专利名称：一种面向用户多需求的传感器网络数据存取方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器网络的数据管理方法，具体涉及一种面向用户多需求的传感器网络数据存取方法及系统。
背景技术：
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是当前在国际上备受关注的前沿热点研究领域，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并通过位于网络边缘Sink节点向用户(可能包括人、计算 机或其他设备)提供现场数据信息，典型的无线传感器网络应用结构如图I所示，其中Sink节点作为连接传感器网络与外部网络(Internet/3G等)的中介，向内以传感器网络通信协议与传感器节点通信，向外以现有的各种有线或无线方式接入互联网或其他通信网络。无线传感器网络除了具有传统ad-hoc网络的移动性、间断性、动态性等特点外，还具有节点通信和计算能力有限、电源能量和存储能力受限的显著特点。因此，在设计基于无线传感器网络的应用系统时，能效设计原则是决定其可用性和有效性的关键内容之一。针对无线传感器网络应用的主要考虑问题包括低功耗节点设计、能效的路由协议实现、高效的网络数据管理方案等，其中网络数据管理具体包括感知数据的采集、存储和检索这几个方面；对用户来说，传感器网络的核心是感知数据，即强调以数据为中心的特点，因此，设计既符合无线传感器网络特点又满足用户需求的数据管理方案是开展无线传感网络应用的一个重要方面。当前无线传感器应用中的数据管理方案大体可以分为两种网内数据管理方案和网外数据管理方案。网内数据管理方案强调在无线传感器网络内部实现感知数据的采集、存储和检索，在这种方案中，网络中的节点将感知到的环境数据存储在其中一些通过某种机制选择的节点上，这些存储有感知数据的节点被称作存储节点(存储节点自身也具备采集数据的功能)，用户对目标数据的查询通过Sink节点发起，Sink节点在网络中广播或单播含有目标数据信息的查询包，查询包在网络中的节点间转发，直到到达目标数据所在的存储节点，存储节点将目标数据发往Sink节点随后被交付给用户，至此，感知数据的采集、存储和查询这一整个过程全部由无线传感器网络中的节点协作完成。根据存储节点的选择机制，网内数据管理方案又可分为基于本地存储(Local-Storage Based)和基于数据为中心存储(Data-Centric-Storage Based)两种实施方案。在基于本地存储的实施方案中，存储节点即为自身节点，即节点将采集到的数据存储在自身的存储空间中，查询通过Sink节点在全网中广播查询包来实现；在基于数据为中心存储的实施方案中，传感器网络内部实现类似于DHT方式的数据存储和查询，网络中的感知数据基于事件规则被赋予键值，通过哈希函数，这些键值与网络中的节点建立映射关系，那么这些与某一键值建立了映射关系的节点即为该键值数据的存储节点，当网络中的节点采集到数据后，根据数据的键值即可将数据送往其对应的存储节点上存储，查询通过Sink节点在网络中单播包含目标数据键值的查询包来实现，基于该方案的无线传感器网络应用结构如图2所示。对比分析这两种实施方案，基于数据为中心存储的数据管理方案要优于基于本地存储的数据管理方案表现在以下两个方面a)基于本地存储的实施方案中，由于用户无法确定目标数据的存储节点，因此只有在网络中广播查询包来获取数据；而在基于DHT机制数据为中心存储的实施方案中，用户明确知道目标数据的存储节点，因此通过单播的方式即可获取目标数据，即基于数据为中心存储的数据管理方案查询代价要低于基于本地存储的数据管理方案方案；b)通过事件规则机制，可以实现多粒度数据服务功能，在降低能耗的同时也为用户提供更灵活的数据服务，如通过定义事件规则，在不同级别上融合相关数据并赋予不同的键值存储在不同的节点上，用户即可通过键值获取这些不同粒度的数据。