無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件：應(yīng)用層協(xié)議

應(yīng)?用?層?協(xié)?議3.1信源編碼3.2查詢處理3.3數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)3.4網(wǎng)絡(luò)管理

3.1信源編碼信源編碼(數(shù)據(jù)壓縮)是無(wú)線通信中信息傳輸?shù)牡谝徊?，無(wú)論任何時(shí)候傳感器節(jié)點(diǎn)有信息要傳輸時(shí)，信源首先用信源編碼器進(jìn)行編碼。實(shí)際上，信源編碼利用的是信息的統(tǒng)計(jì)特征。為了減少數(shù)據(jù)量的同時(shí)保留部分或全部信息內(nèi)容，信源編碼會(huì)壓縮掉冗余信息。基于編碼后信息的保留情況，基本的壓縮方案可分為兩大類：無(wú)損壓縮和有損壓縮。3.1.1SensorLZWSensorLZW(S-LZW)是Lempel-Ziv-Welch(LZW)壓縮算法的變形。LZW是基于字典的數(shù)據(jù)壓縮方法，它把符號(hào)串編碼為字典中的標(biāo)記(token)，編碼前字典被初始化并且按照編碼期間遇到的符號(hào)的順序填充字典。因此，要被壓縮的數(shù)據(jù)應(yīng)該是小的數(shù)據(jù)塊，以便在沒(méi)有大量數(shù)據(jù)丟失和能量消耗的情況下執(zhí)行重傳機(jī)制，而且，由于內(nèi)存受限，應(yīng)該限制字典的大小，S-LZW使用512條記錄的字典及528字節(jié)的分組。除了依賴數(shù)據(jù)內(nèi)部的相關(guān)性外，為了進(jìn)一步提高壓縮效率，壓縮前還可以通過(guò)把數(shù)據(jù)變換為具有幾種模式的形式，這種變換稱為預(yù)處理步驟。S-LZW使用的第一個(gè)預(yù)處理步驟是BWT(Burrows-WheelerTransform)變換，一般用于圖像、文本和聲音數(shù)據(jù)的壓縮。S-LZW使用的第二個(gè)預(yù)處理方法是基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诒O(jiān)控應(yīng)用中，一般數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度和內(nèi)容是已知的并且是固定的，而且，觀察值的集合、整個(gè)觀察值或觀察值中一些最重要的比特位一般是相同的。3.1.2分布式源編碼機(jī)制以節(jié)點(diǎn)為中心的壓縮機(jī)制通過(guò)減少每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的本地?cái)?shù)據(jù)內(nèi)容改進(jìn)了節(jié)能效率，連續(xù)觀測(cè)值的時(shí)域相關(guān)性特征可以被本地的壓縮機(jī)制所利用。分布式源編碼方案(DistributedSourceCoding，DSC)，它指的是在沒(méi)有相互通信的情況下，多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的輸出被壓縮的機(jī)制。具體地說(shuō)就是在相互沒(méi)有交換任何信息的情況下，假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息和另一節(jié)點(diǎn)的信息存在相關(guān)性而被壓縮，則信息發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，接收到由不同傳感器節(jié)點(diǎn)獨(dú)立壓縮數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)執(zhí)行聯(lián)合解碼。

3.2查詢處理

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由根據(jù)應(yīng)用需求監(jiān)控物理現(xiàn)象的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送“查詢”分組確保獲得感興趣的數(shù)據(jù)，查詢分組中包含請(qǐng)求信息。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)直接給匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求的原始數(shù)據(jù)，對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)的查詢作出應(yīng)答。這種匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的查詢-處理過(guò)程稱為查詢處理。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特征，現(xiàn)有的為分布式數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)并不適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。流數(shù)據(jù)：在沒(méi)有確定查詢信息的情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)通常以定義好的時(shí)間間隔連續(xù)生成數(shù)據(jù)流。實(shí)時(shí)處理：傳感器數(shù)據(jù)通常表達(dá)實(shí)時(shí)事件，而且在匯聚節(jié)點(diǎn)磁盤上保存采集到的原始數(shù)據(jù)通常成本較高，因此對(duì)流式數(shù)據(jù)的查詢需要實(shí)時(shí)處理。通信差錯(cuò)：因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)要通過(guò)多跳無(wú)線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)線傳輸差錯(cuò)將會(huì)影響到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的分布式信息的可靠性和時(shí)延性。不確定性：傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的信息包含來(lái)自環(huán)境的噪聲，而且，傳感器的質(zhì)量及其部署位置可能是導(dǎo)致單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)讀數(shù)誤差的因素。