传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展
传感器网络
传感器网络传感器网络是一种由大量传感器节点组成的自组织网络，它们可以感测、接收和处理环境中的各种信息，并将这些信息传输给其他节点或者中心节点。
传感器网络被广泛应用于农业、能源、环境监测、智能交通等领域。
本文将对传感器网络的概念、应用、技术和发展进行探讨。
一、传感器网络的概念传感器网络由大量的传感器节点组成，每个传感器节点都具有感知、处理和通信的功能。
它们通过无线通信互相连接，形成一个自组织的网络。
传感器节点能够感知环境中的各种信息，如温度、湿度、光强、压力等，并将这些信息转换为电信号进行处理。
然后，传感器节点通过通信模块将处理后的信息传输给其他节点或者中心节点，以实现实时监测和数据传输。
二、传感器网络的应用1. 农业领域：传感器网络可以用于农业监测和智能农业。
农业监测可以通过传感器节点对土壤湿度、温度、光照等参数进行监测，帮助农民更好地掌握农作物的生长情况，提高农作物产量和质量。
智能农业则是利用传感器网络和互联网技术，实现对农作物生长环境的自动调控和远程监测，提高农业生产的效率和可持续发展水平。
2. 能源领域：传感器网络可以用于智能电网的建设和管理。
通过在电网中布置传感器节点，可以实时监测电网中的电压、电流、负荷等参数，以及电网设备的状态和运行情况。
这些监测数据可以用于电网的优化调控和故障检测，提高电网的可靠性和供电质量。
3. 环境监测：传感器网络可以用于环境监测和污染治理。
通过布置传感器节点，可以监测大气中的气体浓度、水质、噪音等环境参数，实时掌握环境质量，及时采取措施减少污染和保护环境。
4. 智能交通：传感器网络可以用于智能交通系统。
通过在道路上布置传感器节点，可以实时监测交通流量、车速、拥堵情况等，提供交通状况的信息，以帮助司机选择最佳路线，减少交通堵塞和事故发生的概率。
三、传感器网络的技术1. 无线通信技术：传感器网络中的节点之间通过无线通信互相连接，传输数据和控制信息。
目前常用的无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、LoRa等。
无线传感器网络技术的新进展与应用
无线传感器网络技术的新进展与应用近年来，无线传感器网络技术在各个领域中取得了令人瞩目的进展与广泛应用。
本文将着重介绍无线传感器网络技术的定义、组成和发展历程，并探讨其在环境监测、物联网、智能城市等领域的新进展与应用。
一、无线传感器网络技术的定义与组成无线传感器网络技术是一种基于无线通信和传感器技术的网络系统，它由大量分布式的低功耗传感器节点组成，这些节点能够感知周围环境的信息，并通过无线通信实现数据传输与协同处理。
无线传感器网络技术由传感器节点、无线通信模块、数据处理单元和能量供应四个主要组成部分构成。
传感器节点是无线传感器网络技术的核心部分，它们配备有感知环境的传感器，并负责采集、处理和存储数据，同时还具备无线通信功能，可以将数据传输给其他节点或基站。
无线通信模块负责实现节点之间的无线通信，常用的通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。
数据处理单元用于对传感器采集到的原始数据进行处理与分析，并根据需求提取出有用的信息。
能量供应是无线传感器网络技术的重要保障，常用的供能方式包括蓄电池、太阳能电池等。
二、无线传感器网络技术的发展历程无线传感器网络技术起源于20世纪80年代末的军事领域，最早用于军事监测和目标跟踪等应用。
随着微电子技术和通信技术的快速发展，无线传感器网络技术逐渐扩展到民用领域。
2000年，美国国家科学基金会提出了无线传感器网络技术的概念，并成立了相关的研究项目。
自此以后，无线传感器网络技术得到了广泛的研究与应用。
在发展过程中，无线传感器网络技术经历了三个阶段。
第一阶段是研究与原理验证阶段，研究者重点关注传感器节点的设计、通信协议以及数据处理算法等方面。
第二阶段是小规模应用示范阶段，通过在农业、环境监测等领域进行小规模试点应用，验证无线传感器网络技术的可行性和效果。
第三阶段是大规模应用推广阶段，无线传感器网络技术逐渐成为物联网、智能城市等领域中不可或缺的技术手段。
三、无线传感器网络技术在各领域的新进展与应用1. 环境监测领域无线传感器网络技术在环境监测领域具有广阔的应用前景。
传感器网络3篇
传感器网络第一篇：传感器网络的概述传感器网络是指由大量分布式的、自治系统的传感器节点组成的网络，用于探测，感知和收集被追踪的对象的信息。
传感器网络由许多感知装置组成，这些感知装置具有数据采集和处理功能，并与其他感知装置以及传感器网络中的中心处理器联系。
在传感器网络中，每个节点都是一个具有硬件、软件和通信能力的自治单元，可以部署在某个区域内以进行数据采集，如温度、湿度、光线、气体、声音、运动等。
传感器网络主要用于环境监测、智能交通、健康监护、农业管理、工业控制等领域。
传感器网络由三个主要部分组成：传感器节点、传感器网络和传感器数据管理。
传感器节点是传感器网络的基本组成单位，节点之间可以通过无线连接进行通信和数据传输。
传感器节点都具有一定的计算和存储能力，可以处理采集的数据。
传感器网络是所有传感器节点形成的集合，可以通过无线通信互相交流，实现数据共享和协作处理。
传感器数据管理是传感器网络中的数据处理和存储中心，负责对传感器采集的原始数据进行处理、分析和存储。
传感器网络具有以下优点：它们可以在较大的区域内进行精确、实时的数据采集，能够实现长时间运行且自我能源供应；它们可以保持无线通信，可以在不受天气、地形等自然因素影响的环境中集成数据；它们还可以实时发送数据并自动存储，避免了由于缺乏实时数据而导致的决策延迟等问题。
虽然传感器网络具有许多优点，但是它们也面临许多挑战，如能源限制、网络拓扑、消息传输和安全等问题。
未来，随着技术的不断发展，传感器网络将进一步完善并广泛应用于各行各业，成为现代化社会中的重要组成部分。
第二篇：传感器网络的应用领域传感器网络已经应用到了许多领域，下面将介绍一些较为常见的应用领域。
1.环境监测：传感器网络可以采集环境中的温度、湿度、空气质量和水质等信息，帮助环保部门监测环境质量和自然资源的利用情况。
2.智能交通：传感器网络可以在道路上安装传感器节点监测路况和车辆数量，实现智能交通调度和管理，提高交通效率和安全性。
传感器网络技术研究及其应用前景展望
传感器网络技术研究及其应用前景展望一、背景介绍近年来，随着物联网技术的发展，传感器网络技术逐渐成为了一种非常重要的技术手段。
传感器网络技术具有无线通信、分布式控制、低成本等特点，得到了越来越多的广泛应用。
本文将从传感器网络技术的基础概念、研究进展和应用前景等三个方面进行详细介绍。
二、传感器网络技术的基础概念传感器网络是指由大量具有感知、数据存储和处理能力的分布式传感器节点组成的网络。
它可以感知周围环境的物理、化学、生物信息等，并将采集到的数据通过网络向处理节点传输。
传感器网络技术主要包括传感器节点的布置、无线通信技术、分布式控制策略和资源管理等方面。
1.传感器节点的布置要设计一个传感器网络，在节点布置方面需要考虑一系列复杂的问题，包括节点的类型、数量、密度、分布控制策略等。
传感器节点的位置与密度关系直接影响到网络的性能和成本。
通常在这方面，应该避免过分集中和过度分散的节点布置。
2.无线通信技术电磁波、红外线、激光等都可以用来进行传感器网络数据的传输，但无线通信技术最为常用。
蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、LoRa等技术是目前最流行的无线通信技术。
3.分布式控制策略传感器网络的节点必须通过相互协作才能进行有效的数据处理和传输。
因此，控制策略被认为是传感器网络技术中最显著的特点之一。
传感器节点之间采用分布式控制的方案，可以更好地实现传感器网络的管理和控制。
4.资源管理传感器节点具有有限的资源，包括处理器和存储器等。
在资源管理方面，需要在满足网络性能的前提下充分利用有限资源，避免不必要的浪费。
三、传感器网络技术的研究进展近年来，传感器网络技术的研究进展迅速，主要包括以下几个方面：1.传感器网络的无线传输技术无线传输技术在传感器网络中占据重要地位，近年来得到了广泛关注。
传感器网络中无线传输技术的研究进展包括更高的通信效率、更稳定的通信质量和更低的能源消耗。
2.多媒体传输技术传感器网络中，基于多媒体数据传输的技术也在迅猛发展。
物联网中的传感器网络技术(九)
随着科技的不断进步，物联网已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
而作为物联网核心技术的传感器网络技术也日益受到人们的关注。
本文将从传感器网络技术的基本概念、应用领域和未来发展趋势等方面探讨物联网中的传感器网络技术。
传感器网络技术是指利用分布式传感器进行数据采集和处理，实现对环境、物体等的监测和控制的一种技术。
传感器网络技术通过将大量的传感器节点部署在需要监测的区域，通过无线通信等方式将采集到的数据传输至数据中心，以实现对环境、物体等的实时监测与控制。
传感器网络技术的应用领域非常广泛，包括环境监测、智能交通、农业生产、健康医疗等。
在环境监测领域，传感器网络技术可以实现对空气质量、水质等环境参数的实时监测，为环境保护和治理提供重要数据支持。
在智能交通领域，传感器网络技术可以实现对交通流量、车辆位置等信息的实时监测，提高交通运输效率和安全性。
在农业生产领域，传感器网络技术可以实现对土壤湿度、气候等农业环境参数的实时监测，为农业生产提供科学决策支持。
在健康医疗领域，传感器网络技术可以实现对患者生理参数、医疗设备运行状态等信息的实时监测，提高医疗服务的效率和质量。
传感器网络技术在物联网中的未来发展也备受人们关注。
随着5G、人工智能等技术的不断发展，传感器网络技术将迎来更广阔的应用前景。
在智能城市建设中，传感器网络技术将发挥重要作用，实现对城市基础设施、环境等的智能监测与管理。
在工业生产中，传感器网络技术将为工业互联网的发展提供重要支持，实现工业设备的远程监测与控制。
在智能家居领域，传感器网络技术将为智能家居设备的互联互通提供技术支持，实现智能家居的智能化与便利化。
综上所述，传感器网络技术作为物联网的核心技术，已经在各个领域得到了广泛的应用，并在未来发展中有着更加广阔的前景。
在未来的发展中，我们可以期待传感器网络技术为我们的生活带来更多的便利和智能化体验。
传感器网络研究与应用
传感器网络研究与应用一、引言随着物联网技术的不断发展，传感器网络得到了广泛应用，应用领域涉及农业、环境、交通、医疗等各个领域。
本文将从传感器网络的概念、技术、研究和应用四个方面进行详细阐述。
二、传感器网络概念1. 传感器传感器是一种能够将非电信号转换为电信号的设备，通过传感器可以采集物理或化学量的信息。
传感器的种类非常多，有光、声、压、温、湿度等等，传感器的应用范围也非常广泛。
2. 传感器网络传感器网络是指将多个传感器节点连接在一起形成的一种网络系统，这些节点通过无线通信技术进行数据传输和信息交换。
