[发明专利]一种无线传感数据存储方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是无线传感监测网中的一种数据存储方法。可应用于无线传感网络数据存储领域。

背景技术

无线传感监测网中，对监测数据实时性要求不高，为节省能量，节点将监测数据暂存，需要时再将数据传输，称该节点为存储节点。存储节点的选择，直接影响到查询数据效率，以及查询过程和数据传输过程中节点的能量消耗。一些学者提出以数据为中心的存储方法，该方法是依据数据的属性值，通过某种映射方法存储到对应的节点上，使得每个节点只存储同一类型的数据，查询时可通过对应的映射方法从相应的节点中获取数据；如Double Ruling、Combs、SCOOP和GHT方法，这些方法中网络各个节点的地位相同，数据和索引信息均匀地存储在各个节点上。GHT方法中，每类事件只有一个存储节点，会产生通信瓶颈和热点现象；通过散列函数得到的散列位置上可能不存在节点；没有考虑到数据存储和查询过程中的能量开销。

蛇形时隙的节能存储方法基于GHT方法思想，将被监测区域按实际应用划分为网格，网格内所有无线传感器节点的工作时隙以一种蛇形排列方式进行分配，使各节点周期性地进入睡眠或侦听状态。在任一时隙，只有两个传感节点处于工作状态，其他节点都处于睡眠状态，保证了系统的可靠性，又降低了能量消耗。该方法没有考虑在数据传输过程中节点的能量消耗。文献考虑到节点数据的重要程度，越重要的数据优先级越高，查询频率也会相应提高；在蛇形时隙的节能存储方法的基础上，对事件划分优先级，提出基于事件优先级和动态散列位置的蛇形时隙方法，通过缩短数据存储和查询时数据的传输路径，减少能量消耗。

当网络中的事件分布不均匀时，某些节点存储数据过多，基于事件优先级和动态散列位置的蛇形时隙方法会使网络出现热点现象。超过节点的存储空间而引起数据丢失，网络能够查询的数据和信息减少，热点区域的节点能量消耗过快甚至耗尽死亡，缩短网络的生命周期。

发明内容

为解决存储节点热点现象，实现网络中节点的负载平衡，本文引入多阈值(multi-threshold)的存储思想，基于事件优先级和动态散列位置的蛇形时隙方法，提出无线传感数据存储方法。无线传感数据存储方法根据节点剩余存储空间选择网格内的工作节点，有效的改善节点能量分布不均的问题，延长网络生命周期。无线传感数据存储方法通过划分网格区域，将特定类型的数据存储在相应的网格中，不是存储在某个节点上；通过定义事件优先级以及设定节点存储阈值，将高优先级的事件存储在距离查询节点更近的网络区域，保证高优先级事件最先被搜索；根据监测节点和存储映射地址计算动态散列位置，结合节点剩余存储空间，将检测事件存储在同一优先级区域内离监测节点近且剩余存储空间大的存储网格。若某个节点存储容量超过阈值，将告知网格内其他节点自身存储达到存储阈值，该节点不再参与节点工作时隙的分配，避免存储热点现象发生。无线传感数据存储方法具体如下：

1.网络划分：假设网络区域为一个L*L的正方形区域，节点均匀分布，每个节点分别有实际坐标L_R和虚拟坐标L_V，令其初始值L_V＝L_R，且无线传感器网络符合以下规则：网络有很好的连通性，即节点密度足够大；网络部署后，Sink节点和其它节点不再移动；网络的周界已知，节点可以获得自己的位置坐标；节点间的通信范围相同。另外，网络中事件的产生是随机的，每个事件都有事件类型，不同节点可以产生相同类型的事件和数据。

令Sink节点坐标为(0，0)，监测事件有K类，以[L/(K+1)]*i(i＝1、2、3...K)为半径，(0，0)为顶点，画圆构成K个圆环区域，分别存储K类事件，如图1所示。每类事件赋予一种优先级，其值由事件按查询频率确定。优先级值越小，事件优先级越高，事件存储区域距离Sink节点越近。如优先级为1的事件存储在离Sink节点最近的圆环区域内。

为了使存储节点距离监测节点更近，提出动态散列位置的概念。首先以Sink节点为顶点，90/n为夹角，将网络区域划分为a、b、c、d...n区。将存储区域划分为网格，如图2所示。

2.节点工作时隙的分配：首先，计算每个网格内的节点个数，以及各个节点到网格中心点的距离，按距离从小到大为节点编号(A、B、C...N)，用一个m行n列的矩阵T为网格内的每个节点分配侦听或睡眠时隙。矩阵T中的元素T_ij表示节点工作时隙。为保证每个节点睡眠和侦听周期公平，m和n的值尽量接近。矩阵T的行m和列n与网格内节点数量N的关系如公式(1)所示：