受限的磁盤空間：傳感器節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間嚴(yán)格受限，因此，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)的信息以后不可能再被查詢。處理與通信：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)處理的能量消耗低于數(shù)據(jù)通信的能量消耗，因此，在查詢處理中應(yīng)利用傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理能力。傳感器節(jié)點(diǎn)的查詢處理和對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)是分開的，這樣，可以設(shè)計(jì)集中式的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可以提供利用經(jīng)典數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)訪問(wèn)采集數(shù)據(jù)的方法。然而，倉(cāng)儲(chǔ)法的使用會(huì)導(dǎo)致無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)過(guò)度使用通信資源，并且在匯聚節(jié)點(diǎn)上累積高冗余的數(shù)據(jù)。因此，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用現(xiàn)有的查詢處理技術(shù)可能導(dǎo)致低效方案，需要設(shè)計(jì)適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方法的新技術(shù)。查詢處理方案提供的服務(wù)可分為兩類：服務(wù)器方服務(wù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)方服務(wù)。3.2.1查詢描述方法用戶需求和興趣的描述是有效查詢處理算法設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，用戶興趣應(yīng)該有效地表示成將在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分布式查詢。為了以上目的，用戶興趣可能被看成是任務(wù)描述器，通過(guò)分配描述任務(wù)的屬性值列表命名用戶興趣。另外，還可以提供檢測(cè)的可信度、信號(hào)強(qiáng)度等更多詳細(xì)信息。然后，匯聚節(jié)點(diǎn)使用這些信息和其他傳感器節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)信息估計(jì)動(dòng)物的位置并跟蹤動(dòng)物的活動(dòng)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)使用有效語(yǔ)法描述用戶興趣是查詢描述中的主要問(wèn)題，使用過(guò)程描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)的SQTL(SensorQueryandTaskingLanguage)[7]已經(jīng)解決了這一問(wèn)題，為了用戶和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，SQTL定義了查詢定義和任務(wù)分配兩種原語(yǔ)。(1)查詢定義：為了收集與特定興趣相關(guān)的信息，用戶生成形如“感知區(qū)域東南角的溫度是多少？”等形式化的描述，這些描述稱為查詢。(2)任務(wù)分配：一些長(zhǎng)期運(yùn)行的應(yīng)用不能通過(guò)查詢來(lái)執(zhí)行，如與某現(xiàn)象長(zhǎng)期變化相關(guān)的興趣，用戶向傳感器節(jié)點(diǎn)指定任務(wù)而不是查詢，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠有效響應(yīng)形如“跟蹤感知區(qū)域中任何移動(dòng)對(duì)象”的任務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，基于用戶興趣持續(xù)生成數(shù)據(jù)流，即與用戶興趣相關(guān)的數(shù)據(jù)能夠從觀測(cè)到興趣事件的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送到匯聚點(diǎn)。因此，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)方案可應(yīng)用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理。根據(jù)收集到的信息，匯聚節(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行高層操作給用戶提供感興趣數(shù)據(jù)的全局視圖。然而，傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)方法沒(méi)有考慮信息傳輸?shù)拇鷥r(jià)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于必要的通信能耗和頻繁的丟包導(dǎo)致信息傳輸代價(jià)大，為了向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)處理任務(wù)，必須利用傳感器節(jié)點(diǎn)的本地處理能力，這樣，可以減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，同時(shí)保留提供給用戶感興趣的信息內(nèi)容。傳統(tǒng)的查詢技術(shù)無(wú)法完成網(wǎng)內(nèi)處理，通過(guò)任務(wù)分配，用戶可以要求傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行一些數(shù)據(jù)收集、本地處理和鄰居間的協(xié)同任務(wù)，SQTL提供了定義這些交互要求的語(yǔ)法。在匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)每個(gè)SQTL程序并且封裝在SQTL分組中，根據(jù)收到的SQTL分組，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行SQTL分組指定的行為，這些行為包括存儲(chǔ)以后使用的SQTL程序，給特定的節(jié)點(diǎn)集合轉(zhuǎn)發(fā)或執(zhí)行該程序。