TWI396400B - 偏斜索引樹及建立偏斜索引樹與具索引之非均勻式資料廣播循環之方法 - Google Patents

Description

偏斜索引樹及建立偏斜索引樹與具索引之非均勻式資料廣播循環之方法

本發明係關於一種偏斜索引樹及建立偏斜索引樹與具索引之非均勻式資料廣播循環之方法。

由於無線系統之傳輸非對稱性及使用功率限制，一般係使用資料廣播系統(Push-based Data Broadcast System)，主動將資料放在頻道上播放出去，由使用者之接收裝置接收。在既有無線環境非均勻資料廣播中，Acharya(參考先前技術文獻S. Acharya, M. Franklin, S. Zdonik, and R. Alongso, “Broadcast Disks： Data Management for Asymmetric Communications Environments,”Proc .of ACM SIGMOD Int .Conf .on Management of Data , pp. 199-210, 1995.)等人的Broadcast Disks將熱門資料放在較小且速度快的磁碟，冷門資料放在較大且速度慢的磁碟，以達到少數熱門資料在同一個廣播循環裡較其它資料播放較多次。

參考圖1及圖2，其顯示建立習知資料廣播循環之示意圖。首先參考圖1，一資料組10包括複數個資料1至7，其中依據資料出現之頻率，將複數個資料區分為複數個群組11、12、13，每一個群組具有一相對出現頻率及至少一資料。例如：第一群組11其相對出現頻率為四，且僅有一個資料1；第二群組12其相對出現頻率為二，且包括二個資料2、3；第三群組13其相對出現頻率為一，且包括四個資料4、5、6、7。

再參考圖2，依據資料出現之頻率，由該等群組11、12、13中取出資料儲存至習知資料廣播循環20中。習知資料廣播循環20包括四個區段21、22、23、24，每一個區段包括三個資料，且三個資料分別來自不同群組。其中，第一區段21包括資料1、2、4；第二區段22包括資料1、3、5；第三區段23包括資料1、2、6；第四區段24包括資料1、3、7。因此，習知資料廣播循環20內之資料符合群組中資料之相對出現頻率。例如：第一群組11內之資料1在習知資料廣播循環20中出現四次。

經由習知資料廣播循環20，雖可減少存取熱門資料的等待時間，以降低平均存取等待時間(average access time)。然而，為了存取資料，使用者的接收裝置(例如：行動設備)必須持續聽無線頻道檢查播放資料，導致大量消耗行動設備的電池能源，使行動設備可使用時間減少。

因此，有必要提供一種創新且具進步性的偏斜索引樹及建立偏斜索引樹與具索引之非均勻式資料廣播循環之方法，以解決上述問題。

本發明提供一種偏斜索引樹，用以儲存複數個資料，包括：複數個區域樹及至少一個根索引節點。每一區域樹包括至少一資料節點，依據資料出現之頻率，儲存資料至該等區域樹之資料節點中，依據資料節點之數量，該等區域樹選擇性地包括至少一區域索引節點，該區域索引節點連接至二資料節點。依據資料出現之頻率，利用根索引節點 連接該等區域樹。

本發明又提供一種建立偏斜索引樹之方法，包括以下步驟：(a)依據資料出現之頻率，建立複數個區域樹，每一區域樹包括至少一資料節點，該資料節點用以儲存資料，依據資料節點之數量，該等區域樹選擇性地包括至少一區域索引節點，該區域索引節點連接至二資料節點；及(b)依據資料出現之頻率，建立至少一個根索引節點，用以連接該等區域樹。

本發明再提供一種建立具索引之非均勻式資料廣播循環之方法，包括以下步驟：(a)依據資料出現之頻率，建立一非均勻式資料廣播循環，其包括複數個區段，每一區段包括至少一資料；(b)如上述建立偏斜索引樹之方法，建立一偏斜索引樹；(c)依據該非均勻式資料廣播循環之資料及該偏斜索引樹之資料節點，選擇性地取得該資料節點連接之區域索引節點或根索引節點，並加入至該資料之前；及(d)於所加入之區域索引節點或根索引節點中，加入相對應偏移值。

