传感器网络中多近似连续范围查询的处理技术

无线传感器网络为数据库研究开辟了新的研究领域,高效利用节点的有限能量是当前研究的主要目标.如果发布到网络中多个近似连续范围查询不经优化处理而独立执行,会造成节点为不同查询重复发送相同感知数据,从而降低网络寿命.针对近似连续范围查询研究了多查询优化技术,设计了一种索引多维范围查询的多叉树结构rq-kd-tree,通过获取多查询的公共查询部分(查询相交区域)以及基于查询相似度合并相交区域上的多个查询、重写查询.最后,实验证明了所提的算法可以实现能量有效的多查询处理过程.     

基于分簇的无线传感器网络Top-K数据查询算法

Top-K数据查询是无线传感器网络的一个重要应用,如何节省能耗是Top-K数据查询的一个重要课题.针对传统的Top-K数据查询是多跳传输,节点过滤窗口更新代价大等缺点,提出一种基于分簇的无线传感器网络Top-K数据查询算法.通过对节点进行分簇进而减少数据的传输跳数,通过设置过滤器值对数据过滤,减少冗余数据的传输,增加探寻过程,保证数据的完整性和可靠性,实现降低网络节点整体通信能耗的目的.仿真结果表明:与传统算法相比,该算法可有效降低网络的整体能耗,提高能量有效性.     

无线传感器网络中基于模型拟合的可信近似查询处理算法

无线传感器网络的一个重要应用是可信地查询网络中所有节点的监测数据.目前,多数研究主要集中在如何利用节点之间的时空相关性,节省能量地查询感知数据.但是这些方法的查询结果不能满足某些应用对数据的高可信要求,也不能适用于节点之间不存在空间相关性或空间相关性不稳定的情况.针对这一问题,提出了基于模型拟合的可信近似查询处理方法.该方法在感知数据集合上寻找具有最小数据传输比的拟合模型,通过传输模型及其参数来代替传输实际的监测数据.理论分析和实验结果证明,基于模型拟合的可信近似查询处理方法不仅能够节省大量能源而且能够返回满足用户精度要求的可信查询结果.     

传感器网络中基于环的负载平衡数据存储方法

传统的以数据为中心的存储方法有一个非常严重的缺点:网络中存在着明显的热点区域,主要出现在sink和home节点周围.位于热点区域附近的节点所消耗的能量远大于网络内的其他节点,从而严重缩短了传感器网络的寿命.对于出现在sink周围的热点问题,采用在网络中分布多个sink节点的方式消除热点.对于出现在home节点周围的热点问题,提出基于环的负载平衡数据存储协议,并以此数据存储为基础,给出相应的查询处理算法消除热点.首先,负载平衡数据存储协议将传感器网络划分为多个环,在网络工作的某个时间段内,数据被分散存储在某个环内的多个节点上;其次,该存储结构的最大特点是,在不同时间段内,各环轮换工作进一步消除热点.最后,基于环的查询处理算法也是由环内的多个节点协作完成.基于环的负载平衡数据存储协议以及基于此存储协议的查询处理算法虽然在查询处理中所消耗的能量高于传统方法,但可以保证从数据存储到查询处理的整个过程中,网络的所有节点均匀地消耗能量,从而避免了传统方法中的热点问题,达到延长网络寿命的目的.实验表明,基于环的数据存储及查询处理算法可以解决传统上基于事件存储协议中出现的热点问题,并延长传感器网络的寿命.     

大规模无线传感器网络中基于振荡轨迹的数据存储与发现机制

在大规模无线传感器网络中,在不存在基站节点的情况下,节点组成对等网络,任何一个节点都有可能成为数据消费者节点或者数据生产者节点.传感器网络是一种资源受限的自组织网络,节点的能量和计算能力不足以支持复杂协议的设计.如何让随机产生的消费者节点和生产者节点能够有效迅速地发现对方并进行数据查询工作是传感器网络研究中的一个难点.利用数据为中心的存储策略,提出了一种振荡轨迹的数据存储发现机制.该方案要求消费者节点和生产者节点将查询或者数据存储到相应的振荡路径上.该方案不需要节点存储全局的网络信息,每个节点根据局部信息和预设的反射角度进行路由选择和数据转发.理论上,所有的振荡轨迹满足两两相交的特性,保证了数据查询成功率,而且消费者节点在查询数据时所需要的跳步距离是有界的,同时该方案能够保证数据负载的平衡.     

