无线传感器网络中对等数据存储策略研究

在无线传感器网络中,除了基于基站的数据传输和管理模式以外,对等数据传输以及网内数据管理同样具有非常重要的现实意义。本文论述了传感器网络中对等数据传输的应用特点和研究挑战,以及数据存储策略与对等数据传输的关系。如何设计有效的数据存储策略是对等数据传输和网内数据管理、查询的关键技术和重要研究课题。本文分析了无线传感器网络中对等数据存储策略的分类、负载平衡和查询成功率等相关问题。本文采取基于位置的分类方法,根据策略是否依赖节点的位置信息,将节点间的对等数据存储分为基于位置的策略和无位置策略。本文综述了目前的相关研究,比较了各种策略适用的网络环境和数据查询成功率、网络负载平衡等性能指标。     

一种基于预测的目标跟踪传感器网络数据近似存储查询策略

节能问题是传感器网络设计的一个关键问题,在对目标跟踪传感器网络中的目标位置信息进行存储和查询处理时,也必须通过较低的通信代价来降低消息复杂度,从而达到节能的目的.分析了现存的一些数据存储和数据分发的方法,针对EASE方法查询误差较大的问题,提出了基于预测的近似查询的存储策略(Prediction-based Energy-conserving Approximate StoragE,P-EASE),并就EASE方法查询未考虑选择恰当的存储节点的问题,提出了一种基于地理位置的择优查询(Optimal Query)策略.使用半随机步行移动模型和随机路点移动模型进行了仿真实验,比较了P-EASE与EASE算法的消息量、消息复杂度、平均消息复杂度和查询误差.仿真实验证明,P-EASE比EASE查询更精确、能量更高效.     

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.     

无线传感网最大剩余能量索引数据分发算法

提出一种基于索引和局部存储的（Index and Local Storage—based,ILS）数据分发算法MREIB—DD。对于ILS类型的数据分发算法,一个事件的监测数据被存储在该数据的监测节点或监测节点的邻居节点。一个存储节点仅当接收到一个来自Sink的查询,才把监测数据发送至Sink。MREIB-DD算法选择网络中有最大剩余能量的节点存储索引信息,传感器节点监测到数据时向索引节点发送该数据的有关索引信息。用户的查询信息先到达索引节点,索引节点把查询转发到数据存储点,存储点对查询进行响应。此算法避免了感知数据的网内传输和查询泛洪带来的开销,分析表明该算法性能优于GHT—DCS算法而复杂度增加较少,是能量高效的数据分发算法。     

无线传感网最大剩余能量索引数据分发算法

提出一种基于索引和局部存储的(Index and Local Storage-based,ILS)数据分发算法MREIB-DD.对于ILS类型的数据分发算法,一个事件的监测数据被存储在该数据的监测节点或监测节点的邻居节点.一个存储节点仅当接收到一个来自Sink的查询,才把监测数据发送至Sink.MREIB-DD算法选择网络中有最大剩余能量的节点存储索引信息,传感器节点监测到数据时向索引节点发送该数据的有关索引信息.用户的查询信息先到达索引节点,索引节点把查询转发到数据存储点,存储点对查询进行响应.此算法避免了感知数据的网内传输和查询泛洪带来的开销,分析表明该算法性能优于GHT-DCS算法而复杂度增加较少,是能量高效的数据分发算法.     

基于RS纠删码的无线传感器网络信息分发协议性能评价

无线传感器网络中,传感器节点的能量、存储和计算能力有限,且无线传感器网络具有数据链路不对称、拓扑易变化等特点,设计节能可靠的网络协议是困难的。设计良好的网络协议不仅能降低网络的负载,还有助于节省传感器节点的能量,从而延长网络的生存周期。在无线传感器网络操作系统TinyOS平台上实现了基于RS纠删码的信息分发协议,并理论分析了在单跳情况下的协议性能,最后在仿真环境TOSSIM上模拟比较了在多跳、多路径情况下该信息分发协议和洪泛分发协议的性能。模拟仿真表明,提出的基于RS纠删码的信息分发协议明显减少了发送方发送数据包的数量,同时提高了节点的报文接收率,从而达到了降低网络能耗的目的。     

