無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)存儲與查詢分析

陳曉杰

摘 要 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通訊技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果，通過建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的比對查詢和存儲分析，使人們的信息交流更加便捷快速。文章通過分析傳感器的結(jié)構(gòu)與作用，對數(shù)據(jù)的存儲類型和查詢方式進(jìn)行深入探討，為進(jìn)一步推廣無線傳感器網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)存儲；數(shù)據(jù)查詢

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0018-01

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本定義

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是將數(shù)量眾多的微型傳感器均勻分布在需要進(jìn)行測量或者監(jiān)控的區(qū)域內(nèi)，每隔一段距離，一定數(shù)量的傳感器就會形成一個(gè)固定的匯聚點(diǎn)，通過這些匯聚點(diǎn)進(jìn)行距離更遠(yuǎn)的通信，由無數(shù)個(gè)匯聚點(diǎn)組成了一個(gè)分工明確的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些匯聚點(diǎn)基于感應(yīng)器而建立，彼此之間能夠很好地進(jìn)行感應(yīng)、收集、處理和傳輸信息的工作，使網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的任何位置的目標(biāo)信息都能得到及時(shí)的感知和處理，然后回傳給信息收集者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于可以打破客觀條件的限制，隨時(shí)獲取所需的大量信息，從而極大地豐富了人們的感知，延伸了信息收集范圍。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有高到低可大致分為處理器、匯聚點(diǎn)以及傳感器等三個(gè)部分。傳感器測得的信息傳送到匯聚點(diǎn)，通過匯聚點(diǎn)傳入管理節(jié)點(diǎn)，也就是處理器以便進(jìn)行處理。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的存儲方式

想要了解數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的存儲方式，其實(shí)就是研究傳感器所感知到的信息是如何進(jìn)行存儲的，具體來說就是給數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中尋找一個(gè)合適的位置用于存儲，以及查詢數(shù)據(jù)的時(shí)候是如何將請求連接到正確的存儲位置上，方便獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲大概可分為集中式存儲、本地存儲和分布式存儲三種。

2.1 集中式存儲

集中式存儲是一種應(yīng)用最為廣泛且易于操作的存儲方法，傳感器將感知到的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)進(jìn)行存儲，當(dāng)進(jìn)行查詢時(shí)可以直接從匯聚點(diǎn)獲取對應(yīng)的數(shù)據(jù)。由于匯聚點(diǎn)具有空間大、易存儲、無消耗的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)存儲的時(shí)間比較長，還能夠大大節(jié)省匯聚點(diǎn)的能量。這時(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只是用于單純的收集數(shù)據(jù)，還不具備數(shù)據(jù)處理的能力，操作者只能從匯聚點(diǎn)中獲取數(shù)據(jù)。需要注意的是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)形成一定規(guī)模，匯聚點(diǎn)比較密集時(shí)，大量的數(shù)據(jù)通過匯聚點(diǎn)傳輸，會過快地消耗匯聚點(diǎn)的能量，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓，因此集中式存儲不適合大型網(wǎng)絡(luò)。

2.2 本地存儲

本地存儲是指傳感器所感知到的數(shù)據(jù)都被存儲在傳感器自身的存儲器中，當(dāng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢時(shí)，需要涉及到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器，經(jīng)過各個(gè)傳感器的處理和反饋之后，才能獲取所需數(shù)據(jù)。這樣的存儲方法步驟簡單，沒有能量損耗和通信開銷，使數(shù)據(jù)訪問最大限度地做到了按需查詢。但是傳感器自身的存儲能力與匯聚點(diǎn)相比十分有限，不能很好地保存歷史數(shù)據(jù)，并且極易發(fā)生故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失；無法縮短數(shù)據(jù)訪問和查詢的步驟，浪費(fèi)了過多的資源，極大地消耗了網(wǎng)絡(luò)壽命，當(dāng)進(jìn)行多批次的復(fù)雜查詢時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障的幾率會大大增加。

