一种能量有效的双层传感器网络Top-k安全查询机制

在双层传感器网络中,高层具有相对较高存储能力和计算能力的存储节点负责收集低层资源受限的传感器节点的感知数据,完成数据存储和回答用户的查询请求.但是由于传感器网络经常部署在不安全环境下,存储节点可能被俘获从而向用户返回错误的查询结果,因此查询结果的正确性验证至关重要.针对双层传感器网络下时隙top-k查询,提出了一种能量有效的topk安全查询机制RSTOPK,用以验证查询结果的认证性和完全性.通过结合计算承诺的假设检验方法,有效提高了对错误查询结果的检测率,并有效减小了查询结果验证引入的额外通信开销.理论分析和模拟实验结果表明了其有效性.     

基于环结构的传感器网络多分辨率数据存储机制

提出了一套基于环结构的传感器网络多分辨率数据存储机制,结合层次结构的存储查询方案,有效地利用了环结构的特性高效、节能地支持事件信息的不同分辨率的存储和查询操作,并采用优化的环结构参数,在基于环的层次结构数据存储架构中能够最小化网络节点的总体通信能耗.同时,对环结构多分辨率数据存储机制的相关性能从节能性、负载均衡性等多个角度进行了具体理论分析.模拟实验结果表明,基于环的层次结构存储机制能够高效、节能地支持传感器网络事件数据的多分辨率存储和查询操作.     

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.     

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.     

MIS:无线传感器网络中一种基于多级映射索引的存储方法

合理的数据存储策略是节约无线传感器网络能量的重要手段之一,但是目前提出的存储方法往往没有考虑周期查询和ad hoc查询并存的情况,以及网络拓扑和查询响应时间约束等因素,因而会对系统带来额外的开销.提出了一种基于多级映射索引的数据存储方法,综合周期查询的响应时间约束和网络拓扑结构对网络分层,并在每层建立相应的数据索引,使处于不同层次的节点采用不同的数据存储方式,同时支持大量的ad hoc查询.实验证明,这种基于多级映射索引的数据存储方法能够大量地节约能量,并保证在有限的响应时间内处理更多的节点数据并返回结果.     

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.     

基于分簇的传感器网络数据聚集估算机制

提出一种基于簇结构的传感器网络数据聚集估算机制CASA(clustering-based approximate scheme for data aggregation).在保证用户对数据精确度需求的前提下,CASA 通过最小化网络通信开销以及协调节点间的负载均衡,有效地提高了估算机制的节能性能.CASA 采用最优的分簇规模参数,在基于分簇的网内聚集估算架构中能够最小化网络节点的总体通信开销.此外,CASA 考虑到部署区域感知数据变化率的差异性,采用自适应的误差分配方案来进一步降低网络节点的通信开销,维护节点间的负载均衡.模拟实验结果表明,CASA 估算机制能够显著地提升传感器网络网内数据聚集机制的节能性能,同时保证聚集数据的精确程度.     

基于空间索引的WSN数据查询机制

针对当前无线传感器网络中数据查询通信开销大而带宽资源有限的问题,提出了一种基于局部聚类的数据存储模型.该模型通过将整个网络按地理位置划分区域,采用局部数据聚集存储,避免了将同种数据发送至一个存储点存储所造成的巨大通信开销,从而均衡通信带宽.在数据存储模型之上,提出了一种基于空间索引的数据查询方法(SIQ).在SIQ中只利用存储节点构建成索引的叶子节点,与利用所有节点建成的索引相比,其维护的节点数量少,索引的构建成本降低.同时SIQ采用数据属性为空间索引内容,有效地对监测数据进行多维属性的范围查询.仿真结果表明,与较成熟的DD算法和GHT算法相比,SIQ方法能克服泛洪查询所引起的高通信复杂度.     