无线传感器网络中基于关联度的多查询优化

无线传感器网络是一种以数据为中心的网络,用户通过基站向网络提出查询请求获取所需数据。如何通过多查询的优化来减少传感器节点的能耗以延长网络生命期是无线传感器网络中需要解决的关键问题之一。提出了基于关联度的多查询优化算法,其基本思想是节点通过节点与候选父亲节点之间的关联度来选择父节点,从而被相同查询覆盖的节点聚集成一个组,多个查询间共享组中节点的数据,在网络中对查询数据进行有效的融合,充分减少了网络的数据传输量,延长了网络的生命期。理论分析和模拟实验表明该算法可以充分减少数据传输量,从而达到节能的目的。     

无线传感器网络中一种近似Skyline 查询处理算法

由于无线传感器网络的能源有限,且在许多应用中Skyline查询的部分结果即可满足用户需求,提出了一种近似Skyline查询处理算法,在满足用户查询需求的前提下最大化地节省能量.该算法仅需无线传感器网络中的部分传感器节点回传其感知数据即可计算出Skyline查询的一个近似结果集.由于该算法在处理查询时,每个传感器节点只需考察自身数据信息即可决定是否回传其感知数据,而无须与其他传感器节点的感知数据进行比较,因此可以避免大量的网内通信开销,从而节省网络能源.模拟环境下的大量实验结果表明,该算法可以根据用户的应用需求,节能地处理传感器网络中的近似skyline查询.     

能量高效的传感器网络数据查询路由*

提出一种能量高效的传感器网络数据查询路由EEDQ(energy-efficient data query),EEDQ以sink节点为根节点,构造最小路由生成树,由sink节点发出查询任务,查询结果由叶子节点向sink节点传输,传输过程中进行数据汇聚.实验表明,EEDQ相比direct transmission,大大提高了传感器网络的生命周期.     

两层传感器网络中安全Top-k查询协议

在两层结构传感器网络中,存储节点收集传感器采集的数据,负责处理Sink的查询.在敌对环境中,存储节点可能会被攻击者妥协而泄露传感器所采集的敏感数据以及向Sink返回不完整的或虚假的查询结果.为此,提出了一种安全Top-k查询协议:SecTQ,SecTQ在保证存储节点正确执行查询的同时能有效防止敏感数据的泄露.为了保护数据的隐私性,首先将不同传感器采集的数据之间的直接比较转换成传感器采集的数据与Sink提供的查询比较值进行比较,并提出了一种基于扰动多项式函数的隐私保护方案.该方案利用扰动函数对传感器采集的数据和Sink提供的查询比较值进行编码,保证存储节点在不知道数据和查询比较值真实内容的情况下正确地执行查询处理.为了保护查询结果的完整性,提出了一种称之为水印链的方案,该方案能有效检测查询结果的完整性.     

无线传感器网络中基于消息预取的移动查询技术

无线传感器网络技术所面临的关键问题之一是解决向终端用户提供传送信息的数据服务问题。提出了一种移动环境下满足时间空间约束的数据查询处理技术,结构上由代理体和网络节点两层组成,其中网络节点执行消息预取、查询扩散和数据收集处理功能,通过对用户的运动路线进行预测并向传感节点发出预取消息,由节点自主构建网络查询树,再由数据集中组件完成数据的收集和融合,用户在到达传感区域后能在查询周期结束前获取查询数据。仿真结果表明,该技术能保持良好的数据完整性和高的数据服务质量,并且比IEEE802-11的PSM模式多消耗不到24%的能量。     

