[发明专利]在无线传感器网络中分布式Top-k查询方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种查询方法，尤其是一种在无线传感器网络中分布式Top-k查询方法，属于无线传感器网络查询的技术领域。

背景技术

无线传感器网络被广泛地应用于收集数据、监测环境，利用更高效、便捷的方式来实现低成本，低功耗且易部署等特点。在无线传感器网络中，如何高效和快速地从传感器节点中获得所需数据，是非常重要的。

对于无线传感器网络来说，其节点通常由电池供电，因此如何让网络节点高效工作并延长网络寿命是无线传感器网络面临的主要难题之一。无线传感器网络中节点效率的高低往往是通过传感器节点执行一个特定的任务所消耗的能量来衡量的。对于无线传感器网络，通常的目的是从一系列无线传感器目标节点中通过单跳或者多跳的方式收集数据到一些汇点（这些数据或者节点的感知数据，或者是节点的内部状态数据），网络管理员或者用户可以对采集的数据进行实时地分析，掌握网络运行状况。

然而，受到网络数据路由协议、部署地理位置和传输干扰等原因，无线传感器网络中节点能量消耗量并不是均衡的，即当部分节点很快就要耗尽能量时，其它节点仍然有足够的能量。这种情况下，为了保证无线传感器网络数据的完整性，延长网络生命周期的唯一方法是为能量即将耗尽的节点补充电池；而在预算限定的条件下，为电量最低的一部分节点替换电池显然是最经济有效的方法。如果我们能够快速找到相应的无线传感器节点，我们就可以快速地为它们更换电池。除了上述情景之外，在使用无线传感器网络进行数据采集的时候，为了减少网络传输负担，通常只需要采集并了解网络中的关键数据。比如说，网络中产生丢包最严重的一些节点的状态信息等。

目前，基于top-k查询的相关研究主要针对数据库相关研究领域，SILBERS TEIN,A.,BRAYNARD,R.,ELLIS,C.,MUNAGALA,K.,ANDYANG,J.A sampling-based approach to optimizing top-kqueries in sensor networks.Proc.of Intl.Conf.on Data Engineering(2006).公开了针对分布式网络或无线传感器网络的查询，但是仍然不能满足无线传感器网络中快速查询的要求及应用需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种在无线传感器网络中分布式Top-k查询方法，其步骤操作方便，查询效率高，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种在无线传感器网络中分布式Top-k查询方法，所述分布式Top-k查询方法包括如下步骤：

a、利用图形G表示无线传感器网络G=(V,E)，其中，V为包含所有无线传感器网络节点的集合V={v₁,v₂,…,V_n}，E为包含所有无线传感器节点之间的边；对所述图形G建立对应的联通支配子集C，并得到被统治节点集V′，所述联通支配子集C内包含若干统治节点；

b、对上述联通支配子集C中所包含的所有统治节点，利用广度优先搜索方法，得到以汇聚节点v₁为根的BFS树；

c、统治节点向所有被统治节点发布消息，以使得被统治节点将自身持有的数据发送给对应的统治节点，统治节点采集到的被自身统治的被统治节点的数据与所述统治节点自身持有的数据一起构成了数据集S；

d、汇聚节点v₁以上述BFS树中所有统治节点获取的数据集S为依据，查询得到所需的Top-k个数据。

所述步骤a中，对于图形G利用贪婪算法建立得到联通支配子集C。

所述步骤a包括如下步骤：

a1、设定图形G的子集C′为C′={v₁}，且集合V′′=V/{v₁}；

a2、针对集合V′′中所有的节点，按照度由大到小排列，将度最大的点v_m从集合V′′中移除并加入到子集C′中，即C′=C′∪{v_m}，集合V′′=V′′/{v_m}；

a3、将节点v_m所有的邻居节点从集合V′′中移除，并将所有与节点v_m相关的边均从E中删除，所有由于节点v_m被选入子集C′中而导致自身从集合V′′中移除的节点形成被统治节点，且所述被统治节点均以节点v_m作为统治节点；