传感器网络可以实现对环境变化的监测和跟踪，可以应用于物流、环保、智能交通乃至家庭等领域。
三、传感器网络技术1. 硬件技术硬件技术是传感器网络的基础，其中最重要的是传感器的硬件设备。
随着近年来技术的不断发展，传感器的硬件设备越来越小，功耗越来越低，同时传感器的功能也越来越强大。
2. 通信技术通信技术是传感器网络中非常关键的一项技术，传感器节点通过通信技术将数据传输到中心节点进行分析与处理。
目前主要的通信技术有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LoRa等，不同的通信技术在传输距离、功耗、数据传输速率等方面存在差异，需要根据具体应用场景进行选择。
3. 路由技术路由技术是传感器网络中确保数据传输的关键技术，通过路由技术可以实现数据的快速传输和可靠传输。
目前主要的路由技术有LEACH、Pegasis、TEEN等，这些路由技术在传输效率、能耗、网络生命周期等方面存在差异，需要根据具体应用场景进行选择。
4. 数据处理技术数据处理技术是指传感器节点对采集到的数据进行分析、处理和存储的技术，目前主要的数据处理技术有数据压缩、数据聚合、数据挖掘等，这些技术可以通过对数据的优化进行降低传输功耗和延长网络寿命等方面的效果。
四、传感器网络研究1. 网络拓扑结构研究网络拓扑结构是指传感器网络中节点之间连接方式的结构，不同的网络拓扑结构会影响传感器网络的传输效率、网络寿命和节点能耗等方面。
传感器网络及其数据管理的概念_问题与进展_李建中
1000-9825/2003/14(10)1717©2003 Journal of Software 软件学报Vol.14, No.10 传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展∗李建中1,2+, 李金宝1,2, 石胜飞11(哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨 150001)2(黑龙江大学计算机科学技术学院,黑龙江哈尔滨 150080)Concepts, Issues and Advance of Sensor Networks and Data Management of Sensor NetworksLI Jian-Zhong1,2+, LI Jin-Bao1,2, SHI Sheng-Fei11(School of Computer Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)2(School of Computer Science and Technology, Heilongjiang University, Harbin 150080, China)+ Corresponding author: Phn: 86-451-86415827, Fax: 86-451-86415827, E-mail: lijzh@Received 2003-01-26; Accepted 2003-03-06Li JZ, Li JB, Shi SF. Concepts, issues and advance of sensor networks and data management of sensor networks. Journal of Software, 2003,14(10):1717~1727./1000-9825/14/1717.htmAbstract: Sensor networks are integration of sensor techniques, nested computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication techniques. They can be used for testing, sensing, collecting and processing information of monitored objects and transferring the processed information to users. Sensor network is a new research area of computer science and technology and has a wide application future. Both academia and industries are very interested in it. The concepts and characteristics of the sensor networks and the data in the networks are introduced, and the issues of the sensor networks and the data management of sensor networks are discussed. The advance of the research on sensor networks and the data management of sensor networks are also presented.Key words: sensor; sensor network; data in sensor network; data management of sensor network摘 要: 传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到这些信息的用户.传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视.介绍了传感器网络及其数据管理的概念和特点,探讨了传感器网络及其数据管理的研究问题,并综述了传感器网络及其数据管理的研究现状.关键词: 传感器;传感器网络;传感器网络数据;传感器网络数据管理中图法分类号: TP393 文献标识码: A∗第一作者简介: 李建中(1950－),男,黑龙江哈尔滨人,教授,博士生导师,主要研究领域为数据库,并行计算.1718 Journal of Software软件学报 2003,14(10)随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现.由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注.这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户.例如,传感器网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息,如丛林地带的地面坚硬度、干湿度等,为制定作战方案提供可靠的信息.传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息.因此,这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域.传感器网络是信息感知和采集的一场革命.传感器网络作为一个全新的研究领域,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题.由于传感器网络的巨大应用价值,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注.美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划,投资34 000 000美元,支持相关基础理论的研究.美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视,在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目.美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作.传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期.从2000年起,国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道.但是,这些研究成果处于起步阶段,距离实际需求还相差甚远.我国在传感器网络方面的研究工作还很少.目前,哈尔滨工业大学和黑龙江大学已经开始了该领域的研究工作.一言以蔽之,传感器网络的研究任重而道远.本文将分别介绍传感器网络及其数据管理的概念和特点、需要研究的问题以及目前的研究进展情况.1 传感器网络1.1 传感器网络的概念我们可以如下定义传感器网络:传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的有线或无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者[1].从上述定义可以看到,传感器、感知对象和观察者是传感器网络的3个基本要素;有线或无线网络是传感器之间、传感器与观察者之间的通信方式,用于在传感器与观察者之间建立通信路径;协作地感知、采集、处理、发布感知信息是传感器网络的基本功能.一组功能有限的传感器协作地完成大的感知任务是传感器网络的重要特点.传感器网络中的部分或全部节点可以移动.传感器网络的拓扑结构也会随着节点的移动而不断地动态变化.节点间以Ad Hoc方式进行通信,每个节点都可以充当路由器的角色,并且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力.下面,我们详细地来讨论传感器、感知对象和观察者.传感器由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件这几部分构成,如图1所示[2].电源为传感器提供正常工作所必需的能源.感知部件用于感知、获取外界的信息,并将其转换为数字信号.处理部件负责协调节点各部分的工作,如对感知部件获取的信息进行必要的处理、保存,控制感知部件和电源的工作模式等.通信部件负责与其他传感器或观察者的通信.软件则为传感器提供必要的软件支持,如嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等. 观察者是传感器网络的用户,是感知信息的接受和应用者.观察者可以是人,也可以是计算机或其他设备.例如,军队指挥官可以是传感器网络的观察者;一个由飞机携带的移动计算机也可以是传感器网络的观察者.一个传感器网络可以有多个观察者.一个观察者也可以是多个传感器网络的用户.观察者可以主动地查询或收集传感器网络的感知信息,也可以被动地接收传感器网络发布的信息.观察者将对感知信息进行观察、分析、挖李建中等:传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展1719掘、制定决策,或对感知对象采取相应的行动.