【正文】 SQL語言的 TinySQL查詢語言；第二部分提供基于 Java的應(yīng)用程序組成，能夠支持用戶在 TinyDB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用程序。 TinyDB系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件包括四個組件，分別為網(wǎng)絡(luò)拓撲管理器、存儲管理器、查詢管理器、節(jié)點目錄和模式管理器。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (1) 網(wǎng)絡(luò)拓撲管理器管理所有節(jié)點之間的拓撲結(jié)構(gòu)和路由信息。 (2) 存儲管理器使用了一種小型的、基于句柄的動態(tài)內(nèi)存管理方式。它負責(zé)分配存儲單元和壓縮存儲數(shù)據(jù)。 (3) 查詢管理器負責(zé)處理查詢請求。它使用節(jié)點目錄中的信息獲得節(jié)點的測量數(shù)據(jù)的屬性，負責(zé)接收鄰居節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，過濾并且聚集數(shù)據(jù)，然后將部分處理結(jié)果傳送給父節(jié)點。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (4) 節(jié)點目錄和模式管理器負責(zé)管理傳感器節(jié)點目錄和數(shù)據(jù)模式。節(jié)點目錄記錄每個節(jié)點的屬性，例如測量數(shù)據(jù)的類型 (聲、光、電壓等 )和節(jié)點 ID等。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的異構(gòu)節(jié)點具有不同的節(jié)點目錄。模式管理器負責(zé)管理 TinyDB的數(shù)據(jù)模式，而 TinyDB系統(tǒng)采用虛擬的關(guān)系表作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)模式。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 2) ?Cougar系統(tǒng) Cougar系統(tǒng)是由康奈爾大學(xué)開發(fā)的。它將傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點劃分為簇，每個簇包含多個節(jié)點，其中一個作為簇頭。Cougar系統(tǒng)使用定向擴散路由算法在傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，信息交換的格式為 XML。 Cougar系統(tǒng)由三個部分組成：第一部分是用戶計算機GUI界面，運行在用戶計算機上；第二部分是查詢代理，運行在每個傳感器節(jié)點上；第三部分是客戶前端，運行在選定的傳感器節(jié)點上。圖 Cougar系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 圖 Cougar系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 客戶前端負責(zé)與用戶計算機和簇頭通信，它是 GUI和查詢代理之間的界面，相當于傳感器網(wǎng)絡(luò)和用戶計算機之間的網(wǎng)關(guān)?？蛻羟岸撕?GUI之間使用 TCP/IP協(xié)議通信，將從 GUI獲取的查詢請求發(fā)給簇頭上運行的查詢代理，并從簇頭接收查詢結(jié)果，還對查詢結(jié)果進行相關(guān)處理 (如過濾或聚集數(shù)據(jù) )，然后將處理結(jié)果發(fā)給 GUI?？蛻羟岸艘部梢园巡樵兘Y(jié)果傳輸?shù)竭h程 MySQL數(shù)據(jù)庫中。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 用戶計算機 GUI界面是基于 Java開發(fā)的，它允許用戶通過可視化方式或輸入 SQL語言發(fā)出查詢請求，也允許用戶以可視化方式觀察查詢結(jié)果。 GUI中的 Map組件可以使用戶瀏覽傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。 查詢代理由設(shè)備管理器、節(jié)點層軟件和簇頭層軟件三部分組成。簇頭層軟件只在簇頭中運行；設(shè)備管理器負責(zé)執(zhí)行感知測量任務(wù)；節(jié)點層軟件負責(zé)執(zhí)行查詢?nèi)蝿?wù)。當收到查詢請求時，節(jié)點層軟件從設(shè)備管理器獲得需要的測量數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進行處理，最后將結(jié)果傳送到簇頭。在簇頭中運行的簇頭層軟件負責(zé)接收來自簇內(nèi)成員的數(shù)據(jù)，然后進行相關(guān)的處理，例如過濾或聚集數(shù)據(jù)，最后把結(jié)果傳送到發(fā)出查詢的客戶前端。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 3) ?Dimension系統(tǒng) Dimension系統(tǒng)是由加州大學(xué)洛杉磯分校開發(fā)的。它的設(shè)計目標是提供靈活的時域和空域結(jié)合的查詢。這種查詢的靈活性表現(xiàn)在，用戶可以對傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行時域和空域的多分辨率查詢。用戶可以指定在時域和空域內(nèi)的查詢精度， Dimension系統(tǒng)可以按照指定精度進行查詢。這種查詢提供了一種針對細節(jié)的數(shù)據(jù)挖掘功能。 為了實現(xiàn)以上設(shè)計目標， Dimension系統(tǒng)主要采用了層次索引和基于小波變換的關(guān)鍵技術(shù)。這種關(guān)鍵技術(shù)能夠使傳感器網(wǎng)絡(luò)合理地使用能量、計算和存儲資源。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 4．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理的主要技術(shù)挑戰(zhàn) 盡管無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)取得了很大的進展，但還有一些問題尚未完全解決?？偟恼f來，還面臨著以下若干挑戰(zhàn)： (1) 需要研究能夠降低響應(yīng)時間的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。目前的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的優(yōu)化目標主要集中在降低能量消耗，然而，對于某些實時監(jiān)測要求，縮短響應(yīng)時間也是重要的優(yōu)化目標。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (2) 需要研究可靠、安全的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。