时间：2022-11-30 08:30:01 | 来源：信息时代
时间：2022-11-30 08:30:01 来源：信息时代
无线传感器网络数据管理系统 : 一个提取、存储、管理传感器网络数据的系统,其目的在于组织和管理传感器网络监测区域的感知信息,回答来自用户或应用程序的查询。由于无线传感器网络的分布规模相对比较大,节点分散,所以它和传统的分布式数据库系统很相似,但又不同于传统的分布式数据库系统。无线传感器网络数据管理具有以下特点:
(1)分布性:应用中一般要求数据是由多个传感器节点产生,每个节点不仅存储本地产生的数据,同时也要对在数据传递过程中来自其他节点的数据进行缓存和转发,因而数据的存储是分布式的; 由于资源有限,无线传感器网络数据管理不能像传统的数据管理系统采用集中式的数据管理,而是尽可能地在网络内部进行数据的分析处理,即网内处理(in-network processing),也即是对数据的处理也是分布式的。
(2)动态性:从数据的角度讲,数据从感知到传递给汇聚节点,存储场地是不断变化的。并且感知数据时刻更新,传感器网络数据管理系统面对的是分布式无限数据流。从查询的角度讲,网络拓扑结构的动态变化导致数据的传递、存储和处理易发生变化,查询的执行场地也可能产生动态的变化。因而无线传感器网络数据管理系统需要动态处理能力,同时保证可靠性。
(3)实时性:指系统操作的正确性不仅依赖于事务的逻辑结果,而且依赖于该逻辑结果产生的时间。实时性包括两方面含义: ①与数据本身的固有的时间属性相关的查询结果,即指定对查询数据被感知的时间范围。②查询响应时间的约束,即查询结果要在应用规定的截止期内给出。
(4)能源有效性(energy-efficient):在无线传感器网络中,数据的产生是源源不断的,形成了无限的数据流。通常传感器节点的电能是有限的,并且一般不可更换,节点的存储能力和计算能力也十分有限,带宽也有限制。这些因素使得无线传感器网络数据管理技术不能直接采用传统的数据管理系统的数据处理方式,而是需要设计一些资源有效的数据存储、数据处理和数据查询的方法,来节省各种能源的耗费,从而延长无线传感器网络的生命周期。
(5)数据操作简单性: 主要操作是感知数据查询,即“读”操作,“写”操作较少。因而不强调保持数据的完整性、一致性以及事务恢复。
无线传感器网络数据管理系统的结构通常被划分为三种:
(1)集中式结构:在集中式结构中,感知数据的查询和传感器网络的访问是相对独立的。将感知数据按照路由策略从传感器网络传输到汇聚节点,再传到任务管理节点进行查询处理。这种方法很简单,但是传输量大,网络负载很重。
(2)半分布式结构:利用传感器节点有限的计算和存储能力,对感知数据进行一定的处理。其核心是尽可能地将查询处理在传感器网络内部进行,减少通信开销。查询处理时,只有与查询相关的数据被提取出来。目前大多数研究工作基于半分布式结构,典型的系统如Fjord和COUGAR。
(3)分布式结构:分布式结构假设每个传感器节点都有较高的存储、计算和通信能力,计算和通信都由节点来完成。设计Hash函数,按照每个事件的关键字,将传感器网络节点划分成组。处理查询时,使用同样的Hash函数,将查询发送到离Hash值最近的节点上面。这种结构对基于hash函数的事件查询有效,对其他查询较弱,系统的通信开销较大。
比较典型的无线传感器网络数据管理系统主要有加州大学伯克利分校的TinyDB系统、康奈尔大学的Cougar系统和加州大学伯克利分校的Fjord系统。
TinyDB系统为用户提供了一个简洁、易用、类SQL的感知查询语言、应用程序接口,用户无需了解传感器网络的细节,直接使用TinyDB系统查询传感器网络的数据,使得传感器网络的体系结构对用户透明。
Cougar是康奈尔大学开发的无线传感器数据库系统。Cougar的基本思想是尽可能地将查询处理在传感器网络内部进行,减少通信开销。在查询处理过程中,只有与查询处理相关的数据才从传感器网络中提取出来。这种方法灵活而有效。在Cougar中,传感器节点不仅需要处理本地的数据,同时还要与邻近的节点进行通信,协作完成查询处理的某些任务。
Cougar系统由三部分组成:图形用户界面GUI、客户前端系统(FrontEnd)和查询代理(QueryProxy)。三个部分通过不同的分工完成查询处理,用户通过GUI向传感器网络提交查询。客户前端是GUI和查询代理之间的界面。查询代理运行在传感器网络中每个传感器节点上,用来解释和执行查询。
Fjord是加州大学伯克利分校Telegraph项目的一部分,是一个以无线传感器网络为背景的自适应数据流系统。Fjord可以整合传统的基于磁盘的数据和来自无线传感器网络的数据流,可以避免基于传统迭代操作带来的阻塞(blocking)问题。
Fjord的主要特点是:融合了Pull和Push技术,采用Pull技术,输出操作符请求获得数据; 采用了Push技术,感知数据流依赖输入操作符将数据提供给输出操作符,而不是在收到查询请求时才被提取出来。
Push队列允许查询处理器处理传感器产生的流式数据。当一个感知数据到达时,查询处理器将其放入输入队列,作为查询的数据源。操作符不必主动地向传感器节点索取感知数据,而是持续地处理输入队列中的数据。当感知数据到达输入队列时,计算被触发。Fjord系统已经被应用到伯克利分校附近的高速公路的交通监测中。
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