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1 Data Warehouses: Fdamentos, Ferramentas e Tendências Atuais Prof. Renato Fileto Departamento de Informática e Estatística (INE) Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) Tópicos Conceitos básicos Sistemas de Suporte à Decisão Data Warehouses (DWs) OLTP vs. OLAP Modelo Dimensional e operadores OLAP (drill-down, roll-up, etc.) Planejando, projetando e implementando DWs Diretrizes gerais, fases do desenvolvimento e tarefas envolvidas Estudo de Caso: DWs para a agricultura Padrões e ferramentas para a implementação de DWs Principais componentes e padrões para DWs Ferramentas abertas e proprietárias para DWs Algs temas de pesquisa atuais em DWs DWs com extensões espaciais e temporais Semântica em DWs Conclusões e referências para estudos adicionais Tópicos Conceitos básicos Sistemas de Suporte à Decisão Data Warehouses (DWs) OLTP vs. OLAP Modelo Dimensional e operadores OLAP (drill-down, roll-up, etc.) Planejando, projetando e implementando DWs Diretrizes gerais, fases do desenvolvimento e tarefas envolvidas Estudo de Caso: DWs para a agricultura Padrões e ferramentas para a implementação de DWs Principais componentes e padrões para DWs Ferramentas abertas e proprietárias para DWs Algs temas de pesquisa atuais em DWs DWs com extensões espaciais e temporais Semântica em DWs Conclusões e referências para estudos adicionais Processos Decisórios passado experiências acumuladas só a percepção pode ser mudada informações históricas presente tomada de decisões futuro t e m p o planos a executar para atingir objetivos planejamentos simulações Sistema de Suporte a Decisão Classes de Sistemas de Informação Sistemas Transacionais Controlam informações operacionais (por exemplo, vendas, compras, contabilidade, sensoriamento e sistemas de tempo real). Operações de manipulação de dados (insert, update, delete), normalmente on-line e em nível detalhado. Sistemas de Suporte à Decisão Extraem informações necessárias para a tomada de decisão, utilizando consultas complexas sobre grandes volumes de dados (por exemplo, determinar a taxa de crescimento do faturamento nos últimos 5 anos). Podem usar sistemas transacionais como fontes de dados. Característica Objetivo Volume Histórico BDs Transacionais vs. Suporte à Decisão Uso Processamento Unidade de trabalho Usuários Interação dos usuários Dados Granularidade Reddância Estrutura Manutenção Atualização Integridade Acesso a registros Índices Fção dos índices BD Transacional Atividades cotidianas Operacional OLTP Inclusão, alteração, exclusão Operadores (muitos) Ações pré-definidas Operacionais Pode ser alto (MB GB) 60 a 90 dias Detalhada (baixa) Não ocorre (só p/ eficiência) Estática Mínima é o desejável Contínua (tempo real) Transação Poucos - por transação Poucos/simples Localizar um registro BD Suporte à Decisão Análise do negócio Informativo OLAP Carga e consulta Gerência (poucos) Pré-definida e ad-hoc Analíticos Muito alto (GB TB) vários anos Detalhada e consolidada (alta) Pode ocorrer Variável Constante Periódica (snapshots - retratos) Cada atualização Muitos - para consolidação Muitos/complexos Agilizar consultas 1

