基于能量有效性的物联网索引技术研究

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随着越来越多功能各异的传感设备在现实世界中被广泛部署,物理实体通过传感器连接到物联网系统中,实现了物理实体状态信息发布、公开。面对浩如烟海的传感器及其感知到的现实世界实体数据,只有设计高效、实时的物联网索引技术,才能体现这些数据的价值。物联网索引具有索引内容广泛、动态变化以及索引设备资源受限等特点。传统互联网搜索引擎面向文档、网页静态信息构建的索引无法适用于物联网索引,目前适用于能量受限下的物联网索引技术研究较少。本文基于传感器网络中存在的“小世界现象”,提取了传感器节点的能量有效性特征,并创建了一种高效、节能、均衡的物联网索引策略。在物联网搜索引擎对传感器进行索引的过程中,不会导致传感器产生过多的数据上报消息,并且令传感器选择通信负载低的路径向网关进行上报,从而节省并均衡传感器网络的耗能,延长网络的使用寿命。本文的研究内容和主要成果如下:(1)提出了可用于均衡网络中各节点通信能耗的能量有效性特征。本文基于传感器实际部署形成的网络结构,创新性地定义了标志传感器节点通信频率、能量消耗的活跃度特征,并分别从微观网络和宏观网络层面对活跃度特征进行了提取。(2)为满足能量受限下的物联网索引需求,创新性地提出了索引路径满意度模型,作为网关对传感器进行索引时所有可能接入路径的排序规则。索引路径满意度模型,是由路径上节点的平均活跃度、路径长度以及路径末端待接入的传感器的数据相似性特征组合得到的多元回归模型,可预测网关与传感器之间的任一路径作为索引路径的适宜程度。进而,给定搜索数据,网关对可接入传感器数据的多条路径进行索引路径满意度计算并排序,从而可得到符合搜索数据需求的传感器及接入该传感器数据的索引路径。搜索引擎可根据实际应用中的索引路径满意度标准,实时调整索引路径满意度模型。此外,本文进一步设计了实验仿真方案及仿真流程。本文提出的能量有效的物联网索引模型相对于传统基于数据相似性的索引模型,能耗开销优化50%以上,并辅以用户可接受的索引时间。
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