感知对象是观察者感兴趣的监测目标,也是传感器网络的感知对象,如坦克、军队、动物、有害气体等.感知对象一般通过表示物理现象、化学现象或其他现象的数字量来表征,如温度、湿度等.一个传感器网络可以感知网络分布区域内的多个对象.一个对象也可以被多个传感器网络所感知.图2给出了一个典型的传感器网络的结构.这个网络由传感器节点、接收发送器(sink)、Internet或通信卫星、任务管理节点等部分构成[2].传感器节点散布在指定的感知区域内,每个节点都可以收集数据,并通过“多跳”路由方式把数据传送到Sink.Sink也可以用同样的方式将信息发送给各节点.Sink直接与Internet或通信卫星相连,通过Internet或通信卫星实现任务管理节点(即观察者)与传感器之间的通信.图3给出了另一种传感器网络的结构[3].在这种传感器网络中,数据通过基站转送到有线网络.网络节点分为3类:基站节点(base station nodes)、固定节点(fixed node)和应用节点(application node).基站节点担任无线传感器网络和有线网络的网关.固定节点通过多跳路由方式与基站进行数据通信.应用节点是可移动或者固定的节点.1.2 传感器网络的特点与挑战传感器网络除了具有Ad Hoc网络的移动性、断接性、电源能力局限等共同特征以外,还具有很多其他鲜明的特点.这些特点向我们提出了一系列挑战性问题:(1) 通信能力有限.传感器网络的传感器的通信带宽窄而且经常变化,通信覆盖范围只有几十到几百米.传感器之间的通信断接频繁,经常导致通信失败.由于传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响,传感器可能会长时间脱离网络,离线工作.如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输,是我们面临的挑战之一.(2) 电源能量有限.传感器的电源能量极其有限.网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效或废弃.电1720 Journal of Software软件学报 2003,14(10)源能量约束是阻碍传感器网络应用的严重问题.商品化的无线发送接收器电源远远不能满足传感器网络的需要.传感器传输信息要比执行计算更消耗电能.传感器传输1位信息所需要的电能足以执行3 000条计算指令.如何在网络工作过程中节省能源,最大化网络的生命周期,是我们面临的第2个挑战.(3) 计算能力有限.传感器网络中的传感器都具有嵌入式处理器和存储器.这些传感器都具有计算能力,可以完成一些信息处理工作.但是,由于嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限,传感器的计算能力十分有限.如何使用大量具有有限计算能力的传感器进行协作分布式信息处理,是我们面临的第3个挑战.(4) 传感器数量大、分布范围广.传感器网络中传感器节点密集,数量巨大,可能达到几百、几千万,甚至更多.此外,传感器网络可以分布在很广泛的地理区域.传感器的数量与用户数量比通常也非常大.传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护,传感器网络的软、硬件必须具有高强壮性和容错性.这是我们面临的第4个挑战.(5) 网络动态性强.传感器网络具有很强的动态性.网络中的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性,并且经常有新节点加入或已有节点失效.因此,网络的拓扑结构动态变化,传感器、感知对象和观察者三者之间的路径也随之变化.传感器网络必须具有可重构和自调整性.这是我们面临的第5个挑战.(6) 大规模分布式触发器.很多传感器网络需要对感知对象进行控制,如温度控制.这样,很多传感器具有回控装置和控制软件.我们称回控装置和控制软件为触发器.成千上万的动态触发器的管理是我们面临的第6个挑战.(7) 感知数据流巨大.传感器网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据,并具有实时性.每个传感器仅仅具有有限的计算资源,难以处理巨大的实时数据流.我们需要研究强有力的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法.这是我们面临的第7个挑战.1.3 传感器网络的性能评价传感器网络的性能直接影响其可用性,至关重要.如何评价一个传感器网络的性能是一个需要深入研究的问题.下面,我们讨论几个评价传感器网络性能的标准.这些标准还没有达到实用的程度,需要进一步地模型化和量化.(1) 能源有效性.传感器网络的能源有效性是指该网络在有限的能源条件下能够处理的请求数量.能源有效性是传感器网络的重要性能指标.到目前为止,传感器网络的能源有效性还没有被模型化和量化,还不具有有被普遍接受的标准,需要进行深入研究.(2) 生命周期.传感器网络的生命周期是指从网络启动到不能为观察者提供需要的信息为止所持续的时间.影响传感器网络生命周期的因素很多,既包括硬件因素也包括软件因素,需要进行深入研究.在设计传感器网络的软、硬件时,我们必须充分考虑能源有效性,最大化网络的生命周期.(3) 时间延迟.传感器网络的延迟时间是指当观察者发出请求到其接收到回答信息所需要的时间.影响传感器网络时间延迟的因素也有很多.时间延迟与应用密切相关,直接影响传感器网络的可用性和应用范围.目前的相关研究还很少,需要进行深入研究.(4) 感知精度.传感器网络的感知精度是指观察者接收到的感知信息的精度.传感器的精度、信息处理方法、网络通信协议等都对感知精度有所影响.感知精度、时间延迟和能量消耗之间具有密切的关系.在传感器网络设计中,我们需要权衡三者的得失,使系统能在最小能源开销条件下最大限度地提高感知精度、降低时间延迟.(5) 可扩展性.传感器网络可扩展性表现在传感器数量、网络覆盖区域、生命周期、时间延迟、感知精度等方面的可扩展极限.给定可扩展性级别,传感器网络必须提供支持该可扩展性级别的机制和方法.目前不存在可扩展性的精确描述和标准,还需要进一步的深入研究.(6) 容错性.传感器网络中的传感器经常会由于周围环境或电源耗尽等原因而失效.由于环境或其他原因,物理地维护或替换失效传感器常常是十分困难或不可能的.这样,传感器网络的软、硬件必须具有很强的容错性,以保证系统具有高强壮性.当网络的软、硬件出现故障时,系统能够通过自动调整或自动重构纠正错误,保证李建中等:传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展1721网络正常工作.传感器网络容错性需要进一步地模型化和定量化.容错性和能源有效性之间存在着密切关系.我们在设计传感器网络时,需要权衡两者的利弊.上述6个传感器网络的性能指标不仅是评价传感器网络的标准,也是传感器网络设计的优化目标.为了达到这些目标的优化,我们有大量的研究工作需要完成.1.4 数据管理与处理是传感器网络的核心技术基于传感器网络的任何应用系统都离不开感知数据的管理和处理技术.不言而喻,感知网数据管理和处理技术是确定感知网可用性和有效性的关键技术,关系到感知网的成败.对于观察者来说,传感器网络的核心是感知数据,而不是网络硬件.观察者感兴趣的是传感器产生的数据,而不是传感器本身.观察者不会提出这样的查询:“从A节点到B节点的连接是如何实现的?”,他们经常会提出如下的查询:“网络覆盖区域中哪些地区出现毒气?”.在传感器网络中,传感器节点不需要地址之类的标识.观察者不会提出查询:“地址为27的传感器的温度是多少?”,他们感兴趣的查询是,“某个地理位置的温度是多少?”.综上所述,传感器网络是一种以数据为中心的网络.以数据为中心的传感器网络的基本思想是,把传感器视为感知数据流或感知数据源,把传感器网络视为感知数据空间或感知数据库,把数据管理和处理作为网络的应用目标.传感器网络以数据为中心的特点使得其设计方法不同于其他计算机网络(包括Internet).传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心,把数据库技术和网络技术紧密结合,从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统,为用户或观察者提供一个有效的感知数据空间或感知数据库管理和处理系统,使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理.感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的传感器网络的核心技术.感知数据管理与处理技术包括感知网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术.传感器网络的各种实现技术必须与这些技术密切结合,融为一体,而不是像目前其他网络设计那样分而治之.只有这样,我们才能够设计实现高效率的以数据为中心的传感器网络系统.显然,感知数据管理和处理技术的研究是一项实现高效率传感器网络的重要和关键的任务.遗憾的是,到目前为止,感知数据管理和处理技术的研究还不多,还有大量的问题需要解决.感知数据管理与处理技术的研究是数据库界面临的新任务和新挑战,也为数据库界提供了新机遇.2 传感器网络的研究问题在讨论传感器网络的研究问题之前,我们需要介绍一下传感器网络的功能结构.由于传感器网络的设计一般都面向应用,我们很难在比较详细的级别上给出它的功能结构.在此,我们在一个比较抽象的级别上讨论传感器网络的功能结构,如图4所示.基础层以传感器集合为核心,包括每个传感器的软、硬件资源,如感知器件、嵌入式处理器与存储器、通信器件、嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等.基础层的功能包括监测感知对象、采集感知对象的信息、传输发布感知信息以及初步的信息处理.网络层以通信网络为核心,实现传感器与传感器、传感器与观察者之间的通信,支持多传感器协作完成大型感知任务.网络层包括通信网络、支持网络通信的各种协议和软、硬件资源.数据管理与处理层以传感器数据管理与处理软件为核心,包括支持感知数据的采集、存储、查询、分析、挖掘等各种数据管理和分析处理软件系统,有效地支持感知数据的存储、查询、分析和挖掘,为用户决策提供有效的支持.1722 Journal of Software软件学报 2003,14(10)应用开发环境层为用户能够在基础层、网络层和数据管理与处理层的基础上开发各种传感器网络应用软件提供有效的软件开发环境和软件工具.应用层由各种传感器网络应用软件系统构成.下面,我们以如图4所示的传感器网络功能结构为主线,讨论有关传感器网络的研究问题. 