Datawarehouse Technologien

Lernkarteien zur Vorlesung "Datawarehouse Technologien" bei Prof. Sattler an der TU Ilmenau, SS 2013.

Lernkarteien zur Vorlesung "Datawarehouse Technologien" bei Prof. Sattler an der TU Ilmenau, SS 2013.


Robin Douglas
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über Data-Warehouse-Technologien auf Universitätsniveau. Sie decken Themen wie Datenmodellierung, OLAP-Würfel, Kennzahlen, Hierarchien und verschiedene Schemata wie Star- und Snowflake-Schema ab. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende und Fachleute, die sich mit Datenanalyse und -management beschäftigen, da sie komplexe Konzepte und deren praktische Anwendung verständlich darstellen.
Karten
54
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Informatik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
03.07.2013 / 01.02.2018

Lernkarten

(Kapitel 1): Definiere den Begriff "Data Warehouse"!

"A data warehouse is a subject oriented, integrated, non-volatile and time variant collection of data in support of management's decisions" (W.H. Immon 1996)

(Kapitel 1): Welche Herausforderungen ergeben sich an Datenbanktechnologien bei Datawarehouses?

  • hohes Datenvolumen
  • Datenmodellierung (da Zeitbezug -> mehrere Dimensionen)
  • Integration verschiedener heterogener Datenbestände

(Kapitel 1): Welche betrieblichen Anwendungen von Datawarehouses sind denkbar?

Informationsbereitstellung:

  • Daten und Informationen als Grundlage für betriebliche Entscheidungen
  • Einfluss auf zukünftiges Betriebsergebnis und auf die Abwicklung von Geschäftsprozessen
  • Anwender: Manager, Abteilungsleiter, Fachkräfte

Analyse:

  • Detaillierte Analyse der Daten zur Untersuchung auf Abweichungen oder Auffälligkeiten
  • Beliebtes Mittel: Szenariotechnik
  • Anwender: Spezialisten (z.B. im Controlling, Marketing)

Planung:

  • Unterstützung durch explorative Datenanalyse
  • Aggregierung von Einzelplänen
  • Prognoseverfahren (z.B. statistische saisonale Modelle)

Kampagnenmanagement

  • Untersützung strategischer Kampagnen
  • Kundenanalyse, Portfolioanalyse, Risikoanalyse

(Kapitel 1): Welche Eigenschaften hat ein Data Warehouse?

  • Fachorientierung (subject orientation):
    Der Zweck der Datenbasis liegt nicht auf der Erfüllung einer spezifischen Aufgabe, sodern auf der Modellierung eines spezifischen Anwendungsziels.
  • Integrierte Datenbasis (integration):
    Die Datenverarbeitung findet auf integrierten Daten aus mehreren (unabhängigen) Datenbanken statt.
  • Nicht flüchtige Datenbasis (non-volatile):
    Die Datenbasis ist als stabil zu betrachten, d.h. Daten, die einmal in das Data Warehouse eingerbracht wurden, werden nicht mehr entfernt oder geändert.
  • Historische Daten (time variance):
    In einem Data Warehouse werden Daten über einen längeren Zeitraum gespeichert.
     

(Kapitel 1): Was versteht man unter Data Warehousing?

Data Warehousing (Synonym: Data Warehouse Prozess) umfasst alle Schritte des Datenbeschaffungsprozesses, das Speichern und Analysieren von Daten.

(Kapitel 1): Was ist ein Data-Warehouse-System?

Ein Data-Warehouse-System ist ein Informationssystem, bestehend aus allen für den Data-Warehouse-Prozess notwendigen Komponenten. Dies sind die Komponenten des Datenbeschaffungsprozesses und der Analyse, der Metadatenmanager, der Data-Warehouse-Manager und die Datenbanken.

(Kapitel 1): Was ist ein Datenbeschaffungsprozess? Welche Teilschritte hat der Datenbeschaffungsprozess?

Der Datenbeschaffungsprozess ist der Vorgang, bei dem Daten aus Quellsystem in die Basisdatenbank eingebracht werden. Er ist in die Teilschritte Extraktion, Transformation und Laden unterteilt (ETL-Prozess).

  • Extraktion:
    Selektion eines Teils der Daten aus den Datenquellen, um sie der nachfolgenden Transformation zur Verfügung zu stellen.
  • Transformation:
    Anpassung der Daten an vorgegebene Qualitäts- und Schemaanforderungen.
  • Laden:
    Letzter Schritt des ETL-Prozesses, bei dem die Daten aus dem Arbeitsbereich in die Basisdatenbank oder von dort in das Data Warehouse physisch eingebracht werden. Zur Optimierung werden die Daten häufig aggregiert.