无线传感网中基于自适应概率广播的数据保存

对于部署在恶劣环境中且无法放置Sink节点的无线传感器网络,节点的能量有限且易于损坏.每个节点为了避免自己死亡后数据丢失,需要将数据分发到网络中其他一部分节点上进行保存.但是,由于节点只知道自己邻居的信息,同时存储容量有限,因此如何有效地进行数据分发和存储是一个具有挑战性的问题.提出一个基于自适应概率广播的数据保存协议APBDP来解决这个问题.在APBDP中,节点通过一种自适应的概率广播机制分发数据,这种机制不仅可以使所有节点接收到数据包,而且能有效地减少数据的冗余传输以节省节点能量.此外,节点利用LT码来对数据进行编码存储,所有节点完成数据的分发和存储后,数据采集者只需要访问少量的节点就能恢复出所有的源数据.理论分析和实验表明,APBDP不仅具有较高的解码性能,而且能量有效.     

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.     

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.     

一种基于网格地理哈希表的无线传感器网络数据分发算法

无线传感器网络是一种新型数据监测网络，其重要特性是传感器节点的能量有限，一般依靠电池驱动，能量效率是传感器网络设计最重要的考虑因素。GHT-DCS是一种新型能量高效的数据分发方式，能在数据的查询和存储之间取得一种平衡。但是，采用GHT-DCS机制的能量效率仍然有改进的空间。本文提出了一种基于网格GHT的数据分发算法，也是一种以数据为中心的存储，并在此算法的基础上提出了一种基于索引存储的网格GHT数据分发算法，能更进一步提高能量效率。本文对这两种算法进行了性能分析，与原有的GHT算法进行了性能对比。分析表明，这两种算法在性能上都比原GHT算法有很大改进，而复杂度增加较少，是能量更加高效的数据分发算法。     

Information discovery in mission-critical wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSN) are attractive for information gathering in large-scale data rich environments and can add value to mission-critical applications such as battlefield surveillance and reconnaissance. However, in order to fully exploit these networks for such applications, energy-efficient and scalable solutions for data storage and information discovery are essential. In this paper, we propose a novel method of information management in wireless sensor networks that can significantly increase network lifetime and minimize query processing delay resulting in quality of service (QoS) improvements that are of significant benefit to mission-critical applications. We propose novel methods for data dissemination, information storage and discovery that are totally distributed and also take into account the energy limitations of individual sensors. We present analytical and simulations results that prove the proposed methods of information management to offer significant improvements in the resolution of global ALL-type as well as individual ANY-type queries in comparison to current approaches. In addition, the results prove that the QoS improvements come with significant network-wide energy savings that will result in an increase of the network lifetime.     

利用地理网格簇增强定向扩散协议

定向扩散协议是一种用于无线传感器网络的数据分发协议.在定向扩散中,兴趣和探测数据采用泛洪的方法在网络中散布,这将引起广播风暴导致网络能量的大量消耗.在网络中通过形成簇结构可以缓解广播风暴问题,每个节点利用本身的地理位置信息自组织形成虚拟地理网格簇,簇中仅有一个节点负责兴趣和探测数据的广播.模拟试验表明,这种方法有效地降低了网络的能量消耗.     

A Novel Approach for Information Discovery in Wireless Sensor Grids

Multi-dimensional Wireless sensor grids (WSG)s are deployed in complex environments to sense and collect data relating to multiple attributes (multi-dimensional data). Such networks present unique challenges to data dissemination, data storage of in-network information discovery. However, in order to fully exploit these networks for mission-critical applications, energy-efficient and scalable solutions for information discovery are essential. In this paper, we propose a novel and adaptive method for information discovery for multi-dimensional WSGs that can significantly increase network lifetime and minimize query processing latency, resulting in quality of service improvements that are of immense benefit to mission-critical applications. Further, we investigate efficient strategies for information discovery in large-scale wireless sensor networks and propose the Adaptive Multi-Dimensional Multi-Resolution Architecture (A-MDMRA) that efficiently combines “push” and “pull” strategies for information discovery. The A-MDMRA also adapts to variations in the frequencies of events and queries in the network to construct optimal routing structures. We present simulation results to show that the proposed approach to information discovery offers significant improvements on query resolution latency compared with current approaches. We observe that our proposed methods outperform existing schemes such as double rulings, comb needle and Time-Parameterized Data Centric Storage by up to 14% in terms of query resolution latency and up to 20% in terms of energy-efficiency.     