2 Data Warehouse ( ( Armazém de Dados ) Banco de dados voltado para o suporte à tomada de decisão. Possivelmente derivado de vários bancos de dados operacionais Pode ser usado como base para executar OLAP (On-Line Analytical Processing) e outras tecnologias de análise de informação e extração de conhecimento Objetivos: Satisfazer necessidades de análise de informações Monitorar e comparar situações atuais com passadas Estimar situações futuras Definições Data Warehouse - DW (W. H. Immon) Coleção de dados orientada a asstos, integrada, com séries temporais e não volátil, voltada para o apoio à tomada de decisão. Data Warehousing Processo de construção e uso de DWs. Business Intelligence (BI) Refere-se a coleta, organização, análise, compartilhamento e monitoramento de informações para suporte a gestão de negócios. Inclui Data Warehousing (DW,) Data Mining (DM), Customer Relationship Management(CRM). Características de um DW Orientado a asstos: por exemplo, vendas de produtos a diferentes tipos de clientes, atendimentos e diagnósticos de pacientes, rendimento de estudantes Integrado: diferentes nomenclaturas, formatos e estruturas das fontes de dados precisam ser acomodadas em um único esquema para prover uma visão ificada e consistente da informação Séries temporais: o histórico dos dados por um período de tempo superior ao usual em BDs transacionais permite analisar tendências e mudanças Não volátil: os dados de uma data warehouse não são modificados como em sistemas transacionais (exceto para correções), mas somente carregados e acessados para leituras, com atualizações apenas periódicas Contexto de Data Warehousing Cliente 1 Cliente 2 Metadados Consultas e Análises Data Warehouse Integração Fonte 1 Fonte 2 Fonte 3 A Tecnologia de Data Warehouses Ferramentas de ETC (Extração, Transformação e Carga) de grande volumes de dados de diversas fontes no DW com recursos para conversão, validação, correção (data cleansing) e integração dos dados Banco de dados com modelagem dimensional voltado para consultas complexas para a obtenção de informação consolidada Ferramentas de prospecção e análise de dados baseadas em OLAP (On-Line Analytical Processing) ADM resultados Arquitetura de um DW I t e r f a c e Cliente 1 Cliente 2... Cliente N DataMart 1... Data Warehouse... ETC (Extração, Tranformação e Carga) DataMart M Catálogo de Metadados Ferramentas de administração e gerenciamento do DW e seus Datamarts (DMs) atualizações Fonte 1 Fonte 2... Fonte K 2

3 O Modelo de dados dimensional Modelo específico para processamento analítico de informação (OLAP) Medidas organizadas segdo dimensões e suas hierarquias de níveis Exemplos de medidas quantidade vendida valor vendido número de habitantes Exemplos de dimensões Local com os níveis país, estado e micípio Tempocom os níveis ano, mês e dia Produtocom os níveis tipo e nome O Modelo de dados dimensional Local PR RS SC sum Produto Café Leite Pão... sum Jan 96 Fev sum Todos os produtos, Jan 08, PR Tempo Células ordinárias (brancas) têm dados no nível mínimo de granularidade para todas as dimensões Faces cooloridas com dados agregados (cot, sum, max, etc.) nas respectivas dimensões O Esquema de um Data Warehouse Um esquema em formato estrela Tabela(s) fato Dados quantitativos registros de medidas, com dados integrados de várias fontes (muitos registros) Dimensões Dados qualitativos - organizando conceitos e respectivas instâncias para a seleção e agregação dos dados quantitativos, rotulando esses dados e os resultados (poucos registros) Modelagem de dados em data warehouses: Star (modelo em formato estrela) SnowFlake (formato de floco de neve) Hypercube (modelagem em hiper-cubo) time time_key day day_of_the_week month quarter year branch branch_key branch_name branch_type Measures Sales Fact time_key item_key branch_key location_key its_sold dollars_sold avg_sales item item_key item_name brand type supplier_type location location_key street city province_or_street cotry Cardinalidades do esquema estrela Dados em um esquema estrela (não normalizado)

4 time time_key day day_of_the_week month quarter year branch Um esquema em formato floco de neve branch_key branch_name branch_type Measures Sales Fact time_key item_key branch_key location_key its_sold dollars_sold avg_sales item item_key item_name brand type supplier_key location location_key street city_key supplier supplier_key supplier_type city city_key city province_or_street cotry Hierarquias de dimensões (podem ser normalizadas) store stype city store storeid cityid tid mgr s5 sfo t1 joe s7 sfo t2 fred s9 la t1 nancy region stype tid size location t1 small downtown t2 large suburbs city cityid pop regid sfo 1M north la 5M south region regid name north cold region south warm region time time_key day day_of_the_week month quarter year branch branch_key branch_name branch_type Uma constelação de Tabelas Fato Measures Sales Fact time_key item_key branch_key location_key its_sold dollars_sold avg_sales item item_key item_name brand type supplier_type location location_key street city province_or_street cotry Shipping Fact time_key item_key shipper_key from_location to_location dollars_cost its_shipped shipper shipper_key shipper_name location_key shipper_type Tabela fato para cubo 2D Tabela Fato sale prodid storeid amt p1 c1 12 p2 c1 11 p1 c3 50 p2 c Cubo c1 c2 c3 p p Tabela fato para cubo 3D Agregação de dados Tabela fato Cubo Quantidade vendida no dia 1 SELECT sum(amt) FROM SALE WHERE date = 1 sale prodid storeid date amt p1 c p2 c p1 c p2 c2 1 8 p1 c p1 c2 2 4 day 2 day 1 c1 c2 c3 p p2 c1 c2 c3 p p sale prodid storeid date amt p1 c p2 c p1 c p2 c2 1 8 p1 c p1 c

