非自由部署空間中無線感測器網路查詢處理技術研究

《非自由部署空間中無線感測器網路查詢處理技術研究》是依託南京航空航天大學，由劉亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非自由部署空間中無線感測器網路查詢處理技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉亮
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

無線感測器網路是以數據為中心的網路，用戶部署它的主要目的是查詢其產生的感知數據，因此，高效的查詢處理技術是無線感測器網路得以廣泛套用的前提和重要基石。現有查詢處理技術假設無線感測器網路部署於二維或三維自由空間中，不適用於部署於道路、管道、煤礦礦道、室內等受限環境中的無線感測器網路。目前針對非自由部署空間中無線感測器網路查詢處理技術的研究仍處於空白狀態，本項目首先以網路本身的鏈路信息為查詢對象，研究割點查詢技術，找出失效後會導致網路不連通的節點，為網路診斷和重部署提供決策依據；然後以感知數據為查詢對象，研究非自由部署空間中無線感測器網路感知數據的查詢處理方法和技術，包括數據收集、數據聚集、空間範圍和K近鄰四種典型的查詢。本項目的最終目的是研製一個自主智慧財產權、面向非自由部署空間的無線感測器網路感知數據和網路拓撲查詢原型系統，為無線感測器網路套用提供支撐軟體。

結題摘要

本項目面向道路、管道、煤礦礦道、室內監控等無線感測器網路套用，研究了部署在受限空間中的無線感測器網路查詢處理關鍵方法和技術，包括面向網路拓撲信息的拓撲查詢技術，面向感知數據的數據收集、數據聚集、空間範圍和K 近鄰查詢技術。主要貢獻和技術突破如下：1、提出了一種在查詢區域內構造多棵路由樹的協定，並提出了一種低能耗的無線感測器網路時空查詢處理算法，理論和實驗結果表明，基於多路由樹的時空查詢處理算法是可行的，且在絕大多數情況下，多棵路由樹在能量消耗方面優於單棵路由樹；2、空間範圍查詢處理算法的能耗取決於三個參數：查詢訊息的轉發次數、返回至Sink節點的感知數據數目、平均每個感知數據傳送至Sink節點的轉發次數。現有技術僅最佳化了其中的一個參數，而忽略了另外兩個參數，導致能耗較大，提出了一種對以上三個參數進行全盤最佳化的空間範圍查詢處理方法；3、提出了綜合考慮網路拓撲變化、網路鏈路質量、網路“空洞”的K近鄰查詢處理算法，實驗結果表明，在絕大多數情況下，提出算法在能量消耗、查詢成功率方面均優於現有的算法；4、現有空間範圍查詢算法在網路拓撲發生變化、節點失效時，無法動態調整查詢計畫，導致查詢成功率低，查詢結果不正確，提出了一種基於子區域劃分的自適應的查詢處理技術，理論和實驗結果表明該技術在能量消耗和查詢成功率方面均優於現有的技術；5、對於無線感測器網路收集的包括關鍵字描述的空間數據，設計了基於查詢關鍵字權重的關鍵字相關度計算公式。對IR-tree索引進行了擴展，提出了支持近義關鍵字匹配的SKNIR-tree索引，並基於SKNIR-tree提出了高效的協同空間關鍵字Top-k查詢處理算法（TKCSK）；6、研製了一個具有自主智慧財產權的無線感測器網路感知數據和網路拓撲查詢原型系統，為受限環境中的無線感測器網路套用提供支撐軟體；