Georoy: A location-aware enhancement to Viceroy peer-to-peer algorithm

The success of experiences such as Seattle and Houston Wireless has attracted the attention on the so called wireless mesh community networks. These are wireless multihop networks spontaneously deployed by users willing to share communication resources. Due to the community spirit characterizing such networks, it is likely that users will be willing to share other resources besides communication resources, such as data, images, music, movies, disk quotas for distributed backup, and so on. To support resource exchange in these wireless mesh community networks, algorithms for efficient retrieval of information are required. In this paper we introduce Georoy, an algorithm for the efficient retrieval of the information on resource location based on the Viceroy peer-to-peer algorithm. Differently from Viceroy, Georoy exploits the capability of setting and managing a direct mapping between the resource ID and the node which maintains information about its location so as to speed up the search process. Simulation results show that Georoy enables efficient and scalable search of resources and can be successfully used in wireless mesh community networks.     

无线传感器网络中一种节省资源的快速重路由算法

因其特殊的需求和应用,无线自组传感器网络对信息采集、处理和传输等技术有着特殊的要求.基于选播路由策略,本文提出一种节省能耗和带宽资源的快速重路由算法(RFR)以应用于无线传感器网络的网络通信.使用选播技术,RFR算法可在原有有效传输路径基础上快速重路由,从而降低路由恢复时间,提高路由恢复成功概率.同时,算法通过限制参与重路由的节点数目,减少因重路由而消耗的能量和带宽资源,延长网络的生存周期,并提高网络性能.仿真算例验证RFR算法应用于无线传感器网络的有效性、较优性.     

无线传感器网络数据管理平台的设计

无线传感器网络技术是近年来比较热门且研究比较活跃的新兴领域,结合无线传感器网络的体系结构、节点定位算法这两个方面的已有研究,进行了有关无线传感器网络数据管理的平台设计,对传感器网络所获得的感知数据进行查询和分析,模拟仿真不同时刻目标节点的位置信息,进而将整个目标节点运动轨迹绘制出来,有效实现对目标节点的实时监控和跟踪。     

一种大规模传感器网络节能数据发布协议

无线传感器网络的主要功能是实现数据发布,在接收到信息查询时能够以有效的方式传输给查询者.目前的数据发布方式通常基于洪泛机制查询信息,浪费了有限的能源.虽然一些最近的数据发布协议从不同程度上解决了这一问题,但不能保证查询成功率.基于圆形节点分布网络模型提出了一种既能减少能源消耗,又能提高成功率的数据发布模式--直径-弦模式DCS(diameter-chord scheme).该模式利用了每个圆的弦都存在一个直径与之垂直相交的性质.在此基础上提出了Two-Phase协议.它在信息查询时分成两个工作方式不同的阶段进行,在第1段查询不中时触发第2段查找.为了减少Two-Phase的延迟,提出了基于优先级和概率转发两种解决方法.理论分析和实验结果都表明,所提出的数据发布协议具有较好的性能.     

一种基于节点位置信息的无线传感器网络并行传输MAC协议

针对无线传感器网络多跳通信方式产生的暴露终端问题,提出了一种基于地理位置信息的高效并行传输LACT-MAC协议。该协议突破了传统基于CSMA协议对并行传输的限制,利用节点地理位置信息实现了暴露终端的并行传输,有效地提高了宝贵无线信道资源的复用效率。分析了根据节点的位置坐标并行传输暴露终端节点的可行性,并通过并行传输检测完成了传输过程。仿真结果证明,与标准的IEEE 802.11DCF协议比较,LACT-MAC协议能显著提高网络的平均吞吐量,降低数据传输延迟,有效提高无线传感器网络效率和性能。     

无位置信息的无线传感器网络漏洞发现算法*

无线传感器网络广泛应用的前提是能够检监测目标区域特定事件的发生。而节点能量受限、难补给的特点导致监测性能难以保证,造成监测盲区出现。针对无线传感器网络节点的地理位置信息未知的情况进行了研究,提出覆盖漏洞发现算法CHDA (Coverage Holes Discovery Algorithm),在以节点为极点建立的极坐标中计算出相邻节点的相对位置信息和该节点被其邻居节点覆盖的边缘弧的信息,并且根据节点的单纯覆盖弧序列的定义计算出节点被其邻居节点覆盖的单纯覆盖弧序列,从而得到网络中的覆盖漏洞。覆盖漏洞的发现克服的地理位置信息未知的限制,为漏洞的修补提供了必要的前提条件进而保证传感器网络的覆盖率。