无线传感器网络中基于连通核的高效Skyline查询算法

本文提出了一种无线传感器网络中基于连通核的高效Skyline查询算法CCBS（Connected Core Based Skyline）,算法首先在网络中构建连通核,联通核由网络中的簇头节点和网关节点组成,这可以极大地减少传输代价;查询和结果只在连通核里的节点间进行转发和收集,查询算法设立了簇和元组两级过滤器,用来过滤掉被支配的感知元组。理论分析和实验结果都表明,该算法能够大大减少网络的平均通信量,对网络的规模扩展、节点密度变化以及维度变化并不敏感,具有更好的执行性能。     

无线传感器网络数据环区域查询处理算法

针对无线传感器网络节点能量高效问题以及Skyline查询位置属性决策问题,提出了基于无线传感器网络数据环区域查询处理算法。该算法以查询位置P为中心进行数据环划分,查询位置P最近的K个Skyline值时,根据剪枝策略只需对距离小于P的其它属性值进行比较,从而缩小了数据规模,提高了查询效率。另外,环内节点采用链簇式结构组织,环内查询处理过程采用串行数据处理与并行数据处理模式,从而提高了K-Skyline的数据查询能耗与节点处理延迟。仿真实验表明,数据环区域查询处理算法比Flooding算法与TAG算法具有更小的数据处理能耗和延迟。     

无线传感器网络不确定数据PT-Top k查询处理技术

在无线传感器网络现实应用中,感知数据普遍存在不确定性。由于不确定数据引入了概率维度,使得不确定数据查询种类更加丰富,同时也给查询处理带来困难。不确定数据Top-k查询是一个典型的不确定数据查询任务。考虑到无线传感器网络查询处理技术对查询响应时间和网络通信消耗的高要求,研究了面向层次聚簇结构的无线传感器网络不确定数据Top-k查询处理技术。通过分析不确定数据特点,基于x-tuple规则元组模型,采用簇内与簇间的两阶段数据查询处理机制,提出了基于Poisson分布的分布式不确定数据PT-Top k查询处理近似算法TPQP。通过实验,从总体通信消耗、与概率阈值p相关分析、与排序数k相关分析以及数据敏感度分析等方面,说明了TPQP算法在通信消耗、查询响应时间上的优越性。     

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.     

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.     

无线传感器网络中Skyline节点连续查询算法

作为多目标决策的重要手段之一,Skyline节点查询在传感器网络应用中发挥着非常重要的作用.文中深入地分析了Skyline节点查询的性质,提出了基于过滤的Skyline节点连续查询算法(FIlter based Skyline moniToringalgorithm,FIST).FIST算法共包括自底向上、自顶向下和混合3种过滤方式,均通过在传感器节点设置本地或全局过滤器来避免不必要的数据传输,进而节约传感器节点的能量.自底向上过滤方式通过缓存先前Skyline结果作为本地过滤器来避免数据重复传输,而自顶向下过滤则通过设置超立方体作为全局过滤器来避免数据反复更新.由于两者各有利弊,因而提出了混合过滤方式,通过为节点选择合适的过滤器来扬长避短.大量仿真实验的结果表明,FIST算法能有效地减少Skyline节点连续查询过程中传感器节点的通信代价,进而降低传感器网络的能量消耗.     

RDF数据的Skyline优化查询

为解决海量RDF数据的Skyline查询问题,通过分析现有Skyline查询算法的优缺点,提出一种针对海量RDF数据的查询机制。对RDF数据的存储结构进行分析,根据RDF数据垂直存储结构,设计一种候选Skyline点筛选策略,提前修剪部分非Skyline元组,减少Skyline支配点计算的数据量;在筛选的基础上,给出基于MapReduce的Skyline并行化查询算法。实验结果表明,提前筛选能有效减小查询的数据集,并行化算法能够有效提高查询的效率。     

分布式环境下的Skyline代表点查询

为了克服Skyline查询的不足即结果集大小无法控制,提出了Skyline代表点查询,返回k个可描述全局Skyline轮廓的Skyline代表点。研究了分布式环境下的Skyline代表点查询,提出了Naive算法和FDRA。Naive算法首先转移每个子节点上满足条件的两个局部代表点,再通过比较传来的局部代表点间的评价函数值大小决定子节点是否需要传送余下的局部点,以实现剪枝非代表点;与之相比,FDRA的改进在于过滤元组的选择,运用反馈方法,将每次动态更新最大评价函数值的点作为过滤元组,大大降低了计算代价,中心服务器每次只发送过滤元组到分布节点,这样可以尽早且最大限度地剪枝不可能成为代表的Skyline点。提出的算法降低了服务器间的通信开销,返回了正确的结果集,实验论证了算法的有效性与高效性。     