本發明之偏斜索引樹考慮使用者偏斜存取模式，故利用本發明之偏斜索引樹，尋訪該偏斜索引樹較少的節點，即可快速地找到出現頻率高之資料。並且利用本發明具索引之非均勻式資料廣播循環之區域索引節點或根索引節點可快速地讀取資料及減少行動接收裝置之電池能源的消耗，以減少平均的存取等待時間與聽頻道時間。

參考圖3至圖5，其顯示本發明建立偏斜索引樹之方法。首先參考圖3，依據資料出現之頻率，建立複數個區域樹31、32、33。每一區域樹包括至少一資料節點，該資料節點用以儲存資料。在本實施例中，每一個區域樹具有一相對出現頻率及至少一資料。例如：第一區域樹31其相對出現頻率為四，且僅有一個資料1，故有一個資料節點311；第二區域樹32其相對出現頻率為二，且包括二個資料2、3，故有二個資料節點321、322；第三區域樹33其相對出現頻率為一，且包括四個資料4、5、6、7，故有四個資料節點331、332、333、334。

再依據資料節點之數量，該等區域樹選擇性地包括至少一區域索引節點，該區域索引節點連接至二資料節點。在本實施例中，該第一區域樹31內僅包括一資料節點311，故該第一區域樹31不具有區域索引節點。該第二區域樹32內包括二資料節點321、322，故該第二區域樹具有一區域索引節點323連接至二資料節點321、322。

依據資料節點之數量，該等區域索引節點包括至少一低階區域索引節點及至少一高階區域索引節點，每一個低階區域索引節點連接至二資料節點，每一個高階區域索引節點連接至二個低階區域索引節點或二個高階區域索引節點。在本實施例中，該第三區域樹33內包括四資料節點331、332、333、334，故該第三區域樹33具有二低階區域索引節點335、336分別連接至四資料節點331、332、333、334，且該第三區域樹33具有一高階區域索引節點 337連接至二個低階區域索引節點335、336。

參考圖4及圖5，依據資料出現之頻率及區域樹之數量，建立至少一個根索引節點，用以連接該等區域樹。並且，依據資料出現之頻率及區域樹之數量，該等根索引節點包括一低階根索引節點及至少一高階根索引節點，該低階根索引節點連接至二區域樹，每一個高階根索引節點連接至一區域樹及一低階根索引節點或一高階根索引節點。首先參考圖4，建立一低階根索引節點41連接第二區域樹32及第三區域樹33，該第二區域樹32及該第三區域樹33其資料出現之頻率為次低及最低，且第二區域樹32在該低階根索引節點41之左側，為該低階根索引節點41之第一個子節點。

參考圖5，建立一高階根索引節點51連接該第一區域樹31及該低階根索引節點41，且第一區域樹31在該高階根索引節點51之左側，為該高階根索引節點51之第一個子節點。在本實施例中，由於該第一區域樹僅具有一個資料節點311，故該高階根索引節點51直接連接至該資料節點311。並且，在本實施例中無其他區域樹，故建立完成本發明之偏斜索引樹50。

本發明之偏斜索引樹50係由資料節點往上建立低階區域索引節點或高階索引節點，再建立低階根索引節點及高階根索引節點。並且，由於資料出現頻率最低之區域樹，其資料節點應最多，且資料出現頻率最高之區域樹，其資料節點應最少，故本發明之偏斜索引樹會具有如圖5所示之 偏斜情形。

考慮資料之偏斜存取模式，通常一般為20%之較熱門資料(資料出現頻率較高)由80%之使用者存取，但80%之較冷門資料(資料出現頻率較低)係由20%之使用者存取。故本發明之偏斜索引樹考慮使用者偏斜存取模式，利用本發明之偏斜索引樹，尋訪該偏斜索引樹較少的節點，即可快速地找到出現頻率高之資料。

