无线传感器监测网络环境不确定性数据处理研究

摘要

集成了传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的无线传感器网络是一种全新的计算模式,是继因特网之后将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT热点技术。因特网改变了人与人之间交流、沟通的方式,而无线传感器网络将逻辑上的信息世界与物理世界融合在一起,将改变人与自然交互的方式。无线传感器网络是高度应用相关的,无线传感器网络的应用大多具有监测性质,因此对无线传感器监测网络的研究具有重要意义。在无线传感器监测网络应用中,测量误差、网络传输错误等因素的客观存在,数据采集和传输受到资源的限制而只能以离散的方式进行与外界物理量(如温度和压力值)的连续变化之间的矛盾不可避免,因此通过无线传感器监测网络获得的数据本质上是不确定性数据。不确定性数据对数据库领域传统的数据处理方法提出了新的挑战。
　　无线传感器监测网络节点的主要特点是电能、带宽、计算和存储能力等高度受限,尤其是其电源的不可替换性导致在保证对监测目标完全监测的同时延长系统工作寿命成为无线传感器监测网络应用的一个中心问题。针对该问题,提出无线传感器监测网络的扩展工作寿命的定义,并在此基础上提出一种延长无线传感器监测网络工作寿命的分布式节点调度策略,在各节点簇内对节点进行调度以实现有差别监测服务并延长系统的工作寿命。
　　不确定性数据查询与更新是不确定性数据处理技术的基础。概率性查询基于不确定性数据的概率不确定性数据模型,根据数据的不确定性区间及其概率分布(不确定性概率分布函数)为查询结果提供置信度信息。在深入分析各类不确定性数据的概率性查询及其计算方法的基础上,对概率性最近邻居查询ENNQ的计算方法进行改进。基于信息熵的概念,提出概率性范围查询ERQ查询质量度量方法,并在此基础上提出一种基于信息熵的不确定性数据更新策略,目的是以较小的能耗代价实现查询质量的提高。
　　在无线传感器监测网络环境下,可能存在大量用户需要访问传感数据,因此数据的有效分发是不确定性数据处理的另一个核心问题。在移动计算环境中,数据广播是一种有效的数据访问方式。在深入分析不确定性数据特点的基础上提出数据平均不确定率的概念,并创造性地将Push-based在线广播方法应用于不确定性数据的分发,提出一种不确定性数据在线广播调度策略,在进行数据广播调度时综合考虑数据的访问率和不确定性,并考虑网络传输错误和多信道对数据广播的影响。
　　无线传感器监测网络应用中往往伴随着海量的数据,研究从这些海量数据中挖掘出有用的知识意义重大。无线传感器监测网络环境中数据的不确定性会对数据挖掘结果的正确性产生显著影响,对传统数据挖掘方法提出了严峻的挑战。在对当前不确定性数据聚类的主要研究成果的深入分析并结合不确定性数据的特点的基础上提出基于密度的不确定性数据概率聚类算法,根据数据不确定性区间的概率分布信息提高算法的准确性并通过R树索引和概率阈值索引PTI提高算法的效率。

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1绪论

1.1 课题背景及其研究意义

1.2 无线传感器网络研究

1.3 无线传感器监测网络研究

1.4 不确定性数据处理研究

1.5 论文研究内容与组织

2无线传感器监测网络、不确定性数据处理

2.1 引言

2.2 无线传感器网络

2.3 无线传感器监测网络

2.4 不确定性数据模型

2.5 不确定性数据处理技术

2.6 小结

3无线传感器监测网络分布式节点调度

3.1 引言

3.2 定义和问题描述

3.3 无线传感器监测网络分布式节点调度策略

3.4 实验与结果分析

3.5 小结

4不确定性数据查询与更新

4.1 引言

4.2 不确定性数据查询

4.3 不确定性数据查询质量

4.4 基于信息熵的不确定性数据更新

4.5 实验与结果分析

4.6 小结

5不确定性数据在线广播调度

5.1 引言

5.2 定义和问题描述

5.3 不确定性数据在线广播调度策略

5.4 实验与结果分析

5.5 小结

6不确定性数据概率聚类

6.1 引言

6.2 基于密度的不确定性数据概率聚类

6.3 实验与结果分析

6.4 小结

7总结与展望

7.1 论文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文目录

附录2 攻读学位期间参与的科研项目与成果