airflow-greenplum/docs/design/db_schema.md

Схема БД DWH (Bookings → Greenplum)

Статус: Проект в разработке. Реализованы STG, ODS и DDS (bookings).

Обзор

Эта документация описывает архитектуру хранилища данных (DWH) для учебного проекта Airflow + Greenplum. Источник данных — демо-БД bookings (Postgres).

Целевые аудитории:

• LLM/Разработчики: Технические спецификации для реализации (см. раздел "Спецификации для реализации")
• Студенты: Обучающие материалы и пояснения (см. раздел "Обучающие материалы")

---

Спецификации для реализации (для LLM и разработчиков)

Ключевые договорённости

• Источник: используем основные таблицы схемы bookings (табличные данные, не VIEW)
• Зерно факта dds.fact_flight_sales: 1 строка = 1 сегмент билета (ticket_no + flight_id, источник: segments)
• Обязательная связь для аэропортов и самолёта: flights.route_no → routes → (departure_airport, arrival_airport, airplane_code)
• Маршруты в DDS: используем dds.dim_routes (SCD2), в факт пишем route_sk через point-in-time lookup на дату вылета
• Даты: как минимум различаем book_date (дата покупки) и scheduled_departure (дата/время вылета)
• Инкремент в STG: для tickets опорная дата берётся из bookings.book_date, потому что в tickets нет собственного поля времени изменения
• DQ-проверки: проверки качества данных выполняем SQL-скриптами, но не сохраняем результаты в отдельные таблицы/слой DQ (при проблемах падаем с понятной ошибкой и останавливаем пайплайн)
• Нейминг полей: единый стандарт — в docs/design/naming_conventions.md

Статус реализации по слоям

Слой	Статус	Реализовано
Source	✅ Готово	Демо-БД bookings (Postgres)
STG	✅ Готово	9 из 9 таблиц (bookings, tickets, airports, airplanes, routes, seats, flights, segments, boarding_passes)
ODS	✅ Готово	9 из 9 таблиц + DAG bookings_ods_ddl и bookings_to_gp_ods
DDS	✅ Готово	6 измерений + 1 факт + DAG bookings_dds_ddl и bookings_to_gp_dds
DM	✅ Готово	5 витрин (sales_report, route_performance, passenger_loyalty, airport_traffic, monthly_overview) + DAG bookings_dm_ddl и bookings_to_gp_dm

Архитектура слоёв

STG (Staging Layer)

• Назначение: Сырой слой, максимально близкий к источнику, без бизнес-логики
• Хранение: AO-Row (Append-Only Row-oriented) для эффективной загрузки больших объёмов
• Типы данных: Бизнес-колонки как TEXT, тех.колонки как TIMESTAMP
• Инкрементальная загрузка: Опорное поле event_ts (из book_date для tickets)
• Технологические колонки:
  • event_ts TIMESTAMP — дата/время из источника для инкремента
  • _load_ts TIMESTAMP NOT NULL DEFAULT now() — когда запись была загружена
  • _load_id TEXT — идентификатор пачки/батча (например {{ run_id }})
• DQ-проверки (после загрузки STG): отдельные SQL-скрипты, которые валидируют данные (counts, дубли, NULL, orphan records) и при ошибке делают RAISE EXCEPTION; примеры: sql/stg/bookings_dq.sql, sql/stg/tickets_dq.sql

ODS (Operational Data Store)

• Назначение: Очищенные данные в 3NF, готовые для аналитики
• Хранение: Heap для частых чтений и обновлений
• Трансформации: Очистка, приведение типов, нормализация, SCD1 UPSERT
• Связи: Все связи через бизнес-ключи (без суррогатных ключей)
• Текущий статус: Реализован (9 таблиц, SQL DQ, DAG загрузки)

DDS (Data Delivery System)

• Назначение: Star Schema для аналитики и отчётности
• Хранение: Heap или AO-CO (Append-Only Column-oriented) для аналитических запросов
• Структура: Измерения (Dimensions) + Факты (Facts)
• Ключи: Суррогатные ключи (SK) для измерений, FK в фактах
• Текущий статус: Реализован (6 измерений, 1 факт, SQL DQ, DAG загрузки)