网外数据管理方案则强调在传感器网络外部实现感知数据的存储和查询，在这种 方案中，网络中的节点采集到数据后，将数据统一地传送给Sink节点，随后sink节点将这些感知数据送往固定的存储设备存储，用户的查询被送往Sink节点，Sink节点解析后在前往存储设备获取目标数据并将查询结果返回给用户。典型的网外数据管理实施方案是将存储设备直接挂载在Sink节点上，由于在这种实施方案中，数据的存储和查询都是在传感器网络的边缘，因此,这种网外数据管理方案被称做基于边缘存储(Edge-Storage Based)的数据管理，基于该方案的无线传感器网络应用结构如图3所示。通过上文对无线传感器网络应用的数据管理方案的描述，总结如下网内数据管理方案最大限度地利用节点有限的通信、计算和存储能力，在节点上实现了对感知数据的采集、存储和查询工作；基于数据为中心存储的网内数据管理方案利用DHT工作方式和事件规则机制，最大限度地减小网络的通信代价，并为用户提供了多粒度数据服务功能，这为开展面向用户多需求的传感器网络应用提供了灵活的支撑保证。网外数据管理方案则尽可能地简化传感器网络的核心内容，将感知数据的存储和查询在传感器网络外部实现，由于Sink节点和存储设备的计算、存储能力不受限制，因此，在Sink节点和存储设备上，可以实现复杂能耗的数据挖掘、历史数据管理等服务功能，这为开展面向用户多需求的传感器网络应用提供了较大的发展空间。然而，我们不难发现它们都存在各自的一些缺陷对于网内数据管理方案，由于节点存储能力受限，节点的存储空间很快将被耗尽，新的数据将覆盖旧的数据，因此存储节点总是保存当前一段时间内的感知数据，即历史数据全部丢失，在许多传感器网络应用中，用户通过对历史数据的分析挖掘来预测未来，显然，这种数据管理方案难以适用于对历史数据有需求的应用场景。对于网外数据管理方案，主要有以下方面的不足a)在越来越多的传感器和执行器相结合的传感器网络应用中，无论是时效性还是固有需求上来讲，这种网外数据管理都不适合；如在基于传感器网络的火警监测应用中，不同的传感器节点(节点上分别有温度、湿度、烟雾浓度等传感器)不间断地采集监测区域内的温度、湿度、烟雾浓度等环境数据并存储在相应的存储点，连接有警声器的执行器节点则不间断地从存储点上获取这些数据的最新值，一旦这些数据显示发生了火情则警声器响起，显然，在这类应用中，低延时的数据查询和最少的人为干涉才可能提供更可信的火警监测服务，而网外数据管理由于其数据存储在网络外部难以实时地响应网内用户的需求；b)由于网络中的所有传感器节点直接将采集的原始数据传送到外部存储设备中，然而实际中可能被用户查询的数据将非常少，即这种方案将导致大量的冗余数据，而网络节点传送这些冗余数据会消耗传感器网络受限的能量，显然，这不适合能效的传感器网络应用系统设计原则。综上所述，在现有的无线传感器网络应用中，主要采用了网内数据管理或网外数据管理的方案实现对感知数据的采集、存储和查询等操作，对于数据服务单需求的用户来 说，这些数据管理方案能够较好的满足用户的需求，但是，随着传感器网络应用的普及，用户对传感器网络提供的数据服务需求逐渐呈现多样化趋向，可能包括对不同粒度数据的需求、对历史数据的需求等，显然，先前的数据管理方案无法适应这种用户数据服务多需求下的场景应用。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术的无线传感器网络在对采集数据的存取方面采用单一的网内数据管理或网外数据管理的方案，而随着用户对传感器网络提供的数据服务需求逐渐呈现多样化趋向，仅采用某一种数据存储策略的技术方案将无法适应这种用户数据服务多需求下的场景应用。因此，一方面本发明对网内基于数据为中心的存储方式增加了多粒度的策略，将各个传感器节点采集的数据进行多粒度预处理再执行网内的数据为中心的存储；另一方面，在基于网外Sink节点进行数据存储时本发明增加了智能交互模块，将现有的被动式的接收存储方式改进为基于用户需求的互动式的网外存储，即本发明提出了一种面向用户多需求的传感器网络数据存取方法和系统。本发明针对现有传感器网络数据管理方案无法适应用户数据服务多需求下的场景应用这一缺陷，在综合网内数据管理和网外数据管理的基础上，提出了一种面向用户多需求的传感器网络数据管理方案，该方案结合了网内基于数据为中心存储和网外基于边缘存储的数据管理方案，根据用户的不同数据服务需求，提供灵活的数据管理。