5 Agregação de dados (II) Agregação de dados (III) Quantidade vendida por dia SELECT date, sum(amt) FROM SALE GROUP BY date Quantidades vendidas por produto e dia SELECT prodid, date, sum(amt) FROM SALE GROUP BY date, prodid sale prodid storeid date amt p1 c p2 c p1 c p2 c2 1 8 p1 c p1 c2 2 4 ans date sum sale prodid storeid date amt p1 c p2 c p1 c p2 c2 1 8 p1 c p1 c2 2 4 rollup drill-down sale prodid date amt p p p Operadores OLAP Slice: Projeta valores específicos de uma dimensão (extrai uma fatia do hypercubo) Dice: Slices consecutivos (extrai hypercubo menor) Roll-up (drill-up): sumariza dados, subindo na hierarquia de uma dimensão Drill-down (roll-down): reverso de roll-up, isto é, detalha os dados, descendo na hierarquia de uma dimensão Pivot: muda posição ou orientação da dimensões na projeção bidimensional de dados do hypercubo Slice Exemplo: DW vestibular UFSC (Felipe Shigov, UFSC, 2007) Drill-down 5

6 Visualização no OpenI (Felipe Shigov, UFSC, 2007) Drill Drill Down É usado para solicitar uma visão mais detalhada de um conjto de dados. Pode-se dizer que o usuário "mergulha" nos dados. Roll Up Consiste na operação inversa ao Drill-Down, ou seja, apresenta os dados cada vez mais agrupados ou sumarizados. Pivoting Serve para adicionar ou rearranjar as dimensões das tabelas Slice and Dice Para fixar uma informação de dimensão ou reduzir as dimensões de apresentação dos dados Tópicos Conceitos básicos Sistemas de Suporte à Decisão Data Warehouses (DWs) OLTP vs. OLAP Modelo Dimensional e operadores OLAP (drill-down, roll-up, etc.) Planejando, projetando e implementando DWs Diretrizes gerais, fases do desenvolvimento e tarefas envolvidas Estudo de Caso: DWs para a agricultura Padrões e ferramentas para a implementação de DWs Principais componentes e padrões para DWs Ferramentas abertas e proprietárias para DWs Algs temas de pesquisa atuais em DWs DWs com extensões espaciais e temporais Semântica em DWs Conclusões e referências para estudos adicionais 6

7 Projeto e Implementação de DWs Critérios para projeto de DW Data warehouses podem requerer muito investimento (tempo, dinheiro, trabalho), dificultando sua adoção em instituições de pequeno e médio porte. A modelagem é crítica para o sucesso de uma data warehouse e merece atenção. Empreendimentos que não considerem as diferenças entre modelagem de bancos de dados convencionais e data warehouses, incluindo questões técnicas e administrativas, podem facilmente fracassar. Determine um escopo pequeno Escolha um departamento Defina com clareza os objetivos Utilize os recursos tecnológicos disponíveis Não proponha um projeto coorporativo Conceba um projeto escalável Necessidade de critérios para planejamento, projeto e implementação de data warehouses Formas de Desenvolvimento de DWs Top-down: Projeto e implementação do DW completo definindo o esquema integrado, fontes de dados e Datamarts Bottom-up: Projeto e implementação de pequenas DWs ou DMs que vão se integrando aos poucos Combinada: Mistura desenvolvimento de DWs com várias fontes de dados e com diversos DMs com integração incremental Fases do desenvolvimento de DWs 1. Planejamento 2. Levantamento das necessidades e fontes de dados 3. Integração de dados 4. Modelagem dimensional 5. Projeto físico do banco de dados 6. Projeto das transformações de dados (ETC) 7. Desenvolvimento de aplicações 8. Validação e teste 9. Treinamento 10. Implantação Modelagem Dimensional É crítica para o sucesso de uma DW É diferente da modelagem de dados convencional A forma como o usuário visualiza e manipula os dados (organização em hipercubo) deve prevalecer A implementação pode ser em SGBDs específicos para DW ou relacionais/convencionais (verificar a forma como são realizadas jções e outras operações) Diagramas em estrela e floco de neve são utilizados para a implementação de bancos de dados em hypercubos sobre o modelo relacional Normalização pode ser dispensada, especialmente nas dimensões, por questões de eficiência Abordagem top-down Passos da Modelagem Dimensional 1. Definir a área de negócios (prioridades, mercado, custos e benefícios) 2. Definir os processos dentro da área de negócios 3. Determinar a granularidade desejada (e viável) 4. Definir a(s) tabela(s) fato 5. Descrever as dimensões 6. Definir as métricas para as medidas Aditivas: faz sentido adicionar (e.g., valor) Semi-Aditivas: faz sentido somar em certas dimensões (e.g., qtde. vendida no tempo/espaço, qtde. de chuva só no tempo) Não Aditivas: não faz sentido somar (e.g., valor-venda/custo) 7. Escolher um DataMart (definido por uma tabela fato e as dimensões associadas, para iniciar o desenvolvimento) 7

