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1、南京航空航天大学硕士学位论文传感器网络数据管理系统查询机制的研究与实现姓名：王小燕申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：秦小麟20071201南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 无线传感器网络是一个新兴的研究领域，而基于传感器网络的任何应用都离不开对感知数据的分析和处理。不言而喻，数据管理和处理技术是传感器网络中的关键技术。本文对无线传感器网络数据管理系统查询机制的相关内容进行了研究和部分实现，主要工作包括以下四个部分： 结合传感器网络的特点，设计和实现了一个传感器网络查询语言NHSenSQL。NHSenSQL 是一种类 SQL 语言，该语言支持获取、选择、连接和聚集操作；同时
2、，针对传感器网络的特点，NHSenSQL 具有支持数据获取操作、采样频率设定、事件触发等功能，并且支持对简单空间区域的查询。 对 NHSenSQL 的查询处理过程进行了分析，主要分为客户端的解析处理阶段和网络中的查询处理阶段。 客户端负责对 NHSenSQL 进行词法和语法分析，生成查询执行计划，并发送到网络中；网络负责分发查询消息包，收集数据并返回结果数据。 目前很多研究都集中在对单个空间区域的查询处理上， 对传感器网络多空间区域的查询处理研究还很少， 本文提出了三种多空间区域的查询处理方法：洪泛法、基于 GPSR 的方法和基于多播路由的方法。并通过模拟实验，从能耗性能方面对这三种方法进行了
3、分析比较。 网络中感知数据发生的概率往往不同，各个传感器板采样代价也不同，本文从这两个角度出发，并结合某个属性值的出现对其他属性值发生概率的影响因子，给出了查询执行计划的能耗估计值的计算公式，并以此优化查询执行计划。另外，用户提交的查询存在很多的交叉内容，造成重复采样等资源浪费，本文设计了将多个 NHSenSQL 查询映射为一个虚拟查询的模型， 给出了初步的映射算法以及从虚拟查询结果中提取满足各个 NHSenSQL 查询结果技术。 关键词关键词：传感器网络，查询语言，查询处理，多空间区域查询，查询优化 传感器网络数据管理系统查询机制的研究与实现 ii Abstract Wireless sen
4、sor network is a new research area, and any application can not be implemented without processing and analyzing sensor data. So the technology of managing and processing sensor data is very important. The major contribution of this thesis is stated as follows: According to the characteristics of WSN
5、, this paper designs and implements a query language NHSenSQL for sensor network. NHSenSQL is a language like SQL, it supports selection, join, projection and aggregation, and also supports the data acquiring and sampling. In this paper, NHSenSQL considers the spatial characteristic of WSN, and it c
6、an support spatial queries. The paper analyzes the query processing of NHSenSQL, including the parse technology in PC and the processing technology in network. The client parses the NHSenSQL, makes the query implement plan, and sends the plan to the network. The network distributes the query message
7、s, collects the data and sends the result back. At present, most researches are focused on single-spatial query, and very little on multi-spatial query. The paper proposes three methods, the method based on flooding, the method based on GPSR and the method based on multicast routing. And it compares
8、 the energy consumption of these methods according to the simulation experiment. The probability of the data occurs and the sample costs of different sensor are always different. According these two factors and the influence within each properties, the paper proposes a optimize method. In addition,
9、there are always more than one query sending to the network, the paper proposes the model of virtual query that is the only one query in the network, and it gives the arithmetic for mapping the queries to the virtual query and the technology for extracting the results of queries. Key Words: wireless
10、 sensor network, query language, query processing, multi-spatial query processing, query optimization 传感器网络数据管理系统查询机制的研究与实现 vi 图、表清单图、表清单 图 1.1 传感器网络体系结构.1 图 2.1 NHSensor 系统的结构 .10 图 2.2 路由树.12 图 3.1 空间区域表示.20 图 3.2 语言编译示意图.24 图 3.3 jlex 工作流程.24 图 4.1 NHSensor 系统查询处理 .31 图 4.2 查询分析后的结果示例.32 图 4.3 元组格式.35 图 4.4 聚集查询的数据采集.38 图 4.5 洪泛法的空间查询.39 图 4.6 基于 GPSR 的空间处理.39 图 4.7 基于路由树处理多空间区域查询.40 图 4.8 基于 GPSR 多空间处理.41 图 4.9 基于多播路由的处理方法.43 图 4.10 能耗比较(1) .45 图 4.11 能耗比较(2).46 图 5.1NHSensor 系统多查询映射模型 .51 表 3.1 空间信息表.22 表 4.1 NHSenSQL 查询元组的信息.33 表 4.2 元组结构.