 

(Kapitel 1): Wie lässt sich Data Warehousing von Business Intelligence abgrenzen?

"Unter Business Intelligence wird ein integrierter, unternehmensspezifischer, IT-basierter Gesamtansatz zur betrieblichen Entscheidungsunterstützung verstanden."

Anhand dieser Definition könnnen zwei Abgrenzungen gegenüber dem Begriff "Data Warehouse" abgeleitet werden:

  • Bei BI werden neben Daten auch Strategien, Prozesse, Anwendungen und Technologien integriert
  • Neben der Analyse der Daten wird die Erzeugung von Wissen im Geschäftsumfeld gefordert

=> Damit kann Data Warehouse als Teil von Business Intelligence betrachtet werden.

(Kapitel 1): Grenze die Begriffe OLTP und OLAP voneinander ab!

Online Transactional Processing (OLAP):

  • Erfassung und Verwaltung von Daten
  • Verarbeitung uter Verantwortung der jeweiligen Abteilungen (z.B. Personalabteilung)
  • Transaktionelle Verarbeitung: kurze Lese-/Schreibzugriffe auf wenigen Datensätzen

Online Analytical Processing (OLAP):

  • Analyse im Mittelpunkt
  • Lange und komplexe Abfragen auf vielen Datensätzen
  • Integration, Konsolidierung und Aggregation der Daten

(Kapitel 1): Welche Chrakteristika haben transaktionale und analytische Anfragen?

(siehe Abbildung)

(Kapitel 1): Wie lassen sich OLTP und OLAP hinsichtlich der Daten abgrenzen?

(siehe Abbildung).

(Kapitel 1): Wie lassen sich OLTP und OLAP hinsichtlich der Anwender abgrenzen?

(siehe Abbildung).

(Kapitel 2): Welche Anforderungen muss eine (Referenz-)architektur aus Sicht des Data Warehousing erfüllen?

Aus Sicht des Data Warehousing sind vor allem folgende Anforderungen relevant:

  1. Unabhängigkeit
    Die Architektur muss unabhängig bezüglich laufender Änderungen in den Datenquellen sein. Außerdem muss es die Möglichkeit gebe, die Daten beliebig zu be- und verarbeiten, ohne dass sich das auf die Quellsysteme auswirkt.
  2. Persistenz:
    Dauerhafte Bereitstellung integrierter Detail- und abgeleiteter Daten von Teilen der Quelldaten.
  3. Mehrfachverwendbarkeit:
    Die bereitgestellten integrierten und transformierten Daten müssen mehrmals verwendet werden können.
  4. Flexibilität:
    Möglichkeit mit den integrierten und abgeleiteten Daten prinzipiell beliebige Auswertungen vornehmen zu können.
  5. Individuelle Sichten:
    Bereitstellung von anwenderspezifischen Datenbeständen mit Inhalt; Struktur und Dauerhaftigkeit, wie sie die Anwender für ihre Auswertungen benötigen
  6. Erweiterbarkeit:
    Möglichkeit der Erweiterung ohne bestehende Ablagestrukturen des Data Warehouse verändern zu müssen (z.B. Integration neuer Quelldaten)
  7. Automatisierung:
    Weitestgehende Automatisierung der Abläufe, Prozesse und Prozessschritte

(Kapitel 2): Aus welchen Komponenten besteht ein Data-Warehouse-System? Beschreibe die Architektur dieses Systems!

(siehe Abbildung).

(Kapitel 2): Aus welchen Phasen besteht der Data-Warehousing-Prozess?

Der Data-Warehousing-Prozess besteht aus folgenden sechs Phasen:

  1. Überwachung der Datenquellen auf Veränderungen (Monitore)
  2. Kopieren der relevanten Daten mittels Extraktion in den temporären Datenbereinigungsbereich
  3. Transformation der Daten im Datenbereinigungsbereich (Bereinigung, Integration)
  4. Kopieren der bereinigten Daten in die Basisdatenbank als Grundlage für verschiedene Analysen
  5. Befüllen der Datenwürfel (OLAP-Würfel)
  6. Analyse

(Kapitel 2): Beschreibe kurz die wesentlichen Aufgaben eines Data-Warehouse-Managers!

