间，事务时间是数据在数据库中没有逻辑删除的时间。可以把有效时间的维看成是一个数轴，数轴中的取值可以是从过去的某一时刻起，到现在甚至是将来的某一个时间点，而元组的有效时间取值就是在这个时间轴上取有限个时间点，或者是有限个时间片段。
传统的商业数据库管理系统，例如Oracle、SQL Server和Sybase等都不支持时态数据的管理操作。虽然它们基本上都支持某些时间数据类型，但是并不提供相应的语义操作，时间包含的特殊语义只能由用户自己判别。一个时态数据库管理系统（TDBMS）需要支持以下功能：（1）一种时态数据定义语言。（2）一种时态数据操纵语言。（3）一种时态查询语言。（4）时态约束，例如时态外键一致性约束。
三、时态数据库的现状与展望
目前时态信息技术仍处于研究和发展阶段，人们从不同的角度提出了各种时态数据库模型;另一方面由于实际应用的需求，时态信息处理的应用领域越来越宽，在应用中也提出了许多方法和技术，大大促进了时态数据库的发展。虽然在理论上已经证明了时态数据库拥有传统数据库所无法企及的优点，但是在实践中很难真正实现一个既具有传统数据库的功能，例如数据定义、存储、完整性控制等，又能实现时态处理的完整的时态数据库，能够进行时态处理的成熟的商业数据库管理系统也不多见。这就使得时态数据库的理论得不到充分的实际应用的检验，给时态数据库的推广和进一步发展蒙上一层阴影。
现有时态数据库技术研究中的不足可以归纳为以下几点。（！）时态数据运算体系不完备，缺乏系统和有力的数学理论支持。（2）时态数据模型不够成熟，国际标准需要进一步完善。大多数时态数据模型都是传统关系数据库的扩展，时态数据查询语言也是对当前查询语言例如SQL的扩展，时态数据查询功能有限，效率较低。（3）技术研究大多局限在数据库的时态属性，而忽视了其他信息的时态属性，例如知识库的时态特征和应用。时态数据技术更多地还停留在数据处理上，关于时态逻辑和推理方面的研究，主要成果是符号演算和推理能力较强，但是信息处理能力相对较弱，导致与时态数据库和时态信息处理研究相脱离。关于时态知识与逻辑方面，目前主要包括时间区间逻辑运算的扩充等，时态知识数据库模型的研究程度还不够深入。（4）在电子商务、地理信息系统、农业信息系统、智能决策支持系统、数据仓库，特别是时空信息技术和多媒体信息系统方面，时态信息处理技术得到空前的重视和应用。但是由于成熟的时态模型和软件产品并不多，大部分与时态相关的应用只是借鉴当前一些时态数据模型，在实际应用中仍然只能采用传统技术，其时态部分的解释是由应用程序而非数据库本身来进行的。
新一代信息系统对时态信息处理技术的需求迫切而广泛，因此具有广阔的市场发展前景，时态信息处理理論、技术和应用的研究及实践活动方兴未艾。时态数据模型正朝着统一化、标准化的方向发展，时态数据库查询语言朝着产品化方向发展。由于SQL是当前标准的数据库查询语言，所以时态数据库模型现在基本上都采用扩充SQL模型，例如TSQL2模型、ATSQL查询语言等等。另一方面，由于时态信息需求的多元化，导致时态信息的应用也是多元化的。
四、结语
有别于传统的关系数据库，时态数据库记录中的元组部分属性带有时变的特性，这就导致数据库的一些基本概念、理论和性质等方面都发生改变。时态数据模型的统一化和标准化是大势所趋，时态信息应用领域也越来越广阔。由于时态只是信息的重要属性，时态信息产品将朝着嵌入式、面向领域的、面向应用的中间件和软件构件等方向发展。
【参考文献】
[1] 汤庸. 高级数据库技术与应用[M].北京：高等教育出版社， 2008.
作者简介：王晓东（1971—），男，汉族，湖北十堰人，副教授，主要研究方向：软件开发。