8 Extração, Transformação e Carga de Dados (ETC ETL em inglês) SGBDs relacionais BDs legados Flat Files Externos ETC DW SGBD Relacional SGBD OO/Relacional BD dedutivo Flat files Tarefas de ETC Filtragem de dados: para eliminar erros e elementos indesejados Integração de dados: correlaciona dados de fontes heterogêneas com os da data warehouse Conversão de dados: procedimentos para transformação entre formatos e idades Condensação de dados: para reduzir o volume e/ou agilizar o processamento Derivação de dados: define fórmulas para produzir novos valores a partir dos existentes ETL Steps ETL Steps (II) Capture = extract obtaining a snapshot of a chosen subset of the source data for loading into the data warehouse Scrub = cleanse uses pattern recognition and AI techniques to upgrade data quality Static extract = capturing a snapshot of the source data at a point in time Incremental extract = capturing changes that have occurred since the last static extract Fixing errors: misspellings, erroneous dates, incorrect field usage, mismatched addresses, missing data, duplicate data, inconsistencies Also: decoding, reformatting, time stamping, conversion, key generation, merging, error detection/logging, locating missing data ETL Steps (III) ETL Steps (IV) Transform = convert data from format of operational system to format of data warehouse Load/Index= place transformed data into the warehouse and create indexes Record-level: Selection data partitioning Joining data combining Aggregation data summarization Field-level: level: single-field from one field to one field multi-field from many fields to one, or one field to many Refresh mode: bulk rewriting of target data at periodic intervals Update mode: only changes in source data are written to data warehouse 48 8

9 Qualidade de Dados Precisão: grau de correção (e.g., casas decimais) Consistência: grau de coerência entre os dados Integridade: não falta pedaços do banco de dados e não há dados corrompidos Abrangência: escopo do banco de dados como um todo (e.g., intervalo de tempo, espaço geográfico coberto, gama de produtos) Granularidade: escopo mínimo de cada valor de dado (e.g., valores totais, mínimos e/ou máximos para cada hora ou cada dia) Localização dos dados de um DW Repositório centralizado (global): solução muito utilizada, mas com o inconveniente de requerer investimento em um servidor com alta capacidade de processamento e armazenamento. Repositórios Independentes: dados armazenados em diferentes locais ou DMs de acordo com áreas de interesse (e.g., financeiro, marketing). Níveis de Detalhes: dados altamente consolidados/resumidos em um servidor e dados detalhados em outro. Datamarts lógicos: DMs são visões lógicas dos dados integrados no DW. DW Centralizado DW Descentralizado Data marts: Mini-warehouses, limited in scope L T L One, companywide warehouse T E E 51 Separate ETL for each independent data mart Data access complexity due to multiple data marts ODS provides option for obtaining current data ODS and data warehouse are one and the same L L E T Simpler data access E T Single ETL for enterprise data warehouse (EDW) Dependent data marts loaded from EDW Near real-time ETL Data Warehouse Data marts are NOT separate databases, but logical views of the data warehouse Easier to create new data marts 9

