[發明專利]一種對無線傳感器網絡中感知數據的精確查詢方法

有效

• 申請號: 201410160802.9
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103945439B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 劉克彬;劉云浩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04W24/04
• 分類號: H04W24/04;G06F17/30;H04W84/18
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及一種對無線傳感器網絡中感知數據的查詢方法，特別涉及一種對無線傳感器網絡中感知數據的精確查詢方法，屬于無線傳感器網絡數據處理技術領域。

背景技術

隨著通信、傳感器制造、嵌入式計算的日益成熟，大規模無線傳感器網絡技術迅速發展并被廣泛應用，包括棲息地的監測，定位，跟蹤和庫存管理。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。

典型的無線傳感器網絡由大量微型傳感器節點組成，它們能夠在惡劣及危險環境中迅速展開，并通過無線自組成網絡，不受現有有線網絡基礎設施的限制。感知數據通過無線通信以多跳中繼方式匯集到數據處理中心。在這些應用中，傳感器通常部署在大面積獲得各種參數的測量。用戶可以通過發出各種查詢，來進行遙感數據收集和分析。這樣的一類查詢大致可以分為兩類：非全局查詢和全局查詢。非全局查詢指的是，對于在集合S上的任意一個查詢Q，有這樣一個函數f，使得對于S=S₁∪S₂，有Q(S)=f(Q(S₁),Q(S₂))。反之，如果不存在這樣的函數，那么這個查詢就是全局的查詢。

一般來說，非全局查詢返回一個單一的數值結果，例如平均數，總和等。此外，這一類查詢是可分解的，所以中間節點可以對收集的數據進行計算合并，而不會產生任何信息損失。全局查詢在傳感器應用中非常重要，例如，當傳感數據受到噪聲擾動時，此時，取得監測區域中位數比平均數將更有意義，因為噪音在很大程度上會影響平均的結果，而且全局查詢可以得到近似的數據分布。

現有的一個直接的方法來得到全局查詢的結果是將所有傳感器的數據都收集到基站進行檢索，但是，這種方法非常耗費資源，是不節能的。現有另外一種叫做Q-digest方法用基于數據桶的存儲結構來解決分位數查詢，當消息長度設置為m的時候，Q-digest保證達到一個和m相關的誤差邊界。但是此方法存在有不確定誤差的缺陷，并不能精確計算出查詢結果。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：再不耗費資源的前提下提高查詢精度。

（二）技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種對無線傳感器網絡中感知數據的精確查詢方法，包括如下步驟：

基站向網絡傳感器節點發送查詢信息；

網絡傳感器葉節點采集感知數據生成直方圖數據結構并發送至中間節點；

中間節點融合葉點的直方圖數據并發送至上游節點，直至基站收到所有中間節點的直方圖數據；

基站合并所有直方圖數據并計算查詢結果。

其中較優地，所述網絡傳感器葉節點采集感知數據生成直方圖數據結構并發送至中間節點的步驟進一步包括：

葉子節點采集感知數據；

建立一個只包含一個數據桶的直方圖數據結構；

將采集的感知數據存入數據桶；

將數據發送至所述葉子節點的父節點。

其中較優地，所述中間節點融合葉點的直方圖數據并發送至上游節點的步驟進一步包括：

中間節點接收所有子節點的直方圖數據結構；

合并相同數據范圍的數據桶，累加數據數目；

發送至當前中間節點的父節點。

其中較優地，所述計算查詢結果的步驟進一步包括：

確定要查詢的輸出結果；

確定初始查詢值；

當查詢值小于輸出結果時累加直方圖數據結構中的數據數目；

直至查詢值大于或等于查詢輸出結果；

輸出結果。

其中較優地，所述計算查詢結果的步驟之后還包括對查詢結果的精度是否符合要求的判斷步驟：

如果查詢結果精度符合要求，則輸出查詢結果；

如果查詢結果精度不符合要求，則調整直方圖數據結構的數據桶數據范圍重新循環查詢，直至查詢結果符合精度要求。

其中較優地，所述調整直方圖數據結構的數據桶數據范圍的步驟進一步包括：

當中位數的值轉移到焦點窗口之外時，通過活動窗口提煉方法和分層提煉方法重新獲得焦點窗口。

其中較優地，所述滑動窗口提煉方法進一步包括：

向查詢值移動的方向移動焦點窗口；

移動長度為焦點窗口的長度；