無線傳感器網絡查詢優(yōu)化策略研究.pdf

1、無線傳感器網絡相關技術的穩(wěn)步發(fā)展與成熟使其成為物聯(lián)網信息獲取手段中最基礎的技術。部署無線傳感器網絡的目的在于獲取被監(jiān)測區(qū)域中感知對象的相關指標數據，是典型的以數據為中心的應用。作為應用核心的數據收集任務通常以用戶下達的各種查詢指令為起始，完整的查詢過程可劃分為指令傳播和數據回傳階段。由于傳感器網絡中的節(jié)點在如計算能力、存儲容量、通信距離、能量資源等各方面存在諸多限制，因此如何使節(jié)點在整個查詢過程中能夠高效運作、延長網絡生命期即成為無線傳

2、感器網絡相關研究的核心關鍵。本文將無線傳感器網絡的查詢優(yōu)化策略作為研究對象，以降低能量消耗、提高查詢效率為目標，分別從存儲和查詢兩個方面提出了相應的思路，主要研究內容如下：
　　無線傳感器網絡的查詢處理細節(jié)與其所采用的存儲策略密不可分?，F階段關于存儲方面的研究大多集中于存儲策略，即傳感器節(jié)點在收集到感知數據后將數據存儲在網絡中的具體位置，通過平衡查詢指令傳播與感知數據回傳的消耗來提高查詢過程中的能效。不同于現有研究，本文從感知數據

3、的存儲結構角度出發(fā)，考慮無線傳感器網絡的分布式特性，提出了基于RCFile的查詢處理機制。RCFile是基于MapReduce框架數據倉庫平臺中的高效存儲結構，同時具有行存儲和列存儲的優(yōu)勢。RCFile首先將數據水平劃分為行組，保證行組中的各條記錄能夠被完整地保存在同一HDFS塊中，降低元組重構的消耗；之后對行組內部的記錄逐列分解存儲，使得數據能夠在各種壓縮策略下達到較高的壓縮比并在查詢時無需讀取不相關的列。無線傳感器網絡中的節(jié)點在計算

4、和通信方面的能耗存在巨大差異，意味著適當的壓縮處理以減少后續(xù)傳輸的數據量能夠有效提高能效；同時，作為多用戶多查詢任務的典型應用，查詢處理的效率也至關重要。實驗結果表明， RCFile存儲格式在這兩方面相對于傳統(tǒng)的行存儲格式均具有優(yōu)勢，適合作為無線傳感器網絡中感知數據的存儲結構。
　　無線傳感器網絡中的節(jié)點分布密集導致鄰近節(jié)點之間的數據相似性較高，這一特性被稱為空間相關。在查詢過程中，若無差別地調動全部節(jié)點，則獲取的結果數據必然存在

5、冗余。本文利用感知數據的空間相關性，提出了基于雙重聚類的分簇查詢算法。在算法的第一階段以全部節(jié)點的感知數據為輸入，采用ISODATA算法將網絡劃分為各個由數據相似的節(jié)點組成的類簇。ISODATA算法是基于劃分的聚類方法，以距離度量為相似度評價標準的特點使得各個類簇中的節(jié)點在感知數據表現上相對緊湊；算法的第二階段采用基于密度的聚類算法 DBSCAN根據節(jié)點的位置信息對第一階段的結果類簇進行進一步的劃分，處理之后得到各個類簇，其中的節(jié)點不僅