为实现上述目的，本发明提供一种面向用户多需求的传感器网络数据存取方法，该方法基于用户需求选择传感器网络节点的数据存储方法，包含数据存储和查询方法，所述数据存储方法包含在传感器网络内部，实施基于数据为中心的数据存储方式；在传感器网络外部，采用Sink节点进行数据存储；其中，所述基于数据为中心的数据存储方式在进行数据存储步骤之前还执行通过事件规则机制为用户建立多粒度数据存储策略的步骤；所述Sink节点进行数据存储时基于用户的查询处理对用户的数据需求做分析预测并作出相应的响应，实现自适应的历史数据存储；所述数据查询方法为所述Sink节点解析用户的查询请求，并基于解析后的请求查询用户所需数据，如果所述Sink节点存储有用户的查询数据则将查询结果通过接口返回给用户；否则，将所需查询数据的键值发送到所述sink节点进行智能分析处理得到用户所需事件的键值，并将依据分析处理的结果发送开启所述键值映射的存储节点数据上报功能的命令包，并通过传感器网络接口下发到相应的存储节点，存储节点收到该命令包开启其数据上报功能并开始上传其数据到所述的Sink节点进行存储。上述技术方案中，所述的多粒度数据存储策略为首先，根据用户的任务，抽象出不同的初级事件，将传感器网络中节点采集的感知数据关联到其所属的事件，并将属于每个事件的感知数据赋予一个统一的键值Key ;其次，从初级事件中抽象出高级别的事件，将存储节点上融合感知数据得到的初级事件数据关联到其所属的高级别事件，并将属于高级别事件的初级事件数据赋予一个统一的键值key;以此重复进行，直至达到最高级别事件；最后，通过上述的事件规则机制 ，网络中的感知数据和事件数据都被赋予键值，类似于DHT的哈希机制进一步将这些键值与网络中的存储节点建立映射关系，当节点采集到感知数据后，根据其键值将感知数据送往所映射的存储节点上存储，当存储节点融合感知数据得到事件数据后，亦根据其键值将事件数据送往所映射的存储节点上存储。最终，传感器网络数据被组织成一种多粒度结构，从低到高，呈现了从感知数据到事件数据的融合过程。上述技术方案中，所述的自适应的历史数据存储进一步包含如下步骤步骤301，开启或关闭所述传感器网络的存储节点的数据上报功能的步骤，网络初始化时，所述Sink节点向所述传感器网络广播开启或关闭存储节点数据上报功能的命令包，所述传感器网络中的存储节点根据该命令包开启或关闭其数据上报功能；步骤302，网络工作阶段，所述传感器网络接口接收所述传感器网的数据包，解析后送往所述sink节点包含的数据存储模块中存储；步骤303，查询用户需求信息的步骤，用户发送查询所述传感器网络采集的某类信息的请求信息，所述sink节点的查询处理模块将该请求信息转换为所述Sink节点的数据存储模块可理解的查询命令，所述数据存储模块接受所述查询命令并检索相应的数据，同时所述智能模块也接收所述的查询命令用于对用户数据需求进行分析处理；步骤304，当所述数据存储模块中没有存储用户所要查询的数据时，则查询失败，进入下一步骤；反之，则向所述用户反馈所述数据存储模块中存放查询的数据，进入最后一个步骤；步骤305，所述智能模块分析所述查询命令，将所述命令解析为若干特征参数，所述特征参数包含用户查询请求信息的数据键值信息，然后依据该数据键值信息生成开启所述数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令包，所述命令包被传感器网络接口下发到传感器网络的存储节点，所述的存储节点向所述Sink节点的数据存储模块上传所述用户查询的数据，等待用户下一次发送查询请求。所述特征参数还包含用户对某类信息的查询频率信息。所述智能模块还执行关闭已经开启的存储节点的数据上报功能的步骤，依据用户对某类信息的查询频率信息，如果某一键值在很长一段时间内没有被查询时，所述智能模块则执行关闭该数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令。步骤301所述网络初始化时存储节点数据上报功能缺省设置为开。步骤303所述的用户通过Internet/3G接口发送查询请求信息。