一方面，可以采用數(shù)據(jù)傳輸層技術(shù)保護可靠的傳輸；另一方面，可以考慮運用數(shù)據(jù)加密技術(shù)保障安全的查詢。 (3) 需要研究用于傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的協(xié)同技術(shù)。用戶提交的查詢往往需要由多個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)計算得出。針對具體應(yīng)用需求，可以充分利用信息的冗余性的協(xié)同技術(shù)。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (4) 需要進一步優(yōu)化目前的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而提高可擴展性、容錯性，并且降低能量消耗和響應(yīng)時間。例如，可以進一步優(yōu)化數(shù)據(jù)聚集技術(shù)，或者提高傳感器在采集數(shù)據(jù)時對環(huán)境變化的自適用性，以降低能量消耗和縮短響應(yīng)時間。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究尚待深入，數(shù)據(jù)模型的研究成果無法表達感知數(shù)據(jù)的語意，不適合感知數(shù)據(jù)的特點；數(shù)據(jù)操作算法的研究僅考慮了聚集操作，大量的數(shù)據(jù)操作算法無人問津； WSN應(yīng)用中，經(jīng)常使用的實時查詢的優(yōu)化與處理沒有被考慮；支持數(shù)據(jù)管理的通信協(xié)議至今很少見，等等?？傊罅繂栴}亟待解決。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 數(shù)據(jù)模型、存儲及查詢 目前關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模型、存儲、查詢技術(shù)的研究成果很少，比較有代表性的是針對傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理的 Cougar和 TinyDB兩個查詢系統(tǒng)。 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)管理，有以下幾個方面的問題： (1) 感知數(shù)據(jù)如何真實反映物理世界。 (2) 節(jié)點產(chǎn)生的大量感知數(shù)據(jù)如何存放。 (3) 查詢請求如何通過路由到達目標節(jié)點。 (4) 查詢結(jié)果存在大量冗余數(shù)據(jù)，如何進行數(shù)據(jù)融合。 (5) 如何表示查詢，并進行優(yōu)化。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 因而，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)管理需研究的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)、數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的研究。 數(shù)據(jù)獲取技術(shù)主要涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)和感知數(shù)據(jù)模型、元數(shù)據(jù)管理技術(shù)、傳感器數(shù)據(jù)處理策略、面向應(yīng)用的感知數(shù)據(jù)管理技術(shù)。 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)主要涉及數(shù)據(jù)存儲策略、存取方法和索引技術(shù)。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 數(shù)據(jù)查詢技術(shù)主要包括查詢語言、數(shù)據(jù)融合方法、查詢優(yōu)化技術(shù)和數(shù)據(jù)查詢分布式處理技術(shù)。 數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)主要包括 OLAP分析處理技術(shù)、統(tǒng)計分析技術(shù)、相關(guān)規(guī)則等傳統(tǒng)類型知識挖掘、與感知數(shù)據(jù)相關(guān)的新知識模型及其挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)分布式挖掘技術(shù)。 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 1．基于感知數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)獲取技術(shù) 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中對數(shù)據(jù)進行建模，主要用于解決以下四個問題： (1) 感知數(shù)據(jù)的不確定性。節(jié)點產(chǎn)生的測量值由于存在誤差并不能真實反映物理世界，而是分布在真值附近的某個范圍內(nèi)，這種分布可用連續(xù)概率分布函數(shù)來描述。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (2) 利用感知數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性進行數(shù)據(jù)融合，減少冗余數(shù)據(jù)的發(fā)送，從而延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。同時，當節(jié)點損壞或數(shù)據(jù)丟失時，可以利用周圍鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)相關(guān)性特點，在一定概率范圍內(nèi)正確發(fā)送查詢結(jié)果。 (3) 節(jié)點能量受限，必須提高能量利用效率。根據(jù)建立的數(shù)據(jù)模型，可以調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點工作模式，降低節(jié)點采樣頻率和通信量，達到延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。 (4) 方便查詢和數(shù)據(jù)分布管理 。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 2．數(shù)據(jù)存儲與索引技術(shù) 數(shù)據(jù)存儲策略按數(shù)據(jù)存儲的分布情況可分為以下三類。 (1) 集中式存儲：節(jié)點產(chǎn)生的感知數(shù)據(jù)都發(fā)送到基站節(jié)點，在基站處進行集中存儲和處理。這種策略獲得的數(shù)據(jù)比較詳細、完整，可以進行復(fù)雜的查詢和處理，但是節(jié)點通信開銷大，只適合于節(jié)點數(shù)目比較小的應(yīng)用場合。美國加州大學(xué)伯克利分校在大鴨島上建立的海鳥監(jiān)測試驗平臺就是采用這種策略。