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。     

动态无线传感网中低延迟高可靠的数据查询机制

查询处理作为大规模无线传感器网络中智能服务的一个重要操作,可以根据用户需求对网络中的感知数据进行检索和回传.然而,部署在恶劣环境中的无线传感网络,节点容易遭受外力破坏,或者自身资源(能量、存储等)有限,可能会导致节点发生位移和故障,从而造成网络拓扑不断改变以及部分节点的感知数据失效.同时,由于节点感知数据容量大、传输带宽有限以及网络链路不可靠等情况,可能会造成网络通信时延大大增加.这些因素使得快速、可靠的数据查询处理成为无线传感网中一个难题.为了解决这个难题,提出一种动态网络中低延迟高可靠的数据查询机制.该机制是一种非聚合随机查询方式,通过将传感节点划分为源节点和查询节点来实现数据查询.首先,根据监测事件将网络划分为若干个子区域,每个子区域中的源节点相互协作,并按照时间顺序依次轮流监听该区域的事件信息;接着,源节点根据预估的平均节点故障概率,计算出一个合理的备份数量,并将源数据按照该数量存储到邻居节点中,以降低源数据的失效概率;然后,为了加快数据查询速度,源节点定期对源数据块进行编码压缩,并选取剩余能量和存储空间较小的多个邻居节点作为下一跳接收节点.这些接收节点基于局部区域中节点个数大小,决定是否接收存储该报文.重复上述过程,直至压缩数据均匀地分布在网络中.另一方面,查询节点接收到查询请求时,也使用负载均衡多路分发方式将查询请求传输到部分节点上.为了避免目标数据的冗余回传,当查询请求成功查询到目标数据时,目标节点先修改访问位,再选取与查询节点距离最近的邻居节点作为下一跳接收节点,迭代执行上述操作,直到用户获得所需要的事件信息.在以上过程中,为了节省节点能量,在保证高成功查询率的条件下,建立通信能耗最小化的优化模型,计算出最优的压缩数据副本数和查询消息副本数,之后,源节点和查询节点分别按照该数量进行副本数据分发.最后,理论分析和实验结果表明,与其它四种查询算法相比,提出的查询机制具有更高的查询成功率、更低的通信能耗和通信时延.     

无线传感器网络中一种能量有效的数据存储方法

如何有效地对传感器在过去历史时间段内采集的大量感知数据进行存储,以备将来的信息查询和数据分析已经成为无线传感器网络应用面临的一个难题.介绍了一种基于树型路由的分布式数据存储方法,通过采用动态规划方法选择存储节点,使存储节点能量均衡和所有节点能耗之和最小,从而达到整个无线传感器网络能量有效.仿真实验结果表明,这种数据存储方法能够获得较好的能量均衡和总能耗较小,从而有效地延长整个无线传感器网络的生命周期.     

无线传感器网络中的数据查询

无线传感器网络以数据为中心,提供数据采集、处理和查询功能.数据查询是无线传感器网络研究中的重点和热点问题.本文从查询过程的角度出发,对目前传感器网络数据查询研究现状进行了系统总结.在此基础之上,考虑传感器网络的异构性,提出了一种基于感知数据之间的数据信息的查询模型,并设计了感知数据交互必须的数据标签,给出了这种数据查询的应用实例.分析表明,该种数据查询能够大大提高传感器网络的查询效率,同时增强网络的健壮性,延长传感器网络使用寿命.     

无线传感器网络中基于小波的分布式存储

无线传感器网络主要用于从目标对象收集信息,由于其能源极其有限,分布式数据存储和查询得到越来越多人的注意.本文提出了一种基于小波构架的新型分布式存储方式,它使所有信息经小波压缩后平均分布于各个节点之中,构成小波系数空间存储结构树.通过仿真实验,表明这种算法在无线传感器网络的数据管理中获得了良好的效果:(1)通过简化小波变换消除了额外的计算和通信量,大大节省了数据管理所需的能耗;(2)利用传感器节点内和节点间的信息关联,有效提高了存储效率;(3)利用小波多分辨率的编码技术和小波系数空间结构树的自相似性,支持时空两个方向的快速查询.     

无线传感器网络数据管理技术研究进展

无线传感器网络本质上是一个以数据为中心的网络,它处理的数据为传感器采集的连续不断的数据流.因此,现有的数据管理技术把无线传感器网络看作为来自物理世界的连续数据流组成的分布式数据库.由于传感器节点的计算能力、存储容量、通信能力以及电池能量有限,再加上flash存储器以及数据流本身的特性,给数据管理带来了传统分布式数据库系统没有的一些新挑战.从数据库系统的体系结构、数据存储与索引技术、数据模式、查询处理及优化技术等方面介绍了无线传感器网络的数据管理技术的研究现状.     

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。     

基于RCFile的无线传感器网络数据存储策略研究

随着无线传感器网络技术的发展,其应用价值遍布环境监测、工农业、抢险救灾、军事国防、生物医疗等许多领域.由于无线传感器网络特征与节点特点,其数据存储与查询策略研究成为热点.对已有的数据存储策略进行了详细介绍与研究,并分析它们的优缺点;其次结合大数据中一种高效的数据存储结构——RCFile,并将其应用到传感器网络的数据存储中,结合行列存储的优势,改变数据存储结构,提出了一种基于RCFile的无线传感器数据存储算法(Wireless sensor network Data Storage based on RCFile,WDSR),并给出了仿真结果分析.仿真结果表明,提出的算法在低能耗、高效率方面存在一定优势.最后指出了无线传感器网络数据存储算法的发展方向.     

基于ZigBee的无线传感器网络设计与实现

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点组成,具有传感器节点密度高,网络拓扑变化频繁,以及节点的功率、计算能力和数据存储能力有限等特点。该文介绍了ZigBee网络与GSM/GPRS网络相结合实现远程监测的无线传感器网络的软件与硬件总体设计方法。