无线传感器网络数据库TINYDB的分析与改进

论文摘要

大规模部署的无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式计算技术和无线通信技术,具有广泛的应用前景。将传感器网络构建为虚拟的数据库,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数据库TinyDB的完整源码,为该系统的移植和改进打下基础。TinyDB系统分为数据库前端和运行在每个节点上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,它将整个无线传感器网络视为含有唯一数据表sensors的关系数据库,将应用程序提出的各种类型查询分解为多个消息报文发布到传感器网路中,并负责结果的接收和分发。运行在每个节点上的数据库引擎负责查询的执行。文中详细讨论了该引擎设计和实现上的若干问题,主要包括节点上的数据模式、查询的分布执行、网内聚合和分组、节点间的协同、查询优化等。本文还给出了一种分布式连接算法,该算法在各种监测应用中,能够有效地支持复杂的数据过滤和事件探测。算法中将复杂的谓词条件构造为静态表,发送到节点上存储,在网络中实现传感器表和静态表之间的连接。通过算法分析和实验模拟,在谓词条件选择性低的情况下,通信量被显著降低。本文最后总结了相关工作,并对下一步的研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 无线传感器网络的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 无线传感器网络及其数据管理
• 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 嵌入式数据库引擎的运行环境TinyOS
• 2.4 TinyOS的功能模块分析
• 2.5 无线传感器网络数据库的数据模型
• 2.6 小结
• 3 TinyDB系统的前端分析
• 3.1 无线传感器网络数据库（DBSN）概述
• 3.2 TinyDB系统的主要功能和类SQL语言
• 3.3 前端的设计分析
• 3.3.1 查询的解析（SensorQueryer类）和表示（TinyDBQuery类）
• 3.3.2 查询的管理和结果的接收（TinyDBNetwork类）
• 3.3.3 前端与无线传感器网络的交互（MoteIF类）
• 3.4 基于TinyDB的应用开发
• 3.5 数据库前端的初步优化
• 3.6 小结
• 4 嵌入式数据库引擎的设计与实现
• 4.1 嵌入式数据库引擎的结构
• 4.2 单个节点上的数据模式
• 4.2.1 数据的种类、组织及管理
• 4.2.2 数据的获取
• 4.2.3 自定义命令函数
• 4.3 查询的接收和管理
• 4.3.1 消息包结构
• 4.3.2 消息包的组合
• 4.3.3 查询消息事件处理
• 4.3.4 查询构建
• 4.4 查询的执行
• 4.4.1 查询执行算法
• 4.4.2 查询的执行流程
• 4.5 子节点数据的处理
• 4.6 聚合框架
• 4.7 小结
• 5 支持复杂过滤和事件探测的分布式连接算法
• 5.1 静态表分类和基本实现算法
• 5.2 单节点上的连接实现
• 5.3 分布式连接的组内实现
• 5.3.1 节点分组的形成
• 5.3.2 静态表的接收
• 5.3.3 查询的执行
• 6 算法分析和实验
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表