無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)感知數(shù)據(jù)查詢(xún)處理算法.pdf

1、近年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、微電子技術(shù)及嵌入式計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛地應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康、軍事國(guó)防等眾多領(lǐng)域。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布于特定區(qū)域的大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有一定的計(jì)算、存儲(chǔ)和通訊能力。這些傳感器節(jié)點(diǎn)以Ad Hoc方式構(gòu)成無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，共同地完成一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)。鑒于傳感器節(jié)點(diǎn)可以感知周?chē)h(huán)境，不斷地產(chǎn)生各種觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被看作

2、是一個(gè)新型的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，人們通過(guò)向無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)下發(fā)查詢(xún)來(lái)獲取被監(jiān)測(cè)區(qū)域的信息以滿(mǎn)足各種應(yīng)用。由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通訊能力和網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬均有限，已有的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)處理技術(shù)不適于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此，設(shè)計(jì)適合于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的新型查詢(xún)處理算法是我們亟待解決的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。本文針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，研究了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢(xún)處理技術(shù)。本文的主要研究成果包括如下幾個(gè)方面：
　　

3、首先，本文提出了一種基于模型擬合的可信數(shù)據(jù)采集查詢(xún)處理算法。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用中，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行各種數(shù)據(jù)采集是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)最基礎(chǔ)、最重要、最廣泛的一類(lèi)應(yīng)用。通過(guò)采集到的感知數(shù)據(jù)，用戶(hù)不但可以了解到被監(jiān)測(cè)區(qū)域的相關(guān)信息，而且不同的用戶(hù)可以在此數(shù)據(jù)集上分別進(jìn)行查詢(xún)、分析和處理來(lái)獲取各自需要的信息。針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)能源有限且難以補(bǔ)充的特點(diǎn)，如何能源有效地采集網(wǎng)絡(luò)中的感知數(shù)據(jù)，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命期是我們亟待解決的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。此外，在許多情

4、況下用戶(hù)對(duì)采集到的感知數(shù)據(jù)的可信程度具有較高要求。因?yàn)?，這些數(shù)據(jù)是他們針對(duì)某些領(lǐng)域進(jìn)行下一步研究的基礎(chǔ)。目前，多數(shù)研究工作僅考慮了如何節(jié)省能量地查詢(xún)感知數(shù)據(jù)，而不能滿(mǎn)足某些應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的高可信要求。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了一種基于模型擬合的可信數(shù)據(jù)采集查詢(xún)處理算法。該算法即可以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)采集的節(jié)能要求，又可以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的可信要求。
　　第二，本文提出了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種新的查詢(xún)-探測(cè)查詢(xún)，并給出了相應(yīng)的處理算

5、法。在用戶(hù)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢(xún)時(shí)，用戶(hù)會(huì)經(jīng)常遇到查詢(xún)結(jié)果集為空的情況?？詹樵?xún)結(jié)果集使得用戶(hù)無(wú)法了解被監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況，并且給用戶(hù)進(jìn)一步修改查詢(xún)?cè)斐闪藰O大的困難。反復(fù)修改并下發(fā)查詢(xún)不但會(huì)影響其它查詢(xún)的執(zhí)行，還會(huì)大幅縮短無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命期。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中探測(cè)查詢(xún)的概念，并給出了這類(lèi)新查詢(xún)的處理算法。這些算法不需要用戶(hù)反復(fù)修改查詢(xún)條件即可返回由網(wǎng)絡(luò)中與查詢(xún)具有最小偏差的感知數(shù)據(jù)構(gòu)成的探測(cè)結(jié)果集。探測(cè)結(jié)果集既

6、可以用來(lái)近似回答查詢(xún)，也可以為用戶(hù)修改查詢(xún)提供參考信息，提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所給查詢(xún)處理算法具有較高的查詢(xún)效率和能源有效性。
　　第三，本文提出了一種分布式的兩階段Top-k查詢(xún)處理算法。Top-k查詢(xún)作為一類(lèi)重要的復(fù)雜查詢(xún)?cè)跓o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有廣泛應(yīng)用。目前，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中對(duì)Top-k查詢(xún)的研究工作均集中在連續(xù)查詢(xún)領(lǐng)域，而在快照查詢(xún)領(lǐng)域卻沒(méi)有相關(guān)工作展開(kāi)。為此，本文考慮無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的能源有限性，以最大化降低

7、網(wǎng)絡(luò)能量開(kāi)銷(xiāo)為目標(biāo)，提出了一種分布式地兩階段Top-k查詢(xún)處理算法。該算法通過(guò)下發(fā)過(guò)濾閾值可以在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中能源高效地計(jì)算Top-k查詢(xún)結(jié)果集。
　　第四，本文給出了一種基于多元回歸模型的缺失值估計(jì)算法。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的固有特點(diǎn)使得感知數(shù)據(jù)的缺失問(wèn)題不可避免且給無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用帶來(lái)巨大困難。為解決感知數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題，本文充分考慮感知數(shù)據(jù)的時(shí)-空相關(guān)性，提出了一種基于多元回歸模型的缺失值估計(jì)算法。該算法通過(guò)對(duì)多個(gè)相鄰傳感器