传感器网络中间件数据管理模块的设计与实现

摘要

近年来，随着传感器技术、通信技术、嵌入式和分布式计算技术的快速发展和日益成熟，无线传感器网络开始在世界范围内出现。传统的数据库管理系统适合处理有限存储数据集的一次性查询。然而，由于传感器网络中的数据以大量、快速、时变的数据流形式持续到达的，需要对数据流进行长期的或连续的查询处理。因此，如何开发一种有效的数据流管理系统来满足传感器网络数据流的处理要求已成为当前的一个研究热点。
　　本文设计并实现了一个应用于传感器网络网关中间件的数据流管理原型系统，使其支持数据流上的持续查询，用户能够像使用传统数据库一样使用数据流管理系统来对数据流进行管理。本文首先讨论了已有的典型数据流管理系统，总结提出了数据流管理系统的体系结构，以及数据流管理的主要研究工作。接着对数据流的相关技术进行研究，包括数据流模型、查询语句解析、数据流连续查询算法、数据流查询语言、查询优化策略等;设计了一个以SQL为基础应用于数据流管理系统中的数据流查询语言CQL;提出了基于窗口的分桶聚集查询算法和带缓存的基于窗口的连接查询算法;并提出了循环扫描的操作符调度策略。最后，设计并实现了数据流管理系统，数据流管理系统的设计参考了很多传统数据库管理系统的思想，同时又做了改进使其能够更有效的应用于数据流环境中，使用户能够像使用传统数据库一样高效地管理传感器网络数据流。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文结构

第2章 传感器网络中间件与数据流管理

2．1 传感器网络中间件

2．1．1 传感器网络

2．1．2 传感器网络中间件技术

2．1．3 OSGI简介

2．2 数据流管理系统

2．2．1 STREAM

2．2．2 Aurora

2．2．3 TelegraphCQ

2．3 数据流查询算法

2．3．1 直方图技术

2．3．2 抽样方法

2．3．3 小波方法

2．3．4 哈希函数

2．3．5 滑动窗口算法

2．4 数据流查询语言

2．5 查询优化

2．6 本章小结

第3章 中间件数据管理模块设计

3．1 需求分析

3．1．1 功能需求

3．1．2 性能需求

3．2 体系结构设计

3．2．1 体系结构

3．2．2 各子模块功能说明

3．3 通信模块设计

3．3．1 中间件与应用层接口

3．3．2 中间件与底层接口

3．4 查询分析模块设计

3．4．1 查询管理器

3．4．2 查询解析器

3．4．3 查询计划管理器

3．5 数据流处理引擎设计

3．5．1 操作符设计

3．5．2 操作符调度器设计

3．6 查询语言设计

3．7 数据结构设计

3．7．1 基础数据类型

3．7．2 查询管理表

3．7．3 流信息表

3．8 本章小结

第4章 中间件数据管理模块的实现与测试

4．1 通信模块的实现

4．1．1 上层接口实现

4．1．2 底层接口实现

4．2 查询分析模块的实现

4．2．1 相关类介绍

4．2．2 流程逻辑

4．2．3 查询解析实现

4．2．4 查询管理器实现

4．2．5 流管理器实现

4．2．6 查询计划管理器的实现

4．3 数据流处理引擎的实现

4．3．1 相关类介绍

4．3．2 流程逻辑

4．3．3 操作符的实现

4．3．4 操作符调度器的实现

4．4 系统测试

4．4．1 功能测试

4．4．2 性能测试

4．5 本章小结

第5章 结束语

5．1 课题总结

5．2 展望

参考文献

致谢