Измерения DDS (Dimensions)

Измерение	Бизнес-ключ	Суррогатный ключ	Атрибуты
dds.dim_calendar	date_actual	calendar_sk	year_actual, month_actual, day_actual, day_of_week, day_name, is_weekend
dds.dim_airports	airport_code (airport_bk)	airport_sk	airport_name, city, country, timezone, coordinates
dds.dim_airplanes	airplane_code (airplane_bk)	airplane_sk	model, range_km, speed_kmh, total_seats
dds.dim_tariffs	fare_conditions	tariff_sk	fare_conditions
dds.dim_passengers	passenger_id (passenger_bk)	passenger_sk	passenger_name (SCD1)
dds.dim_routes	route_no (route_bk)	route_sk	departure_airport, arrival_airport, airplane_code, departure_city (денормализовано), arrival_city (денормализовано), airplane_model (денормализовано), total_seats (денормализовано), hashdiff, valid_from, valid_to (SCD2)

Факт DDS (Fact)

dds.fact_flight_sales:

• Зерно: 1 строка = 1 сегмент билета (ticket_no + flight_id)
• FK на измерения:
  • calendar_sk — ссылка на дату вылета
  • departure_airport_sk — аэропорт вылета
  • arrival_airport_sk — аэропорт прилёта
  • airplane_sk — самолёт
  • tariff_sk — тариф
  • passenger_sk — пассажир
  • route_sk — версия маршрута (SCD2, point-in-time)
• Метрики:
  • price NUMERIC — стоимость сегмента
  • is_boarded BOOLEAN — сел ли пассажир в самолёт (из boarding_passes)
• Атрибуты:
  • book_ref TEXT — бизнес-ключ бронирования
  • book_date DATE — дата покупки
  • ticket_no TEXT — номер билета
  • flight_id INT — ID рейса
  • seat_no TEXT — место (если есть)

---

Детальное описание таблиц STG слоя

stg.bookings (транзакции, инкремент)

• Источник: bookings.bookings (через PXF)
• Ключ распределения: book_ref
• Бизнес-колонки:
  • book_ref TEXT - номер бронирования
  • book_date TEXT - дата бронирования
  • total_amount TEXT - общая сумма
• Технические колонки: event_ts (=book_date), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Инкремент по book_date
• DQ проверки: count (окно инкремента, пустое окно допустимо), дубликаты book_ref, NULL обязательных полей

stg.tickets (транзакции, инкремент)

• Источник: bookings.tickets (через PXF)
• Ключ распределения: book_ref
• Примечание: JOIN tickets ↔ segments/boarding_passes по ticket_no может требовать motion (ключи распределения разные).
• Бизнес-колонки:
  • ticket_no TEXT - номер билета
  • book_ref TEXT - номер бронирования
  • passenger_id TEXT - идентификатор пассажира
  • passenger_name TEXT - имя пассажира
  • outbound TEXT - направление (в источнике boolean)
• Технические колонки: event_ts (из book_date через bookings), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Инкремент по book_date (через bookings)
• DQ проверки: count (окно инкремента, пустое окно допустимо), дубликаты ticket_no, NULL обязательных полей, пустой passenger_name, ссылочная целостность (bookings)

stg.airports (справочник, full load)

• Источник: bookings.airports_data (через PXF)
• Ключ распределения: airport_code
• Бизнес-колонки:
  • airport_code TEXT - код аэропорта
  • airport_name TEXT - название аэропорта (из JSONB)
  • city TEXT - город (из JSONB)
  • country TEXT - страна (из JSONB)
  • coordinates TEXT - координаты
  • timezone TEXT - часовой пояс
• Технические колонки: event_ts (=now()), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Full load (все строки при каждом запуске)
• DQ проверки: count, дубликаты airport_code, NULL обязательных полей

stg.airplanes (справочник, full load)