參考圖6至圖11，其顯示本發明建立具索引之非均勻式資料廣播循環之示意圖。首先參考圖6，依據資料出現之頻率，建立一非均勻式資料廣播循環60，其包括複數個區段61、62、63、64，每一區段包括至少一資料。在本實施例中，該非均勻式資料廣播循環60係與習知技術之該習知資料廣播循環20相同，故在此不加敘述。在本實施例中，第一區段61包括三個資料節點611、612、613用以分別儲存資料1、2、4，其資料出現之頻率係由高至低排列。

再參考圖5，利用上述建立偏斜索引樹之方法，建立一偏斜索引樹50。再配合參考圖5及圖6，依據該非均勻式資料廣播循環60之資料及該偏斜索引樹50之資料節點，選擇性地取得該資料節點連接之區域索引節點或根索引節點，並加入至該資料之前。故並非該非均勻式資料廣播循環60之所有資料前均必須加入區域索引節點或根索引節點。

首先以該非均勻式資料廣播循環60之第一區段61之第一個資料節點611為例說明，其對應至該偏斜索引樹50為資料節點311。判斷該資料節點是否為所連接之區域索引節 點或根索引節點之第一子節點，若符合則取得該區域索引節點或根索引節點，並儲存至一索引堆疊中。在本實施例中，資料節點311為所連接之根索引節點51之第一子節點，故將根索引節點(R)51儲存至一索引堆疊中。再判斷所取得之區域索引節點或根索引節點是否具有上一階區域索引節點或根索引節點。在本實施例中，根索引節點(R)51無上一階根索引節點，故將該索引堆疊之根索引節點(R)51取出，加入至該資料節點611之前為索引節點(R)614。

配合參考圖5及圖7，再以該非均勻式資料廣播循環60之第一區段61之第二個資料節點612為例說明，其對應至該偏斜索引樹50為資料節點321。在本實施例中，資料節點321為所連接之區域索引節點(b1)323之第一子節點，故將區域索引節點(b1)323儲存至一索引堆疊80中。再判斷所取得之區域索引節點或根索引節點是否具有上一階區域索引節點或根索引節點，並判斷所取得之區域索引節點或根索引節點是否為上一階區域索引節點或根索引節點之第一子節點。在本實施例中，區域索引節點(b1)323有上一階根索引節點(a1)41，且區域索引節點(b1)323是上一階根索引節點(a1)41之第一子節點，故將該上一階根索引節點(a1)41儲存至該索引堆疊。重複上述判斷步驟，直到條件不符合。再依據儲存至該索引堆疊80之順序，由後往前取出該索引堆疊80之根索引節點(a1)41及區域索引節點(b1)323，依序加入至該資料節點612之前為索引節點615、616。

配合參考圖5及圖8，再以該非均勻式資料廣播循環60之第一區段61之第三個資料節點613為例說明，重複上述之判斷步驟，將圖5中之區域索引節點(b2)337及區域索引節點(c1)335，依序加入至圖8中該資料節點613之前為索引節點617、618。

配合參考圖5及圖9，再判斷該非均勻式資料廣播循環60之其他區段62、63及64，選擇性地取得該資料節點連接之區域索引節點或根索引節點，並加入至該該非均勻式資料廣播循環60之資料前。

參考圖10，其顯示依據本發明實施例具索引之非均勻式資料廣播循環之示意圖。在本實施例中，本發明具索引之非均勻式資料廣播循環70包括四個區段71、72、73、74。例如：其中第一區段71依序包括一索引節點(R)711、一資料節點(1)712、一索引節點(a1)713、一索引節點(b1)714、一資料節點(2)715、一索引節點(b2)716、一索引節點(c1)717及一資料節點(4)718。