2.3 分布式存儲

分布式存儲是以數(shù)據(jù)為中心，使其有效而均勻地存儲在周圍不同傳感器的方法。通過使用合理的機(jī)制來解決存儲與訪問之間所產(chǎn)生的問題，最大程度地保證數(shù)據(jù)的存儲和訪問得到及時(shí)處理。這種方法使數(shù)據(jù)的存儲和查詢都遵從事前制定好的特定機(jī)制，獲取數(shù)據(jù)也要以這個(gè)機(jī)制為依據(jù)。分布式存儲的特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)信息的分散性不謀而合，但是建立合理有效的中介機(jī)制需要付出額外的代價(jià)。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的查詢方式

3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的查詢特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)查詢方法包括：集中式方法和網(wǎng)內(nèi)處理方法。集中式方法是指所有的數(shù)據(jù)查詢請求均在匯聚點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行處理并完成，網(wǎng)內(nèi)處理方法是將數(shù)據(jù)查詢請求從匯聚點(diǎn)延伸到各個(gè)傳感器，通過相互協(xié)作完成數(shù)據(jù)的查詢和處理。兩者各有利弊，網(wǎng)內(nèi)處理的存儲和處理能力，相對地優(yōu)于集中式，并且較為節(jié)省能量，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。而網(wǎng)內(nèi)處理所采用的分布式計(jì)算，使傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相互協(xié)作，共同處理信息，有效縮短了查詢時(shí)間，甚至還具有數(shù)據(jù)聚合的特殊作用。讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)內(nèi)處理方式，可以使任意一個(gè)傳感器對自身所存儲的數(shù)據(jù)依據(jù)查詢要求進(jìn)行聚合，這樣能夠提高查詢數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。

3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢的分類

1）快照查詢：當(dāng)查詢要求指定了詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，可以快速的獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

2）連續(xù)查詢：當(dāng)查詢請求被提交以后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在一段時(shí)間內(nèi)通過處理器將數(shù)據(jù)流有規(guī)律地反饋給用戶。

3）事件驅(qū)動查詢：當(dāng)傳感器感知到網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢請求，或者出現(xiàn)符合系統(tǒng)自定義的信息處理機(jī)制的事件時(shí)，會通過匯聚點(diǎn)將信息反饋到系統(tǒng)處理器，處理器會自動觸發(fā)傳感器以獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。

4）基于生命周期查詢：對于操作者來說，網(wǎng)絡(luò)的生命周期更值得了解和關(guān)注。對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢的請求只需指定網(wǎng)絡(luò)的生命周期，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身去決定采樣頻率，然后采取合適的處理方式。

5）聚合查詢：要先對所獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，然后按組別求解，得出能夠表示數(shù)據(jù)聚合特性的值，例如平均值、最大值、最小值等。由于采取單純的連續(xù)查詢會耗費(fèi)較多的時(shí)間，并且一般用戶所關(guān)心的只是某些具有統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)值，所以在連續(xù)查詢中通常會有另外進(jìn)行的將數(shù)據(jù)分組的聚合查詢。

4 總結(jié)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心，對數(shù)據(jù)的存儲與查詢是其研究的重點(diǎn)問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含了傳感器技術(shù)、分布式信息處理和無線通信等多種技術(shù)，能夠及時(shí)獲取和感知數(shù)據(jù)，并在不同環(huán)境下保證數(shù)據(jù)的有效存儲。數(shù)據(jù)的存儲主要是研究如何將數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)中，而數(shù)據(jù)的訪問主要是研究如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢處理并準(zhǔn)確反饋，二者相輔相成，缺一不可。如今是信息技術(shù)大行其道的時(shí)代，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會具有十分廣闊的發(fā)展前景，值得學(xué)術(shù)界和制造業(yè)界等進(jìn)行深入研究，通過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲、查詢進(jìn)行分析，進(jìn)而使其技術(shù)達(dá)到進(jìn)一步的優(yōu)化和應(yīng)用，為社會發(fā)展提供一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

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