10 Arquiteto de dados Instrutor A equipe de desenvolvimento de um DW Fção Gerente da data warehouse Administrador de metadados Administrador do BD Usuário de nível gerencial Analista de suporte à decisão Especialista em aplicações OLTP Analista e programador de conversões Especialista em suporte técnico Responsabilidades Definição das estratégias, planejamento e gerenciamento Análise dos requitos de dados, modelagem de dados e definição de visões Definição dos padrões de metadados e gerenciamento do catálogo de metadados Criação das estruturas físicas e monitoramento da carga de dados e desempenho das consultas Descrição dos dados necessários, especificação das regras do negócio e teste dos resultados Desenvolvimento de aplicações de suporte à decisão Ajuda na localização dos dados e uso dos recursos de consulta (dump) nos sistemas transacionais Indicação e catalogação das fontes de dados e desenvolvimento de programas para carga de dados Atividades técnicas como instalação e configuração de hardware e software Treinamento dos usuários para utilização da data warehouse Estudo de Caso: DWs para a Agricultura Projetos realizados jto à Embrapa, Epagri, Unicamp e Georgia Institute of Technology Análise da produção agrícola Agroclimatologia Zoneamento Agrícola Ilustram aplicações de conceitos e técnicas fdamentais Conceitos básicos Modelagem dimensional (e.g., hierarquias complexas) Operadores de agregação de dados Integração de dados Demonstram a necessidade de extensões Espaciais Temporais Agricultural Production Estimation Territorial Divisions cotry region state coty Crop Production planted area production it monetary_value Time year quarter month Products class family crop DW Produção de Frutas no Brazil (Carlos Meira, Embrapa, 2003) Product Local Planted Area (ha) Production Unity * * Orange Brazil tons Center North North-East South South-East Espírito Santo Minas Gerais Rio de Janeiro São Paulo Banana Brazil tons Coconut Brazil fruits Pineaple Brazil fruits Papaya Brazil tons * Estimation by December 2002 (actual production data not available yet) DW Produção Agrícola (Renato Deggau, Epagri/UFSC, 2009) Climate Data Territorial Divisions cotry region state coty location Climate Attributes Max Temp Min Temp Avg Temp Total Rainfall Time year month week day Organizations consortium institution department 10

11 Average Rainfall in Pernambuco State (Cepagri/Unicamp, 2002) Pernambuco State - Brazil Average Yearly Rainfal (mm) Cotry The Territory Dimension Cotry Region Eco Region Macro Basin State Region State Coty Macro Region Official Region Metro Area Micro Basin Locality Geo-Point Polygons of Territorial Subdivisions States, Coties, Localities, etc. Instances of Territory (I) Instances of Territory (II) Cotry Brazil Cotry Brazil Official Region Center North North-East South South-East Official Region Amazon Center-South Northeast State DF GO MS MT AM AP AL BA PR RS SC ES MG RJ SP State AM AP PA DF ES GO RJ SC SP AL BA CE State Region Chapada dos Veadeiros Santa Catarina Sea Shore Fluminense Low Lands State Region Chapada dos Veadeiros Fluminense Low Lands Northern Sea Shore Coty Alto Paraíso Florianópolis Rio de Janeiro Coty Alto Paraíso Rio de Janeiro Ubatuba GeoPoint S W S W GeoPoint S W S W S W The Time Dimension Calendar Time Year Seasons Years Period Semester Trimester Crop Stage Dairy Cattle Raising Stage Climate Year Bimmester Month 10 days Period week 5 days Trimester Month Jan Feb Mar Apr May J Jul Aug Sep Oct Nov Dec Day Hour Day

12 Stages of an Annual Crop Stages of a Permanent Crop Life Cycle Soy Beans Life Cycle Coffee Stage Emergence Development Blooming Grain Filling Maturation Stage Development Production[1,...] Phase Pós-emergence Middle Development Pré-Blooming Phase Dormence Blooming Grain Filling Maturation Period Period 5 days 1st.Per. 2nd.Per. 3rd.Per. 4th.Per. 10 days D[1,...] D[(1,1),(1,2),...] B[(1,1),(1,2),...] The Agricultural Product Dimension The Organizations Dimension Raw Plant Consortium RNA Kind Grain Fruit Vegetable Institution Embrapa Unicamp IAC Crop Beans Rice Corn Orange Mango Carrot Squash Unit CPAC CNPTIA CEPAGRI Group Carioca black White-long Variety Onix Araguaia Department Plants Physiology Data Sources and Repositories for Meteorological Data Combining Repositories Institutional Repositories Data Collecting Devices I1 C1 I2 C3 C2 I3a I3 I3b Weather Measures Collecting and Combining Climatic Data Temporal Series Abstraction Aggregation Scope Climate Attributes Climate Attributes Warehouse seasonal aggregation collect & review combine data sets Aggregated Climate Measure Relevant Processed Measures Detail fuse data aggregation / interpolation over space, time, etc. Precision 12