  • Zentrale Komponente eines Data-Warehouse-Systems
  • Zuständig für die Initiierung, Steuerung und Überwachung der einzelnen Prozesse (Ablaufsteuerung)
  • Initiierung des Datenbeschaffungsprozesses
    • In regelmäßigen Zeitabständen
    • Bei Änderung einer entsprechenden Quelle
    • Auf explizites Verlangen des Anwenders
  • Nach Auslösen des Ladeprozesses:
    • Überwachung der weiteren Schritte
    • Koordination der Reihenfolge der Verarbeitung
  • Im Fehlerfall:
    • Dokumentation der Fehler
    • Wiederanlaufmechanismen einleiten
  • Zugriff auf Metadaten aus dem Reposority
    • Steuerung des Ablaufs
    • Parameter der Komponenten

 

(Kapitel 2): Welche Eigenschaften zeichnen Datenquellen aus?

Datenquellen = Lieferanten der Daten für ein Data Warehouse

Eigenschaften:

  • Gehören nicht direkt zum Data-Warehouse, sind jedoch Ausgangspunkt von Data Warehousing
  • Können intern oder extern sein
  • Heterogen bzgl. ihrer Struktur, Inhalt und Schnittstellen
  • Auswahl der Quellen und Qualität der Daten von besonderer Bedeutung

(Kapitel 2): Welche Kriterien beeinflussen die Auswahl der Datenquellen?

  • Der Zweck des Data-Warehouse-Systems
  • Die Qualität der Quelldaten
  • Die Verfügbarkeit der Quelldaten (rechtlich, sozial, organisatorisch, technisch)
  • Der Preis für den Erwerb der Quelldaten

(Kapitel 2): Nach welchen Kriterien können Datenquellen klassifiziert werden?

  • Herkunft (intern / extern)
  • Zeit (aktuell / historisch)
  • Nutzungsebene (Primärdaten / Metadaten)
  • Inhalt
  • Darstellung (numerisch, alphanumerisch)
  • Sprache und Zeichensatz
  • Vertraulichkeitsgrad

(Kapitel 2): Welche Qualitätsanforderungen müssen bei der Bewertung der Datenqualität berücksichtigt werden?

(siehe Abbildung)

(Kapitel 2): Beschreibe die Aufgaben des Monitors!

Ein Monitor ist für die Entdeckung von Datenmanipulationen in einer Datenquelle zuständig. Um die Basisdatenbank aktuell zu halten, müssen Aktualisierungen inkrementell durchgeführt werden. Die konkrete Funktionsweise eines Monitors hängt unmittelbar von den Charakteristika der angeschlossenen Datenquelle sowie von den Anforderungen der Analysekomponenten ab. Deshalb existiert oft ein Monitor pro Datenquelle.

(Kapitel 2): Welche Monitoring-Strategien sind denkbar?

  • Triggerbasiert:
    Jede Datenmanipulation löst einen Trigger aus, der das geänderte Tupel in eine Datei oder eine andere Datenstruktur schreibt.
  • Replikationsbasiert:
    Replikationsdienste können so spezifiziert werden, dass sie geänderte Tupel in spezielle Tabellen schreiben.
  • Zeitstempelbasiert:
    Anhand eines Zeitstempels kann entschieden werden, welche Datensätze sich nach der letzten Extraktion geändert haben.
  • Log-basiert:
    Durch Analyse von Log-Dateien wird ermittelt, welche Daten sich geändert haben.
  • Snapshot-basiert:
    Hier wird der Datenbestand einer Quelle in regelmäßigen Abständen in eine Snapshot-Datei geschrieben. Durch einen Vergleich mit dem Snapshot können Änderungen erkannt werden.

(Kapitel 2): Was ist der Arbeits-  bzw. Datenbeschaffungsbereich?

Aufgabe:

  • Zentrale Datenhaltungskomponente des Datenbeschaffungsbereichs
  • Temporärer Zwischenspeicher zur Integration

Nutzung:

  • Ausführung der Transformationen direkt auf dem Zwischenspeicher
  • Laden der transformierten Daten in die Basisdatenbank erst nach erfolgreichem Abschluss der Transformation

Vorteile:

  • Keine Beeinflussung der Quellen bzw. des Data-Warehouses
  • Keine Übernahme fehlerbehafteter Daten

(Kapitel 2): Was ist eine Extraktionskomponente?

Aufgabe:

Übertragung von Quelldaten in den Arbeitsbereich

Funktion

Abhängig von Monitor-Strategie:

  • Periodisch
  • Auf Anfrage
  • Ereignisgesteuert (z.B. Erreichen einer vordefinierten Anzahl an Änderungen)
  • Sofortige Extraktion

Realisierung:

  • Nutzung von Standardschnittstellen (z.B. ODBC, JDBC)
  • Ausnahmebehandlung zur Fortsetzung im Fehlerfall

(Kapitel 2): Erläutere das Prinzip der Transformationskomponente!