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (2) 分布式存儲和索引：感知數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)名分布存儲在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通過提取數(shù)據(jù)索引進行高效查詢，相應(yīng)的存儲機制有 DIMENSIONS、 DIFS、 DIM等。 ① ?DIMENSIONS采用小波編碼技術(shù)處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集上的近似查詢，有效地以分布式方式計算和存儲感知數(shù)據(jù)的小波系數(shù)，但是存在單一樹根的通信瓶頸問題。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) ② ?DIFS使用感知數(shù)據(jù)的鍵屬性，采用散列函數(shù)和空間分解技術(shù)構(gòu)造多根層次結(jié)構(gòu)樹，同時數(shù)據(jù)沿結(jié)構(gòu)樹向上傳播，防止了不必要的樹遍歷。 DIFS是一維分布式索引。 ③ ?DIM(Distributed Index for Multidimensional data)是多維查詢處理的分布式索引結(jié)構(gòu)，使用地理散列函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的局域性，把屬性值相近的感知數(shù)據(jù)存儲在鄰近節(jié)點上，減少計算開銷，提高查詢效率。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (3) 本地化存儲：數(shù)據(jù)完全保存在本地節(jié)點，數(shù)據(jù)存儲的通信開銷最小，但查詢效率低下，一般采用泛洪式查詢，當查詢頻繁時，網(wǎng)絡(luò)的通信開銷極大，并且存在熱點問題。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 3．數(shù)據(jù)查詢處理 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)查詢主要分為快照查詢和連續(xù)查詢。快照查詢是對傳感器網(wǎng)絡(luò)某一時間點狀況的查詢；連續(xù)查詢則主要關(guān)注某段時間間隔內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的變化情況。查詢處理與路由策略、感知數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)存儲策略緊密相關(guān)，不可分割。當前的研究方向主要集中在以下幾個方面： 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (1) 查詢語言研究。這方面的研究目前比較少，主要是基于 SQL語言的擴展和改進。 TinyDB系統(tǒng)的查詢語言是基于SQL的，康乃爾大學(xué)的 Cougar系統(tǒng)提供了一種類似于 SQL的查詢語言，但是其信息交換采用 XML格式。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (2) 連續(xù)查詢技術(shù)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，用戶的查詢對象是大量的無限實時數(shù)據(jù)流，連續(xù)查詢被分解為一系列子查詢提交到局部節(jié)點進行執(zhí)行。子查詢也是連續(xù)查詢，需要掃描、過濾、綜合數(shù)據(jù)流，產(chǎn)生部分的查詢結(jié)果流，經(jīng)過全局綜合處理后返回給用戶。局部查詢是連續(xù)查詢技術(shù)的關(guān)鍵，由于節(jié)點數(shù)據(jù)和環(huán)境情況動態(tài)變化，局部查詢必須具有自適應(yīng)性。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (3) 近似查詢技術(shù)。感知數(shù)據(jù)本身存在不確定性，用戶對查詢的結(jié)果的要求也是在一定精度范圍內(nèi)的。采用基于概率的近似查詢技術(shù)，充分利用已有信息和模型信息，在滿足用戶查詢精度要求下減少不必要的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，將會提高查詢效率，減少數(shù)據(jù)傳輸開銷。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (4) 多查詢優(yōu)化技術(shù)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中一段時間間隔內(nèi)可能進行著多個連續(xù)查詢，多查詢優(yōu)化就是對各個查詢結(jié)果進行判別，減少重疊部分的傳輸次數(shù)，以減少數(shù)據(jù)傳輸量。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 數(shù)據(jù)融合及管理技術(shù)的研究與發(fā)展 數(shù)據(jù)融合及管理技術(shù)的研究與發(fā)展如下： (1) 確立數(shù)據(jù)融合理論標準和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標準。 (2) 改進融合算法，提高系統(tǒng)性能。 (3) 數(shù)據(jù)融合時機確定。由于物聯(lián)網(wǎng)中感知節(jié)點具有隨機性部署的特點，且感知節(jié)點能量、計算及存儲空間等能力有限，不可能維護動態(tài)變化的全局信息，因而需要匯聚節(jié)點選擇恰當?shù)臅r機，盡可能多地對數(shù)據(jù)進行匯聚融合。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) (4) 傳感器資源管理優(yōu)化。針對具體應(yīng)用問題，建立數(shù)據(jù)融合中的數(shù)據(jù)庫和知識庫，研究高速并行推理機制，是數(shù)據(jù)融合及管理技術(shù)工程化及實際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。 (5) 建立系統(tǒng)設(shè)計的工程指導(dǎo)方針，研究數(shù)據(jù)融合及管理系統(tǒng)的工程實現(xiàn)。數(shù)據(jù)融合及管理系統(tǒng)是一個具有不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，如何提高現(xiàn)有理論、技術(shù)、設(shè)備，保證融合系統(tǒng)及管理的精確性、實時性以及低成本也是未來研究的重點。 (6) 建立測試平臺，研究系統(tǒng)性能評估方法。如何建立評價機制，對數(shù)據(jù)融合及管理系統(tǒng)進行綜合分析和評價，以衡量融合算法的性能，也是亟待解決的問題。 第 9章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 演講完畢，謝謝觀看！