參考圖11，於本發明具索引之非均勻式資料廣播循環70所加入之區域索引節點或根索引節點中，加入相對應偏移值。在本實施例中，該區域索引節點或根索引節點包括四個欄位，其中第一欄位及第二欄位用以儲存該區域索引節點或根索引節點所連接之二個下一階節點，二個下一階節點為資料節點、區域索引節點或根索引節點；第三欄位及第四欄位用以分別儲存第一欄位及第二欄位之相對應偏移值，其係二個下一階節點相對應出現在該具索引之非均勻 式資料廣播循環中之位置，距離該區域索引節點或根索引節點之位置之相對應偏移值。

配合參考圖5及圖11，以本發明具索引之非均勻式資料廣播循環70第一區段71之第一索引節點(R)711為例說明，該索引節點711包括四個欄位，其中第一欄位及第二欄位用以儲存該區域索引節點或根索引節點所連接之二個下一階節點，在本實施例中，在圖5中索引節點(R)所連接之下一階節點為資料節點(1)311及根索引節點(a1)41，故第一欄位為(1)；第二欄位為(a1)。第三欄位及第四欄位用以分別儲存第一欄位(1)及第二欄位(a1)之相對應偏移值，其係二個下一階節點相對應出現在該具索引之非均勻式資料廣播循環70中之位置，距離該索引節點711之位置之相對應偏移值。在本實施例中，第一欄位(1)係出現在該索引節點711之下一個資料節點(1)712，故該相對應偏移值設定為0，儲存至第三欄位。第二欄位(a1)係出現在該索引節點711之下二個索引節點(a1)713，故該相對應偏移值設定為1，儲存至第四欄位。

依序將該具索引之非均勻式資料廣播循環70之索引節點內之欄位完成，以建立完成本發明具索引之非均勻式資料廣播循環70。

參考圖12，其顯示利用本發明該具索引之非均勻式資料廣播循環之讀取資料示意圖。當使用者在讀取欄位(bucket)4(亦即該具索引之非均勻式資料廣播循環70之第四節點)欲讀取資料(1)時，經比對可知，在該具索引之非 均勻式資料廣播循環70之讀取欄位4以後之第一區段71內之資料沒有所欲讀取之資料(1)。由於每一讀取欄位內存有尚未播出且離目前位置最近的根索引節點之相對應偏移值(未顯示於圖12)，故將指標直接跳至下一區段72之第一個索引節點(R)，且由該索引節點(R)可快速地發現所欲讀取之資料(1)在下一資料節點，故可快速地找到所欲讀取之資料(1)。並且，在讀取欄位4與下一區段72之第一個索引節點(R)之間，由於沒有所欲讀取之資料(1)，使用者可以切換接收裝置在省電模式(Doze mode)，以減少平均的聽頻道時間，減少使用者接收裝置之電池能源的消耗。

茲以模擬比較本發明具索引之非均勻式資料廣播循環與習知技術之平均聽頻道時間及平均存取等待時間。其中習知技術一為不加索引之非均勻式資料廣播循環(如先前技術中敘述)；習知技術二為具彈性式索引之非均勻式資料廣播循環(參考先前技術文獻K. L. Tan and B. C. Ooi, “On Selective Tuning in Unreliable Wireless Channels,”Data and Knowledge Eng ., Vol. 28, No. 2, pp. 209-231, Nov. 1998.)；習知技術三為具彈性分離式索引之非均勻式資料廣播循環(參考先前技術文獻A. Seifert and J. J. Hung, “FlexInd： A Flexible and Parameterizable Air-Indexing Schcme for Data Broadcast Systems,”Ｐroc .of the 10 ^{t h} Int .Conf .on Extending Database Technology ,LNCS , Vol. 3896, pp. 902-920, 2006.)。參考下表所示，本發明該具索引之非均勻式資料廣播循環具有最佳之平均聽頻道時間，且習知 技術一具有最差之平均聽頻道時間。