2.1 基础层研究问题基础层研究问题的核心是传感器软、硬件技术的研究,主要包括:新传感器概念、理论和技术的研究;新型传感器材料和新型传感器装置的研究,如化学物质感知材料和装置、生物物质感知材料和装置等;恶劣环境下可操作的传感器技术的研究;把多个传感器、计算部件、行为部件集成为一个单集成电路片的微型传感器技术的研究;增强传感器计算能力、感知能力和感知精度的研究;提高传感器强壮性和容错性的研究;缩小传感器体积和重量的研究;传感器电源技术的研究;模拟技术和工具的研究;传感器自校准和自测试技术的研究;传感器制造和封装技术的研究;适应于传感器的嵌入式容错操作系统、嵌入式容错信号处理、嵌入式容错数据库等嵌入式软件系统的研究.2.2 网络层研究问题网络层主要研究传感器网络通信协议和各种传感器网络技术.传感器通信网络协议第1方面的研究是通过分析模拟,研究现有通信协议的性能,确定各种现有协议对于传感器网络的可用性及其优缺点.传感器通信网络协议第2方面的研究是以数据为中心的新的通信协议的研究,包括通用能源有效性路由算法的研究、面向应用的能源有效性路由算法的研究、动态传感器网络的路径重构技术的研究.除了上述两个方面的研究问题,网络层还有很多其他方面的研究问题,如可扩展的强壮传感器网络结构的研究、传感器节点的自适应管理和自适应控制技术的研究、资源受限的传感器网络设计策略和性能优化技术的研究、具有局部信息管理能力的能源极低的传感器节点的设计与管理技术的研究、感知数据处理策略的研究、异构传感器网络技术的研究、传感器网络的安全与认证机制的研究、嵌入与组合系统技术的研究、能源有效的介质存取、错误控制和流量管理技术的研究、移动传感器网络技术的研究、传感器网络的自扩展、自适应和自重构技术的研究、传感器网络中传感器节点协作和分组管理技术的研究、传感器网络中传感器节点能源管理技术的研究、传感器网络拓扑结构管理技术的研究、传感器网络中的时间同步技术的研究、数据分发、融合和信息处理技术的研究、仿真技术与仿真系统的研究等. 2.3 数据管理与处理层研究问题数据管理与处理层提供支持感知数据存储、存取、查询、分析和挖掘的软件工具.因此,该层的研究内容主要包括感知数据管理技术的研究、感知数据查询处理技术的研究、感知数据分析技术的研究、感知数据挖掘技术的研究以及感知数据管理系统的研究.感知数据管理技术的研究主要包括传感器网络和感知数据的模型的研究、感知数据存储技术的研究、感知数据存取方法与索引的研究、元数据管理技术的研究、传感器数据处理策略的研究、面向应用的感知数据管理技术的研究.感知数据查询技术的研究主要包括感知数据查询语言的研究、感知数据操作算法的研究、感知数据查询优化技术的研究、感知数据查询的分布式处理技术的研究.感知数据分析技术的研究主要包括OLAP分析处理技术的研究、统计分析技术的研究以及其他复杂分析技术的研究.感知数据挖掘技术的研究主要包括相关规则等传统类型知识的挖掘、与感知数据相关的新知识模型及其挖掘技术的研究、感知数据的分布式挖掘技术的研究.感知数据管理系统的研究主要包括感知数据管理系统的体系结构和感知数据管理系统的实现技术的研究.李建中等:传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展17232.4 应用开发环境层研究问题应用开发环境层旨在为各种传感器网络应用系统的开发提供有效的软件开发环境和软件工具,需要研究的问题包括:传感器网络程序设计语言的研究;传感器网络程序设计方法学的研究;传感器网络软件开发环境和工具的研究;传感器网络软件测试工具的研究;面向应用的网络和系统服务的研究,如基于属性的编址方法、位置管理和服务发现等;基于感知数据的理解、决策和举动的理论和技术,如智能应用感知数据的决策理论、监测报警的监测和识别技术、基于感知数据的反馈理论、适用于传感器网络应用的新统计算法、抽样理论和监控系统、监控大规模传感器阵列的数学组合系统工具、适用于传感器网络的模式识别和状态估计理论与技术.2.5 应用层研究问题应用层由各种面向应用的软件系统构成.应用层的研究主要是各种传感器网络应用系统的开发,如作战环境侦查与监控系统、军事侦查系统、情报获取系统、战场监测与指挥系统、环境监测系统、交通管理系统、灾难预防系统、危险区域监测系统、有灭绝危险或珍贵动物的跟踪监护系统、民用和工程设施的安全性监测系统、生物医学监测、诊断或治疗系统等.3 传感器网络的研究进展3.1 军事领域的研究进展情况美国陆军2001年提出了“灵巧传感器网络通信”计划,已被批准为2001财政年度的一项科学技术研究计划,并在2001～2005财政年度期间实施.灵巧传感器网络通信的目标是建设一个通用通信基础设施,支援前方部署,将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络,成倍地提高单一传感器的能力,使作战指挥员能更好、更快地作出决策,从而改进未来战斗系统的生存能力.美国陆军近期又确立了“无人值守地面传感器群”项目,其主要目标是使基层部队指挥员具有在他们所希望部署传感器的任何地方灵活地部署传感器的能力.该项目是支持陆军“更广阔视野”的3个项目之一.美国陆军最近还确立了“战场环境侦察与监视系统”项目.该系统是一个智能化传感器网络,可以更为详尽、准确地探测到精确信息,如一些特殊地形地域的特种信息(登陆作战中敌方岸滩的翔实地理特征信息,丛林地带的地面坚硬度、干湿度)等,为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据.它通过“数字化路标”作为传输工具,为各作战平台与单位提供“各取所需”的情报服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃.该系统组由撒布型微传感器网络系统、机载和车载型侦察与探测设备等构成.美国海军最近也确立了“传感器组网系统”研究项目.传感器组网系统的核心是一套实时数据库管理系统.该系统可以利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器信息进行管理,而管理工作只需通过一台专用的商用便携机即可,不需要其他专用设备.该系统以现有的带宽进行通信,并可协调来自地面和空中监视传感器以及太空监视设备的信息.该系统可以部署到各级指挥单位.2002年5月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统.该研究属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环.该系统融检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体.安装在车站的传感器一旦检测到某种有害物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并封锁有关入口等.该系统除了能够在专用管理中心进行监视之外,还可以通过WWW进行远程监视.美国海军最近开展的网状传感器系统CEC(cooperative engagement capability)是一项革命性的技术.CEC 是一个无线网络,其感知数据是原始的雷达数据.该系统适用于舰船或飞机战斗群携带的电脑进行感知数据的处理.每艘战船不但依赖于自己的雷达,还依靠其他战船或者装载CEC的战机来获取感知数据.例如,一艘战船除了从自己的雷达获取数据以外,还从舰船战斗群的20个以上的雷达中获取数据,也可以从鸟瞰战场的战机上获取数据.空中的传感器负责侦察更大范围的低空目标,这些传感器也是网络中重要的一部分.利用这些数据合成图片具有很高的精度.由于CEC可以从多方面探测目标,极大地提高了测量精度.利用CEC数据可以准确地。
无线传感器网络的发展现状和未来趋势
无线传感器网络的发展现状和未来趋势近年来，随着科技的不断进步和物联网的快速发展，无线传感器网络成为了一个备受关注的领域。
无线传感器网络是一种由大量分散部署在一定范围内的传感器节点组成的网络，这些节点能够通过无线通信进行数据的采集和传输，从而实现对周围环境的实时监测与感知。
无线传感器网络的应用涉及农业、环境监测、智能交通、医疗保健等多个领域，对于提高生活质量和工作效率有着重要作用。
目前，无线传感器网络的发展已经取得了一定的进展。
首先，在传感器节点的设计方面，目前主要采用的是微电子技术和无线通信技术相结合的方法。
这不仅实现了传感器节点的小型化和高性能化，同时还大大降低了生产成本，提高了传感器的质量和可靠性。
其次，在网络通信技术方面，由于通信距离、带宽和能源限制等问题的存在，无线传感器网络通信的研究一直备受关注。
当前，研究者们正在致力于改善无线传感器网络的通信能力，以增强网络的鲁棒性和可靠性，并提高数据传输的速度和效率。
未来，无线传感器网络的发展趋势将会朝着以下几个方面发展。
首先，无线传感器网络将更加智能化。
随着人工智能技术的不断进步，无线传感器网络可以通过机器学习和数据分析技术对大量的感知数据进行处理和分析，从而实现对环境的智能感知和分析。
其次，无线传感器网络将更加安全可靠。
由于传感器节点广泛分布，其安全性和可靠性一直是无线传感器网络研究的热点问题。
未来，无线传感器网络将采用更加先进的加密和认证技术，提升网络的安全性和可靠性，以应对各种安全威胁和攻击。
第三，无线传感器网络将更加节能环保。
由于传感器节点的能源供应一直是限制网络寿命和性能的主要因素之一，未来的研究将着重解决能源问题，研发更加高效和环保的能源采集和管理技术。
第四，无线传感器网络将更加多样化。
随着技术的不断创新和应用需求的多样化，未来无线传感器网络的应用将会更加广泛，涉及农业、环境监测、智能交通、医疗保健等多个领域，为人们的生活和工作带来更多便利。
传感器网络技术发展趋势综述
传感器网络技术发展趋势综述近年来，传感器网络技术在各个领域展现出巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）具有信息采集、数据处理、通信传输等多种功能，以其低成本、低功耗、高可靠性等特点，被广泛应用于环境监测、物流管理、智能城市等领域。
本文将就传感器网络技术的发展趋势进行综述，包括物联网的影响、能源管理的挑战、安全与隐私保护、智能化与自适应等方面。
首先，物联网的迅猛发展对传感器网络技术提出了新的要求和挑战。
随着物联网的兴起，各类设备和物体都可以通过传感器与互联网连接，形成庞大的网络。
传感器网络技术将扮演着连接物理世界和虚拟世界的重要桥梁，实现实时数据的采集和处理，从而控制和管理相应的物理对象。
物联网的发展将极大地推动传感器网络技术的进一步发展和应用。
其次，能源管理是传感器网络技术面临的主要挑战之一。
由于传感器节点通常属于分布式布置，其能源往往由小型电池或者能量收集器供应。
因此，如何延长能源寿命，提高能源利用效率成为传感器网络技术发展的重要方向。
目前，研究人员提出了许多节能的方法，如能量收集、能量传输和能量管理等，以满足传感器节点的能源供应需求。
在传感器网络技术的应用过程中，安全与隐私保护问题也是不容忽视的。
传感器网络中涉及到的数据通常具有敏感性和隐私性，例如个人隐私数据、商业机密等，必须得到保护。
传感器网络的开放性和分布式特性使得其容易受到各种攻击，如数据篡改、身份伪造、节点破坏等。