• Источник: bookings.airplanes_data (через PXF)
• Ключ распределения: airplane_code
• Бизнес-колонки:
  • airplane_code TEXT - код самолёта
  • model TEXT - модель (из JSONB)
  • range TEXT - дальность полёта
  • speed TEXT - скорость
• Технические колонки: event_ts (=now()), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Full load
• DQ проверки: count, дубликаты airplane_code, NULL обязательных полей

stg.routes (справочник, full load)

• Источник: bookings.routes (через PXF)
• Ключ распределения: route_no
• Примечание: JOIN по departure_airport/arrival_airport/airplane_code может требовать motion (ключи распределения разные).
• Бизнес-колонки:
  • route_no TEXT - номер маршрута
  • validity TEXT - период действия (из tstzrange)
  • departure_airport TEXT - аэропорт вылета
  • arrival_airport TEXT - аэропорт прилёта
  • airplane_code TEXT - код самолёта
  • days_of_week TEXT - дни недели (из int[])
  • scheduled_time TEXT - плановое время
  • duration TEXT - длительность
• Технические колонки: event_ts (=now()), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Full load
• DQ проверки: count, дубликаты (route_no, validity), NULL обязательных полей, ссылочная целостность (_load_id = текущий батч)

stg.seats (справочник, full load)

• Источник: bookings.seats (через PXF)
• Ключ распределения: airplane_code (co-location с airplanes)
• Бизнес-колонки:
  • airplane_code TEXT - код самолёта
  • seat_no TEXT - номер места
  • fare_conditions TEXT - класс обслуживания
• Технические колонки: event_ts (=now()), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Full load
• DQ проверки: count, дубликаты (airplane_code, seat_no), NULL обязательных полей, ссылочная целостность (_load_id = текущий батч)

stg.flights (транзакции, инкремент)

• Источник: bookings.flights (через PXF)
• Ключ распределения: flight_id
• Примечание: JOIN с таблицами, распределёнными по другим ключам, может требовать motion.
• Бизнес-колонки:
  • flight_id TEXT - идентификатор рейса
  • route_no TEXT - номер маршрута
  • status TEXT - статус
  • scheduled_departure TEXT - плановое время вылета
  • scheduled_arrival TEXT - плановое время прилёта
  • actual_departure TEXT - фактическое время вылета
  • actual_arrival TEXT - фактическое время прилёта
• Технические колонки: event_ts (=scheduled_departure), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Инкремент по scheduled_departure
• DQ проверки: count (окно инкремента, пустое окно допустимо), дубликаты flight_id, NULL обязательных полей, ссылочная целостность (routes, _load_id = текущий батч)

stg.segments (транзакции, инкремент)

• Источник: bookings.segments (через PXF)
• Ключ распределения: ticket_no (co-location с boarding_passes)
• Примечание: JOIN segments ↔ tickets по ticket_no может требовать motion (stg.tickets распределена по book_ref).
• Бизнес-колонки:
  • ticket_no TEXT - номер билета
  • flight_id TEXT - идентификатор рейса
  • fare_conditions TEXT - класс обслуживания
  • price TEXT - цена
• Технические колонки: event_ts (из book_date через tickets), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Инкремент по book_date (через tickets)
• DQ проверки: count (окно инкремента, пустое окно допустимо), дубликаты (ticket_no, flight_id), NULL обязательных полей, ссылочная целостность (tickets, flights)

stg.boarding_passes (транзакции, full snapshot)

• Источник: bookings.boarding_passes (через PXF)
• Ключ распределения: ticket_no (co-location с segments)
• Примечание: JOIN boarding_passes ↔ tickets по ticket_no может требовать motion (stg.tickets распределена по book_ref).
• Бизнес-колонки:
  • ticket_no TEXT - номер билета
  • flight_id TEXT - идентификатор рейса
  • seat_no TEXT - номер места
  • boarding_no TEXT - номер посадки
  • boarding_time TEXT - время посадки
• Технические колонки: event_ts (=now()), _load_ts, _load_id
• Стратегия загрузки: Full snapshot (все строки при каждом запуске)
• DQ проверки: count, дубликаты (ticket_no, flight_id), NULL обязательных полей, ссылочная целостность

