[논문 리뷰] On Directly Mapping Relational Databases to RDF and OWL (Extended Version)

Juan Sequeda, Marcelo Arenas외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 16.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 18인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 NULL 값이 존재하는 경우에도 정보 및 쿼리 의미를 유지하는 관계형 데이터베이스에서 RDF 및 OWL로의 직접 매핑을 제안한다. 이 매핑이 단조성과 정보/쿼리 유지성임을 증명하지만, 단조성이 본질적으로 의미 유지성을 방해함을 보이며, 따라서 확장된 OWL에서 지식 기반 연산자를 활용하여 전체 의미 유지성을 달성하는 비단조성 대안을 제안한다.

ABSTRACT

Mapping relational databases to RDF is a fundamental problem for the development of the Semantic Web. We present a solution, inspired by draft methods defined by the W3C where relational databases are directly mapped to RDF and OWL. Given a relational database schema and its integrity constraints, this direct mapping produces an OWL ontology, which, provides the basis for generating RDF instances. The semantics of this mapping is defined using Datalog. Two fundamental properties are information preservation and query preservation. We prove that our mapping satisfies both conditions, even for relational databases that contain null values. We also consider two desirable properties: monotonicity and semantics preservation. We prove that our mapping is monotone and also prove that no monotone mapping, including ours, is semantic preserving. We realize that monotonicity is an obstacle for semantic preservation and thus present a non-monotone direct mapping that is semantics preserving.

연구 동기 및 목표

• 관계형 데이터베이스에서 RDF 및 OWL로의 직접적이고 자동화된 매핑을 개발하여 데이터 및 쿼리 의미를 유지한다.
• NULL 값 처리를 고려할 때의 기본 성질—정보 유지성, 쿼리 유지성, 단조성, 의미 유지성—을 분석한다.
• OWL 기반 매핑에서 단조성과 의미 유지성 간의 갈등을 해결한다.
• OWL의 한계에도 불구하고 전체 의미 유지성을 달성하는 비단조성 직접 매핑을 제시한다.
• 지식 기반 연산자를 갖춘 확장된 OWL을 통해 단조성과 의미 유지성을 동시에 달성할 수 있는지 탐색한다.

제안 방법

• 관계형 스키마와 인스턴스가 OWL DL 및 RDF로 어떻게 변환되는지 공식적으로 명시하기 위해 Datalog 의미론을 사용하여 매핑을 정의한다.
• 각 관계는 클래스로 매핑되며, 속성은 속성으로, 튜플은 속성 진술이 있는 RDF 자원으로 매핑된다.
• NULL 값은 특수한 NULL 기호로 명시적으로 모델링되며, 표준 SQL NULL 의미론을 준수하는 Datalog 규칙을 통해 처리된다.
• NULL을 포함한 공식적인 관계 대수를 사용하여 쿼리 동치성 정의 및 쿼리 유지성 보장을 한다.
• 업데이트 시 전체 스키마 재처리가 필요 없도록 하여 증분 업데이트를 가능하게 하기 위해 단조성을 보장한다.
• 외래 키 제약 조건을 명시적 논리적 진술로 표현함으로써 비단조성 변종을 도입한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관계형 데이터베이스에서 RDF 및 OWL로의 직접 매핑이 NULL 값이 존재하는 경우에도 정보 및 쿼리 의미를 유지할 수 있는가?
• RQ2 OWL 의미론 하에서 직접 매핑에서 단조성과 의미 유지성을 동시에 달성할 수 있는가?
• RQ3 왜 단조성이 OWL 기반 매핑에서 의미 유지성을 방해하는가?
• RQ4 단조성과 의미 유지성을 동시에 달성할 수 있는 최소한의 OWL 확장은 무엇인가?
• RQ5 비단조성 직접 매핑은 정보 및 쿼리 유지성을 유지하면서도 전체 의미 유지성을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 직접 매핑은 NULL 값이 존재하는 경우에도 정보 유지성과 쿼리 유지성을 보장하여 손실 없는 재구성과 동일한 쿼리 결과를 보장한다.
• 매핑은 단조적이므로 전체 재계산 없이 효율적인 증분 업데이트가 가능하다.
• 표준 OWL에서는 제약 조건 인식 추론이 만족 가능성 테스트를 초과하지 않기 때문에 단조성과 의미 유지성이 상충된다.
• 외래 키가 고려될 경우, OWL이 외래 키 위반을 직접적으로 표현할 수 없기 때문에 단조성 직접 매핑은 의미 유지성을 달성할 수 없다.
• 비단조성 직접 매핑은 의미 유지성과 쿼리 유지성을 모두 달성하며, 단조성 접근의 한계를 극복한다.
• 논문은 OWL에 지식 기반 연산자를 추가하면 단조성과 의미 유지성을 동시에 달성할 수 있는 직접 매핑이 가능할 수 있으며, 이는 이론적 가능성에 그친다.