关于无线传感器网络数据库的研究与实现

关于无线传感器网络数据库的研究与实现

杨晓雪 武汉软件工程职业学院 湖北武汉 430000

【文章摘要】

近些年来，无线通信技术和传感器技术等得到前所未有的发展。无线传感器网络可以将各种通讯手段通过相关设备实现实物的处理和数据交互，已经被应用于军事、自然环境监测等领域。本文通过对无线传感器网络数据库的基本内容的概述，论述了无线传感器网络数据库实现的关键技术。

【关键词】

无线传感器；网络数据库；关键技术

无线传感器网络是现代科学技术发展的新方向，通过将传感器技术、无线电技术、计算机技术等进行结合，实现相关环境变量的采集和分析。目前，无线传感技术已经广泛应用与军事、工业生产和森林火灾监控等领域。

1 无线传感器网络数据库的基本内容

无线传感器网络是由集成传感器、数据处理单元和通信模块的节点通过系组织的方式组成，通过传感器对环境中的热、红外、位移、雷达等信号进行测量，对温度、湿度、速度、位移、加速度、光照强度等给出具体的量化值，反映相应的物质现象。

无线传感器网络主要具有四大特点： （1）传感器的电源能量、计算能力、通信能力等资源有限；（2）系统动态和自组织；（3） 数据量庞大；（4）无线传感器网络是以数据为中心进行传递。在无线传感器网络部署完成后，会产生众多节点，导致系统的电能消耗过大，使得电源能量短缺。由于传感器节点的众多导致系统的运算量较大，使得无线传感器网络难以完成相应的数据的采集、转换、分析和处理。对于部分传感器采用嵌入式设备进行数据处理和存储，大量数据的传输和处理，导致计算能力和通信能力受到限制。无线网路连接自身存在不稳定性，导致在环境和能源的限制下传感器的状态的切换是的网络拓扑结构发生动态变化。由于无线传感器网络监测的往往是动态数据使得传感器的节点位置不能被预测，通过各节点建立协调连接，需要通过自组织能力来实现检测任务。无线传感器网络的传感器节点众多，密度较大，导致传感器采集的数据巨大。传感器网络是以数据为中心进行网络的寻址，件数据出传输到用户或者数据库中，传感器的节点都具有数据处理的能力。

无线数据库传感器网络数据库是将无线网络采集到的数据信息组成数据库， 用户通过将数据库管理系统对数据进行处理。相比较传统的数据库管理，它具有更多的特点。由于无线传感器网络在数据传输时丢包率较高、网络拓扑结构变换较多、节点易出故障，导致数据准确性较低。传感器在感知数据时由于被感测的物理量存在时间和空间的变化导致信息量巨大，使得数据查询较为复杂。与传统的传感器相比，无线传感器网络的数据节点多、密度高的数据量较多，需要的存储空间较大。对无线传感器网络而言，对感知数据的管理和处理是数据库面临的重要问题。感知数据的管理和处理技术是未来无线传感器网络的关键。

2 无线传感器网络数据库的分析与设计

传感器网络数据库是存储数据和传感数据的组合应用，它包括集中式、半分布式、分布式和层次式四大结构。集中式结构是将传感器传输的数据定期发送到基站，然后经过离线的分析处理，传感器的节点只是用于数据传输，不对数据进行任何的处理。由于这种结构是通过预先的方式将感知数据传输到中心服务器，在中心服务器进行查询处理，因此这种结构的传感器网络感知数据的查询和传感器网络的访问是不相关的。这种传输方式能耗高通信宽带较窄，不适合无线传感器网络的数据采集。层次式结构是通过将传感器网络分为传感器网络层和代理数据层进行网内的数据处理和自适应等多项功能。在传感器网络层，传感器的节点都具有一定的数据处理和存储能力。传感器节点都可以实现代理接受命令，计算和数据传输。代理节点将传感器测得的感知数据经过处理后反馈给用户将计算和通信的任务分配给各个节点，应用于本所述的无线传感器网络的数据库中。

传感器网络被看作是感知数据空间或者数据库，无线传感器网络根据其结构功能可以分为基础层、网络层、数据管理与处理层和应用层。无线传感器网络需要将外界的数据及其时空关系或者噪声信号等等进行感知和信息传递，这要求信息具有一定的数据处理能力。在数据的获取阶段主要是对时间、地点等物理量进行数据采用，在数据处理阶段主要是根据相关需求对获取的数据进行处理，在数据通信阶段是根据相关算法和协议将获得的数据信息发送给用户。

数据库前端设计包括监控中心、网关。监控中心是网络数据库的客户端，它包括C 语言编写程序和JAVA 的应用程序界面，前者用于与网关通信，后者用于传感器网络数据结果的显示。网关适用于监控中心和传感器网络的连接，主要用于负责传感器网络的数据处理，减负荷要求的用户命令传送到传感器网络，将传感器节点采集的数据信息发送到以太网，实现一些数据的处理或者存储。

3 无线传感器网络数据库实现的关键技术

（1）无线通信网络技术。无线传感器网络具有的专用无线通信软件可以实现高度自组织和多跳通信等功能，是目前较为领先的技术。无线通信网络的功能和性能是传感器正常运行的关键，因此无线通讯网络技术在无线传感器网络的应用和实现具有重要作用。

（2）嵌入式实时系统软件技术。无线传感器网络的基础是网络节点，通过对外界各种外部事件的实时反映来采集数据信息。无线传感的感知方式表明无线传感器网络是一个实时的系统，它需要具有实时系统和嵌入式系统相相结合的特点，因此嵌入式实时系统软件技术是无线传感网络的关键技术。

（3）相关的硬件技术。无线传感器的应用需要现代计算机技术做为支撑，将传感器传输的数据输入到计算机应用系统中，将传感器和计算机技术相结合，可以充分发挥两者的优势，使系统可以满足实际应用需求。

4 结束语

无线传感器网络数据库研究目前是一个新型的研究方向，在众多领域已经开始应用。无线传感器网络采用无线射频连接，在短时间内需要传输大量的数据，导致系统的能耗较大。系统现在的查询处理机制尚不能完成用户提出的较为复杂的查询机制，网内数据处理研究尚需完善， 由于传感节点过多导致目前还不适用于大规模的应用。通过对无线传感网络数据库的相关研究，用于满足客户对数据采集和处理的需求。

【参考文献】

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