因此，构建安全可靠的传感器网络系统成为了亟待解决的问题，需要采用加密算法、身份认证、安全传输等措施来保护传感器网络的安全。
智能化和自适应是传感器网络技术发展的趋势之一。
传感器网络中的节点通常部署在非常复杂、动态且不可预测的环境中，传感器节点需要具备自主感知、快速响应和自适应能力。
因此，智能化和自适应的研究成为提高传感器网络性能和可靠性的重要手段之一。
研究人员通过引入机器学习、人工智能等技术，将传感器节点赋予智能决策和自主学习的能力，从而提高传感器网络的智能化水平。
信息物理系统中的传感器网络技术研究
信息物理系统中的传感器网络技术研究信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）是一个融合了计算机、物理和网络技术的新型系统，它通过智能传感器网络来感知环境、收集数据、进行分析和控制。
传感器网络技术是信息物理系统的重要组成部分，它可以为系统提供大量有用的信息，并且可以支持多种应用场景，如环境监测、智能交通等。
本文将主要介绍传感器网络技术的研究进展和应用情况。
一、传感器网络技术的基本概念传感器网络（Sensor Networks）是由大量分布式传感器节点组成的网络，可以实现对现实世界中各种物理量的监测和测量。
传感器节点具有自我组织、自我配置、自我修复等特点，能够实时采集、处理和传输数据，为信息物理系统提供关键的实时数据。
传感器网络技术的核心是传感器节点的设计和部署。
传感器节点通常由传感器模块、处理器、存储器和通信模块等组成，同时还需要设计一些能耗优化、数据压缩和网络协议等方面的算法。
传感器节点的布局和部署也是一个重要的问题，需要考虑传感器的稳定性、能耗平衡和覆盖面积等因素。
二、传感器网络技术的研究进展随着信息物理系统的不断发展，传感器网络技术得到了广泛的关注和研究。
以下是一些传感器网络技术的研究进展：（一）低功耗与高效能源管理技术传感器节点的能源消耗是传感器网络系统中的一个重要问题。
传感器网络中的节点数量通常很大，每个节点需要不断地收集环境信息并发送，因此能源的耗费比较大。
为了解决这个问题，研究者们提出了一系列的低功耗和高效能源管理技术，如能量收集技术、能量感知技术、低功耗通信协议等。
（二）网络拓扑结构与路由算法设计传感器网络中的节点数量很多，节点之间需要互相通信、协调和协同工作。
因此，传感器网络需要建立一种合适的网络拓扑结构，同时需要设计一些有效的路由算法。
传感器网络中常用的网络拓扑结构有星型、网状、层次等，常用的路由算法有Dijkstra算法、LEACH算法、SPIN算法等。
传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展
传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展摘要：随着物联网技术的快速发展，传感器网络已成为连接实体世界和数字世界的桥梁，广泛应用于各个领域。
本文通过对传感器网络的概念、问题与进展进行探讨，分析了传感器网络在数据管理方面所面临的挑战，并展望了未来传感器网络数据管理的研究方向。
1. 传感器网络的概念传感器网络是由大量分布式自组织的传感器节点组成的网络，通过传感器节点与传感器节点之间的通信与协作，实现对环境物理量的感知、处理与传输。
传感器网络具有自组织、高密度部署、低能耗等特点，广泛应用于环境监测、智能交通、军事侦察等领域。
2. 传感器网络数据管理的问题2.1 数据收集与传输问题传感器网络中的传感器节点通过感知环境物理量并将数据传输给基站或其他节点。
数据收集与传输是传感器网络数据管理中的关键问题，会受到传感器节点能耗、信道容量以及网络拓扑结构等因素的影响。
2.2 数据处理与存储问题传感器网络中的数据通常具有海量、分布式和实时等特点，需要进行实时的处理和存储。
传感器网络数据的处理和存储问题包括数据质量保证、数据压缩与融合、数据索引与查询等方面。
2.3 数据安全与隐私问题传感器网络中的数据通常涉及到个人隐私和商业机密等敏感信息，因此数据安全和隐私保护是传感器网络数据管理中的重要问题。
保证数据的安全性和隐私性，防止数据被未经授权的第三方访问和篡改，是传感器网络数据管理中亟待解决的问题。
3. 传感器网络数据管理的进展3.1 数据收集与传输技术进展近年来，随着无线通信技术的发展，传感器网络数据收集与传输技术得到了较大的改进。
例如，通过使用多跳通信技术，可以实现节点之间的灵活通信，提高网络的覆盖范围和可靠性。
3.2 数据处理与存储技术进展在数据处理与存储方面，传感器网络数据管理也取得了一些重要进展。
例如，数据压缩与融合技术可以大幅度减少传输数据量，提高网络的利用率。
同时，分布式存储和处理技术可以有效地处理和存储大规模的传感器网络数据。
无线传感器网络中的数据管理与处理
无线传感器网络中的数据管理与处理随着科技的不断发展，无线传感器网络已经成为了许多重要应用领域的关键技术。
该技术可用于环境监测、物流管理、智能交通等诸多领域。
在这些应用领域中，大量的传感器节点被部署在环境中，这些节点以分散的方式通过一定的通信手段相互连接起来，构成一个无线传感器网络。
由于这些传感器节点具备自主采集、处理和传输数据的能力，因此，无线传感器网络对数据管理与处理提出了高要求。
一、无线传感器网络中的数据采集在无线传感器网络中，数据采集是最基本和重要的任务之一。
在数据采集过程中，即便只有一个传感器节点出现了问题，数据的准确性和完整性都会受到严重的影响。
为了解决这个问题，无线传感器节点需要采用一些高度可靠的数据处理和传输协议，包括时间同步、数据传输机制、能量管理等，以确保数据采集的准确性和完整性。
二、无线传感器网络中的数据处理在无线传感器网络中，大量的传感器节点在时刻采集着环境中各种各样的信息。
然而，在数据量极大、不一致和含有随机误差等问题存在的情况下，通过对这些数据进行可靠和有效的处理是一项非常困难的任务。
针对这个问题，无线传感器网络需要采用一些数据处理技术，包括数据压缩、数据融合、数据再生等，以减少数据传输量、优化数据质量和节约传感器节点的能量消耗。
三、无线传感器网络中的数据管理在无线传感器网络中，数据管理是确保系统可靠性和可用性的关键因素之一。
由于大量的传感器节点会产生海量数据，这些数据需要被有效存储、管理和查询。
为了实现高效的数据管理，在无线传感器网络中需要使用一些高效的数据管理技术，包括数据存储、数据索引、数据管理等，以提高数据存储和管理效率，并支持快速检索、追踪和查询。
四、无线传感器网络中的数据安全在无线传感器网络中，数据安全始终是一项重要的问题。
由于数据流量非常大、传输路径复杂，如何确保传输数据的保密性、完整性和可靠性是网络设计者需要面对的重要问题。
为了解决这个问题，无线传感器网络需要采用一些安全性强的数据传输和处理协议，包括数据加密、数据签名、访问控制等，以防止数据被篡改、泄露或者被恶意攻击。
传感器网络中的数据质量管理综述
传感器网络中的数据质量管理综述随着互联网和物联网的发展，传感器网络技术逐渐成为了数据采集、时空信息管理和智能决策的重要手段。
然而，传感器数据采集的高复杂性和高容错性，也使传感器网络中的数据质量管理面临着诸多挑战。
本文将从传感器网络的特点、数据质量评估标准、基于数据质量的任务调度和资源管理四方面进行阐述。
一、传感器网络的特点传感器网络是一种分布式的动态系统，主要由传感器、中心节点、通信网络和应用系统组成。
传感器节点是具有感知、处理和通信能力的微型设备，能实时采集环境数据，并通过有限的带宽将数据传输给中心节点或其他节点。
中心节点是传感器网络的核心，负责节点管理、数据聚合和决策执行。
通信网络是传感器网络的基础设施，节点之间通过这个网络进行数据传输和通信。
应用系统是传感器网络的最终目的地，主要用来实现对数据的分析、利用和应用。
传感器网络的特点主要表现在以下几个方面：1）网络规模巨大、节点数量庞大：由于传感器网络涉及的数据范围广泛，每个监测对象都可能配备一个传感器节点，因此网络规模非常庞大；2）节点部署灵活多样、结构复杂：传感器网络节点可以随时增加、减少或部署位置进行改变，这使得网络的结构比较复杂；3）信息众多、数据强时变性：传感器网络从环境中获取信息的速度非常快，采集到的数据质量也非常高，但由于监测对象的环境受多种因素影响而产生较强的时变性。
二、数据质量评估标准传感器节点中采集的数据质量直接影响到后续数据分析和应用的有效性，因此需要对传感器网络中的数据进行质量评估。
目前，对数据质量的评估主要使用以下四种标准：1）数据准确性：数据准确性是衡量一条数据与真实值之间误差的大小。
当数据准确度较高时，所采集的数据能够准确地反映所监视对象的状态，对后续的数据分析和应用非常有用。
在传感器网络中，通过对数据采集时间、数据聚合和存储策略的优化，可以提高数据准确性。
2）数据完整性：数据完整性是指所采集数据所包含的信息是否完整，数据中是否漏掉了关键的信息。
无线传感器网络中的数据管理技术研究
无线传感器网络中的数据管理技术研究一、引言随着无线传感器网络的不断发展，数据管理已经成为了其重要的研究方向之一。
无线传感器网络拥有规模大、分布广、通信能力有限、能源受限等一系列特点，因此如何有效地管理网络中的数据成为了无线传感器网络中的一项重要挑战。
二、无线传感器网络中的数据管理技术1.传感器节点配对技术无线传感器网络中的节点通常被部署在广大的地理空间中，且节点之间的距离较远。
因此，节点之间的通信会受到很大的影响，甚至出现信号丢失。
传感器节点配对技术能够有效的解决信号衰减带来的问题，提高数据传输的可靠性。
对于配对技术，目前广泛使用的是RSSI（Received Signal Strength Indicator）定位技术，该技术可以通过计算节点之间的距离，预测信号的强度，从而实现数据交换。
2.数据分类技术无线传感器网络中的节点具有一个特点，就是其生产数据的类型和格式五花八门。
为了能够更快速、更高效地管理数据，需要对数据进行分类处理。
数据分类技术包括两个方面：一是通过将数据进行标签化的方式，对数据进行分类；二是通过数据挖掘的方式，对数据进行分类。
无论哪种方式，都可以更好地实现数据的管理和维护。
3.数据挖掘技术当数据被收集到无线传感器网络中后，通常会有大量的数据需要被保存，并且需要对这些数据进行分析和处理，以提取出其中更有用的信息。
这时，数据挖掘技术就显得尤为重要了。
数据挖掘技术可以通过对不同类型的数据进行学习和分析，进而找出其之间的关系。
这些关系可以用于预测未来的数据趋势和为决策提供更多的支持。
4.数据存储技术传感器节点中产生的数据量庞大，需要有效的存储和管理。
数据存储技术的设计必须考虑到传感器节点的存储容量、磨损、能耗等要素，并且需要与数据分类、数据挖掘等技术相配合，才能更加有效地管理数据。
对于数据存储技术，云计算、虚拟化和分布式存储等技术近年来得到了广泛的应用。
三、结论无线传感器网络中的数据管理技术的研究和发展，对于无线传感器网络的发展和应用具有重要的意义。
传感器网络中数据管理与处理研究
传感器网络中数据管理与处理研究一、引言在传感器网络中，数据管理和处理是非常重要的环节。