為了分發(fā)收到的消息，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)使用傳感器執(zhí)行環(huán)境SEE(sensorexecutionenvironment)。根據(jù)SQTL命令，SEE提供了用戶能夠使用的、具體的低層原語(yǔ)，三類原語(yǔ)分別如下：傳感器訪問(wèn)：getTemperatureSensor(),turnOn(),TurnOFF()；通信：tell(),execute(),send()；位置感知：isNorthof(),isNear(),isNeighbor()。使用這些原語(yǔ)，能夠?qū)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程編程，使其能執(zhí)行包括本地鄰居間協(xié)同等在內(nèi)的各種任務(wù)。根據(jù)查詢消息生成的方法，可把查詢處理方法分成以下三類。(1)基于推送(Push-based)的查詢處理：也稱為傳感器節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)的信息傳輸，在這種情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布或廣告它們采集到的信息，可能局部發(fā)布，也可能為了進(jìn)一步的處理發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。(2)基于提取(Pull-based)的查詢處理：也稱為由匯聚節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)的信息傳輸，匯聚節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)集合分發(fā)用戶興趣。在這種情況下，興趣可能與物理區(qū)域的屬性相關(guān)，或者與要被觀察的興趣事件相關(guān)，基于用戶興趣，傳感器節(jié)點(diǎn)以請(qǐng)求的信息作為響應(yīng)。(3)基于推送-提取(push-pull)的查詢處理：網(wǎng)絡(luò)中能夠同時(shí)使用基于推送和提取的查詢方法，在這種情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)都積極參與查詢處理。查詢處理方法的類型描述了要使用的適當(dāng)結(jié)構(gòu)，除了查詢處理要使用的高層結(jié)構(gòu)外，可以使用不同的查詢類型，基于時(shí)域內(nèi)容和空域內(nèi)容兩種不同標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)查詢進(jìn)行分類。根據(jù)時(shí)域內(nèi)容，可以把查詢分為以下三類：(1)連續(xù)查詢：查詢類型一般與監(jiān)控應(yīng)用相關(guān)，傳感器節(jié)點(diǎn)以特定的頻率連續(xù)發(fā)送它們的觀測(cè)值，查詢描述中指定查詢周期，連續(xù)查詢一般與任務(wù)分配相關(guān)。(2)實(shí)時(shí)查詢：這類查詢與采集瞬間或某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的特定屬性相關(guān)，與未來(lái)的瞬間和時(shí)間點(diǎn)查詢相關(guān)的查詢與任務(wù)分配相關(guān)。(3)歷史查詢：除了執(zhí)行基于連續(xù)或?qū)崟r(shí)查詢的感知外，傳感器節(jié)點(diǎn)也能夠存儲(chǔ)與以前感知信息相關(guān)的信息。除了時(shí)域內(nèi)容，也可以根據(jù)部署傳感器節(jié)點(diǎn)的方法，如空域內(nèi)容對(duì)查詢進(jìn)行分類，與系統(tǒng)級(jí)任務(wù)相關(guān)的查詢可能涉及網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，但傳感器網(wǎng)絡(luò)中的大多數(shù)查詢可能僅要求一組傳感器節(jié)點(diǎn)而不是所有節(jié)點(diǎn)都對(duì)查詢作出響應(yīng)。根據(jù)這種要求，進(jìn)一步把查詢分為以下三類：(1)以數(shù)據(jù)為中心查詢：這是使用最多的查詢類型，在查詢中定義興趣的特定事件。(2)位置查詢：與監(jiān)測(cè)事件不同，用戶可能感興趣的是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)區(qū)域，在這種情況下，需要根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置指定特定節(jié)點(diǎn)，這種查詢使用位置查詢。(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)查詢：如入侵檢測(cè)這樣的應(yīng)用，事先不知道數(shù)據(jù)源，僅當(dāng)感興趣的對(duì)象移動(dòng)到傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)才響應(yīng)查詢。3.2.2數(shù)據(jù)融合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的主要特征通常是在單個(gè)節(jié)點(diǎn)如匯聚節(jié)點(diǎn)上收集感知信息，因此，信息流通?？煽闯墒悄娑嗖洌瑓R聚節(jié)點(diǎn)向傳感器節(jié)點(diǎn)查詢物理現(xiàn)象觀測(cè)值。這種信息流的多對(duì)一特征導(dǎo)致匯聚節(jié)點(diǎn)附近節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)高的信道競(jìng)爭(zhēng)和擁塞現(xiàn)象，因?yàn)檫@些節(jié)點(diǎn)比距離匯聚節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)收到的信息更多，導(dǎo)致這些節(jié)點(diǎn)提前耗盡自己的能量，結(jié)果是匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的其余部分?jǐn)嚅_連接。