13 One Source of Weather Data Another Source of Weather Data WeatherSample W_Measure at has at has Position Measures Position Values in has has in has has Loc Lat Long Rainfall Temp Loc Lat Long Alt P AvgT MinT MaxT in DegreeMinSec mm Celsius City DegrDec Meters mm Celsius Data Integration Water Balance São Paulo State WSamples_BR SP.Water Balance Position Measures at ComposedOf Position Values DD=f(DMS) Loc Lat Long DegrDec Rainfall mm Temp Celsius in id id during PartOf WSamples-SP WSamples_MG Loc Lat Long Period Rainfall Evap ER PEP Arm Exc Def Alt AvTemp Position Measures Position Values OneOf Loc Lat Long Rainfall Temp Loc Lat Long Alt P AvgT MinT MaxT DegreeMinSec Year PartOf Month Millimeters Celsius Degrees DegreeMinSec mm Celsius City DegrDec Meters mm Celsius OneOf Jan Feb... Dec Water Balance Minas Gerais State Water Balance Data Integration MG.Water Balance at RNA.Water Balance ComposedOf Loc Position in id id Latitude Longitude at id Altitude during Period P ComposedOf Values ETP ETR DEF PartOf EXC T Position in id id Location Latitude Longitude SigDegrDec Year DD=f(DMS) SP.Water Balance at ComposedOf over Period One Of Part Of Rainfal Month Values PartOf ETP ETR Def Exc Temperature Millimeters Celsius Degrees MG.Water Balance at ComposedOf in City SigDegreeDec OneOf Year Month PartOf Meters Millimeters OneOf Jan Feb... Dec Celsius Degrees Position Values in PartOf over id id Loc Lat Long Per Rainfall Evap ER PEP Arm Exc Def Alt AvTemp One Of Year Month Celsius Part DegreeMinSec Millimeters Degrees Of One Jan Feb... Of Dec Position Values over in PartOf id id id Loc Lat Long Altitude Period P ETP ETR DEF EXC T in One Of Year Month Celsius City SigDegrDec Meters Part Millimeters Of Degrees One Of Jan Feb... Dec 13

14 Converting Data Values Selecting on a Dimension Target Climate Attributes Rainfall (mm) Avg Temp (C) [State(SP)] Target Climate Attributes Lat Long : [State(SP)] mm = inch * 25,4 C = (F 32) * (5/9) σ (Lat,Long) IN SP (Source) Source Climate Attributes Rainfall (inches) Avg Temp (F) [State(SP)] Source Climate Attributes Lat Long : [Cotry(BR]] The Selection on a Data Value The Aggregation of Data Values Target Climate Attributes Avg Temp [State(SP)] Target Crop Production Total production it Avg value [Cotry(BR), Fruits, Per( )] [Year,State] σ 19 o C < AvgTemp < 23 o C (Source) α Year,State (Source) The dimensions express relations among granularities Source Climate Attributes Avg Temp [State(SP)] Source Crop Production production it monetary_value [Cotry(BR), Fruits, Per( )] [Month,Coty] The Interpolation of Data Values Combining Data Values Target Climate Attributes RainFall Distrib. [State(SP)] Target [State(SP)] Relevant Measure Freezing Risk I SP (Source) FR = f(mintemp,alt) Source Climate Attributes Latitude Longitude Rainfall [State(SP)] [State(SP)] Source 1 Source 2 Climate Attr Min Temp [State(SP)] Relief Alt. Distr. 14