传感器网络具有大量的数据节点和数据流，这些数据需要经过管理和处理才能发挥作用。
数据管理和处理的质量关系到传感器网络的性能和效能。
传统的数据管理和处理方法无法适应传感器网络中的大数据量和高频率，因此需要专门的数据管理和处理技术。
二、传感器网络数据管理传感器网络中的数据管理包括数据采集、数据传输、数据存储、数据查询和数据备份等过程。
1. 数据采集数据采集是传感器网络中最基础的环节。
数据采集要求传感器节点能够准确地采集数据，并将数据传递到数据处理中心。
数据采集不仅涉及传感器节点的硬件设计，还需要考虑节点与节点之间的数据传输和协调问题。
2. 数据传输传感器网络中的数据传输受到多种因素的影响，包括传输距离、传输速率、传输能耗和传输可靠性等。
数据传输需要保证数据的高效率和准确性，并且要尽量减少数据传输的延迟。
一般采用无线传感器网络进行数据传输。
3. 数据存储传感器网络中的数据存储需要考虑存储节点的容量和数据访问的速度。
数据存储还需要考虑数据安全和数据备份等问题。
为了提高数据存储的效率，常常采用分布式存储技术。
4. 数据查询数据查询是指利用传感器网络中的数据进行查询和分析。
数据查询需要通过数据查询语言或者查询接口进行操作，并且要能够支持复杂的查询和统计分析操作。
5. 数据备份为了避免数据丢失或者数据损坏，传感器网络中的数据备份是必须的。
数据备份需要注意备份策略和备份时间，并且要保证备份数据的安全性和可靠性。
三、传感器网络数据处理传感器网络中的数据处理包括数据清洗、数据融合、数据挖掘和数据分析等过程。
1. 数据清洗传感器网络中采集到的数据可能存在各种各样的噪声和异常值，需要进行数据清洗。
数据清洗目的是提高数据质量和精度，并且减少数据挖掘和分析的误差。
2. 数据融合数据融合是指将多个数据源中的数据进行整合和合并。
数据融合要求不同数据源中的数据能够进行配准，然后进行融合。
无线传感器网络技术的发展与应用
无线传感器网络技术的发展与应用近年来，随着科技的不断进步，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）技术逐渐得到广泛关注和应用。
它作为一种集传感器、通信和信息处理于一体的技术，已经在各个领域发挥了重要作用。
本文将从无线传感器网络技术的定义、发展历程以及应用领域等方面进行论述。
一、无线传感器网络技术的定义无线传感器网络技术是一种多传感器系统，由大量分布在感兴趣区域内的无线传感器节点组成，在无线通信和自组织的基础上实现信息的采集、传输和处理。
它可以对环境和事件进行实时感知，并将数据通过网络传输给监控中心或其他终端设备进行分析和应用。
二、无线传感器网络技术的发展历程无线传感器网络技术起源于20世纪80年代初期，当时主要应用于军事领域。
随着计算机技术和通信技术的快速发展，无线传感器网络技术得以迅速发展。
1999年，加州大学伯克利分校的Kris Pister教授提出了微型无线传感器网络（Mote），并在2001年发布了MICA2平台，标志着无线传感器网络技术正式步入实用化阶段。
此后，无线传感器网络技术在农业、环境监测、智能交通、医疗卫生等领域得到广泛应用。
三、无线传感器网络技术的应用领域1. 农业领域无线传感器网络技术在农业领域的应用主要包括土壤湿度监测、气象状况监测、农作物生长监测等。
通过布置传感器节点，在农田内实时监测土壤湿度和气象信息，农民可以根据实际情况科学灌溉和管理农作物，提高农业生产效率。
2. 环境监测领域无线传感器网络技术在环境监测领域的应用主要包括空气质量监测、水质监测、噪声监测等。
通过布置传感器节点，实时监测环境中的各项指标，并将数据传输给监控中心，有助于及时发现和处理环境污染问题，保护生态环境。
3. 智能交通领域无线传感器网络技术在智能交通领域的应用主要包括交通流监测、路况预测、车辆定位等。
通过布置传感器节点，实时监测道路上的车流量和交通状况，提供给驾驶员和交通管理部门实时的交通信息，有助于减少交通拥堵、提高交通运行效率。
无线传感器网络中的数据管理与存储技术研究与优化
无线传感器网络中的数据管理与存储技术研究与优化随着物联网的迅猛发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为物联网的重要组成部分，被广泛应用于各个领域。
在无线传感器网络中，传感器节点通过感知环境中的信息，并将采集到的数据传输给基站或其他节点。
然而，由于无线传感器节点资源受限，如能量、计算能力和存储容量有限，数据管理与存储成为无线传感器网络中的重要问题。
一、数据管理技术的研究与优化在无线传感器网络中，数据管理技术主要包括数据采集、数据传输、数据存储和数据查询等方面。
数据采集是指传感器节点对环境中的信息进行感知和采集，传感器节点通过传感器设备获取环境数据，并将其传输给其他节点或基站。
数据传输是指传感器节点将采集到的数据通过无线通信方式传输给其他节点或基站。
数据存储是指传感器节点对采集到的数据进行存储，以备后续的数据查询和分析。
数据查询是指用户或其他节点对存储在传感器节点中的数据进行查询和分析。
为了有效管理和存储传感器节点采集到的数据，研究人员提出了许多优化方法。
其中，数据压缩和数据聚合是常用的优化技术。
数据压缩通过对采集到的数据进行压缩处理，减少数据的存储空间和传输开销。
数据聚合是指将多个传感器节点采集到的相似数据进行合并，减少数据冗余和传输开销。
此外，还有一些数据管理技术，如数据分布式存储、数据缓存和数据索引等，也可以提高数据管理效率和存储容量利用率。
二、数据存储技术的研究与优化在无线传感器网络中，传感器节点的存储容量有限，如何有效地管理和存储采集到的数据成为一个挑战。
研究人员通过优化数据存储技术，提高存储容量利用率和数据存取效率。
一种常用的数据存储技术是基于事件触发的存储机制。
在这种机制下，传感器节点只存储与特定事件相关的数据，而忽略其他无关的数据。
通过对数据进行筛选和过滤，可以减少存储开销和网络传输开销。
另外，还有一些数据压缩和数据编码技术，可以进一步减少存储空间和传输开销。
传感器网络中的数据管理与维护
传感器网络中的数据管理与维护近年来，传感器网络在工业、城市管理、农业、医疗等多个领域得到广泛应用，它可以实现对环境、物体、人体等的实时监测和精准控制。
传感器网络的应用需要大量数据的支撑，而数据管理与维护是传感器网络成功应用的关键因素之一。
一、传感器网络数据采集传感器是传感器网络的核心设备，可以收集物理参数、化学参数、电子参数等，将这些参数转换为数字信号，并传输到中心节点。
传感器网络的数据采集需要考虑数据稳定性、精度、传输量等多方面因素。
数据采集的稳定性是指传感器的数据采集能力是否稳定可靠，数据采集的精度是指传感器数据是否准确，传输量是指传感器数据的数量。
在传感器网络应用的过程中，数据采集过程的质量直接影响到后续数据处理的质量，因此传感器网络数据采集不仅需要采用稳定可靠的传感器，还需要对数据采集过程进行精细化控制，避免因为人为干扰等因素对数据采集造成影响。
二、传感器网络数据处理传感器网络数据处理包括数据清洗、数据融合、数据分析、数据挖掘等环节。
其中，数据清洗是传感器网络数据处理的第一步，用于剔除采集异常值、重复值、错误值等无用数据，保留有效数据。
数据清洗实现过程需要充分理解传感器网络的原理和数据采集过程，避免误把有效数据清洗掉的情况。
数据融合是指将采集的传感器数据进行集成处理，以形成对环境、物体、人体等的全方位、多维度的描述。
数据融合最终目的是解决多传感器数据协调和转换问题，从而实现高度覆盖的数据面。
数据分析和挖掘是传感器数据处理的重要环节。
数据分析的目的是提取数据的特征和规律，从而为后续的应用和决策提供依据。
数据挖掘则是采用各种算法和工具来发掘，挖掘出隐藏在海量数据背后的关联规律、潜在知识和信息。
数据处理需要考虑数据准确性、处理速度、安全性、可持续性等多个方面的因素，尤其是在大数据环境下，处理速度和准确性成为影响数据处理效率和效果的重要因素。
三、传感器网络数据存储与传输传感器网络的数据存储与传输是实现传感器网络应用的另一个关键方面。
008065传感器网络数据管理
传感器网络数据管理李建中 高 宏 石胜飞哈尔滨工业大学关键词：查询处理技术 无线传感器网络引言随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。
由这些微型传感器构成的无线传感器网络引起了人们的极大关注。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽准确的信息，传送到需要这些信息的用户。
由于无线传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实可靠的信息，因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业和反恐抗灾等领域。
传感器网络是信息感知和采集领域的一场革命，在新一代网络中具有关键作用。
美国《商业周刊》认为，传感器网络是全球未来四大高技术产业之一，是21世纪世界最具有影响力的21项技术之一。
美国麻省理工学院(MIT)《新技术评论》认为，传感器网络是改变世界的十大新技术之一。
传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。
传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。
从2000年起，国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道。
然而，目前的研究结果还比较初步，主要是通过对传统技术的简单改造来初步适应无线传感网络快速发展的需要。
虽然也提出了一些新的技术，但多数还处于概念化阶段，距离实际应用还有很大距离。
因此，无线传感器网络技术对于我国是一个新机遇。
如果我国迅速开展无线传感器网络技术的研究，有希望在无线传感网络的理论、方法和技术方面达到国际先进水平，为我国在未来几年内建立无线传感网络产业打下坚实的基础，为我国信息产业的跨越式发展在核心技术方面提供支持。
传感器网络是以数据为中心的网络，其目的是感知、获取、传输感知数据，回答观察者对物理世界的查询。
传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展
传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展
李建中;李金宝;石胜飞
【期刊名称】《软件学报》
【年(卷),期】2003(014)010
【摘要】传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到这些信息的用户.传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视.介绍了传感器网络及其数据管理的概念和特点,探讨了传感器网络及其数据管理的研究问题,并综述了传感器网络及其数据管理的研究现状.