參考圖13，其顯示本發明具索引之非均勻式資料廣播循環與習知技術之平均存取等待時間比較圖。習知技術一至三如上所述，由圖13可知，最佳之平均存取等待時間是習知技術一，但本發明該具索引之非均勻式資料廣播循環之平均存取等待時間與最佳之習知技術一差不多。然而如上表所示，習知技術一之平均聽頻道時間是最差的。因此，本發明具索引之非均勻式資料廣播循環可快速地讀取資料及減少行動接收裝置之電池能源的消耗，以減少平均的存取等待時間與聽頻道時間。

惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1至7‧‧‧資料

10‧‧‧資料組

11‧‧‧第一群組

12‧‧‧第二群組

13‧‧‧第三群組

20‧‧‧習知資料廣播循環

21‧‧‧第一區段

22‧‧‧第二區段

23‧‧‧第三區段

24‧‧‧第四區段

31‧‧‧第一區域樹

311‧‧‧資料節點

32‧‧‧第二區域樹

33‧‧‧第三區域樹

41‧‧‧低階根索引節點

50‧‧‧本發明之偏斜索引樹

51‧‧‧高階根索引節點

60‧‧‧非均勻式資料廣播循環

61-64‧‧‧區段

70‧‧‧本發明具索引之非均勻式資料廣播循環

71‧‧‧第一區段

72‧‧‧第二區段

73‧‧‧第三區段

74‧‧‧第四區段

321、322‧‧‧資料節點

323‧‧‧低階區域索引節點

331-334‧‧‧資料節點

335、336‧‧‧低階區域索引節點

337‧‧‧高階區域索引節點

611-613‧‧‧資料節點

614-618‧‧‧索引節點

711‧‧‧索引節點(R)

712‧‧‧資料節點(1)

713‧‧‧索引節點(a1)

714‧‧‧索引節點(b1)

715‧‧‧資料節點(2)

716‧‧‧索引節點(b2)

717‧‧‧索引節點(c1)

718‧‧‧資料節點(4)

721‧‧‧索引節點(R)

圖1及圖2顯示建立習知資料廣播循環之示意圖；圖3至圖5顯示本發明建立偏斜索引樹之示意圖；圖6至圖11顯示本發明建立具索引之非均勻式資料廣播 循環之示意圖；圖12顯示利用本發明該具索引之非均勻式資料廣播循環之讀取資料示意圖；及圖13顯示本發明具索引之非均勻式資料廣播循環與習知技術之平均存取等待時間比較圖。

70‧‧‧本發明具索引之非均勻式資料廣播循環

71‧‧‧第一區段

72‧‧‧第二區段

73‧‧‧第三區段

74‧‧‧第四區段

711‧‧‧索引節點(R)

712‧‧‧資料節點(1)

713‧‧‧索引節點(a1)

714‧‧‧索引節點(b1)

715‧‧‧資料節點(2)

716‧‧‧索引節點(b2)

717‧‧‧索引節點(c1)

718‧‧‧資料節點(4)

721‧‧‧索引節點(R)

Claims (15)