基于以上的方法，本发明还提供一种面向用户多需求的传感器网络数据存储系统，该系统基于数据为中心的数据存储方式和网外的Sink节点进行数据存储的方式，包含传感器网内数据感知节点，传感器网内事件数据存储节点，sink存储节点，其特征在于，所述网内感知节点包含感知数据键值生成模块，用于将节点采集的感知数据赋予其所属事件的键值；发送模块，用于向所述网内事件数据存储节点发送采集的感知数据；所述网内事件数据存储节点按照所存储的事件的级别从高到底分为若干级，所述网内事件数据存储节点具体包含开启或关闭设置模块，用于设置存储节点向所述的Sink节点进行数据上报功能的开启或关闭的状态；事件数据键值生成模块，用于将融合感知数据得到的事件数据赋予其所属高级别 事件的键值；发送模块，用于向所述的更高级网内事件数据存储节点发送事件数据；接收模块，用于接收所述感知节点采集的感知数据或接受较低级别的网内事件数据存储节点发送的事件数据；所述Sink节点包含智能模块，用于基于用户的查询处理对用户的数据需求做分析预测并发出开启或关闭某些传感器网络存储节点的数据上报功能的命令，实现自适应的历史数据管理存储。上述技术方案中，所述Sink节点还包含数据存储模块，用于接收用户的查询请求信息进行数据查询或接收开启的存储节点上报的数据进行存储；查询处理及发送模块，用于将所述请求信息转换为所述数据存储模块可理解的查询命令，发往所述数据存储单元和所述智能单元；传感器网络接口模块，用于连接所述Sink节点与所述传感器网络；和用户接口模块，用于接收用户发送的数据查询请求信息。所述智能模块进一步包含缓存预处理单元用于截取用户的每次查询请求，并从所述查询请求中提取相关的查询元数据；对所述查询数据经过滤和统计处理得到有关用户数据需求的某些特征参数；分析预测单元接收所述缓存预处理单元输出的有关用户数据需求的特征参数，并基于这些参数，采用模型分析方法，预测出用户对数据的不同需求，并基于预测结果，输出开启那个存储节点上报功能的动作参数；动作执行及存储单元接收所述分析预测单元输出的动作参数，将所述动作参数转化为传感器网络命令包送往所述传感器网络接口进而下发到传感器网络，以控制相关的存储节点关闭或开启数据上报功能；其中，所述分析预测单元根据用户查询请求的键值信息开启存储节点的上报功能的动作参数；所述分析预测单元根据用户查询频率信息判决是否关闭存储节点的上报功能的动作参数。所述关闭存储节点的数据上报功能的步骤，依据用户对某类信息的查询频率信息，如果某一键值数据在很长一段时间内没有被查询时，则执行关闭该数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令。所述用户接口单元包含= Internet接口或3G接口。本发明的优点在于，一方面采用对网内基于数据为中心的存储方式增加了多粒度的策略，将各个传感器节点采集的数据进行多粒度预处理再执行网内的数据为中心的存储，这样在满足用户不同粒度的数据需求的同时，也可以进一步减少数据汇聚时的能量消耗；另一方面，在基于网外Sink节点进行数据存储时本发明增加了智能交互模块，将现有的被动式的接收存储方式改进为基于用户需求的互动式的网外存储，灵活高效地实现了对历史数据的管理，大大提高用户数据服务质量的灵活性，同时节约了 Sink节点的存储空间。
图I是现有技术的典型无线传感器网络应用结构；图2是现有技术的基于数据为中心存储的无线传感器网络数据管理结构； 图3是现有技术的基于边缘存储的无线传感器网络数据管理结构；图4是本发明的面向用户多需求的无线传感器网络数据管理结构；图5是本发明的基于传感器网络的智能家居应用中的数据多粒度结构；图6是本发明的sink节点的功能模块原理图；图7是本发明的智能模块功能单元图；图8是本发明的系统执行数据存储的流程图；图9是本发明的系统执行用户查询的流程图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述。