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区域查询(数据库)

时间:2022-11-07 04:30:02 | 来源:信息时代

时间:2022-11-07 04:30:02 来源:信息时代

    区域查询 : 无线传感器网络中一种比较典型的空间查询,也称窗口查询(window query),要求返回指定地理区域内传感器节点的感知数据。无线传感器网络一般覆盖的感知区域比较广阔,但查询用户有时并不关心整个感知区域的数据,他们感兴趣的是某一具体地理范围内的数据情况,例如查询“区域A内的平均湿度”、“区域B内的最高温度”等,类似以上的查询都是区域查询。
区域查询主要分为两种: 区域快照查询和区域连续查询。区域快照查询是对查询区域在某一给定时间点的查询,例如:“列出区域A当前的气压值”。区域连续查询关注在某一段时间间隔内查询区域内无线传感器网络感知数据的变化情况,例如:“每10秒检测一次区域X内的平均气压是多少,持续3个月”。区域查询通常与聚集函数相结合以获取用户感兴趣的统计信息,如:MAX、MIN、MEDIAN、AVG、SUM等。
区域快照查询主要分为两种: 基于传感器网络基本结构的区域查询和独立于传感器网络基本结构的区域查询。基于传感器网络基本结构的查询处理是指查询的执行依赖于传感器网络的结构;独立于传感器网络基本结构的查询处理是指查询的执行不依赖于传感器网络的结构,即查询的执行不受传感器网络结构的影响。
(1)基于传感器网络结构的区域查询处理技术。一般把查询分为两个阶段来完成: 查询传播和数据收集。在查询传播阶段,查询根据已构建好的网络结构逐层地传播,直到把查询传播给所有的节点;在数据收集阶段,感知数据沿接收到查询的逆路径逐层向接收器传送,最后返回给查询发出者。这种方法很容易受网络拓扑结构的影响,传感器网络的拓扑结构易发生变化,如节点因能量耗尽而失效、节点由苏醒状态进入睡眠状态、或者节点移动,都会导致传感器网络的拓扑结构发生变化。在动态的传感器网络中,维护一个稳定的网络结构会增加很多额外的资源消耗。
根据网络结构的生成方式,可以把网络结构分为网络生成结构(network spanning infrastructure,NSI)和窗口生成结构(window spanning infrastructure,WSI)。


图1 窗口查询处理结构


网络生成结构如图1(a)所示,网络生成结构在网络布置时构建。查询根据已构建的生成结构逐层地传播,直到查询窗口内的所有节点都接收到查询。然后查询窗口内传感器节点将感知数据沿查询的逆路径传送,直到数据到达查询发出者。使用网络生成结构处理区域查询时,一些与查询无关的节点(如查询区域外的节点)参与查询处理,导致很多不必要的能量消耗。窗口生成结构如图1(b)所示,窗口生成结构在查询到达查询窗口时才构建,查询窗口内的传感器节点重新构建一个网路结构,相当于一个小的传感器网络。一般采用地理路由协议将查询发送到查询窗口,然后建立查询窗口内网络结构,根据窗口生成结构进行查询传播和数据收集,最后在利用地理路由协议把查询结果返回给查询发出者。根据窗口生成结构处理区域查询避免了一些不必要的传感器节点参与查询处理,但窗口内网络结构的创建和维护需要很大的能量消耗。
(2)独立于传感器网络结构的区域查询处理技术。其代表技术是基于路线的区域查询处理技术(itinerary-based window query execution,IWQE),如图1(c)所示。
在基于路线的区域查询处理中,查询发出者仍然通过地理路由协议把查询传送到指定的查询窗口。在查询窗口内,传感器节点分为查询节点和数据节点,查询节点负责查询的传播和数据的收集,数据节点只需要把感知数据传给相应的查询节点。一旦一个查询节点收到查询,它就广播查询。收到查询的数据节点把感知数据传送给查询节点,查询节点对收到的所有数据进行聚集处理,然后连同查询一起传给下一个查询节点。这样层层传递直到遍历整个查询窗口,最后一个查询节点把查询结果返回给查询发出者。这种窗口查询处理方法独立于传感器网络基本结构,它把查询传播和数据收集合为一个过程,即查询传播的过程也即是数据收集的过程,从而节省了传感器节点的资源消耗,延长了传感器网络的生命周期。
基于路线的窗口查询处理技术不需要维护网络的拓扑结构,它不适合于增量的查询处理,即不适合连续查询处理。

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