《圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)要求》

ICS35.020

CCSL70/84

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CESAXXXXX—2023

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)要求

Technicalrequirementsforgraphdatabasesystem

（征求意見稿）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布

T/CESAXXXXX—2023

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)要求

1范圍

本文件確立了圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，規(guī)定了技術(shù)功能、技術(shù)特性、安全技術(shù)等要求。

本文件適用于圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試、評(píng)估等。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T20273—2019信息安全技術(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)安全技術(shù)要求

GB/T37722—2019信息技術(shù)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)功能要求

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)databasesystem

儲(chǔ)存、管理、處理和維護(hù)數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理員組成。

[來源：GB/T28821—2012，3.1]

3.2

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)databasemanagementsystem

用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的軟件。

[來源：GB/T28821—2012，3.3]

3.3

圖數(shù)據(jù)庫graphdatabase

使用圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行語義查詢的數(shù)據(jù)庫。

3.4

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)graphdatabasesystem

儲(chǔ)存、管理、處理和維護(hù)圖數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)。

4縮略語

下列縮略語適用于本文件：

DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem）

5技術(shù)架構(gòu)

架構(gòu)圖

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)圖，見圖1：

1

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圖1圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)圖

a)圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要分為應(yīng)用層、工具層、接口層、計(jì)算層和存儲(chǔ)層。

b)存儲(chǔ)層由圖存儲(chǔ)引擎構(gòu)成，其中包括分片管理器和若干個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的分片，實(shí)現(xiàn)圖數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

功能。

c)計(jì)算層由高可用服務(wù)引擎、圖查詢引擎、圖分析引擎、數(shù)據(jù)加載引擎構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)圖數(shù)據(jù)庫的高

可用服務(wù)、圖查詢計(jì)算、數(shù)據(jù)加載、圖分析等功能。

d)接口層由主流查詢接口和主流算法接口組成，提供二次開發(fā)能力。

e)工具層由用戶操作界面、圖形化查詢工具和數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具組成。

f)應(yīng)用層主要包括應(yīng)用程序，基于圖數(shù)據(jù)庫的計(jì)算層和存儲(chǔ)層的功能，來提供上層應(yīng)用，比如社

交網(wǎng)絡(luò)、安全風(fēng)控、知識(shí)圖譜等。

存儲(chǔ)層

存儲(chǔ)層用于基于分片來存儲(chǔ)圖數(shù)據(jù)，主要包括若干個(gè)分片，和分片管理器:

a)分片用于實(shí)現(xiàn)圖數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)。

b)分片管理器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)分片的管理，包括尋址、負(fù)載均衡、集群管理等。

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計(jì)算層

5.3.1概述

計(jì)算層應(yīng)提供圖數(shù)據(jù)的加載、查詢、處理、分析等功能，包括高可用服務(wù)引擎、圖查詢引擎、數(shù)據(jù)

加載引擎、圖分析引擎。

5.3.2高可用服務(wù)引擎

高可用服務(wù)引擎應(yīng)提供圖數(shù)據(jù)庫的高可用服務(wù)，可包括心跳監(jiān)控器、配置監(jiān)控器、狀態(tài)監(jiān)控器、統(tǒng)

計(jì)管理器等功能組件。

a)心跳監(jiān)控器用于監(jiān)控圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的心跳，并進(jìn)行自動(dòng)容錯(cuò)恢復(fù)。

b)配置監(jiān)控器用于監(jiān)控圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的配置情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)配置上的問題。

c)狀態(tài)監(jiān)控器用于監(jiān)控圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的異常。

d)統(tǒng)計(jì)管理器用于統(tǒng)計(jì)圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并進(jìn)行可視化展示。

5.3.3圖查詢引擎

圖查詢引擎應(yīng)提供圖數(shù)據(jù)庫的查詢、計(jì)算等功能，包括查詢解析器、查詢優(yōu)化器、查詢處理器、更

新處理器等功能組件。

a)查詢解析器用于解析接收到的查詢指令。

b)查詢優(yōu)化器，用于對(duì)查詢活動(dòng)進(jìn)行執(zhí)行計(jì)劃的優(yōu)化。

c)查詢處理器用于執(zhí)行解析后的查詢指令，根據(jù)不同的操作，調(diào)用不同的執(zhí)行器。

d)更新處理器用于執(zhí)行對(duì)圖數(shù)據(jù)的更新操作，包括新增、修改、刪除等操作。

5.3.4數(shù)據(jù)加載引擎

數(shù)據(jù)加載引擎應(yīng)提供數(shù)據(jù)加載功能，包括批量生成、增量加載、實(shí)時(shí)更新等方式，可包括快速隊(duì)列、

