Otimização de esquemas NoSQL orientado a documentos : avaliação baseada em métricas e algoritmo VNS

Abstract

Em bancos de dados NoSQL orientados a documentos, a definição do esquema influencia diretamente o armazenamento, a velocidade das consultas e a escalabilidade do sistema. No entanto, determinar a configuração ideal constitui um desafio significativo devido ao elevado número de combinações possíveis entre coleções e suas relações. Cada uma dessas combinações precisa ser avaliada individualmente para mensurar seu impacto sobre o desempenho geral do sistema, o que torna inviável uma análise exaustiva devido ao alto custo computacional e à complexidade envolvida. Neste trabalho, implementou-se o algoritmo metaheurístico VNS (Variable Neighborhood Search) para identificar soluções eficientes a partir de um conjunto de consultas e uma configuração inicial. Para tanto, definiramse métricas de avaliação que quantificam a qualidade dos esquemas, considerando os relacionamentos referenciados e aninhados com uma ponderação específica. Integradas como função objetivo no algoritmo, essas métricas permitem uma avaliação mais ampla, concentrando-se nos aspectos estruturais dos esquemas. Operações de perturbação específicas foram projetadas para explorar eficientemente o espaço de busca, diversificando as soluções e prevenindo a convergência para mínimos locais. Assim, o algoritmo analisa diferentes estruturas, otimiza a complexidade do esquema e garante suporte completo às consultas definidas, alcançando uma solução eficaz no nível lógico de modelagem. Diferentemente dos trabalhos relacionados focados na representação conceitual e na adaptação de notações como UML e ER, este trabalho propõe uma abordagem automatizada de otimização lógica com métricas quantitativas e meta-heurísticas, eliminando a necessidade de avaliação física e facilitando o uso por projetistas com variados níveis de experiência.