---

Полная схема потоков данных (Data Lineage)

graph LR
    %% Стили
    classDef source fill:#e1f5fe,stroke:#01579b,stroke-width:2px;
    classDef stg fill:#fff9c4,stroke:#fbc02d,stroke-width:2px;
    classDef ods fill:#e0f2f1,stroke:#00695c,stroke-width:2px;
    classDef dim fill:#f3e5f5,stroke:#7b1fa2,stroke-width:2px;
    classDef fact fill:#ffccbc,stroke:#bf360c,stroke-width:4px;

    %% 1. Source
    subgraph Source_Postgres [Source: Postgres Bookings]
        direction TB
        SRC_Airports[airports_data]:::source
        SRC_Airplanes[airplanes_data]:::source
        SRC_Routes[routes]:::source
        SRC_Seats[seats]:::source
        SRC_Bookings[bookings]:::source
        SRC_Tickets[tickets]:::source
        SRC_Flights[flights]:::source
        SRC_Segments[segments]:::source
        SRC_Boarding[boarding_passes]:::source
    end

    %% 2. STAGING (Load 1-to-1, AO-Row)
    subgraph STG_Layer [Layer: STG Staging]
        direction TB
        STG_Airports[stg.airports]:::stg
        STG_Airplanes[stg.airplanes]:::stg
        STG_Routes[stg.routes]:::stg
        STG_Seats[stg.seats]:::stg
        STG_Bookings[stg.bookings]:::stg
        STG_Tickets[stg.tickets]:::stg
        STG_Flights[stg.flights]:::stg
        STG_Segments[stg.segments]:::stg
        STG_Boarding[stg.boarding_passes]:::stg
    end

    %% Links Source to STG
    SRC_Airports --> STG_Airports
    SRC_Airplanes --> STG_Airplanes
    SRC_Routes --> STG_Routes
    SRC_Seats --> STG_Seats
    SRC_Bookings --> STG_Bookings
    SRC_Tickets --> STG_Tickets
    SRC_Flights --> STG_Flights
    SRC_Segments --> STG_Segments
    SRC_Boarding --> STG_Boarding

    %% 3. ODS (3NF, Clean, Type, Heap)
    subgraph ODS_Layer [Layer: ODS Operational Core]
        direction TB
        ODS_Airports[ods.airports]:::ods
        ODS_Airplanes[ods.airplanes]:::ods
        ODS_Routes[ods.routes]:::ods
        ODS_Seats[ods.seats]:::ods
        ODS_Bookings[ods.bookings]:::ods
        ODS_Tickets[ods.tickets]:::ods
        ODS_Flights[ods.flights]:::ods
        ODS_Segments[ods.segments]:::ods
        ODS_Boarding[ods.boarding_passes]:::ods
    end

    %% Links STG to ODS
    STG_Airports --> ODS_Airports
    STG_Airplanes --> ODS_Airplanes
    STG_Routes --> ODS_Routes
    STG_Seats --> ODS_Seats
    STG_Bookings --> ODS_Bookings
    STG_Tickets --> ODS_Tickets
    STG_Flights --> ODS_Flights
    STG_Segments --> ODS_Segments
    STG_Boarding --> ODS_Boarding

    %% 4. DDS (Star Schema)
    subgraph DDS_Layer [Layer: DDS Star Schema]
        direction TB
        
        %% Dimensions
        DIM_Calendar[dds.dim_calendar]:::dim
        DIM_Airports[dds.dim_airports]:::dim
        DIM_Airplanes[dds.dim_airplanes]:::dim
        DIM_Tariffs[dds.dim_tariffs]:::dim
        DIM_Passengers[dds.dim_passengers]:::dim
        DIM_Routes[dds.dim_routes SCD2]:::dim

        %% Fact
        FACT_Sales[dds.fact_flight_sales]:::fact
    end

    %% Transformations ODS to DDS

    %% Form reference tables
    ODS_Airports --> DIM_Airports
    
    ODS_Airplanes --> DIM_Airplanes
    ODS_Seats -.->|Enrich total_seats| DIM_Airplanes
    