  • Dient zur Vorbereitung und Anpassung der Daten für das Laden
    • Inhaltlich: Daten-/Instanzintegration und Bereinigung
    • Strukturell: Schemaintegration
  • Überführung aller Daten in ein einheitliches Format
    • Anpassung von Datentypen
    • Konvertierung von Kodierungen
    • Vereinheitlichung von Zeichenketten
    • Vereinheitlichung von Datumsangaben
    • Umrechnung von Maßeinheiten
    • Kombination bzw. Separierung von Attributwerten
  • Beseitigung von Verunreinigungen
    • Fehlende oder fehlerhafte Werte
    • Redundanzen
    • Veraltete Werte

(Kapitel 2): Beschreibe die Aufgaben der Ladekomponente!

Aufgabe:

Übertragung der bereinigten und aufbereiteten Daten in die Basisdatenbank bzw. in das Data Warehouse.

Besonderheiten:

  • Nutzung spezieller Ladewerkzeuge
  • Historisierung: Änderungen in den Datenquellen dürfen DW-Daten nicht überschreiben

Ladevorgang:

  • Online:
    Basisdatenbank bzw. Data Warehouse steht weiterhin zur Verfügung
  • Offline:
    Basisdatenbank bzw. Data Warehouse stehen nicht zur Verfügung

(Kapitel 2): Welche Aufgaben hat die Basisdatenbank?

  • Integrierte Datenbasis für verschiedene Analysen, unabhängig von konkreten Analysen (d.h. noch keine Aggregationen)
  • Versorgung des Data Warehouses mit bereinigten Daten

(Kapitel 2): Was sind Data Marts?

Data Marst stellen eine inhaltlich beschränkte Sicht auf das Data Warehouse zur Verfügung. Gründe könnten z.B. sein:

  • Eigenständigkeit
  • Datenschutz
  • Lastverteilung
  • Datenvolumen

(Kapitel 2): Welche Formen von Data Marts gibt es?

  • Abhängige Data Marts
  • Unabhängige Data Marts

(Kapitel 2): Beschreibe die Charakteristika von abhängigen Data Marts!

  • Verteilung des Datenbestandes nach
    • Integration und Bereinigung
    • Organisation entsprechender Analysebedürfnisse
  • "Nabe-Speiche"-Architektur
  • Analysen auf Data Mart konsistent zu den Analysen im Data Warehouse

(Kapitel 2): Wie werden bei abhängigen Data Marts Extrakte gebildet?

  • Strukturelle Extrakte:
    Beschränkung auf Teile des Schemas (z.B. bestimmte Kennzahlen)
  • Inhaltliche Extrakte:
    Inhaltliche Beschränkung (z.B. nur bestimmte Filialen)
  • Aggregierte Extrakte:
    Verringerung der Granularität (z.B. Beschränkung auf Monatsergebnisse)

(Kapitel 2): Charakterisiere die Eigenschaften von unabhängigen Data Marts!

  • Unabhängig voneinander entstandene "kleine" Data Warehouses
  • Nachträgliche Integration und Transformation
  • Probleme:
    • Unterschiedliche Analysesichten
    • Konsistenz der Analysen aufgrund zusätzlicher Integration

(Kapitel 2): Was ist OLAP?

  • Interaktive Datenanalyse bzw. Klassifikationsnavigation
  • Berichte mit verdichteten Werten
  • Grundoperationen:
    • Slicing:
      Ausschneiden von Scheiben aus dem Datenwürfel
    • Dicing:
      Gleichzeitige Slicing-Vorgänge in unterschiedlichen Dimensionen. Hierbei wird ein kleinerer Würfel erzeugt, der einen Teilbereich des Gesamtwürfels enthält.
    • Pivoting / Rotation:
      Drehen des Datenwürfels, so dass mindestens eine andere Dimension sichtbar wird
    • Drill-Down:
      Aggregationen eines Informationsobjekts auf detaillierte Werte herunterbrechen; „Hereinzoomen“
    • Drill-Up/Roll-Up:
      Gegenoperation zu Drill-Down; Verdichten auf höhere Hierarchiestufe (z. B. von der Monats- auf die Jahressicht)
    • Drill-Across:
      Dimension auf der gleichen Hierarchiestufe; Betrachtung der benachbarten Dimensionselemente (andere Region, anderes Produkt, anderer Monat)
    • Drill-Through / Drill-In:
      Verfeinerung bis auf höchsten Detaillierungsgrad (z. B. Stammdatensatz, Transaktionsbeleg)
    • Split:
      Der Split Operator ermöglicht es, einen Wert nach weiteren Dimensionen weiter aufzuteilen, um weitere Detailstufen zu erreichen (z. B. den Umsatz einer Filiale für eine bestimmte Menge von Produkten)
    • Merge:
      Im Gegensatz zu Split wird hier die Granularität durch das Entfernen zusätzlicher Dimensionen wieder verringert.
  • Gruppierungs- und Berechnungsfunktionen
  • Validierung von Hypothesen, Plausibilitätsprüfung

(Kapitel 2): Nenne und erläutere die OLAP-Regeln nach Codd!