基于最大节点接近度的局部社团结构探测算法

针对复杂网络社团结构挖掘算法复杂度高的问题,提出一种基于最大节点接近度的局部社团结构挖掘算法。该算法的时间复杂度为O(kd)。为验证该方法计算的准确性和计算的速度,与一种经典的挖掘局部社团结构方法——Clauset算法进行比较。实验结果表明,该算法抽取的社团结构与Clauset算法相比基本一致,但在性能上有明显提高。     

传感器网络多查询架构体系及融合算法

无线传感器网络可以看作是以节点感知、存储数据为基础的分布式数据库系统。针对多查询处理问题,提出一种以节能为目标的查询架构体系,以及多查询的分类算法和查询融合算法。通过实验验证了算法的有效性,即在同等条件下,可以有效节省传感器网络能量的消耗,进而延长网络的生命周期。     

无线传感器网络网内数据处理节点的优化选取

能量是无线传感器网络至关重要的资源,数据传输占据着能耗的主体,当前,大多数研究围绕最小化传输能耗而展开.网内数据处理是选择数据传输的某一中继节点作为处理节点,利用该节点所具备的计算能力对原始数据进行处理,再将处理结果返回给接收节点,从而达到降低传输能耗的目的.网内数据处理节点的最优选取,可以最小化数据查询的传输能耗.通过建立数学模型来描述传输能耗与处理节点选取策略的定量关系,提出一种不需要全局网络拓扑信息的低能耗的处理节点选取策略(energy efficient selection strategy,简称EESS).与现有方法相比,该策略使用较少的控制开销并能显著降低数据的传输能耗.模拟实验结果表明,EESS在低密度的网络结构以及长距离的查询操作下具有良好的性能,更有利于延长无线传感器网络的寿命.     

基于速龙码的WSNs传输功率控制重编程协议

为了降低节点能耗,提高能量的利用率,提出了一种高效节能的基于速龙码（ RC）的传输功率控制（ RC-TPC）重编程协议。该协议分两个阶段完成数据传输,第一阶段各个节点更新自己的位置信息,形成最优化的拓扑结构。进入第二阶段后,根据优化的拓扑结构通过调整发送节点的传输功率和中继节点的累计选择次数,Sink节点选择适当的中继节点,使中继节点的传输功率和RC的开销达到最优化。此外,RC的编码方式使传输数据包发生的错误概率更小,减少了重编程过程中的冗余以保证网络负载的均匀分布,有效地实现了高效节能,从而提高整个网络的生存周期。理论分析与实验结果表明：与MNP协议和ATPC协议相比,RC-TPC协议用于传输的平均能量消耗降低17.2%。     

一种数据流查询共享模型的设计

为了提高查询效率,从数据流查询过程中查询操作单元和查询存储结构的共享两个方面展开研究.设计一种基于共享的二级索引队列,用于存储数据流中间结果.该结构使得中间查询结果可以再利用的同时也为数据共享情况下的迁移提供了一定的灵活性.对于多查询共享,通过抽取相同数据流中的相同谓词进行查询共享,实现一处计算多处使用的目的.最后对相关模型和算法进行了分析.     

A secure multi-hop relay node selection scheme based data transmission in wireless ad-hoc network via block chain

In today’s scenario, data transmission is established through the single or multi-hop relay nodes in Wireless Ad-Hoc Networks (WANET). Traditional relay node selection techniques undergo collusion attacks, increased energy consumption, delay, and reduced network lifetime. To cope with these problems, we propose a Quantum Atom Search Optimization coupled with Blockchain aided Data Transmission (QASO-BDT) scheme for a relay node selection with security aided data transmission. This approach comprises three phases such as registration, clustering, and transmission. Initially, in the node registration phase every sensor node gets registered in the blockchain network through Capillary Gateway (CG). Next, in the clustering phase, a CH is selected and an enhanced multi-view clustering model is used to cluster the nodes into several clusters. Finally, the multi-hop transmission phase assists in best relay node selection for multi-hop transmission using QASO, and the blockchain-based transaction is carried out to ensure security in the system. The proposed scheme is simulated in the MATLAB platform and achieves a result of 91.5% throughput, the reduced energy value of 40%, end to end delay of 20.6%, and the exhaustion of node is 1% which results in an increased lifetime of the nodes. Also, security is evaluated in comparison with other traditional methods.