15 Tópicos Conceitos básicos Sistemas de Suporte à Decisão Data Warehouses (DWs) OLTP vs. OLAP Modelo Dimensional e operadores OLAP (drill-down, roll-up, etc.) Planejando, projetando e implementando DWs Diretrizes gerais, fases do desenvolvimento e tarefas envolvidas Estudo de Caso: DWs para a agricultura Padrões e ferramentas para a implementação de DWs Principais componentes e padrões para DWs Ferramentas abertas e proprietárias para DWs Algs temas de pesquisa atuais em DWs DWs com extensões espaciais e temporais Semântica em DWs Conclusões e referências para estudos adicionais Componentes típicos de um DW Ferramentas para Extração, Transformação e Carga (ETC ) para facilitar a integração e assegurar a qualidade dos dados carregados (e.g., Keetle, GeoKettle) Mecanismos de interoperabilidade para fontes de dados heterogêneas (e.g., gateways como ODBC e JDBC, wrappers e mediadores) Sistema de gerenciamento de bancos de dados (com bom desempenho e segurança!) Catálogo de metadados (necessário para documentar e compreender os dados e suas transformações) Gerenciador de DataMarts Servidor OLAP (e.g. Mondrian) Gerador de interfaces cliente na Web (e.g. Jpivot) Wrappers e mediadores Implementação de OLAP Cliente Cliente ROLAP Relacional Mediador Wrapper Wrapper Wrapper Fonte 1 Fonte 2 Fonte 3 MOLAP Multidimensional HOLAP Hibrido Padrões abertos para módulos de DWs Arquitetura Geral XMLA (XML for Analysis): Padrão baseado em esquema XML para definição da estrutura de cubos, possibilidades de navegação (consultas) sobre o mesmo e comicação entre cliente e servidor OLAP MDX (MultiDimensional Expressions): Linguagem de consulta com sintaxe similar a SQL para especificação de consultas OLAP JOLAP (Java OLAP): API para acesso a servidor OLAP a partir de aplicações Java 15

16 Especificação de cubo no Mondrian <?xml version="1.0"?> <Schema name="sampledata"> <Cube name="quadrant Analysis"> </Cube> <Table name="fato_desempenho"/> <Dimension name="curso" foreignkey="id_curso"> <Hierarchy hasall="true" allmembername="all Cursos" primarykey="id_curso"> <Table name="curso"/> <Level name="curso.centro" table="curso" column="centro" iquemembers="false"/> <Level name="curso.area" table="curso" column="area" iquemembers="false"/> <Level name="curso.nome" table="curso" column="nome" iquemembers="false"/> </Hierarchy> </Dimension> <Dimension name="disciplinaprova" foreignkey="id_disciplinaprova"> <Hierarchy hasall="true" allmembername="all disciplinaprovas" primarykey="id_disciplinaprova"> <Table name="disciplinaprova"/> <Level name="disciplinaprova.area_conhecimento" table="disciplinaprova" column="area_conhecimento" iquemembers="false"/> <Level name="disciplinaprova.disciplina" table="disciplinaprova" column="disciplina" iquemembers="false"/> </Hierarchy> </Dimension> <Dimension name="candidato" foreignkey="id_candidato"> <Hierarchy hasall="true" allmembername="all Candidatos" primarykey="id_candidato"> <Table name="candidato"/> <Level name="candidato.estado_endereco" table="candidato" column="estado_endereco" iquemembers="false"/> <Level name="candidato.cidade_endereco" table="candidato" column="cidade_endereco" iquemembers="false"/> </Hierarchy> </Dimension> <Measure name="soma" column="soma_nota" aggregator="sum" datatype="string" formatstring="##.0"/> <Measure name="maxima" column="nota_max" aggregator="max" datatype="string" formatstring="##.0"/> <Measure name="minima" column="nota_min" aggregator="min" datatype="string" formatstring="##.0"/> <Measure name="num" column="num_candidatos" aggregator="sum" datatype="string" formatstring="standard"/> </Schema> Script com consulta MDX <action-definition> <component-name>pivotviewcomponent</component-name> <action-inputs> <cursoselects type="string"/> <candidatosselects type="string"/> <disciplinaprovaselects type="string"/> </action-inputs> <action-outputs> </action-outputs> <component-definition> <title>drill Down to Pivot Table</title> <viewer>pivot</viewer> <model>samples/analysis/query1.mondrian.xml</model> <jndi>dw_tcc</jndi> <query><![cdata[with member [Measures].[Media notas] as '([Measures].[soma] / [Measures].[num])', format_string = IIf(((([Measures].[soma] / [Measures].[num])) > 4.0), " ##.0 style='green'", IIf(((([Measures].[soma] / [Measures].[num])) < 2.0), " ##.0 style='red'", "##.0"))select NON EMPTY {[Measures].[maxima], [Measures].[Media notas]} ON COLUMNS, NON EMPTY Crossjoin({ {cursoselects} }, Crossjoin({ {candidatosselects} }, { {disciplinaprovaselects} } ) ) ON ROWSfrom [Quadrant Analysis]]]></query>... </action-definition>... Comparativo de ferramentas livres (Giovani Caruso McDonald e João Rubik, UFSC, 2007) Critérios Gerais Critérios agrupados segdo classes de ferramentas Todas as ferramentas Ferramentas de ETC Servidores OLAP Clientes OLAP Suites de ferramentas para desenvolvimento de DWs Sistema Operacional Licença Usabilidade Linguagem de Desenvolvimento Ferramentas de ETC Servidores OLAP Implementação (ROLAP, MOLAP, etc) Fontes de dados Limpeza de dados Abrangência dentro do processo SGBDs suportados Metodo de armazenamento Protocolo de conexão Linguagem de consulta 16