通過(guò)把信息內(nèi)容在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的方式可以消除多對(duì)一信息流的不利影響，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)觀察時(shí)間和空間上相關(guān)的物理現(xiàn)象，因此，每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息與其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息在某種程度上具有相關(guān)性，相互位置非常接近的節(jié)點(diǎn)，其相關(guān)性可能大到與這些節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組相同。而對(duì)于相距較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，盡管收集到的信息內(nèi)容可能完全不同，但信息類型仍然相同。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息內(nèi)容和分組內(nèi)容的相似性可用于最小化從幾個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量。例如，對(duì)于觀察到相同信息且位置接近的傳感器節(jié)點(diǎn)，不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組而是發(fā)送代表這組傳感器節(jié)點(diǎn)的單個(gè)分組。類似地，通過(guò)把溫度信息當(dāng)作一個(gè)數(shù)組，來(lái)自感知區(qū)域不同位置的分組能夠被合并成單個(gè)分組。另外，通過(guò)執(zhí)行基于用戶查詢的網(wǎng)內(nèi)處理能夠進(jìn)一步減少流量。數(shù)據(jù)融合方案一般由以下三個(gè)主要組件構(gòu)成：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、融合函數(shù)和融合路徑。融合方案的第二個(gè)主要組件是融合函數(shù)的選擇，正如上面說(shuō)明的，融合函數(shù)的類型影響數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方法，這與融合函數(shù)的效率是密切相關(guān)的，融合函數(shù)可能與一階統(tǒng)計(jì)函數(shù)如平均、最大值和最小值等一樣簡(jiǎn)單，或像壓縮與重復(fù)一樣簡(jiǎn)單的基本操作，這就簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法以及融合點(diǎn)上需要執(zhí)行的處理。另一方面，也可能要求選擇與時(shí)域/空域相關(guān)的計(jì)算、信號(hào)處理或算法的更高級(jí)的函數(shù)作為融合函數(shù)，結(jié)果將使融合操作的復(fù)雜性增加，導(dǎo)致融合點(diǎn)上有更高負(fù)荷。最后，融合路徑的構(gòu)造是融合方案的主要挑戰(zhàn)，如果一些點(diǎn)上的信息能夠被有效且快速地收集，這些點(diǎn)就可以被選作融合點(diǎn)。由于這些不確定性，在融合點(diǎn)上事先判斷可用的數(shù)據(jù)量是不可能的，更重要的是，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生存期可用的數(shù)據(jù)量是變化的，而且，無(wú)線信道的多跳通信結(jié)構(gòu)和廣播特征導(dǎo)致一次僅傳輸一個(gè)消息。融合對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信有幾個(gè)好處：計(jì)算和通信能量消耗的非對(duì)稱性推動(dòng)了網(wǎng)內(nèi)處理方案的使用，數(shù)據(jù)融合是減少網(wǎng)絡(luò)中通信流量的網(wǎng)內(nèi)處理方案的經(jīng)典例子，能夠改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能效果；由于數(shù)據(jù)融合最小化了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展成具有大量傳感器節(jié)點(diǎn)和幾個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。盡管有它的優(yōu)勢(shì)，但數(shù)據(jù)融合導(dǎo)致資源受限傳感器節(jié)點(diǎn)額外的存儲(chǔ)要求，因此，融合方案應(yīng)該設(shè)計(jì)成內(nèi)存消耗最小且同時(shí)保留數(shù)據(jù)融合后的精確度。而且，由于融合方案不完美，網(wǎng)內(nèi)處理可能導(dǎo)致信息丟失。此外，對(duì)于資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)而言，提供具有魯棒性的融合方案是一個(gè)主要的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。目前已經(jīng)設(shè)計(jì)了一些無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合方案，這些方案的大多數(shù)是作為查詢處理協(xié)議的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.3數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

除了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)復(fù)制問(wèn)題外，在這些基于傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用中，面向數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的方法已經(jīng)被證明是管理大量傳感器生成的數(shù)據(jù)的有用方法。根據(jù)這種方法，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被看做是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，傳感器節(jié)點(diǎn)被當(dāng)作具有感知數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)以行的形式存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。