无线传感器网络中Top-K查询处理方案研究

摘要

无线通信技术、微电子技术、微型传感器等技术的持续发展使得无线传感器网络成为了新的研究热点。无线传感器网络由大量的传感器节点组成，具有拓扑动态、自组织、大规模、应用相关等特点。无线传感器网络的应用前景十分广阔，能够应用于军事、环境监测、医疗护理、智能交通等领域。查询处理技术是无线传感器网络中网络层的关键技术之一，高效节能的查询处理技术能延长网络的生命期及增强用户的体验，查询延迟和能量消耗是查询处理性能评价的两个主要方面。Top-K查询是无线传感器网络中很多查询类型的基础，支持很多应用场景，它要求返回在某种比较规则下的前K个网络数据。 本论文提出一种能量有效的基于反馈的Top-K查询处理方案，该方案基于查询树结构，父亲节点与孩子节点进行若干次交互，孩子节点根据父亲节点反馈信息有选择性地返回部分数据以减少发送的数据量。该方案能很好地满足单次且要求结果精确的Top-K查询，模拟实验和分析比较表明该方案具有较好的节能效果。 本论文还提出一种基于数据分布表的Top-K查询处理方案，主要针对用户高频率执行Top-K查询且对延迟有一定要求的情况。该方案采用PUSH和PULL相结合的查询处理响应模式，在第一阶段中，传感器节点PUSH感知数据的数据分布的情况，而并非直接返回数据本身，在第二阶段中，基站根据收集的数据分布表信息有选择性地PULL感知数据。理论分析比较表明，较之现今针对多查询的方案，该方案极大地减少了数据的传输和查询的延迟，并减少了参与查询响应的传感器节点数。 本论文设计的Top-K查询处理方案返回给用户精确的查询结果，针对单次Top-K查询提出基于反馈的处理方案，极大地减少了网络中数据的传输，针对多次Top-K查询给出了基于数据分布表的，处理方案，不但减少了数据的传输，还减少了参与查询响应的节点数目，减少了查询处理的延迟。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2无线传感器网络的特点

1.3无线传感器网络的应用

1.4无线传感器网络中的数据管理

1.5本论文的主要研究内容

1.6本论文的组织结构

第二章 无线传感器网络中的查询处理技术

2.1无线传感器网络中查询处理的体系结构

2.2无线传感器网络中的查询执行过程

2.3无线传感器网络中查询的分类

2.4无线传感器网络中查询处理技术的分类

2.4.1集中式查询处理技术

2.4.2分布式查询处理技术

2.5现今查询处理技术存在的主要问题

2.6本章小结

第三章 基于反馈的Top-K查询处理方案

3.1网络模型

3.2问题定义

3.3 Top-K查询处理的关键问题

3.4查询路由树的建立

3.5 Top-K查询处理方案的分类

3.5.1精确型查询

3.5.2近似型查询

3.5.3多次查询

3.6基于反馈的Top-K查询处理方案

3.6.1查询请求包分发

3.6.2反馈式数据收集

3.6.3模拟实验结果与分析

3.7本章小结

第四章 基于数据分布表的Top-K查询处理方案

4.1数据分布表的描述

4.2数据分布表的建立和维护

4.2.1数据分布表的初始化

4.2.2数据分布表的建立

4.2.3数据分布表的更新

4.3基于数据分布表的查询分发

4.3.1基于数据分布表的查询分发过程

4.3.2基于数据分布表的查询分发示例

4.3.3基于数据分布表的查询处理方案性能分析

4.4模拟实验结果与分析

4.5本章小结

第五章 结束语

5.1研究工作总结

5.2研究工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果