【总页数】11页(P1717-1727)
【作者】李建中;李金宝;石胜飞
【作者单位】哈尔滨工业大学,计算机科学与技术学院,黑龙江,哈尔滨,150001;黑龙江大学,计算机科学技术学院,黑龙江,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学,计算机科学与技术学院,黑龙江,哈尔滨,150001;黑龙江大学,计算机科学技术学院,黑龙江,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学,计算机科学与技术学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.无线传感器网络能量空洞问题研究进展 [J], 胥楚贵;邓晓衡
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V ol.14, No.10 ©2003 Journal of Software 软 件 学 报 1000-9825/2003/14(10)1717 传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展∗ 李建中1,2+, 李金宝1,2, 石胜飞11(哈尔滨工业大学 计算机科学与技术学院,黑龙江 哈尔滨 150001) 2(黑龙江大学 计算机科学技术学院,黑龙江 哈尔滨 150080)Concepts, Issues and Advance of Sensor Networks and Data Management of Sensor NetworksLI Jian-Zhong 1,2+, LI Jin-Bao 1,2, SHI Sheng-Fei 11(School of Computer Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) 2(School of Computer Science and Technology, Heilongjiang University, Harbin 150080, China)+ Corresponding author: Phn: 86-451-86415827, Fax: 86-451-86415827, E-mail: lijzh@Received 2003-01-26; Accepted 2003-03-06Li JZ, Li JB, Shi SF. Concepts, issues and advance of sensor networks and data management of sensor networks. Journal of Software , 2003,14(10):1717~1727. /1000-9825/14/1717.htmAbstract : Sensor networks are integration of sensor techniques, nested computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication techniques. They can be used for testing, sensing, collecting and processing information of monitored objects and transferring the processed information to users. Sensor network is a new research area of computer science and technology and has a wide application future. Both academia and industries are very interested in it. The concepts and characteristics of the sensor networks and the data in the networks are introduced, and the issues of the sensor networks and the data management of sensor networks are discussed. The advance of the research on sensor networks and the data management of sensor networks are also presented.Key words : sensor; sensor network; data in sensor network; data management of sensor network摘 要: 传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到这些信息的用户.传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视.介绍了传感器网络及其数据管理的概念和特点,探讨了传感器网络及其数据管理的研究问题,并综述了传感器网络及其数据管理的研究现状.关键词: 传感器;传感器网络;传感器网络数据;传感器网络数据管理中图法分类号: TP393 文献标识码: A∗ 第一作者简介: 李建中(1950－),男,黑龙江哈尔滨人,教授,博士生导师,主要研究领域为数据库,并行计算.1718 Journal of Software软件学报2003,14(10)随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现.由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注.这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户.例如,传感器网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息,如丛林地带的地面坚硬度、干湿度等,为制定作战方案提供可靠的信息.传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息.因此,这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域.传感器网络是信息感知和采集的一场革命.传感器网络作为一个全新的研究领域,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题.由于传感器网络的巨大应用价值,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注.美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划,投资34 000 000美元,支持相关基础理论的研究.美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视,在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目.美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作.传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期.从2000年起,国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道.但是,这些研究成果处于起步阶段,距离实际需求还相差甚远.我国在传感器网络方面的研究工作还很少.目前,哈尔滨工业大学和黑龙江大学已经开始了该领域的研究工作.一言以蔽之,传感器网络的研究任重而道远.本文将分别介绍传感器网络及其数据管理的概念和特点、需要研究的问题以及目前的研究进展情况.1 传感器网络1.1 传感器网络的概念我们可以如下定义传感器网络:传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的有线或无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者[1].从上述定义可以看到,传感器、感知对象和观察者是传感器网络的3个基本要素;有线或无线网络是传感器之间、传感器与观察者之间的通信方式,用于在传感器与观察者之间建立通信路径;协作地感知、采集、处理、发布感知信息是传感器网络的基本功能.一组功能有限的传感器协作地完成大的感知任务是传感器网络的重要特点.传感器网络中的部分或全部节点可以移动.传感器网络的拓扑结构也会随着节点的移动而不断地动态变化.节点间以Ad Hoc方式进行通信,每个节点都可以充当路由器的角色,并且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力.下面,我们详细地来讨论传感器、感知对象和观察者.传感器由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件这几部分构成,如图1所示[2].电源为传感器提供正常工作所必需的能源.感知部件用于感知、获取外界的信息,并将其转换为数字信号.处理部件负责协调节点各部分的工作,如对感知部件获取的信息进行必要的处理、保存,控制感知部件和电源的工作模式等.通信部件负责与其他传感器或观察者的通信.软件则为传感器提供必要的软件支持,如嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等.观察者是传感器网络的用户,是感知信息的接受和应用者.观察者可以是人,也可以是计算机或其他设备.例如,军队指挥官可以是传感器网络的观察者;一个由飞机携带的移动计算机也可以是传感器网络的观察者.一个传感器网络可以有多个观察者.一个观察者也可以是多个传感器网络的用户.观察者可以主动地查询或收集传感器网络的感知信息,也可以被动地接收传感器网络发布的信息.观察者将对感知信息进行观察、分析、挖李建中 等:传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展1719掘、制定决策,或对感知对象采取相应的行动. 感知对象是观察者感兴趣的监测目标,也是传感器网络的感知对象,如坦克、军队、动物、有害气体等.感知对象一般通过表示物理现象、化学现象或其他现象的数字量来表征,如温度、湿度等.一个传感器网络可以感知网络分布区域内的多个对象.一个对象也可以被多个传感器网络所感知.Fig.1 Picture of a sensor图1 传感器示意图图2给出了一个典型的传感器网络的结构.这个网络由传感器节点、接收发送器(sink)、Internet 或通信卫星、任务管理节点等部分构成[2].传感器节点散布在指定的感知区域内,每个节点都可以收集数据,并通过“多跳”路由方式把数据传送到Sink.Sink 也可以用同样的方式将信息发送给各节点.Sink 直接与Internet 或通信卫星相连,通过Internet 或通信卫星实现任务管理节点(即观察者)与传感器之间的通信.图3给出了另一种传感器网络的结构[3].在这种传感器网络中,数据通过基站转送到有线网络.网络节点分为3类:基站节点(base station nodes)、固定节点(fixed node)和应用节点(application node).基站节点担任无线传感器网络和有线网络的网关.固定节点通过多跳路由方式与基站进行数据通信.应用节点是可移动或者固定的节点.Remote usersRemote database Application node Network node Base stationFig.2 Structure of a typical sensor network图2 一个典型的传感器网络的结构Fig.3 Structure of another sensor network 图3 另一种传感器网络的结构1.2 传感器网络的特点与挑战 传感器网络除了具有Ad Hoc 网络的移动性、断接性、电源能力局限等共同特征以外,还具有很多其他鲜明的特点.这些特点向我们提出了一系列挑战性问题:(1) 通信能力有限.传感器网络的传感器的通信带宽窄而且经常变化,通信覆盖范围只有几十到几百米.传感器之间的通信断接频繁,经常导致通信失败.