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Is-A Node Type Modeling Methodology to Improve Pattern Query Performance in Graph Database 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.25 no.4, 2020년, pp.123 - 131  

Park, Uchang (Dept. of Computer Engineering, Duksung Women's University)

초록
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그래프 데이터베이스에서 패턴질의는 관계 데이터베이스 SQL과 비교하여 질의의 쉬운 표현, 높은 질의 처리 성능을 기대할 수 있는 장점이 있다. 그러나 그래프 데이터베이스는 관계 데이터베이스와 달리 논리적 데이터 모델을 구축하는 방법론이 정의되어 있지 않아 모델링에 따라 패턴 질의의 장점을 활용하지 못할 수 있다. 본 연구는 그래프 모델링 과정 중 나타나는 is-a 노드 모델링 방법에서 일반화 모델로 설계할 경우와 특수화 모델로 설계할 경우 그래프 패턴질의의 성능 차이가 있음을 실험하였다. 실험 결과 is-a 노드 설계를 특수화 모델로 설계할 경우 더 우수한 성능을 얻을 수 있음을 보였다. 또 추가로 패턴질의를 작성할 때 변수를 노드나 간선에 바인딩시키는 경우 그렇지 않는 경우보다 성능이 우수할 수 있음을 보였다. 실험 결과들은 그래프 데이터베이스에서 패턴질의에 대한 is-a 노드 모델링 방법 및 그래프 질의 작성 방법으로 제시될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The pattern query in graph database has advantages of easy query expression and high query processing performance compared to relational database SQL. However, unlike the relational database, the graph database may not utilize the advantages of pattern query depending on modeling because the methodo...

주제어

#그래프 패턴질의   #Is-a 모델링   #그래프 데이터베이스  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그래프 노드의 is-a 타입 모델링 설계 시 일반화/특수화 방법에 따른 그래프 패턴질의 성능에 관하여 기존 연구가 진행된 바 없다[11]. 본 연구에서는 그래프 데이터 모델링의 적절성을 데이터베이스 구축 후 패턴질의를 수행하여 판단하는 것보다 패턴질의의 여러 유형에 대하여 성능 평가를 통하여 일반적인 가이드라인을 제시하고자한다. 모델에 따른 성능 평가 비교는 그래프 패턴질의를 사용하며, 그래프 데이터베이스의 대표적인 시스템인 Neo4j[12]를 사용한다.
  • 그래프 데이터베이스에서 패턴질의는 중요한 질의로 관계 데이터베이스와 비교하여 질의의 쉬운 표현, 우수한 질의 처리 성능을 기대할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 이러한 장점을 활용할 수 있는 여건 중 그래프 데이터베이스 is-a 모델링 방법의 선택과 Cypher 질의 바인딩 여부에 관한 사례에 대하여 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 데이터베이스는 LUBM 벤치마크에서 사용하는 대학 학사 데이터베이스를 사용하였으며, Neo4j 그래프 데이터베이스로 실험하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
그래프 데이터베이스란 무엇인가? 그래프 데이터베이스는 NoSQL 데이터베이스의 일종으로 패턴질의를 사용하여 패턴의 탐색, 추천 시스템 등 응용에 좋은 질의 성능을 보여주고 있다[1][2]. 그래프 데이터베이스는 그래프 정의에 따라 설계되지만, 관계 데이터베이스와 달리 논리적 데이터 모델을 구축하는 표준화 된 방법론이 별도로 정의되어 있지 않다.
모델의 적절성을 평가할 방법이 없는 그래프 데이터베이스는 어떤 방향으로 설계되어야 하는가? 그래프 데이터베이스는 관계 데이터베이스에서처럼 정규화 등 모델의 적절성을 평가할 방법은 없는 것으로 알려져있다. 따라서 모델의 적절성은 응용에 따라 그래프 패턴질의의 성능을 높이는 방향으로 설계되어야 하고 그 중 하나의 방법이 is-a 모델링의 선택에 관한 것이다. 본연구에서 패턴질의의 성능 실험결과를 통하여 is-a 모델링의 경우 특수화 모델링이 성능이 우수함을 알 수 있었다.
그래프 질의는 어떻게 나뉘는가? 그래프 질의는 패턴질의(pattern matching query)와 분석 질의(analytical query)로 나눈다[6]. 패턴질의는 그래프의 부속 그래프(subgraph)를 찾는 질의로, 노드 레이블로 경로 필터링, 간선 레이블로 경로 필터링, 사이클 패턴 등 그래프의 일부분에 접근하는 질의이고, 분석질의는 노드 차수, 차수의 집중도, 연결성, 최단 거리 계산 등 그래프의 많은 부분에 접근하는 질의이다.
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참고문헌 (15)

  1. Renzo Angles and Claudio Gutierrez, et al., "An Introduction to Graph Data Management," Graph Data Management, Springer, pp. 1-43, 2018. 

  2. Chad Vicknair, et al., "A Comparison of a Graph Database and a Relational Database," ACMSE '10, Oxford, MS, USA, Apr. 15-17, 2010. 

  3. https://neo4j.com/developer/data-modeling/, [accessed: Aug. 1, 2019] 

  4. Subhrajyoti Bordoloi and Bichitra Kalita, "Designing Graph Database Models from Existing Relational Databases," International Journal of Computer Applications, Vol. 74, No. 1, pp. 25-31, Jul. 2013. 

    crossref

  5. https://neo4j.com/developer/cypher-query-language/, [accessed: Apr. 1, 2020] 

  6. Jurgen Holsch and et al., "On the Performance of Analytical and Pattern Matching Graph Queries in Neo4j and a Relational Database," Workshop Proceedings of the EDBT/ICDT 2017 Joint Conference, Venice, Italy, Mar. 2017. 

  7. Shalini Batra and Charu Tyagi, "Comparative Analysis of Relational And Graph Databases," International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE) Vol. 2, No. 2, pp. 509-512, May 2012. 

  8. Alexandra Martinez, et al., "A Comparison between a Relational Database and a Graph Database in the context of a Personalized Cancer Treatment Application," Proceedings of the 10th Alberto Mendelzon International Workshop on Foundations of Data Management, Jun. 2016. 

  9. Enhanced Entity-Relationship Model, http://jcsites.juniata.edu/faculty/rhodes/dbms/ermodel.htm, [accessed: Aug. 1, 2019] 

  10. https://www.cs.uct.ac.za/mit_notes/database/htmls/chp07.html, [accessed: Aug. 1, 2019] 

  11. Thomas Frisendal, Graph Data Modeling for NoSQL and SQL, Technics Publications, 2016. 

  12. Neo4j, https://neo4j.com/, [accessed: Aug. 1, 2019] 

  13. Andrey Gubichev and Manuel Then, "Graph Pattern Matching - Do We Have to Reinvent the Wheel?," GRADES'14, June 22-27 2014, Snowbird, UT, USA 2014. 

  14. Renzo Angeles, "The Property Graph Database Model," Alberto Mendelzon International Workshop on Foundations of Data Management(AMW), Cali, Colombia, May 21-25, 2018. 

  15. warm cache and cold cache, https://stackoverflow.com/questions/22756092/what-does-it-mean-by-cold-cache-and-warm-cache-concept, [accessed: Aug. 1, 2019] 

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