這種面向數(shù)據(jù)庫(kù)的方法已經(jīng)推動(dòng)了無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集方法的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本目標(biāo)：(1)類似于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)提供類似SQL的抽象，以便對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)感知和采集進(jìn)行簡(jiǎn)單編程；(2)數(shù)據(jù)采集過(guò)程應(yīng)該減少網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)嘗試在終端用戶和傳感器節(jié)點(diǎn)之間建立抽象概念。這種抽象的目標(biāo)是允許用戶只專注于收集所需的數(shù)據(jù)，而不是被決定如何從網(wǎng)絡(luò)中提取數(shù)據(jù)的復(fù)雜機(jī)制所困擾，因此，傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢中有兩種主要的方法：倉(cāng)儲(chǔ)(warehousing)方法和分布式(distributed)方法。3.3.1CougarCougar系統(tǒng)是分布式查詢處理平臺(tái)，為了在這個(gè)平臺(tái)上執(zhí)行網(wǎng)內(nèi)處理，使用了“分簇”的方法。網(wǎng)絡(luò)由幾個(gè)簇組成，每個(gè)簇由簇頭管理。Cougar的網(wǎng)內(nèi)處理采用聲明式查詢方法，這種方法允許用戶和應(yīng)用查詢透明訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)。因此，Cougar使用了一種有效的目錄管理、查詢優(yōu)化和查詢處理技術(shù)以便把用戶和與傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)的物理細(xì)節(jié)分開，通過(guò)這種技術(shù)處理傳感器數(shù)據(jù)并且把處理結(jié)果發(fā)送給用戶。Cougar使用類SQL查詢語(yǔ)言指定查詢，傳感器數(shù)據(jù)以記錄形式表示，每條記錄包含多個(gè)字段，包括關(guān)于傳感器節(jié)點(diǎn)的信息(標(biāo)識(shí)符、位置等)、時(shí)間戳、傳感器類型(如溫度、光照等)以及讀數(shù)值，傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是不同類型傳感器的多個(gè)表組成的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。Cougar聲稱是為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，但它可以部署在能量充足的類PDA設(shè)備上，甚至可以運(yùn)行在WindowsCE和Linux系統(tǒng)上，因此，它沒(méi)有考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的能量和計(jì)算資源受限問(wèn)題。3.3.2TinyDBTinyDB項(xiàng)目是基于TinyOS操作系統(tǒng)的、為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理器，它是合并了采集技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式查詢處理器。用戶通過(guò)接口選擇希望獲得的數(shù)據(jù)，查詢處理器分解查詢并發(fā)布到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)收集、過(guò)濾和融合數(shù)據(jù)并響應(yīng)用戶查詢。傳感器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部組織是基于關(guān)系模型的，并且使用類SQL查詢語(yǔ)言指定查詢，傳感器數(shù)據(jù)按照預(yù)定模式的元組形式。TinyDB包括對(duì)統(tǒng)計(jì)融合查詢(如最小、最大、和、計(jì)數(shù)、平均值等)的支持，當(dāng)傳感器讀數(shù)沿著被稱為語(yǔ)義路由樹(SRT)的通信樹向上傳輸時(shí)，包含查詢相關(guān)信息的中間節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)做融合處理。3.3.3AntelopeAntelope是專門為資源受限的傳感器設(shè)備設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它提供了一組關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)操作，這些操作允許動(dòng)態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)查詢。為了能夠有效地執(zhí)行對(duì)大量數(shù)據(jù)集的查詢，Antelope包含了一種靈活的數(shù)據(jù)索引機(jī)制，該機(jī)制包括三種不同的索引算法。Antelope由八個(gè)模塊組成：查詢處理器模塊解析AQL查詢；隱私控制模塊確保查詢是允許的；邏輯VM模塊執(zhí)行查詢；數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核模塊擁有數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯并且協(xié)調(diào)查詢執(zhí)行；檢索抽象模塊擁有檢索邏輯；檢索處理模塊建立對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的檢索；存儲(chǔ)抽象模塊包含所有存儲(chǔ)邏輯；結(jié)果轉(zhuǎn)換模塊以易于程序使用的方式呈現(xiàn)查詢結(jié)果。

3.4網(wǎng)絡(luò)管理

