无线传感器网络数据管理技术研究进展(2)

无线传感网络的简介

据存储技术。由于ｆｌａｓｈ具有高可靠性、高密度、低能耗等一些特点，传感器节点都是用ｆｌａｓｈ作为永久性存储器。和硬盘技术相比，ｆｌａｓｈ具有许多独特特性，传统的数据库存储技术不再适用。

本文将从数据库系统的体系结构、数据存储与索引、数据模式、数据查询及优化和数据挖掘等方面阐述ＷＳＮ的数据管理技术。

为单位进行的，而且写数据之前必须先进行擦除。而擦除是以块为单位，每块由若干页组成。也就是说，若要更新某一页数据，必须先把该页所在的块读出，然后把该块进行擦除，再写入。因此，写一页的代价很高，而且ｆｌａｓｈ块受擦除次数限制，典型值大约为１０万次［６’７］。ｆｌａｓｈ这些特性给基于ＮＡＮＤｆｌａｓｈ的存储技术带来了挑战。表１为一些ｆｌａｓｈ存储器的性质‘引。

表１一些ｆｌａｓｈ芯片的性质

２传感器网络数据库系统体系结构

典型的传感器网络的系统结构包括资源受限的传感器节点群组成的多跳自组织网络、资源丰富的Ｓｉｎｋ节点、互联网和用户界面等［５］。映射到传感器网络的分布式数据库系统也采用两层体系结构，如图１所示，它是由运行在传感器节点上本地数据库和运行在ｓｉｎｋ节点上与局部数据库进行交互的分布式数据库管理层组成［３３。

然而，ＮＡＮＤＦｌａｓｈ的显著优点是它的高容量和低功率消耗。和ＤＲＡＭ及ＮＯＲｆｌａｓｈ存储器相比，其容量大（单片容量目前可达３２ＧＢ），每ＧＢ的单价低；而且读写所消耗的能量也低。另外，和通信能耗相比，对同一数据，本地存储到ＮＡＮＤＦｌａｓｈ上比把数据发送到邻居节点（ＭＩＣＡＺ通信设备）的能耗要低１００倍以上［３］。因此，ＮＡＮＤｆｌａｓｈ是传感器网络数据存储在传感器节点上的一种理想设备。表２为这些ｆｌａｓｈ读写一个字节数据的能量消耗比较［７］。

表２一些ｆｌａｓｈ芯片的读写数据的能量消耗比较

图１无线传感器网络数据库系统体系结构

本地数据库主要具有３个关键元素：（１）查询引擎。生成能量有效的查询计划用于执行查询，得到具有可信值的查询结果。（２）数据处理方法（如数据汇总及数据老化算法等）。为高效的数据查询提供多粒度的数据汇总，删除一些已过时的数据，以节约ｆｌａｓｈ存储空间。（３）能量有效的存储管理。用于实现ｆｌａｓｈ存储器分配与管理，为提高查询处理速度建立相关的索引等。这３个组件的实例依赖节点的能力。

位于Ｓｉｎｋ节点上的分布式数据管理层通常亦称为代理数据库，它包括两个关键组件：一个为数据缓存（ｃａｃｈｅ），用于保存低层节点监测到的数据汇总及从传感器节点查询得到的结果；另一个为查询处理引擎，决定如何处理每个查询命令。

３．２基于ｆｌａｓｈ的传感器节点数据存储与索引技术

根据ＷＳＮ的数据流以及ｆｌａｓｈ存储器的特征，目前传感器节点上的数据存储方式主要有两种方式：一种为不带索引基于１３志结构的文件存储方式，另一种为基于索引结构的存储方式。

针对传感器节点设计的第一个文件系统是ｍａｔｃｈｂｏｘＥ８｜，

已集成到ｔｉｎｙＯＳ系统中。Ｍａｔｃｈｂｏｘ提供了基本的ｆｌａｓｈ存储器的磨损平衡机制和远程文件访问方法，只允许对数据进行追加（ａｐｐｅｎｄ）操作，不允许随机访问文件中的数据，如修改（ｍｏｄｉｆｙ）操作。可以同时打开多个文件。其特点是程序代码很小，只有ｌＯｋＢ，运行时内存占用量也很少，最小约为３６２个字节。当打开的文件多时，内存占用量也会随着增加。

文献［９３是针对传感器节点设计的基于ｆｌａｓｈ存储器的１３志结构文件系统（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ

ＬｏｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄ

查询可以使用ｃａｃｈｅ中数据进行局部查询；或在做相应的优

化操作后，把查询请求传送给相应的节点，从节点中提取更多的数据。

３传感器节点的数据存储与索引技术

在通常情况下，传感器节点需要保存监测数据、系统可执行代码及系统设置信息等，永久性存储器是传感器节点的组成部分之一。出于抗震性、节点大小以及能量消耗等方面考虑，硬盘不适用于作为传感器节点的永久性存储器，ｆｌａｓｈ是目前的最佳选择。传感器节点的数据存储与索引技术要考虑ｆｌａｓｈ特性、节点的能量消耗等因素。

３．１

ＦｌａｓｈＦｉｌｅｓｙｓ－

ｔｅｒｎ，ＥＬＦ）。ＥＬＦ考虑到传感器节点的资源限制，仅为系统的通用任务提供了一些基本的文件管理操作，如ｏｐｅｎ，ｃｒｅａｔｅ，ｍｏｄｉｆｙ，ａｐｐｅｎｄ，ｒｅａｄ，ｓｅｅｋ，ｄｅｌｅｔｅ，ｒｅｎａｍｅ，ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ等。与传统的基于ｆｌａｓｈ的文件系统的不同之处主要在于对文件的写操作（包括ａｐｐｅｎｄ和ｍｏｄｉｆｙ）。对于ａｐｐｅｎｄ操作，ＥＬＦ并不为每个ａｐｐｅｎｄ操作创建一个日志数据项，而是对每个文件，利用一个写缓冲区缓存追加到同一页的１３志项，当缓冲区满时再写入到ｆｌａｓｈ页上。这样 …… 此处隐藏：207字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……