海量数据上有效的top-k Skyline查询算法

在许多应用中,Skyline查询是一种十分重要的查询类型,它在潜在的巨大的数据空间中返回不被其他元组支配的用户感兴趣的元组,但是Skyline查询无法控制返回结果的数量。处理一个新的top-k Skyline查询问题,该查询返回支配分数最大的k个Skyline元组,从而控制了需要向用户返回的查询结果数量。分析发现,大多数现有算法忽略了利用支配分数作为限制Skyline查询的结果数量的度量。提出一个新的基于表扫描的RSTS(ranked Skyline with table scan)算法来有效计算海量数据上的top-k Skyline结果。RSTS算法首先对表执行预排序操作,保证预排序表的元组按照对有序列表的round-robin扫描的顺序排列。RSTS算法包括两个阶段。阶段1利用对预排序表的顺序扫描来获得候选元组。阶段2计算候选元组的支配分数并返回结果。可以证明,RSTS算法具有早结束特性,并给出其扫描深度的理论分析。提出对于候选元组的剪切操作,理论剪切效果表明,绝大多数的Skyline结果可以直接丢弃。实验结果表明,RSTS算法可以有效计算top-k Skyline结果。     

无线传感器网络中一种能量高效的skyline查询算法

针对分布式无线传感器网络环境下的skyline查询问题,提出了KSkySenor算法,有效地从传感器网络中获取更有意义的skyline结果;KSkySenor算法对感知数据进行预处理计算每个元组的支配能力,按照支配能力与各维度值之和对其进行排序,设计了一个基于聚簇的结构用于收集所有传感器读数,提出了一个剪枝方法用于渐进的从传感器网中获取skyline结果集;实验中分别改变传感器网络规模大小、数据维度、支配属性个数k,对KSkySensor算法进行测试,实验结果表明KSkySenor算法与先前的skyline查询处理算法相比具有很高效率,减少了无线传感器网络中的数据传输量,延长了网络生命周期。     

两层传感网隐私保护的不完全数据Skyline查询协议

感知节点感知数据易受外界环境影响,使得不完全数据广泛存在于无线传感器网络中,且感知数据面临严重的隐私威胁。针对两层传感器网络不完全数据查询过程中存在的隐私泄露问题,提出一种基于置换和桶技术的两层传感器网络隐私保护的不完全数据Skyline查询协议（PPIS）。为了实现对不完全数据的Skyline查询,PPIS将缺失属性值置换为数据域的上界值,并将不完全数据映射到桶中;为了保证数据隐私性,PPIS首先将桶区间转化为前缀编码,然后将前缀编码加载到Bloom过滤器中,保证存储节点在无需数据和桶区间明文的前提下执行查询处理;为了保证查询结果的完整性,PPIS采用Merkle哈希树构造完整性验证编码,实现对查询结果的完整性验证。理论分析和仿真实验验证了PPIS的安全性和有效性,与现有隐私保护Skyline查询协议SMQ和SSQ相比,PPIS通信能耗节省了70%以上。     

REPS:一种高效的容错并行概率流Skyline查询方法

概率数据流的并行Skyline查询作为当前大数据分析的一个重要方面,在诸多实际应用中发挥着重要作用。针对并行概率流Skyline查询过程中因发生故障而导致查询结果不准确和查询中断等问题,提出了一种基于复制的容错并行Skyline查询方法REPS。该方法选择参与并行处理的计算节点作为副本节点,并采用层次-循环式数据副本放置策略,选择优先级高的副本恢复数据来保证数据恢复的高效性;同时将故障检测、丢失数据恢复和查询过程恢复贯穿于整个查询更新过程中,以减少容错处理的额外通信和计算开销,并实现快速的容错并行查询。实验结果表明,REPS方法不仅在无故障发生和单个节点失效时具有较高的查询处理效率,而且对于多节点失效情形,仍然能够保持较高的查询处理速率且满足查询需求。     

基于MapReduce的Skyline查询处理算法

Skyline查询是一个典型的多目标优化查询,在多目标优化、数据挖掘等领域有着广泛的应用。现有的Skyline查询处理算法大都假定数据集存放在单一数据库服务器中,查询处理算法通常也被设计成针对单一服务器的串行算法。随着数据量的急剧增长,特别是在大数据背景下,传统的基于单机的串行Skyline算法已经远远不能满足用户的需求。基于流行的分布式并行编程框架MapReduce,研究了适用于大数据集的并行Skyline查询算法。针对影响MapReduce计算的因素,对现有基于角度的划分策略进行了改进,提出了Balanced Angular划分策略;同时,为了减少Reduce过程的计算量,提出了在Map端预先进行数据过滤的策略。实验结果显示所提出的Skyline查询算法能显著提升系统性能。     

EQOWSN: Evolutionary-based query optimization over self-organized wireless sensor networks