    ODS_Segments -.->|Extract distinct| DIM_Tariffs
    
    ODS_Tickets -->|Extract Unique| DIM_Passengers
    ODS_Routes -->|SCD2 with hashdiff| DIM_Routes
    DIM_Airports -.->|Enrich cities| DIM_Routes
    DIM_Airplanes -.->|Enrich model and seats| DIM_Routes

    %% Fact assembly (Main process + route point-in-time)
    ODS_Segments -->|Main Stream| FACT_Sales
    ODS_Tickets -->|Join book_ref passenger_id| FACT_Sales
    ODS_Bookings -->|Join book_date| FACT_Sales
    ODS_Flights -->|Join Times Status Route No| FACT_Sales
    ODS_Boarding -->|LEFT JOIN Seat No| FACT_Sales
    
    %% Link dimensions to fact
    DIM_Calendar -->|calendar_sk| FACT_Sales
    DIM_Airports -->|departure_airport_sk| FACT_Sales
    DIM_Airports -->|arrival_airport_sk| FACT_Sales
    DIM_Airplanes -->|airplane_sk| FACT_Sales
    DIM_Tariffs -->|tariff_sk| FACT_Sales
    DIM_Passengers -->|passenger_sk| FACT_Sales
    DIM_Routes -->|route_sk| FACT_Sales

---

Обучающие материалы (для студентов)

Глоссарий ключевых терминов

Термин	Объяснение
Зерно факта (Fact Grain)	Минимальная единица измерения в факте. Для dds.fact_flight_sales — это один сегмент билета.
Суррогатный ключ (Surrogate Key, SK)	Технический ключ (обычно INT), который генерируется в DWH и не зависит от бизнес-ключа.
Бизнес-ключ (Business Key)	Ключ из источника (например, airport_code, passenger_id).
Star Schema	Модель данных, где факт в центре, а измерения вокруг него (как звезда).
SCD Type 1	Slowly Changing Dimension Type 1: при изменении данных просто перезаписываем старую запись.
SCD Type 2	Slowly Changing Dimension Type 2: при изменении данных создаём новую запись с датой начала/действия.
AO-Row	Append-Only Row-oriented: хранение данных по строкам, только добавление (без UPDATE/DELETE).
Heap	Обычное хранение данных (как в обычной таблице), поддерживает UPDATE/DELETE.
Инкрементальная загрузка	Загрузка только новых/изменённых данных за период, а не всей таблицы.

Пояснения к схеме

Эта диаграмма покрывает основные таблицы источника и показывает логику их трансформации. Вот на что стоит обратить внимание при обучении:

1. Ветка справочников (Reference Data)

seats + airplanes → dds.dim_airplanes: Здесь мы показываем пример обогащения. Таблица seats сама по себе в аналитике редко нужна отдельной сущностью. Мы используем её в ODS, чтобы посчитать общее количество мест (total_seats) и добавить это как атрибут в измерение самолётов (dds.dim_airplanes).

airports → dds.dim_airports: Простой перенос (1-в-1), но в DDS мы можем добавить, например, поле city_ru и city_en как отдельные колонки, убрав JSON, который есть в источнике.

2. Ветка генерации измерений (Dimension Generation)

tickets → dds.dim_passengers: Это самая сложная трансформация для измерения. В источнике нет таблицы "Пассажиры". Мы должны объяснить студентам, что мы "майним" пассажиров из билетов. Важно: один и тот же пассажир может иметь разные записи с разными именами (опечатки, изменение фамилии), поэтому в проде часто делают логику SCD Type 2 для отслеживания изменений.

• Для домашки (и первого эталонного решения) обычно достаточно SCD Type 1: одна актуальная запись на passenger_id, а SCD2 можно оставить как усложнение.

segments → dds.dim_tariffs: Таблицы тарифов физически нет в источнике, она хранится строкой (fare_conditions: Economy/Comfort/Business) в таблице segments. Мы выносим её в отдельный справочник (нормализация), чтобы в факте хранить маленький INT ключ, а не длинную строку.

routes → dds.dim_routes (SCD2): Это отдельный учебный пример историзации. По route_no храним версии маршрута с valid_from/valid_to и hashdiff, чтобы показать студентам паттерн SCD2 на практике.