實(shí)時(shí)更新器、塊加載器、批量更新器等功能組件。

a)快速隊(duì)列用于緩存流數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，調(diào)用相應(yīng)的實(shí)時(shí)更新器，來更新這些數(shù)據(jù)。

b)實(shí)時(shí)更新器用于處理流數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新。

c)塊加載器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的增量加載。

d)批量更新器用于實(shí)現(xiàn)圖數(shù)據(jù)的批量生成和更新。

e)說明：數(shù)據(jù)加載引擎的實(shí)現(xiàn)可以不限于上述功能組件。

5.3.5圖分析引擎

圖分析引擎應(yīng)提供圖指標(biāo)、基礎(chǔ)圖論算法、圖優(yōu)化、圖推理、圖深度學(xué)習(xí)等不同算法模塊。

a)圖指標(biāo)模塊負(fù)責(zé)計(jì)算指標(biāo)，表征圖的基本狀態(tài)。

b)基礎(chǔ)圖論算法模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行基于經(jīng)典圖論的算法，包含路徑計(jì)算和子圖挖掘相關(guān)算法等。

c)圖優(yōu)化模塊使用圖論算法進(jìn)行組合優(yōu)化。

d)圖推理模塊提供支持知識(shí)圖譜推理的能力。

e)圖深度學(xué)習(xí)模塊提供支持圖的特征抽取能力。

接口層

接口層應(yīng)提供主流軟件的查詢接口和主流算法接口，提供面向應(yīng)用的二次開發(fā)能力。

a)查詢接口用于與外部接口，接收來自于外部的查詢指令。

b)主流查詢接口一般適配具有較強(qiáng)生態(tài)開源框架如Gremlin、OpenCypher和SPARQL等查詢語言，

接收來自于外部的查詢指令。

c)主流算法接口一般適配如Pregel、GAS等圖算法迭代框架，接收來自于外部的算法命令。

工具層

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工具層應(yīng)提供用戶操作界面工具、圖形化查詢工具、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具。

應(yīng)用層

應(yīng)用層應(yīng)基于圖數(shù)據(jù)庫的計(jì)算層、存儲(chǔ)層、工具層的功能，來提供上層應(yīng)用程序。

6技術(shù)功能要求

基本要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)宜符合GB/T37722-2019中6.5節(jié)”分布式圖數(shù)據(jù)庫”的要求。

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)符合GB/T37722-2019中7.4節(jié)”圖計(jì)算”的要求。

存儲(chǔ)功能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的存儲(chǔ)功能要求：

a)宜具備圖數(shù)據(jù)的分片存儲(chǔ)功能；

b)應(yīng)基于有向?qū)傩詧D或以主謂賓的三元組的數(shù)據(jù)模型對(duì)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

c)應(yīng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性管理。

計(jì)算功能要求

6.3.1高可用服務(wù)功能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的高可用服務(wù)功能要求：

a)應(yīng)支持對(duì)系統(tǒng)心跳的監(jiān)控，和自動(dòng)容錯(cuò)恢復(fù)。

b)宜支持對(duì)系統(tǒng)配置的監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)配置上的問題。

c)應(yīng)支持對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的異常。

d)應(yīng)支持對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行可視化展示。

e)宜支持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)伸縮、彈性擴(kuò)容等。

6.3.2圖查詢功能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的圖查詢功能要求：

a)應(yīng)支持如下的功能操作：增刪改查、連接、排序、聚合。

b)應(yīng)支持?jǐn)?shù)值函數(shù)、字符函數(shù)、時(shí)間日期函數(shù)、類型轉(zhuǎn)換、條件表達(dá)式、正則表達(dá)式、循環(huán)函數(shù)、

聚合函數(shù)等多種函數(shù)。

c)應(yīng)支持添加新的操作符和自定義函數(shù)，來擴(kuò)展圖查詢語言的功能。

d)應(yīng)支持對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)和邊，以及其屬性的精準(zhǔn)查詢。

e)應(yīng)支持建立范圍查詢的索引。

f)應(yīng)支持對(duì)圖查詢結(jié)果的可視化展現(xiàn)。

g)應(yīng)支持單節(jié)點(diǎn)、多節(jié)點(diǎn)多層關(guān)系擴(kuò)展查詢，支持最短路徑、最優(yōu)路徑遍歷搜索。

h)宜支持圖上的子圖匹配查詢。

i)宜支持主流圖查詢語言，如Gremlin、OpenCypher和SPARQL等。

6.3.3圖分析功能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具備如下的圖分析功能要求：

a)應(yīng)支持常用的圖指標(biāo)算法，如直徑半徑、三角計(jì)數(shù)、計(jì)算圖的中心度等；應(yīng)支持常用的路徑計(jì)