本发明的具体实施方案是在传感器网络内部，实施基于数据为中心存储的数据管理，通过事件规则机制建立多粒度数据管理方案；在传感器网络外部，增强基于边缘存储的数据管理能力，在Sink节点上增加智能模块，以提供智能用户需求分析和反馈功能，本发明中将这种综合了较大存储能力和智能分析与反馈功能的Sink节点称为Proxy,通过Proxy的存储和智能用户需求分析与反馈，建立自适应历史数据管理方案；本发明提出的面向用户多需求的无线传感器网络应用结构如图4所示。网内基于事件规则的多粒度数据管理在数据为中心存储方案中，传感器网络中的节点基于其功能被标识为感知节点或存储节点；网络中的所有节点都可以采集感知数据，基于某种规则，它们被存储在网络中一部分节点上，即这部分节点除了具备采集感知数据的功能外，还负责存储自身或来自其他节点的数据，标识为存储节点，而其他的仅具备采集感知数据功能的节点则标识为感知节点。在基于事件规则的多粒度数据管理方案中，首先，根据用户的任务，抽象出不同的初级事件，将传感器网络中节点(包括感知节点和存储节点)采集的感知数据关联到其所属的事件，并将属于每个事件的感知数据赋予一个统一的键值Key ;其次，从初级事件中抽象出高级别的事件，将存储节点上融合感知数据得到的初级事件数据关联到其所属的高级别事件，并将属于高级别事件的初级事件数据赋予一个统一的键值key ；以此重复进行，直至达到最高级别事件；例如在基于无线传感器网络的智能家居应用系统中，根据用户的任务，抽象出初级事件有火情监测，破窗而入监测，破门而入监测、灯光控制，加湿器控制等，关联这些初级事件的感知数据，如火情监测事件关联的感知数据包括温度和烟雾浓度，将这些感知数据赋予键值“火情”，破窗而入监测事件关联的感知数据包括振动、声音感知量，将这些感知数据赋予键值“破窗”，破门而入监测事件关联的感知数据包括门磁感知量，将这些感知数据赋予键值“破门”，进一步从破窗而入监测和破门而入监测这两个初级事件中抽象出高一级别的入侵监测事件，与之关联的数据则为基于感知数据融合后的破窗事件数据和破门事件数据(事件数据一般表现为判断某一事件是否发生的布尔型值)，将这些事件数据赋予键值“入侵”，再进一步从入侵监测和火情监测这两个事件中抽象出高一级别的险情监测事件，并为相应的数据赋予键值“险情”，以此重复进行…通过上面所述的事件规则机制，节点采集的感知数据和融合感知数据得到的事件数据都被赋予键值key，类似于DHT的哈希机制进一步将这些键值与网络中的存储节点建立映射关系，当节点采集到感知数据后，根据其键值将感知数据送往所映射的存储节点上 存储，当存储节点融合感知数据得到事件数据后，亦根据其键值将事件数据送往所映射的存储节点上存储。最终，传感器网络数据被组织成一种多粒度结构，从低到高，呈现了从感知数据到事件数据的融合过程，针对上述的智能家居应用中，给出其数据组织结构实例如图5所示，这些不同粒度的数据统一地存储在网络中不同的存储节点上，为Sink节点提供统一的访问方式。网外自适应历史数据管理在传感器网络外部,本发明基于Proxy的存储和智能用户需求分析与反馈功能，实现自适应历史数据管理，Proxy的功能模块图如图6所示。在现有技术的sink节点的基础上，通过增加了智能模块，智能模块基于用户的查询处理对用户的数据需求做分析预测并作出相应的响应，从而实现自适应的历史数据管理，智能模块的功能单元图如图7所示。所述智能模块的功能包括缓存预处理单元、分析预测单元和动作单元，各单元的主要功能描述如下缓存预处理单元用户的每次查询被查询处理模块做相应处理后会被该单元截取，从中提取相关的查询元数据，经过滤、统计等处理后得到有关用户数据需求的一些特征参数，如查询数据的键值、查询频率等，并将这些参数传送给其后续单元。分析预测单元接收缓存预处理单元输出的有关用户数据需求的特征参数，并基于这些参数，采用模型分析方法，预测出用户对数据的不同需求，并基于预测结果，输出动作参数。动作单元接收分析预测单元的输出，将动作参数转化为传感器网络命令包送往传感器网络接口进而下发到传感器网络，以开启或关闭传感器网络中的存储节点的数据上报功能。增加了智能模块后，具备存储和智能用户需求分析与反馈功能的Proxy工作流程如下所述
