無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知數(shù)據(jù)查詢處理算法.pdf

1、近年來，隨著無線通訊技術(shù)、微電子技術(shù)及嵌入式計算技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛地應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康、軍事國防等眾多領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布于特定區(qū)域的大量傳感器節(jié)點構(gòu)成，每個節(jié)點均具有一定的計算、存儲和通訊能力。這些傳感器節(jié)點以Ad Hoc方式構(gòu)成無線通訊網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測對象的信息，共同地完成一項或多項任務(wù)。鑒于傳感器節(jié)點可以感知周圍環(huán)境，不斷地產(chǎn)生各種觀測數(shù)據(jù)，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被看作

2、是一個新型的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，人們通過向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下發(fā)查詢來獲取被監(jiān)測區(qū)域的信息以滿足各種應(yīng)用。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量巨大且每個節(jié)點的能量、計算能力、存儲能力、通訊能力和網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬均有限，已有的數(shù)據(jù)庫查詢處理技術(shù)不適于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此，設(shè)計適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點的新型查詢處理算法是我們亟待解決的挑戰(zhàn)性問題。本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢處理技術(shù)。本文的主要研究成果包括如下幾個方面：
　　

3、首先，本文提出了一種基于模型擬合的可信數(shù)據(jù)采集查詢處理算法。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用中，對監(jiān)測區(qū)域進行各種數(shù)據(jù)采集是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最基礎(chǔ)、最重要、最廣泛的一類應(yīng)用。通過采集到的感知數(shù)據(jù)，用戶不但可以了解到被監(jiān)測區(qū)域的相關(guān)信息，而且不同的用戶可以在此數(shù)據(jù)集上分別進行查詢、分析和處理來獲取各自需要的信息。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能源有限且難以補充的特點，如何能源有效地采集網(wǎng)絡(luò)中的感知數(shù)據(jù)，延長網(wǎng)絡(luò)生命期是我們亟待解決的挑戰(zhàn)性問題。此外，在許多情

4、況下用戶對采集到的感知數(shù)據(jù)的可信程度具有較高要求。因為，這些數(shù)據(jù)是他們針對某些領(lǐng)域進行下一步研究的基礎(chǔ)。目前，多數(shù)研究工作僅考慮了如何節(jié)省能量地查詢感知數(shù)據(jù)，而不能滿足某些應(yīng)用對數(shù)據(jù)采集結(jié)果的高可信要求。針對該問題，本文提出了一種基于模型擬合的可信數(shù)據(jù)采集查詢處理算法。該算法即可以滿足用戶對數(shù)據(jù)采集的節(jié)能要求，又可以滿足用戶對數(shù)據(jù)采集結(jié)果的可信要求。
　　第二，本文提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種新的查詢-探測查詢，并給出了相應(yīng)的處理算

5、法。在用戶對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行查詢時，用戶會經(jīng)常遇到查詢結(jié)果集為空的情況?？詹樵兘Y(jié)果集使得用戶無法了解被監(jiān)測區(qū)域的實際情況，并且給用戶進一步修改查詢造成了極大的困難。反復(fù)修改并下發(fā)查詢不但會影響其它查詢的執(zhí)行，還會大幅縮短無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命期。針對這一問題，本文提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中探測查詢的概念，并給出了這類新查詢的處理算法。這些算法不需要用戶反復(fù)修改查詢條件即可返回由網(wǎng)絡(luò)中與查詢具有最小偏差的感知數(shù)據(jù)構(gòu)成的探測結(jié)果集。探測結(jié)果集既

6、可以用來近似回答查詢，也可以為用戶修改查詢提供參考信息，提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率。實驗結(jié)果表明，本文所給查詢處理算法具有較高的查詢效率和能源有效性。
　　第三，本文提出了一種分布式的兩階段Top-k查詢處理算法。Top-k查詢作為一類重要的復(fù)雜查詢在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有廣泛應(yīng)用。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中對Top-k查詢的研究工作均集中在連續(xù)查詢領(lǐng)域，而在快照查詢領(lǐng)域卻沒有相關(guān)工作展開。為此，本文考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能源有限性，以最大化降低

7、網(wǎng)絡(luò)能量開銷為目標，提出了一種分布式地兩階段Top-k查詢處理算法。該算法通過下發(fā)過濾閾值可以在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能源高效地計算Top-k查詢結(jié)果集。
　　第四，本文給出了一種基于多元回歸模型的缺失值估計算法。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的固有特點使得感知數(shù)據(jù)的缺失問題不可避免且給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用帶來巨大困難。為解決感知數(shù)據(jù)缺失問題，本文充分考慮感知數(shù)據(jù)的時-空相關(guān)性，提出了一種基于多元回歸模型的缺失值估計算法。該算法通過對多個相鄰傳感器