17 Clientes OLAP Suites de ferramentas Linguagem de consulta Forma de conexão com o servidor Gerência de análises Componentes utilizados e compatíveis Administração Licenças Ferramentas livres analisadas GNU General Public License (GPL) GNU Library General Public License (LGPL) Common Public License (CPL) Mozilla Public License Apache License BSD License Mondrian (servidor OLAP) Jpivot (geração de interfaces OLAP) OpenI (suite) SpagoBI (suite) PentahoBI (suite) BEE Project (suite) Mondrian Busca os dados de um sistema de gerenciamento de banco relacional e apresentando o resultado no formato multidimensional Executa consultas a ele submetidas na linguagem MDX. O formato de saída é processado por seus clientes OLAP Mondrian Arquitetura: 17

18 Mondrian JPivot Instalação e configuração Disponível no SourceForge. Definir o esquema do cubo multidimensional O esquema é descrito por um documento XML É uma biblioteca JSP para a interação do usuário com servidores OLAP via Web O JPivot permite aos usuários submeter consultas a servidores OLAP e explorar a resposta obtida através de uma interface gráfica JPivot JPivot Arquitetura Suporta diversos servidores OLAP Tipos de conexão com servidores: Acesso através de XMLA Acesso através de um Driver JDBC Utiliza o pacote WCF (Web Component Framework) para a construção da Interface OpenI OpenI é suite de BI (Business Intelligence) Open Source baseada em tecnologia J2EE para analise OLAP Compatível com servidores OLAP que utilizam o protocolo XMLA Propósito de ser uma ferramenta fácil e intuitiva para executar operações OLAP. OpenI Arquitetura O componente de conexão O componente de Relatório Componente de interface O Componente de Segurança 18

19 OpenI Arquitetura OpenI Instalação e Configuração Aplicação Web que fciona em qualquer servidor de aplicação J2EE Segurança do OpenI é baseada na segurança do servidor de aplicação J2EE Utiliza o conceito de projetos para definir uma coleção específica de relatórios OLAP OpenI Criação de análise Pentaho Objetivo de fornecer soluções para os problemas em BI Arquitetura orientada a serviços e centrada em processos Engloba componentes responsáveis por relatórios, análises, mineração de dados, ETC, entre outros Pentaho Arquitetura: Componentes maduros Projetos consolidados em código aberto Facilmente substituídos por outros produtos Padrão de servidor web J2EE Repositórios de dados é externo a plataforma Pentaho Pentaho Componentes: Servidor OLAP Mondrian Front-End jpivot Analysis Shark e JaWE Workflow Kettle EII e ETL Servidor de aplicação JBoss, Hibernate e Portal Weka Data Mining Eclipse Workbench e BIRT reporting components JOSSO single sign-on and LDAP integration Mozilla Rhino Javascript Processor 19

20 Pentaho SpagoBI Visualização através do JPivot Suite que engloba todos as etapas do processo de BI. Desde o ETC chegando até as ferramentas de Data Mining Ferramentas adicionadas como componentes dentro de um portal SpagoBI SpagoBI Arquitetura Instalação Arquivo executável instala o Portal e os componentes necessários para o fcionamento da plataforma. Spago BI BEE Project Suite que ree uma ferramenta ETC, um servidor OLAP e duas opções de cliente, um desktop e um web 20

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