网络初始化时，Proxy向传感器网络广播开启或关闭存储节点数据上报功能的命令包，网络中的存储节点根据该命令包开启或关闭其数据上报功能(默认情况下存储节点的数据上报功能处于开启状态)；步骤301，网络工作阶段，传感器网络接口接收来自传感器网的数据包，解析后送往数据存储模块中存储；步骤302，用户查询通过Internet/3G接口后，在查询处理模块中被转换为数据存储模块可理解的查询命令，一方面被送往数据存储模块中检索相应的数据，另一方面被送往智能模块做用户数据需求智能分析处理。步骤303，当用户所要查询的数据不在数据存储模块中时，查询失败；由于智能模块同样获取了这次失败查询的相关元数据，经其分析预测后，会生成开启该数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令包，该命令包被传感器网络接口下发到传感器网络，相应的存储节点开启其数据上报功能并上报数据，用户的下一次查询即可获得该数据。步骤304，智能模块中的缓存预处理单元中缓存有用户数据需求的特征参数，这些 参数包括数据的键值，查询频率等，分析预测单元根据用户对某一键值数据的查询频率会自动做出相应的控制动作，如当发现某一键值数据在很长一段时间内没有被查询时，智能模块就会关闭该数据键值所映射存储节点的数据上报功能。针对本发明提供的存储方法和系统，如果用户进行数据查询时采用的技术手段为现有技术，在此不做展开说明。基于上面的说明，本发明系统的数据存储流程如图8所示，传感器网络内的存储节点接收感知节点发送的感知数据或其他存储节点发送的事件数据并存储，一方面判断其数据上报功能是否处于开启状态，若是，则将其存储的感知数据或事件数据通过传感器网络接口传送给Proxy节点进一步存储在Proxy的数据存储模块中，否则不上传并继续等待新的数据的到来；另一方面判断是否有更高级别的事件，若有，则融合接收到的感知数据或事件数据得到更高级别的事件数据，并根据其键值将其发送往所映射的存储节点，否则，不处理并继续等待新的数据到来。基于上面的说明，本发明系统的数据查询流程如图9所示，用户的查询通过Proxy的Internet/3G接口传送到查询处理模块，查询处理模块解析查询后送往数据存储模块中查询用户所需数据，数据存储模块返回查询的结果，若查询成功，则查询处理模块将得到的结果数据通过Internet/3G接口返回给用户；否则，将所需查询数据的键值发送到智能模块，智能模块执行分析后生产开启该键值所映射的存储节点数据上报功能的命令包，并通过传感器网络接口下发到相应的存储节点，存储节点收到该命令包开启其数据上报功能并开始上传其数据到Proxy的数据存储模块中。本发明针对用户数据需求多样化的传感器网络网络应用场景，提出了综合利用网内数据管理和网内数据管理的方案，实现了网内基于事件规则机制的多粒度数据管理和网外基于Proxy存储和智能用户需求分析与反馈的自适应历史数据管理，为用户提供灵活的数据服务。需要说明的是，以上介绍的本发明的实施方案而并非限制。本领域的技术人员应当理解，任何对本发明技术方案的修改或者等同替代都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种面向用户多需求的传感器网络数据存取方法，该方法基于用户需求选择传感器网络节点的数据存储方法，包含数据存储和查询方法， 所述数据存储方法包含 在传感器网络内部，实施基于数据为中心的数据存储方式； 在传感器网络外部，采用Sink节点进行数据存储； 其中， 所述基于数据为中心的数据存储方式在进行数据存储步骤之前还执行通过事件规则机制为用户建立多粒度数据存储策略的步骤； 所述Sink节点进行数据存储时基于用户的查询处理对用户的数据需求做分析预测并作出相应的响应，实现自适应的历史数据存储； 所述数据查询方法为 所述Sink节点解析用户的查询请求，并基于解析后的请求查询用户所需数据，如果所述Sink节点存储有用户的查询数据则将查询结果通过接口返回给用户；否则，将所需查询数据的键值发送到所述sink节点进行智能分析处理得到用户所需事件的键值，并将依据分析处理的结果发送开启所述键值映射的存储节点数据上报功能的命令包，并通过传感器网络接口下发到相应的存储节点，存储节点收到该命令包开启其数据上报功能并开始上传其数据到所述的Sink节点进行存储。