  1. Multidimensionale konzeptionelle Sicht auf die Daten (wichtigstes Kriterium für OLAP)
  2. Transparenz (klare Trennung zwischen Benutzerschnittstelle und der zu Grunde liegenden Architektur)
  3. Konsistente Leistungsfähigkeit der Berichterstattung (möglichst schnelle Reportingfunktionalität)
  4. Zugriffsmöglichkeiten (Bezug der Basisdaten aus externen oder operationalen Datenbeständen)
  5. Mehrbenutzerunterstützung
  6. Intuitive Datenanalyse (direkte Navigation innerhalb der Datenwürfel)
  7. Flexibles Berichtswesen (Ergebnisse im Report frei anordenbar)

(Kapitel 2): Erläutere die FASMI-Regeln nach Pendse und Creeth!

FASMI steht für „Fast Analysis of Shared Multidimensional Information“ und besagt im Einzelnen:

  1. Fast:
    Abfragen sollen durchschnittlich fünf Sekunden dauern dürfen. Dabei sollen einfache Abfragen nicht länger als eine Sekunde und nur wenige, komplexere Abfragen bis zu 20 Sekunden Verarbeitungszeit beanspruchen.
  2. Analysis:
    Ein OLAP-System soll jegliche benötigte Logik bewältigen können. Dabei soll die Definition einer komplexeren Analyseabfrage durch den Anwender mit wenig Programmieraufwand zu realisieren sein.
  3. Shared:
    Ein OLAP-System soll für den Mehrbenutzerbetrieb ausgelegt sein. Dies bedingt eine Verfügbarkeit geeigneter Zugriffsschutzmechanismen.
  4. Multidimensional:
    Als Hauptkriterium fordern Pendse und Creeth eine mehrdimensionale Strukturierung der Daten mit voller Unterstützung der Dimensionshierarchien.
  5. Information:
    Bei der Analyse sollen einem Anwender alle benötigten Daten transparent zur Verfügung stehen. Eine Analyse darf nicht durch Beschränkungen des OLAP-Systems beeinflusst werden.

(Kapitel 3): Aus welchen Bestandteilen besteht ein multidimensionales Datenmodell und wozu braucht man es?

  • Multidimensionales Datenmodell ist auf die Unterstützung der Analyse ausgelegt
  • Datenanalyse im Entscheidungsprozess
    • Betriebswirtschaftliche Kennzahlen stehen im Vordergrund
      => Fakten (z.B. Umsatz, Kosten, Gewinn)
    • Betrachtung der betriebswirtschaftlichen Kennzahlen aus unterschiedlichen Perspektiven
      => Dimensionen (z.B. Zeit, Raum etc.)
    • Unterteilung der Auswertungsdimensionen möglich
      => Hierarchien / Konsolidierungsebenen (z.B. Jahr, Quartal, Monat)

 

(Kapitel 3): Welche verfügbaren Informationen gibt es in einem multidimensionalen Datenmodell?

  • Qualifizierende Informationen
    • Repräsentiert durch Kategorienattribute
    • Daten zur Nutzung als Navigationsraster
    • Modelliert als Begriffshierarchien im Rahmen von Dimensionen
  • Quantifizierende Informationen
    • Bilden Gegenstand der Auswertung
    • Zellen eines Würfels (mit Dimensionen als Kanten)

(Kapitel 3): Was ist eine Dimension? Nenne einige Beispiele für Dimensionen!

  • Eine Dimension beschreibt eine mögliche Sicht auf assozierte Kennzahlen
  • Endliche Menge von n Dimensionselementen, die eine semantische Beziehung aufweisen
  • Dienen der orthogonalen Strukturierung eines Datenraumes
  • Beispiele: Produkt, Filialstruktur, Geschäftsjahr

(Kapitel 3): Welche Formen von Hierarchien gibt es?

  • Einfache Hierarchien
  • Parallele Hierarchien

(Kapitel 3): Was ist eine einfache Hierarchie?

  • Höhere Hierarchiebene enhält die aggregierten Werte genau einer niedrigen Hierarchiestufe
  • Oberster Knoten: Top (Enthält nur einen Wert)

 

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