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无线传感器网络能量有效空间索引构建方法研究及应用
作 者: 汤金娥
导 师: 王群; 周长兵
学 校: 中国地质大学(北京)
专 业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 空间索引技术 无线传感器网络 多区域集成查询 时间关联区域查询
分类号: TP212.9
类 型: 博士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
无线传感器网络中的节点通过连接到物理世界进行监测和收集数据,使用多跳的路由协议进行通信和数据传递。传感器网络由于包含了大量传感器节点,因此为用户感兴趣的区域提供了机会进行信息监测。本文在分析传感器网络和空间索引技术的基础上,集中于研究传感器节点的偏斜分布和能量有限两个方面,并设计能量有效空间索引机制搜索处于偏斜分布的传感器节点,本文的主要贡献包括以下3个方面:(1)通过对无线传感器网络特点和应用领域的介绍,并分析当前无线传感器领域空间索引算法的特点和性能,针对传感器节点空间位置分布不均匀的情况,提出一种新的空间索引算法索引传感器节点,并通过实验验证新的空间索引在进行传感器节点处理操作时的效率。(2)在传感器节点处于偏斜分布研究的基础,提出了另一种新的能量有效分层聚类索引机制,该算法融合了以下几个关键因素:传感器节点处于偏斜分布,传感器节点感知数据的传送,以及与空间时间数据有关的区域查询。该索引算法基于能量最小原则,实现传感器节点的分层划分,形成一棵分层聚类索引树。本文在分层聚类索引树的基础上主要实现了两种情况下传感器数据的查询:(a)多区域集成查询;(b)时间关联的区域查询。(3)在多区域集成查询的实现过程中,主要考虑了区域之间具有重叠的情况,根据重叠区域的大小,以消耗最小能量为原则,分别采用不同的策略实现用户命令的传送和感知数据的传送。时间关联的区域查询主要实现在需要不断获取传感器感知信息的情况下,采用一定的策略,使得用户能及时有效的获取其想要的感知数据。本文提出的分层聚类索引树为无线传感器网络空间索引算法的研究提供了基础理论参考,丰富了该领域的研究内容,对空间索引技术在无线传感器网络应用等方面的研究提供了强有力的理论价值和指导。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 第1章 绪论 11-23 1.1 研究背景 11-13 1.2 国内外研究现状 13-19 1.2.1 空间数据库索引技术研究现状 13-17 1.2.2 无线传感器网络空间索引技术研究现状 17-19 1.3 存在的主要问题 19-20 1.4 创新性工作 20-21 1.5 论文的组织结构 21-22 1.6 本章小结 22-23 第2章 空间数据库索引技术的基本理论 23-75 2.1 空间数据库基本理论 23-25 2.1.1 空间对象 23 2.1.2 空间数据模型 23-25 2.2 空间索引技术的基础理论 25-27 2.2.1 空间索引和查询 25-27 2.3 主流空间索引结构 27-74 2.3.1 基于树的空间索引 27-55 2.3.2 无线传感器网络空间索引技术 55-74 2.4 本章小结 74-75 第3章 基于无线传感器网络偏斜分布的空间索引机制研究 75-95 3.1 引言 75 3.2 动机例子 75-80 3.3 构建方法 80-83 3.3.1 采用聚类方法进行 SWC-树索引构建 80-82 3.3.2 分支节点优先级计算 82-83 3.4 操作算法 83-87 3.4.1 插入算法 83-84 3.4.2 删除算法 84-85 3.4.3 窗口查询算法 85-86 3.4.4 传感器节点查询算法 86-87 3.5 实验与分析 87-93 3.5.1 另一个基于偏斜分布的例子 87-91 3.5.2 验证 91 3.5.3 评价 91-93 3.6 本章小结 93-95 第4章 无线传感器网络能量有效分层聚类索引树构建方法研究 95-107 4.1 引言 95 4.2 能量模型 95-96 4.3 ECH-树构建方法 96-104 4.3.1 区域划分 96-98 4.3.2 子区域聚类算法 98-102 4.3.3 网格或子区域间权重计算 102-104 4.4 ECH-树索引构建验证 104-105 4.5 本章小结 105-107 第5章 基于能量有效分层聚类索引树的多区域集成查询研究 107-119 5.1 研究背景 107-108 5.2 多区域集成查询计划 108-114 5.2.1 查询模型 108-110 5.2.2 集成查询计划产生 110-112 5.2.3 集成查询命令路由 112-113 5.2.4 集成查询结果返回 113-114 5.2.5 集成查询结果分解 114 5.3 实验与分析 114-117 5.3.1 实验配置及环境 114 5.3.2 实验结果 114-117 5.4 本章小结 117-119 第6章 基于能量有效分层聚类索引树的时间关联区域查询研究 119-129 6.1 研究背景 119-120 6.2 时间关联区域查询算法 120-123 6.2.1 初始传感器数据的报告 120 6.2.2 传感器数据的连续性报告 120-121 6.2.3 查询结果收集 121-123 6.3 实验与分析 123-127 6.3.1 实验环境与配置 123-124 6.3.2 实验结果 124-127 6.4 本章小结 127-129 第7章 总结与展望 129-131 7.1 研究工作总结 129-130 7.2 研究工作展望 130-131 参考文献 131-145 致谢 145-147 附录 147
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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