2.根据权利要求I所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，所述的多粒度数据存储策略为 首先，根据用户的任务，抽象出不同的初级事件，将传感器网络中节点采集的感知数据关联到其所属的事件，并将属于每个事件的感知数据赋予一个统一的键值Key ； 其次，从初级事件中抽象出高级别的事件，将存储节点上融合感知数据得到的初级事件数据关联到其所属的高级别事件，并将属于高级别事件的初级事件数据赋予一个统一的键值key ;以此重复进行，直至达到最高级别事件； 最后，通过上述的事件规则机制，网络中的感知数据和事件数据都被赋予键值，类似于DHT的哈希机制进一步将这些键值与网络中的存储节点建立映射关系，当节点采集到感知数据后，根据其键值将感知数据送往所映射的存储节点上存储，当存储节点融合感知数据得到事件数据后，亦根据其键值将事件数据送往所映射的存储节点上存储。
3.根据权利要求I所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，所述的自适应的历史数据存储进一步包含如下步骤 步骤301，开启或关闭所述传感器网络的存储节点的数据上报功能的步骤，网络初始化时，所述Sink节点向所述传感器网络广播开启或关闭存储节点数据上报功能的命令包，所述传感器网络中的存储节点根据该命令包开启或关闭其数据上报功能； 步骤302，网络工作阶段，所述传感器网络接口接收所述传感器网的数据包，解析后送往所述sink节点包含的数据存储模块中存储； 步骤303，查询用户需求信息的步骤，用户发送查询所述传感器网络采集的某类信息的请求信息，所述sink节点的查询处理模块将该请求信息转换为所述Sink节点的数据存储模块可理解的查询命令，所述数据存储模块接受所述查询命令并检索相应的数据，同时所述智能模块也接收所述的查询命令用于对用户数据需求进行分析处理；步骤304，当所述数据存储模块中没有存储用户所要查询的数据时，则查询失败，进入下一步骤；反之，则向所述用户反馈所述数据存储模块中存放查询的数据，进入最后一个步骤； 步骤305，所述智能模块分析所述查询命令，将所述命令解析为若干特征参数，所述特征参数包含用户查询请求信息的数据键值信息，然后依据该数据键值信息生成开启所述数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令包，所述命令包被传感器网络接口下发到传感器网络的存储节点，所述的存储节点向所述Sink节点的数据存储模块上传所述用户查询的数据，等待用户下一次发送查询请求。
4.根据权利要求3所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，所述特征参数还包含用户对某类信息的查询频率信息。
5.根据权利要求3或4所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，所述智能模块还执行关闭已经开启的存储节点的数据上报功能的步骤，依据用户对某类信息的查询频率信息，如果某一键值在很长一段时间内没有被查询时，所述智能模块则执行关闭该数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令。
6.根据权利要求3所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，步骤301所述网络初始化时存储节点数据上报功能缺省设置为开。
7.根据权利要求3所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，步骤303所述的用户通过Internet/3G接口发送查询请求信息。