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征要求有效的機(jī)制監(jiān)控和管理組件，類似于任何網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)要求有效的管理工具，使得網(wǎng)絡(luò)管理或系統(tǒng)用戶能夠與網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)較容易地交互。網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)一般按兩步執(zhí)行：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理控制。基于接收到的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控信息，為了維持期望的運(yùn)行狀態(tài)，需要執(zhí)行多個(gè)管理控制任務(wù)。這些任務(wù)包括路由管理、協(xié)議更新、流量管理以及基于節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)組件關(guān)/閉、發(fā)射功率管理、信號(hào)速率控制和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)有屬性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理遇到如下幾個(gè)主要挑戰(zhàn)：(1)數(shù)據(jù)負(fù)荷：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高密度特征增加了從網(wǎng)絡(luò)上采集到的數(shù)據(jù)量，而且，網(wǎng)絡(luò)管理方案需要的不同類型數(shù)據(jù)顯然增加了每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)提供的信息量。(2)不可靠的通信：環(huán)境條件、能量受限、無(wú)線信道錯(cuò)誤和網(wǎng)絡(luò)擁塞使得精確的節(jié)點(diǎn)監(jiān)控十分困難，網(wǎng)絡(luò)管理決策應(yīng)該考慮這些因素引起的大量丟包問(wèn)題。(3)信息可視化：從大量傳感器節(jié)點(diǎn)連續(xù)接收到大量數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)可視化是個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題。為了克服無(wú)線信道的負(fù)面影響，網(wǎng)絡(luò)管理方案應(yīng)該具有魯棒性和容錯(cuò)性，因此，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理控制任務(wù)不依賴于確定的節(jié)點(diǎn)，而是考慮分布式的操作方法。除了這些通信特征外，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理類型和架構(gòu)兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理方案進(jìn)行分類，根據(jù)管理類型，一般有三種不同的方法：(1)被動(dòng)方法：連續(xù)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控任務(wù)，在匯聚節(jié)點(diǎn)處理接收到的數(shù)據(jù)。(2)反應(yīng)式方法(事件觸發(fā))：反應(yīng)式方法依賴于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理的傳感器節(jié)點(diǎn)的片上處理能力，與節(jié)點(diǎn)的各種狀態(tài)相關(guān)的一些興趣事件被定義為基于事件的查詢，因此，如果出現(xiàn)感興趣的事件，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。(3)先驗(yàn)式方法：主動(dòng)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控任務(wù)并且實(shí)時(shí)處理收集的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議對(duì)預(yù)測(cè)到的任何改變作出反應(yīng)并且控制任何未來(lái)事件。除了網(wǎng)絡(luò)管理類型，網(wǎng)絡(luò)管理操作中存在三種不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。(1)集中式體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)管理功能存在于匯聚節(jié)點(diǎn)中，在這種情況下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理控制數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中。(2)分布式體系結(jié)構(gòu)：與依賴單個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理者如匯聚節(jié)點(diǎn)不同，分布式方案使用分布于網(wǎng)絡(luò)中的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理者，確定幾個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)或特定設(shè)備承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)管理者角色并分發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理者與一組傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)。(3)層次式體系結(jié)構(gòu)：層次化網(wǎng)絡(luò)管理方案以層次化方式使用網(wǎng)絡(luò)中的管理者。盡管網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)分布于網(wǎng)絡(luò)管理者之間，但每個(gè)管理者向上層的管理者提交報(bào)告，匯聚節(jié)點(diǎn)是最上層的管理者。3.4.1MANNA體系結(jié)構(gòu)MANNA(ManagementArchitectureforWirelessSensorNetworks)體系結(jié)構(gòu)支持從無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)信息采集并且用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型或者圖圖形化這些信息。MANNA體系結(jié)構(gòu)依賴于分布式管理體系結(jié)構(gòu)，其中管理者完全以分布式或?qū)哟位姆绞讲渴鹪诰W(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)給匯聚節(jié)點(diǎn)分配管理任務(wù)也支持集中式