Structured-Entity-Relationship-Modell

Grundidee und Ziele

Die Strukturierte Entity-Relationship-Modellierung (SERM) erweitert die Datenmodellierung nach der Entity-Relationship-Methode. Sie wurde ursprünglich 1988 von Elmar Sinz veröffentlicht. Ihr Ergebnis ist ein SER-Diagramm, das besonders die Abhängigkeiten zwischen Datenobjekttypen sichtbar macht.

SERM verfolgt vier zentrale Ziele:

Große Datenschemata werden durch eine quasihierarchische Anordnung der Entitytypen von links nach rechts strukturiert.
Existenzabhängigkeiten werden durch die Beziehungssemantik dargestellt. Eine Existenzabhängigkeit liegt vor, wenn ein Datenobjekt nur zusammen mit einem anderen Datenobjekt existieren darf.
Zirkelbezüge und daraus mögliche Inkonsistenzen sollen vermieden werden.
Schlüsselvererbung soll unnötige Relationstypen verhindern.

Datenobjekttypen können originär, also unabhängig, oder abhängig sein. Abhängigkeiten können einseitig oder wechselseitig bestehen.

Typen und grafische Regeln

Die grafische Notation eines SER-Diagramms unterscheidet sich deutlich von der eines gewöhnlichen ER-Diagramms. Der bisherige Relationship-Typ wird nicht unverändert übernommen. SERM verwendet drei Typen:

E-Typ: ein Entity-Typ, der unabhängig sein kann.
ER-Typ: ein Entity-Relationship-Typ, der aus entsprechend verbundenen Elementen des ER-Modells hervorgeht.
R-Typ: ein Relationship-Typ für die verbleibenden Beziehungen.

Beziehungen zwischen den Typen werden durch Pfeile dargestellt. Welcher Pfeil verwendet wird, hängt von der Kardinalität ab. Die Kardinalität beschreibt, wie viele Objekte eines Typs mit Objekten eines anderen Typs verbunden sein können oder müssen. Dafür existieren unterschiedliche Notationen; die im Artikel angesprochene Darstellung weicht von der ursprünglich von Sinz vorgestellten Notation ab.

Damit Abhängigkeiten leicht erkennbar sind, verlaufen Kanten stets von links nach rechts und niemals umgekehrt. Ganz links stehende Typen sind daher unabhängig. Ein weiter rechts stehender Typ ist von einem linken Typ abhängig, sobald von dort ein Pfeil in ihn eingeht.

SER-Diagramme dürfen Kreise, aber keine Zyklen enthalten. Ein Kreis ist eine geschlossene Kantenfolge ohne Berücksichtigung der Kantenrichtung. Bei einem Zyklus wird dagegen die Richtung der Kanten beachtet. Die Kanten geben außerdem Auskunft über die Relation zwischen den Typen und können mit PK für Primary Key und FK für Foreign Key beschriftet werden.

Datenmodell mit Kunden und Aufträgen

Im Beispieldatenmodell sind Kunde und Artikel unabhängige beziehungsweise originäre Entitys: Ihre Existenz hängt von keinem anderen Datenobjekt ab. Für die Darstellung als E-Typ genügt es, dass ein Typ unabhängig sein könnte. Würde beispielsweise die Verbindung zwischen Rechnung und Kunde von (0,) auf (1,) geändert, bliebe die Anordnung der Typen gleich; nur die betreffende Kante würde sich verändern. Dann wäre auch der Kunde insofern von einer Rechnung abhängig, als ein Kunde nur angelegt würde, wenn mindestens eine Rechnung angelegt wird.

Jeder Auftrag gehört genau zu einem Kunden. Ein Auftrag ohne Kunden ist unzulässig, weshalb Auftrag ein ER-Typ ist. Ein Kunde darf dagegen ohne Auftrag existieren und bleibt ein E-Typ. Zu jedem Auftrag gehört mindestens eine Auftragsposition; Auftrag und Auftragsposition sind daher wechselseitig abhängig. Jede Auftragsposition bezieht sich außerdem auf einen Artikel. Derselbe Artikel kann in mehreren Auftragspositionen vorkommen.

Auch jede Rechnung gehört genau zu einem Kunden. Kunden ohne Rechnungen sind zulässig, Rechnungen ohne Kunden dagegen nicht. Zu jeder Rechnung gehört mindestens eine Rechnungsposition, sodass Rechnung und Rechnungsposition wechselseitig abhängig sind. Jede Rechnungsposition verweist genau auf eine Auftragsposition. Eine Auftragsposition kann bereits berechnet oder noch nicht berechnet sein.

Umwandlung eines ER-Diagramms

Ein ER-Diagramm in Min-Max-Notation kann nach dem von Staud beschriebenen Verfahren in ein SER-Diagramm überführt werden. Zunächst werden die benötigten Typen bestimmt:

Alle Entity- und Relationship-Typen des ER-Diagramms werden untersucht. Für jeweils zwei Typen, die durch eine (1,1)-Kante verbunden sind, wird im SER-Diagramm ein ER-Typ angelegt.
Für jeden verbleibenden Entity-Typ wird ein entsprechender E-Typ angelegt.
Für jeden verbleibenden Relationship-Typ wird ein entsprechender R-Typ angelegt.
Alle ermittelten E-Typen werden links in einer Spalte angeordnet.
Die ER- und R-Typen werden entsprechend ihren existenziellen Abhängigkeiten rechts davon eingefügt. In einfachen Beispielen stehen ER-Typen häufig in der zweiten und R-Typen häufig in der dritten Spalte.
Abschließend werden die Typen mit Kanten verbunden, deren Gestaltung den Kardinalitäten des ursprünglichen ER-Diagramms entspricht.

Umwandlungsbeispiel

Im Umwandlungsbeispiel besitzt eine Fachkraft mindestens eine Leistung, die sie gut kann. Jede Leistung gehört genau zu einer Fachkraft. Außerdem besteht eine Leistung aus beliebig vielen Bestandteilen, während jeder Bestandteil zu mindestens einer Leistung gehört.

Bei der Überführung werden Leistung und kann zu einem ER-Typ zusammengefasst, weil sie im ER-Diagramm durch eine (1,1)-Kante verbunden sind. Die übrigen Typen werden jeweils direkt in die entsprechenden SERM-Typen umgewandelt. Die Kanten des SER-Diagramms ergeben sich aus den Kardinalitäten des ursprünglichen ER-Diagramms.