由于传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响,传感器可能会长时间脱离网络,离线工作.如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输,是我们面临的挑战之一.(2) 电源能量有限.传感器的电源能量极其有限.网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效或废弃.电源能量约束是阻碍传感器网络应用的严重问题.商品化的无线发送接收器电源远远不能满足传感器网络的需1720 Journal of Software软件学报2003,14(10)要.传感器传输信息要比执行计算更消耗电能.传感器传输1位信息所需要的电能足以执行3 000条计算指令.如何在网络工作过程中节省能源,最大化网络的生命周期,是我们面临的第2个挑战.(3) 计算能力有限.传感器网络中的传感器都具有嵌入式处理器和存储器.这些传感器都具有计算能力,可以完成一些信息处理工作.但是,由于嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限,传感器的计算能力十分有限.如何使用大量具有有限计算能力的传感器进行协作分布式信息处理,是我们面临的第3个挑战.(4) 传感器数量大、分布范围广.传感器网络中传感器节点密集,数量巨大,可能达到几百、几千万,甚至更多.此外,传感器网络可以分布在很广泛的地理区域.传感器的数量与用户数量比通常也非常大.传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护,传感器网络的软、硬件必须具有高强壮性和容错性.这是我们面临的第4个挑战.(5) 网络动态性强.传感器网络具有很强的动态性.网络中的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性,并且经常有新节点加入或已有节点失效.因此,网络的拓扑结构动态变化,传感器、感知对象和观察者三者之间的路径也随之变化.传感器网络必须具有可重构和自调整性.这是我们面临的第5个挑战.(6) 大规模分布式触发器.很多传感器网络需要对感知对象进行控制,如温度控制.这样,很多传感器具有回控装置和控制软件.我们称回控装置和控制软件为触发器.成千上万的动态触发器的管理是我们面临的第6个挑战.(7) 感知数据流巨大.传感器网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据,并具有实时性.每个传感器仅仅具有有限的计算资源,难以处理巨大的实时数据流.我们需要研究强有力的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法.这是我们面临的第7个挑战.1.3 传感器网络的性能评价传感器网络的性能直接影响其可用性,至关重要.如何评价一个传感器网络的性能是一个需要深入研究的问题.下面,我们讨论几个评价传感器网络性能的标准.这些标准还没有达到实用的程度,需要进一步地模型化和量化.(1) 能源有效性.传感器网络的能源有效性是指该网络在有限的能源条件下能够处理的请求数量.能源有效性是传感器网络的重要性能指标.到目前为止,传感器网络的能源有效性还没有被模型化和量化,还不具有有被普遍接受的标准,需要进行深入研究.(2) 生命周期.传感器网络的生命周期是指从网络启动到不能为观察者提供需要的信息为止所持续的时间.影响传感器网络生命周期的因素很多,既包括硬件因素也包括软件因素,需要进行深入研究.在设计传感器网络的软、硬件时,我们必须充分考虑能源有效性,最大化网络的生命周期.(3) 时间延迟.传感器网络的延迟时间是指当观察者发出请求到其接收到回答信息所需要的时间.影响传感器网络时间延迟的因素也有很多.时间延迟与应用密切相关,直接影响传感器网络的可用性和应用范围.目前的相关研究还很少,需要进行深入研究.(4) 感知精度.传感器网络的感知精度是指观察者接收到的感知信息的精度.传感器的精度、信息处理方法、网络通信协议等都对感知精度有所影响.感知精度、时间延迟和能量消耗之间具有密切的关系.在传感器网络设计中,我们需要权衡三者的得失,使系统能在最小能源开销条件下最大限度地提高感知精度、降低时间延迟.(5) 可扩展性.传感器网络可扩展性表现在传感器数量、网络覆盖区域、生命周期、时间延迟、感知精度等方面的可扩展极限.给定可扩展性级别,传感器网络必须提供支持该可扩展性级别的机制和方法.目前不存在可扩展性的精确描述和标准,还需要进一步的深入研究.(6) 容错性.传感器网络中的传感器经常会由于周围环境或电源耗尽等原因而失效.由于环境或其他原因,物理地维护或替换失效传感器常常是十分困难或不可能的.这样,传感器网络的软、硬件必须具有很强的容错性,以保证系统具有高强壮性.当网络的软、硬件出现故障时,系统能够通过自动调整或自动重构纠正错误,保证网络正常工作.传感器网络容错性需要进一步地模型化和定量化.容错性和能源有效性之间存在着密切关系.我李建中 等:传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展1721们在设计传感器网络时,需要权衡两者的利弊. 上述6个传感器网络的性能指标不仅是评价传感器网络的标准,也是传感器网络设计的优化目标.为了达到这些目标的优化,我们有大量的研究工作需要完成.1.4 数据管理与处理是传感器网络的核心技术基于传感器网络的任何应用系统都离不开感知数据的管理和处理技术.不言而喻,感知网数据管理和处理技术是确定感知网可用性和有效性的关键技术,关系到感知网的成败.对于观察者来说,传感器网络的核心是感知数据,而不是网络硬件.观察者感兴趣的是传感器产生的数据,而不是传感器本身.观察者不会提出这样的查询:“从A 节点到B 节点的连接是如何实现的?”,他们经常会提出如下的查询:“网络覆盖区域中哪些地区出现毒气?”.在传感器网络中,传感器节点不需要地址之类的标识.观察者不会提出查询:“地址为27的传感器的温度是多少?”,他们感兴趣的查询是,“某个地理位置的温度是多少?”.综上所述,传感器网络是一种以数据为中心的网络.以数据为中心的传感器网络的基本思想是,把传感器视为感知数据流或感知数据源,把传感器网络视为感知数据空间或感知数据库,把数据管理和处理作为网络的应用目标.传感器网络以数据为中心的特点使得其设计方法不同于其他计算机网络(包括Internet).传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心,把数据库技术和网络技术紧密结合,从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统,为用户或观察者提供一个有效的感知数据空间或感知数据库管理和处理系统,使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理.感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的传感器网络的核心技术.感知数据管理与处理技术包括感知网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术.传感器网络的各种实现技术必须与这些技术密切结合,融为一体,而不是像目前其他网络设计那样分而治之.只有这样,我们才能够设计实现高效率的以数据为中心的传感器网络系统.显然,感知数据管理和处理技术的研究是一项实现高效率传感器网络的重要和关键的任务.遗憾的是,到目前为止,感知数据管理和处理技术的研究还不多,还有大量的问题需要解决.感知数据管理与处理技术的研究是数据库界面临的新任务和新挑战,也为数据库界提供了新机遇.2 传感器网络的研究问题在讨论传感器网络的研究问题之前,我们需要介绍一下传感器网络的功能结构.由于传感器网络的设计一般都面向应用,我们很难在比较详细的级别上给出它的功能结构.在此,我们在一个比较抽象的级别上讨论传感器网络的功能结构,如图4所示.基础层以传感器集合为核心,包括每个传感器的软、硬件资源,如感知器件、嵌入式处理器与存储器、通信器件、嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等.基础层的功能包括监测感知对象、采集感知对象的信息、传输发布感知信息以及初步的信息处理.Application layer Application development environment layer Network layer Data management and processing layer 网络层以通信网络为核心,实现传感器与传感器、传感器与观察者之间的通信,支持多传感器协作完成大型感知任务.网络层包括通信网络、支持网络通信的各种协议和软、硬件资源. 图4 传感器网络的抽象结构数据管理与处理层以传感器数据管理与处理软件为核心,包括支持感知数据的采集、存储、查询、分析、挖掘等各种数据管理和分析处理软件系统,有效地支持感知数据的存储、查询、分析和挖掘,为用户决策提供有效的支持.应用开发环境层为用户能够在基础层、网络层和数据管理与处理层的基础上开发各种传感器网络应用软1722 Journal of Software软件学报2003,14(10)件提供有效的软件开发环境和软件工具.应用层由各种传感器网络应用软件系统构成.下面,我们以如图4所示的传感器网络功能结构为主线,讨论有关传感器网络的研究问题.2.1 基础层研究问题基础层研究问题的核心是传感器软、硬件技术的研究,主要包括:新传感器概念、理论和技术的研究;新型传感器材料和新型传感器装置的研究,如化学物质感知材料和装置、生物物质感知材料和装置等;恶劣环境下可操作的传感器技术的研究;把多个传感器、计算部件、行为部件集成为一个单集成电路片的微型传感器技术的研究;增强传感器计算能力、感知能力和感知精度的研究;提高传感器强壮性和容错性的研究;缩小传感器体积和重量的研究;传感器电源技术的研究;模拟技术和工具的研究;传感器自校准和自测试技术的研究;传感器制造和封装技术的研究;适应于传感器的嵌入式容错操作系统、嵌入式容错信号处理、嵌入式容错数据库等嵌入式软件系统的研究.2.2 网络层研究问题网络层主要研究传感器网络通信协议和各种传感器网络技术.传感器通信网络协议第1方面的研究是通过分析模拟,研究现有通信协议的性能,确定各种现有协议对于传感器网络的可用性及其优缺点.传感器通信网络协议第2方面的研究是以数据为中心的新的通信协议的研究,包括通用能源有效性路由算法的研究、面向应用的能源有效性路由算法的研究、动态传感器网络的路径重构技术的研究.除了上述两个方面的研究问题,网络层还有很多其他方面的研究问题,如可扩展的强壮传感器网络结构的研究、传感器节点的自适应管理和自适应控制技术的研究、资源受限的传感器网络设计策略和性能优化技术的研究、具有局部信息管理能力的能源极低的传感器节点的设计与管理技术的研究、感知数据处理策略的研究、异构传感器网络技术的研究、传感器网络的安全与认证机制的研究、嵌入与组合系统技术的研究、能源有效的介质存取、错误控制和流量管理技术的研究、移动传感器网络技术的研究、传感器网络的自扩展、自适应和自重构技术的研究、传感器网络中传感器节点协作和分组管理技术的研究、传感器网络中传感器节点能源管理技术的研究、传感器网络拓扑结构管理技术的研究、传感器网络中的时间同步技术的研究、数据分发、融合和信息处理技术的研究、仿真技术与仿真系统的研究等.2.3 数据管理与处理层研究问题数据管理与处理层提供支持感知数据存储、存取、查询、分析和挖掘的软件工具.因此,该层的研究内容主要包括感知数据管理技术的研究、感知数据查询处理技术的研究、感知数据分析技术的研究、感知数据挖掘技术的研究以及感知数据管理系统的研究.感知数据管理技术的研究主要包括传感器网络和感知数据的模型的研究、感知数据存储技术的研究、感知数据存取方法与索引的研究、元数据管理技术的研究、传感器数据处理策略的研究、面向应用的感知数据管理技术的研究.感知数据查询技术的研究主要包括感知数据查询语言的研究、感知数据操作算法的研究、感知数据查询优化技术的研究、感知数据查询的分布式处理技术的研究.感知数据分析技术的研究主要包括OLAP分析处理技术的研究、统计分析技术的研究以及其他复杂分析技术的研究.感知数据挖掘技术的研究主要包括相关规则等传统类型知识的挖掘、与感知数据相关的新知识模型及其挖掘技术的研究、感知数据的分布式挖掘技术的研究.感知数据管理系统的研究主要包括感知数据管理系统的体系结构和感知数据管理系统的实现技术的研究.2.4 应用开发环境层研究问题应用开发环境层旨在为各种传感器网络应用系统的开发提供有效的软件开发环境和软件工具,需要研究。