算算法，如單源最短路徑、兩點(diǎn)最短路徑、全最短路徑等；應(yīng)支持常用的子圖挖掘算法。

b)應(yīng)支持常用的圖優(yōu)化方式，如旅行商問題（TSP）、車隊(duì)路徑規(guī)劃問題（VRP）、圖著色等。

c)宜支持實(shí)體關(guān)系推理、知識(shí)消歧等知識(shí)圖譜推理方式。

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d)應(yīng)支持節(jié)點(diǎn)嵌入、子圖嵌入等圖深度學(xué)習(xí)的特征抽取方式。

e)宜支持主流圖算法迭代框架，如GAS、Pregel等。

f)應(yīng)支持分析結(jié)果的可視化展現(xiàn)，宜支持分析結(jié)果的分頁展示。

g)宜具備可擴(kuò)展多種圖切分模式和調(diào)度方法的能力，宜支持多圖之間的分析和訪問。

h)宜支持復(fù)雜圖分析和圖計(jì)算，宜支持分析算法的用戶可介入的中斷和恢復(fù)。

6.3.4數(shù)據(jù)加載功能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)宜具備如下的數(shù)據(jù)加載功能要求：

a)宜支持快速隊(duì)列，對(duì)流數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求進(jìn)行緩存。

b)可支持對(duì)來自流數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

c)宜支持對(duì)數(shù)據(jù)塊的增量加載。

d)宜支持對(duì)圖數(shù)據(jù)的批量生成和更新。

工具功能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的工具功能要求：

a)應(yīng)提供用戶操作界面Shell工具，用于接收用戶的命令，并調(diào)用相應(yīng)的應(yīng)用程序。

b)應(yīng)提供圖形化查詢工具，便于用戶對(duì)圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行可視化查詢。

c)應(yīng)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具，便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出操作。

7技術(shù)特性要求

容災(zāi)能力要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的災(zāi)備能力要求：

a)應(yīng)具備在出現(xiàn)故障（比如服務(wù)器故障、硬盤故障、網(wǎng)絡(luò)故障、關(guān)機(jī)、重啟等）后系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)

容災(zāi)恢復(fù)的能力，包括數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、各組件的主備節(jié)點(diǎn)切換等。

b)應(yīng)基于去中心化設(shè)計(jì)，且具備多機(jī)房容災(zāi)能力。

c)應(yīng)具備多備份共同服務(wù)能力。

兼容性要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的兼容性要求：

a)應(yīng)能在主流服務(wù)器和主流操作系統(tǒng)上正常運(yùn)行。

b)應(yīng)支持多數(shù)據(jù)源的批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入與更新。

c)應(yīng)支持異構(gòu)硬件平臺(tái)和不同的操作系統(tǒng)。

可擴(kuò)展性要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的可擴(kuò)展性要求：

a)應(yīng)支持水平線性擴(kuò)展，按需擴(kuò)容縮容。

b)應(yīng)具備將接入圖數(shù)據(jù)庫的計(jì)算壓力進(jìn)行平衡的能力。

c)應(yīng)支持在不停止服務(wù)的情況下，進(jìn)行功能擴(kuò)容。

d)應(yīng)支持實(shí)時(shí)、增量、批量更新數(shù)據(jù)。

運(yùn)維管理能力要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的運(yùn)維管理能力要求：

a)應(yīng)具備將數(shù)據(jù)分散地存儲(chǔ)于多臺(tái)獨(dú)立的機(jī)器設(shè)備的分布式部署能力。

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b)應(yīng)具備對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的重要事件、異常事件、異常狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)告警的能力，并對(duì)告警信息進(jìn)行

實(shí)時(shí)展示。

c)應(yīng)具備對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的能力。

d)應(yīng)具備對(duì)圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)資源進(jìn)行分組配置的能力。

e)應(yīng)具備對(duì)全局范圍內(nèi)的圖數(shù)據(jù)庫配置參數(shù)進(jìn)行在線管理的能力。

f)應(yīng)具備在線狀態(tài)下，進(jìn)行組件升級(jí)和版本升級(jí)的能力。

g)應(yīng)具備對(duì)圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各類日志進(jìn)行查看和處理的能力。

h)應(yīng)具備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入和導(dǎo)出的能力。

i)應(yīng)具備對(duì)主備系統(tǒng)之間保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，并保持強(qiáng)一致性的能力。

性能要求

圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備如下的性能要求：

a)查詢延遲應(yīng)在毫秒級(jí)。

b)應(yīng)支持對(duì)億級(jí)的節(jié)點(diǎn)和邊的圖存儲(chǔ)、圖查詢和圖計(jì)