In this paper, a new approach has been introduced that integrates an evolutionary-based mechanism with a distributed query sensor cover algorithm for optimal query execution in self-organized wireless sensor networks (WSN). An algorithm based on an evolutionary technique is proposed, with problem-specific genetic operators to improve computing efficiency. Redundancy within a sensor network can be exploited to reduce the communication cost incurred in execution of spatial queries. Any reduction in communication cost would result in an efficient use of battery energy, which is very limited in sensors. Our objective is to self-organize the network, in response to a query, into a topology that involves an optimal subset of sensors that is sufficient to process the query subject to connectivity, coverage, energy consumption, cover size and communication overhead constraints. Query processing must incorporate energy awareness into the system by reducing the total energy consumption and hence increasing the lifetime of the sensor cover, which is beneficial for large long running queries. Experiments have been carried out on networks with different sensors Transmission radius, different query sizes, and different network configurations. Through extensive simulations, we have shown that our designed technique result in substantial energy savings in a sensor network. Compared with other techniques, the results demonstrated a significant improvement of the proposed technique in terms of energy-efficient query cover with lower communication cost and lower size.     

两层传感器网络隐私保护Skyline查询协议

无线传感器网络中隐私保护技术已经成为研究热点,其中隐私保护精确Skyline查询协议已成为富有挑战性的研究问题.提出一种两层传感器网络隐私保护Skyline查询协议(PPSQ).该协议通过采用Z-O编码技术并结合HMAC机制,使得存储节点可以在无需感知数据明文的情况下判断出元组的支配关系,从而得出密文查询结果,保护了数据的隐私安全性;并通过辅助计算节点计算的验证码来保证查询结果的完整性.理论分析和实验结果表明,PPSQ协议能够保证感知数据、查询结果的隐私安全性和查询结果的完整性,且性能优于现有工作.     

无线传感器网络中的节点关联规则挖掘

信息处理是无线传感器网络的核心技术,必须采取简单、高效的处理策略.本文通过对传统Apriori算法的改进,提出了一种节点关联规则挖掘方法来发现大量节点之间的有用关联或相关联系,以此消除节点之间信息的冗余.这种方法可以帮助用户对数据进行有效的融合、分类、查询、分析、理解和决策.仿真结果表明该方法能够有效减少信息处理中通信和计算所消耗的能量,缩短数据查询响应的时间,从而延长整个网络的寿命.     

Information extraction from sensor networks using the Watershed transform algorithm

Wireless sensor networks are an effective tool to provide fine resolution monitoring of the physical environment. Sensors generate continuous streams of data, which leads to several computational challenges. As sensor nodes become increasingly active devices, with more processing and communication resources, various methods of distributed data processing and sharing become feasible. The challenge is to extract information from the gathered sensory data with a specified level of accuracy in a timely and power-efficient approach. This paper presents a new solution to distributed information extraction that makes use of the morphological Watershed algorithm. The Watershed algorithm dynamically groups sensor nodes into homogeneous network segments with respect to their topological relationships and their sensing-states. This setting allows network programmers to manipulate groups of spatially distributed data streams instead of individual nodes. This is achieved by using network segments as programming abstractions on which various query processes can be executed. Aiming at this purpose, we present a reformulation of the global Watershed algorithm. The modified Watershed algorithm is fully asynchronous, where sensor nodes can autonomously process their local data in parallel and in collaboration with neighbouring nodes. Experimental evaluation shows that the presented solution is able to considerably reduce query resolution cost without scarifying the quality of the returned results. When compared to similar purpose schemes, such as “Logical Neighborhood”, the proposed approach reduces the total query resolution overhead by up to 57.5%, reduces the number of nodes involved in query resolution by up to 59%, and reduces the setup convergence time by up to 65.1%.     

基于高维空间的在线高效子空间Skyline算法——CSky

Skyline计算是要发现数据集中不被其他点支配的所有点的集合.近来,它在实时在线服务方面的良好应用前景,使其成为数据库研究领域的一个热点.实际应用中,用户通常期望快速、渐进地返回Skyline计算结果,因此文中主要讨论了高维空间子空间Skyline渐进查询问题.据我们所知,现有的Skyline计算方法都不能直接或者通过简单修改来高效解决该种查询问题.BNL(Blocked Nested Loop)算法是一个可用来进行子空间Skyline计算的算法,但是,该方法低效且非渐进.基于此,文中提出了在线高效子空间Skyline算法--CSky(Count the Skyline).该算法充分利用了一个新颖数据结构--InvertS的特征,即通过对目标数据集进行排序,存放最可能为Skyline点的数据于算法优先扫描的位置,这使得CSky算法能高效计算出任意子空间上的Skyline;同时,CSky每次计算子空间Skyline查询时,至多访问一遍数据库;再有,算法扫描一个点时,只需和当前已发现的Skyline点进行比较即能判断该点是否为Skyline点,保证了算法的渐进性.这样,相比BNL,CSky大大减少了计算开销,具有其他基于索引的Skyline算法计算Skyline时的高效,且这种高效适用于所有子空间.理论分析和实验表明,在解决高维空间子空间Skyline查询问题方面,CSky性能大大优于BNL.