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A spatial extension of TinyDB for wireless sensor networks

时间:2012-12-04


一个为无线传感器网络设计的空间扩展 tinyDB 数据库
摘要: 运行空间查询的能力对于无线传感器网络是非常有用。集中式的空间数据 库对空间查询执行进行了大量研究; 但是由于传感器节点的能量和带宽限制是这 些解决方案应用于无线传感器网络的关键。在本文中,我们提出了一个 TinyDB 适当的扩展方案来管理传感器节点的位置,因此,能够处理标准查询、 空间查 询。这项方案已得到执行和验证。 1.介绍 在无线传感器网络 (传感器) 传感器节点收集、 处理、 和交换从外部站的物 理环境获得的数据,因此,允许监视和控制各项参数。 使用来自无线传感器网络数据的可用方法里面,数据库中的节点范式最有效。尤 其是运行在 TinyOS 业务项下的传感器系统, TinyDB 允许把无线传感网络看作关 系数据库表和使可用看上去相似的 SQL 查询的声明性语言查询传感器读数 (即, 轻、 温度、 湿度等)。 不幸的是,Tiny-DB 处理数据并不包括传感器节点上的地理数据,许多最近相关 的的论文已经指出。 因此,它是不可能制订空间查询,查询中的一个子集数据 库或传感器网络是通过位置来查询的。空间查询通常解决问题如下: 找出在某一 地区的平均温度或一个点 5 英里之内的传感器的数量。 能够查询载于给定面积大的传感器读数实际意义很大, 因为它能够满足许多应用 程序的需求,并在同一时间,以大大限制传感器无线传感器网络能源消费量。 收集空间查询产生了空间使能的无线传感器网络, 在概念上和收集属性查询结果 相同 (也就是标准的无线传感器网络传感器的属性) 。这里提出扩展 TinyDB,使 它能够识别并阐述地理条件,例如,遏制传感器节点在给定大小的矩形里。 对这一问题的解决方法一直有不同报告,最近在 [15]作者提出通过传感器网络 分布式空间索引, 用来定位有关的数据的空间查询传感器节点。下边文章阐述类 似观点 ([3][5]) : 这两篇论文事实上,强调通过某种类型的索引的空间查询处 理传感器。 首先,我们将扩展 TinyDB,从开始其惯常的描述性属性 (即光、 温度,...)两 个新的即: lon 和 lat,到创建几何校正的先决条件传感器节点。因此,我们阐 述了两个不同解决方案并且进行对比。 第一个解决方案包括来自传感器网络收集的所有数据,包括经度和纬度,到加强 了空间扩展的关系数据库 (PostgresSQL,[10])(PostGIS [9])桌面 PC 上运行。 这种解决办法存在的三个缺点:a: 传感器节点上的高能量消费电荷 b: 需要 转换为几何格式的关于坐标的节点 DBMS 数据 c:只能做离线分析,例如一案 中总是让人感到不满意, 因为控制某些节点不会超出边界(有关参照几何的边界 关切,例如,在动物跟踪的情况下) 。 第二种解决方案包括直接经营在 TinyDB 上加上空间运算符。 本文中所作的假设是无线传感器网络的每个节点知道其地理位置: 经度和纬度。 我们不关心由 WSN 本地化实现的方法。专题一读,我们建议 [14]。更多最近 的贡献是 [13] 和 [7]。 其余的文章结构如下。第二部分回顾 TinyDB 的方法,为了解本文的贡献做一个 有用的开始。第 3 部分介绍我们扩展 TinyDB,他们关注的一种管理的值的方法 经度和纬度的传感器节点作为标准 TinyDB 属性和三个空间简介营办商适合进行 手术的为了 WSN 计算: 对节点之间的距离在某一区域内的传感器节点的围堵

和由某一地区的边界过境点传感器节点。 请注意此后者运算符意味着传感器节点 的无线传感器网络的议案。一般情况下,这方面的论述是通过计算的关键。对于 实例 [15] 所建议的方法每次修改的节点位置意味着必须重新计算空间索引:计 算开销,因此,额外的电池消费。第 4 节讨论了两种模式从收集的进行有关数 据的空间分析无线传感器网络。节 5 得出结论的纸张和出点进一步的工作。 2.TinyDB 接入网线传感器网络的方法 TinyDB 使用数据库模型来建模传感器网络的部署环境。TinyDB 假定存在一张表 (称为传感器) ,包含每个节点的网络换能器产生的数据。TinyDB 节点以全球时 间为基数运行简单的时间同步协议,让他们能够在同一时间启动并结束。元组是 在明确规定定期,追加到传感器采样间隔,称为时代。在每个时代每个节点会产 生新的记录的表。 每个记录包含有关时代的标识符的数据生成节点,并生成的值 传感器节点中。表传感器是分布在无线传感器网络中的节点: 每个节点可以访 问只是自己的记录,并且不具有访问权限由其他节点生成的记录。 3.提出的扩展的 TinyDB 本文的基础是必须给 WSN 传感器节点的位置模型。因为规模较小,相比面积分 析尺寸,节点将接近作为点。最初,我们将假设节点是一动不动,他们都知道他 们的位置 ;节点流动性将稍后考虑在内。 4.无线传感器网络数据的空间分析 这一节报告无线传感器网络的数据的空间分析的示例。以下,我们不做关心实际 的无线传感器网络,因此,仍然是未定义,但我们只需集中的特定部分它孤立的 参照几何。以下简称,我们调用窗口 WSN 这些部分。图 4 显示两个通用的无 线传感器网络内。 5.结论和进一步的工作 5.1 能源意识方面的考虑 我们已经通过模拟比较收件箱运算符在离线和在线工作方案执行时所涉及到的 能源消费。我们参考的实验设置到是由 1000 个无线传感器网络节点均匀放置在 一个大小 1000 × 1000 米的区域内。 此外, 我们认为这种情况在参考几何形状 是一个方形的大小增加。 5.2 大体上的考虑 标准属性的 TinyDB 无线传感器网络节点两个值的扩展能够几何校正,对网络进 行空间查询, 因此, 事实上证明它是有效的概念工具从网络获取的数据做空间分 析。 5.3 进一步工作 我们研究关注的第一个问题是的在脱机和在线方案中的传感器电池节能一个数 学形式化。


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