     

网络丢包环境中基于新息驱动的远程状态估计传输策略设计

由于传感器节点本身携带的能量以及传输距离有限,导致其在无线传感网的应用受到了一定的限制.从降低传感器的电池功耗、延长传输距离这两点出发,针对远程状态观测设计了一种一类基于新息驱动的数据传输策略.利用增加中继节点的方法延长了数据传输的距离,并通过该传输策略控制各节点发送数据的时间,降低整个网络的平均能耗,延长数据传输的距离.此传输策略通过推导一类近似二次性能指标的上界求解以使远程估计精度和节点的电池能耗获得最优的平衡.此外,利用该传输策略能很好地解决无线网络中发生数据丢包、数据无法传输的情况.最后,通过观测一组锂电池放电过程的实验对所提出的策略进行验证,结果表明,该策略能够很好地平衡节点的电池能耗与远程估计的性能.     

机会网络数据收集中的转发控制

针对机会网络中由于节点移动、网络稀疏等各种原因通常导致网络拓扑动态变化大,消息源节点到汇聚节点之间往往不存在稳定的端到端的通信链路,提出了一种基于偏好顺序决策法(the technique for order preference by similarity to ideal so-lution,TOPSIS)的数据收集策略(data gathering based on the TOPSIS,DGT)。DGT策略根据节点的剩余能量、感知节点到汇聚节点的距离以及传感器节点的连通变化,采用TOPSIS评估选择下一跳中继节点。仿真实验表明,与现有的几种典型转发控制机制相比,DGT策略在保证较低传输延迟和较高传输成功率的基础上,通过减少节点间的转发次数,降低了网络传输开销。     

基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议

针对Ad Hoc网络中现有的编码感知的协作MAC协议（NCAC-MAC）在选择协作中继节点时未考虑节点的传输能耗以及候选协作中继节点发送的控制消息不能使其他不在彼此通信范围内的候选节点放弃竞争而产生碰撞的问题,提出一种基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议（HECNC-MAC）。该协议主要提出以下三个优化思路：首先,候选协作中继节点对其目的节点能否解码进行解码预判,减少参与竞争节点的同时保证其目的节点能成功解码;其次,在选择协作中继节点时综合考虑节点所需的传输能耗;最后,取消ETH（Eager To Help）控制消息,且目的节点通过伪广播的方式通告确认消息。理论分析与仿真结果表明,与载波侦听多路访问（CSMA）、Phoenix和NCAC-MAC相比,HECNC-MAC能够有效减少节点的能耗,降低数据包端到端时延,提高网络吞吐量。     

带有重叠区域的多跳非均匀分簇路由算法

能耗作为衡量无线传感器网络性能的一项重要指标,通常将延长生命周期、均衡能耗作为网络协议重要的设计目标.针对静态、异构、非均匀分布的网络模型,设计带有重叠区域的分簇及簇内单跳、簇间多跳的路由算法 ----- OMU分簇路由算法,该算法中簇头不再作为数据转发节点,而主要用于簇内数据的接收与融合.通过综合考虑节点剩余能量、节点密度及与基站的距离进行簇头选举并进行分簇,形成簇间重叠区域,产生用于数据转发的中继节点.同时,建立簇头与中继节点轮换机制以达到节点能耗均衡的目的,并为每个节点建立能量最省的多跳数据传输路径.仿真结果表明,所设计的分簇路由算法,特别是在大规模部署的无线传感器网络中,能有效减少和均衡能量消耗.