无线传感器网络数据库的研究与应用

论文摘要

近几年随着无线通信技术、传感器技术、信息采集和处理技术的飞速发展,出现了低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器节点。无线传感器网络是由这些随机分布的集成传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点,通过自组织方式构成的网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,获取物理世界有价值的信息。为了更好地支撑各种应用,构建无线传感器网络数据库,实现有效的数据管理和获取,是一个新的研究领域。本文首先分析了无线传感器网络的体系结构和传感器节点的构成,研究分析了无线传感器网络的嵌入式操作系统,为研究无线传感器网络数据库的设计与实现奠定了基础。无线传感器网络数据库系统TaraxDB分为数据库前端和节点上运行的嵌入式数据库引擎两部分。数据库前端是应用程序与传感器网络的接口,负责数据的接收和命令的下发。运行在每个节点上的嵌入式数据库引擎则负责数据的采集、存储和发送,还负责命令的接收和执行。文中详细讨论了数据库系统设计实现上的若干问题,包括前端与用户的交互、与传感器网络的交互,节点上各个功能模块的设计。本文还研究分析了无线传感器网络数据库的查询处理技术,分析了数据模型与查询语言,对TaraxDB系统进行了扩展,加入了分布式查询处理模块,提出了一种查询处理优化的方法,最后对系统做了性能测试与结果分析。本文最后对相关工作做了总结,指出了目前研究工作中的一些不足,并对今后的研究工作做了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 无线传感器网络的基本概念及其特点
• 1.2 无线传感器网络的应用
• 1.3 无线传感器网络数据库的基本概念及其特点
• 1.4 无线传感器网络数据库中的关键技术
• 1.5 无线传感器网络数据库的研究现状
• 1.6 TaraxDB 系统简介
• 1.7 本文研究的主要内容与章节安排
• 第二章 无线传感器网络体系结构及操作系统分析
• 2.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.2 无线传感器网络节点的结构
• 2.3 无线传感器网络的操作系统
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 TaraxOS 说明
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传感器网络数据库的设计与实现
• 3.1 概述
• 3.1.1 传感器网络数据库系统结构
• 3.1.2 TaraxDB 整体结构
• 3.2 数据库前端设计
• 3.2.1 监控中心
• 3.2.2 网关
• 3.2.3 数据库前端总体流程
• 3.3 嵌入式数据库引擎设计
• 3.3.1 传感器节点目录和模式管理器设计
• 3.3.2 存储管理
• 3.3.3 网络管理
• 3.3.4 命令处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 无线传感器网络数据库的查询处理与优化
• 4.1 概述
• 4.2 数据模型和查询语言
• 4.2.1 数据模型
• 4.2.2 查询语言
• 4.3 查询处理技术
• 4.3.1 集中与分布式查询处理方法
• 4.3.2 聚集操作处理技术
• 4.4 TaraxDB 系统扩展
• 4.4.1 扩展后的数据库前端
• 4.4.2 扩展后的嵌入式数据库引擎
• 4.4.3 查询处理优化
• 4.4.4 性能测试与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果