3. Сборка Факта (dds.fact_flight_sales)

Это центр звезды. Мы собираем его из шести ODS таблиц:

1. ods.segments: Основа (зерно факта — один полётный сегмент билета). Дает стоимость (price).
2. ods.tickets: Приджойниваем, чтобы получить book_ref и passenger_id.
3. ods.bookings: Приджойниваем по book_ref, чтобы получить book_date (дата покупки).
4. ods.flights: Приджойниваем, чтобы получить расписание/факт времени и статус рейса, а также route_no (связка на маршруты).
5. dds.dim_routes: По route_no и дате вылета подбираем версию маршрута (point-in-time) и получаем route_sk.
6. ods.boarding_passes: Приджойниваем (LEFT JOIN), чтобы узнать, сел ли пассажир реально в самолёт и на какое место (seat_no). Это важный бизнес-аспект: билет куплен, но посадочный не выдан = пассажир не летел.

4. Почему нет dds.dim_bookings?

В классической Star Schema измерения — это справочники (airports, airplanes, passengers), а факты — транзакции/события (sales, bookings).

bookings — это транзакционная таблица, а не справочник. Вместо отдельного измерения dds.dim_bookings мы храним:

• book_ref — бизнес-ключ бронирования (в факте)
• book_date — дата бронирования (в факте, берём из ods.bookings по book_ref)

Это позволяет отвечать на вопросы типа: "За сколько дней до вылета люди обычно покупают билеты?" (разница между book_date и датой вылета из dds.dim_calendar).

5. Суррогатные ключи (Surrogate Keys)

В Star Schema факт должен ссылаться на суррогатные ключи (SK) измерений, а не на бизнес-ключи:

Бизнес-ключ	Суррогатный ключ	Преимущество
airport_code CHAR(3)	airport_sk INT	Меньший размер, стабильность
airplane_code TEXT	airplane_sk INT	Меньший размер, стабильность
passenger_id TEXT	passenger_sk INT	Меньший размер, отслеживание изменений

---

Связанные документы

• docs/design/bookings_stg_design.md — Детальный дизайн STG слоя для bookings
• docs/design/bookings_ods_design.md — Детальный дизайн ODS слоя (SCD1, batch contract, DQ)
• docs/design/bookings_dds_design.md — План реализации DDS слоя (Star Schema, SCD2 для routes)
• docs/bookings_to_gp_dds.md — Запуск и проверка DAG bookings_to_gp_dds
• docs/archive/bookings_stg_code_review.md — Ревью решения и рекомендации по улучшению
• docs/reference/bookings_tz.md — Работа с часовыми поясами в источнике
• docs/reference/pxf_bookings.md — Настройка PXF для чтения из bookings-db
• TESTING.md — Пошаговый чек-лист для тестирования стенда

---

История изменений

Дата	Версия	Описание изменений
2026-02-25	2.2	Реализован DDS: добавлены sql/dds/* (DDL/LOAD/DQ), DAG bookings_dds_ddl, DAG bookings_to_gp_dds, обновлены smoke-тесты и документация.
2026-02-23	2.1	Актуализирован статус: STG+ODS реализованы. Обновлены DDS-объекты (dds.dim_*, dds.fact_flight_sales), добавлен dds.dim_routes (SCD2), исправлены диаграмма и TODO.
2025-01-17	2.0	Удалён слой DQ для упрощения учебного стенда. Добавлены спецификации для LLM и обучающие материалы для студентов. Добавлен глоссарий терминов.
2025-01-17	1.1	Исправлены названия таблиц (aircrafts_data → airplanes_data, ticket_flights → segments), удалено dim.bookings, добавлены суррогатные ключи, добавлен слой DQ, исправлены связи
2025-01-XX	1.0	Первоначальная версия