This Thesis addresses how Semantic Web representations, in particular RDF, can enable flexible and scalable preservation, recreation, and querying of databases. An approach has been developed for selective scalable long-term archival of relational databases (RDBs) as RDF, implemented in the SAQ (Semantic Archive and Query) system. The archival of user-specified parts of an RDB is specified using an extension of SPARQL, A-SPARQL. SAQ automatically generates an RDF view of the RDB, the RD-view. The result of an archival query is RDF triples stored in: i) a data archive file containing the preserved RDB content, and ii) a schema archive file containing sufficient meta-data to reconstruct the archived database. To achieve scalable data preservation and recreation, SAQ uses special query rewriting optimizations for the archival queries. It was experimentally shown that they improve query execution and archival time compared with naïve processing. The performance of SAQ was compared with that of other systems supporting SPARQL queries to views of existing RDBs. When an archived RDB is to be recreated, the reloader module of SAQ first reads the schema archive file and executes a schema reconstruction algorithm to automatically construct the RDB schema. The thus created RDB is populated by reading the data archive and converting the read data into relational attribute values. For scalable recreation of RDF archived data we have developed the Triple Bulk Load (TBL) approach where the relational data is reconstructed by using the bulk load facility of the RDBMS. Our experiments show that the TBL approach is substantially faster than the naïve Insert Attribute Value (IAV) approach, despite the added sorting and post-processing. To view and query semi-structured Topic Maps data as RDF the prototype system TM-Viewer was implemented. A declarative RDF view of Topic Maps, the TM-view, is automatically generated by the TM-viewer using a developed conceptual schema for the Topic Maps data model. To achieve efficient query processing of SPARQL queries to the TM-view query rewrite transformations were developed and evaluated. It was shown that they significantly improve the query execution time. / eSSENCE

In dieser Arbeit schlagen wir die Verwendung von materialisierten Anfragen als Indexstruktur für RDF-Daten vor. Wir streben eine Reduktion der Bearbeitungszeit durch die Minimierung der Anzahl der Vergleiche zwischen Anfrage und RDF Datenmenge an. Darüberhinaus betonen wir die Rolle von Kostenmodellen und Indizes für die Auswahl eines efizienten Ausführungsplans in Abhängigkeit vom Workload. Wir geben einen Überblick über das Problem der Auswahl von materialisierten Anfragen in relationalen Datenbanken und diskutieren ihre Anwendung zur Optimierung der Anfrageverarbeitung. Wir stellen RDFMatView als Framework für SPARQL-Anfragen vor. RDFMatView benutzt materializierte Anfragen als Indizes und enthalt Algorithmen, um geeignete Indizes fur eine gegebene Anfrage zu finden und sie in Ausführungspläne zu integrieren. Die Auswahl eines effizienten Ausführungsplan ist das zweite Thema dieser Arbeit. Wir führen drei verschiedene Kostenmodelle für die Verarbeitung von SPARQL Anfragen ein. Ein detaillierter Vergleich der Kostmodelle zeigt, dass ein auf Index-- und Prädikat--Statistiken beruhendes Modell die genauesten Informationen liefert, um einen effizienten Ausführungsplan auszuwählen. Die Evaluation zeigt, dass unsere Methode die Anfragebearbeitungszeit im Vergleich zu unoptimierten SPARQL--Anfragen um mehrere Größenordnungen reduziert. Schließlich schlagen wir eine einfache, aber effektive Strategie für das Problem der Auswahl von materialisierten Anfragen über RDF-Daten vor. Ausgehend von einem bestimmten Workload werden algorithmisch diejenigen Indizes augewählt, die die Bearbeitungszeit des gesamten Workload minimieren sollen. Dann erstellen wir auf der Basis von Anfragemustern eine Menge von Index--Kandidaten und suchen in dieser Menge Zusammenhangskomponenten. Unsere Auswertung zeigt, dass unsere Methode zur Auswahl von Indizes im Vergleich zu anderen, die größten Einsparungen in der Anfragebearbeitungszeit liefert. / In this thesis, we propose to use materialized queries as a special index structure for RDF data. We strive to reduce the query processing time by minimizing the number of comparisons between the query and the RDF dataset. We also emphasize the role of cost models in the selection of execution plans as well as index sets for a given workload. We provide an overview of the materialized view selection problem in relational databases and discuss its application for optimization of query processing. We introduce RDFMatView, a framework for answering SPARQL queries using materialized views as indexes. We provide algorithms to discover those indexes that can be used to process a given query and we develop different strategies to integrate these views in query execution plans. The selection of an efficient execution plan states the topic of our second major contribution. We introduce three different cost models designed for SPARQL query processing with materialized views. A detailed comparison of these models reveals that a model based on index and predicate statistics provides the most accurate cost estimation. We show that selecting an execution plan using this cost model yields a reduction of processing time with several orders of magnitude compared to standard SPARQL query processing. Finally, we propose a simple yet effective strategy for the materialized view selection problem applied to RDF data. Based on a given workload of SPARQL queries we provide algorithms for selecting a set of indexes that minimizes the workload processing time. We create a candidate index by retrieving all connected components from query patterns. Our evaluation shows that using the set of suggested indexes usually achieves larger runtime savings than other index sets regarding the given workload.