1. 一種偏斜索引樹，用以儲存複數個資料，包括：複數個區域樹，每一區域樹包括至少一資料節點，依據資料出現之頻率，儲存資料至該等區域樹之資料節點中，依據資料節點之數量，該等區域樹選擇性地包括至少一區域索引節點，該區域索引節點連接至二資料節點；及至少一個根索引節點，依據資料出現之頻率，利用根索引節點連接該等區域樹。
2. 如請求項1之偏斜索引樹，其中若該等區域樹內僅包括一資料節點，則該等區域樹不具有區域索引節點。
3. 如請求項1之偏斜索引樹，其中依據資料節點之數量，該等區域索引節點包括至少一低階區域索引節點及至少一高階區域索引節點，每一個低階區域索引節點連接至二資料節點，每一個高階區域索引節點連接至二個低階區域索引節點或二個高階區域索引節點。
4. 如請求項1之偏斜索引樹，其中依據資料出現之頻率及區域樹之數量，該等根索引節點包括一低階根索引節點及至少一高階根索引節點，該低階根索引節點連接至二區域樹，每一個高階根索引節點連接至一區域樹及一低階根索引節點或一高階根索引節點。
5. 如請求項4之偏斜索引樹，其中該低階根索引節點連接之二區域樹，其資料出現之頻率為最低及次低。
6. 一種建立偏斜索引樹之方法，包括以下步驟： (a)依據資料出現之頻率，建立複數個區域樹，每一區域樹包括至少一資料節點，該資料節點用以儲存資料，依據資料節點之數量，該等區域樹選擇性地包括至少一區域索引節點，該區域索引節點連接至二資料節點；及(b)依據資料出現之頻率，建立至少一個根索引節點，用以連接該等區域樹。
7. 如請求項6之方法，其中在步驟(a)中，若該等區域樹內僅包括一資料節點，則該等區域樹不具有區域索引節點。
8. 如請求項6之方法，其中在步驟(a)中，依據資料節點之數量，該等區域索引節點包括至少一低階區域索引節點及至少一高階區域索引節點，每一個低階區域索引節點連接至二資料節點，每一個高階區域索引節點連接至二個低階區域索引節點或二個高階區域索引節點。
9. 如請求項6之方法，其中在步驟(b)中，依據資料出現之頻率，該等根索引節點包括一低階根索引節點及至少一高階根索引節點，該低階根索引節點連接至二區域樹，每一個高階根索引節點連接至一區域樹及一低階根索引節點或一高階根索引節點。
10. 如請求項9之方法，其中在步驟(b)中，該低階根索引節點連接之二區域樹，其資料出現之頻率為最低及次低。
11. 一種建立具索引之非均勻式資料廣播循環之方法，包括以下步驟： (a)依據資料出現之頻率，建立一非均勻式資料廣播循環，其包括複數個區段，每一區段包括至少一資料；(b)如請求項6之方法，建立一偏斜索引樹；(c)依據該非均勻式資料廣播循環之資料及該偏斜索引樹之資料節點，選擇性地取得該資料節點連接之區域索引節點或根索引節點，並加入至該資料之前；及(d)於所加入之區域索引節點或根索引節點中，加入相對應偏移值。
12. 如請求項11之方法，其中在步驟(a)中，依據資料出現之頻率，將複數個資料區分為複數個群組，每一個群組具有一相對出現頻率及至少一資料；且依據資料出現之頻率，由該等群組中取出資料儲存至該等區段中，每一個區段包括複數個不同群組之資料。
13. 如請求項12之方法，其中在步驟(a)中，每一群組之資料，其資料出現之頻率係由高至低排列。
14. 如請求項11之方法，其中在步驟(c)另包括以下步驟：(c1)由該非均勻式資料廣播循環之資料，對應至該偏斜索引樹之資料節點；(c2)判斷該資料節點是否為所連接之區域索引節點或根索引節點之第一子節點；(c3)若符合則取得該區域索引節點或根索引節點，並儲存至一索引堆疊中； (c4)判斷所取得之區域索引節點或根索引節點是否具有上一階區域索引節點或根索引節點，並判斷所取得之區域索引節點或根索引節點是否為上一階區域索引節點或根索引節點之第一子節點；(c5)若符合則取得該上一階區域索引節點或根索引節點，並儲存至該索引堆疊中；(c6)重複步驟(c4)及(c5)該直到條件不符合；及(c7)依據儲存至該索引堆疊之順序，由後往前取出該索引堆疊之區域索引節點或根索引節點，並依序加入至該資料之前。
15. 如請求項11之方法，其中在步驟(d)中，該區域索引節點或根索引節點包括四個欄位，其中第一欄位及第二欄位用以儲存該區域索引節點或根索引節點所連接之二個下一階節點，二個下一階節點為資料節點、區域索引節點或根索引節點；第三欄位及第四欄位用以分別儲存第一欄位及第二欄位之相對應偏移值，其係二個下一階節點相對應出現在該具索引之非均勻式資料廣播循環中之位置，距離該區域索引節點或根索引節點之位置之相對應偏移值。