8.一种面向用户多需求的传感器网络数据存储系统，该系统基于数据为中心的数据存储方式和网外的Sink节点进行数据存储的方式，包含传感器网内数据感知节点，传感器网内事件数据存储节点，sink存储节点,其特征在于， 所述网内感知节点包含 感知数据键值生成模块，用于将节点采集的感知数据赋予其所属事件的键值； 发送模块，用于向所述网内事件数据存储节点发送采集的感知数据； 所述网内事件数据存储节点按照所存储的事件的级别从高到底分为若干级，所述网内事件数据存储节点具体包含开启或关闭设置模块，用于设置存储节点向所述的Sink节点进行数据上报功能的开启或关闭的状态； 事件数据键值生成模块，用于将融合感知数据得到的事件数据赋予其所属高级别事件的键值； 发送模块，用于向所述的更高级网内事件数据存储节点发送事件数据； 接收模块，用于接收所述感知节点采集的感知数据或接受较低级别的网内事件数据存储节点发送的事件数据； 所述Sink节点包含智能模块，用于基于用户的查询处理对用户的数据需求做分析预测并发出开启或关闭某些传感器网络存储节点的数据上报功能的命令，实现自适应的历史数据管理存储。
9.根据权利要求8所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储系统，其特征在于，所述Sink节点还包含 数据存储模块，用于接收用户的查询请求信息进行数据查询或接收开启的存储节点上报的数据进行存储；查询处理及发送模块，用于将所述请求信息转换为所述数据存储模块可理解的查询命令，发往所述数据存储单元和所述智能单元； 传感器网络接口模块，用于连接所述Sink节点与所述传感器网络；和 用户接口模块，用于接收用户发送的数据查询请求信息。
10.根据权利要求8或9所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储系统，其特征在于，所述智能模块进一步包含 缓存预处理单元用于截取用户的每次查询请求，并从所述查询请求中提取相关的查询元数据；对所述查询数据经过滤和统计处理得到有关用户数据需求的某些特征参数；分析预测单元接收所述缓存预处理单元输出的有关用户数据需求的特征参数，并基于这些参数，采用模型分析方法，预测出用户对数据的不同需求，并基于预测结果，输出开启那个存储节点上报功能的动作参数； 动作执行及存储单元接收所述分析预测单元输出的动作参数，将所述动作参数转化为传感器网络命令包送往所述传感器网络接口进而下发到传感器网络，以控制相关的存储节点关闭或开启数据上报功能； 其中，所述分析预测单元根据用户查询请求的键值信息开启存储节点的上报功能的动作参数；所述分析预测单元根据用户查询频率信息判决是否关闭存储节点的上报功能的动作参数。
11.根据权利要求10所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储系统，其特征在于，所述关闭存储节点的数据上报功能的步骤，依据用户对某类信息的查询频率信息，如果某一键值数据在很长一段时间内没有被查询时，则执行关闭该数据键值所映射存储节点的数据上报功能的命令。
12.根据权利要求9所述的面向用户多需求的传感器网络数据存储方法，其特征在于，所述用户接口单元包含Internet接口或3G接口。
全文摘要
本发明提供一种面向用户多需求的传感器网络数据存取方法及系统，该方法包含数据存取方法，所述数据存储方法为在传感器网络内部，实施基于数据为中心的数据存储方式；在传感器网络外部，采用Sink节点进行数据存储；其中，所述基于数据为中心的数据存储方式在进行数据存储步骤之前还执行通过事件规则机制为用户建立多粒度数据存储策略的步骤；所述Sink节点进行数据存储时，所述Sink节点解析用户的查询请求查询用户所需数据，如果所述Sink节点存储有用户的查询数据则将查询结果返回给用户；否则，将查询请求发送到sink节点进行智能分析得到用户所需事件的键值，依据所述键值开启其对应的存储节点的数据上报功能，将用户所需数据上传到所述的Sink节点进行存储。
文档编号H04W24/00GK102821398SQ20111015372
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者熊浩, 牛温佳, 赵志军, 唐晖 申请人:中国科学院声学研究所