پردازش پرس و جو در شبکه هاي حسگر

1. پردازش پرس و جو در شبکه هاي حسگر سيد امير يحيوي فيروزآبادي دانشکده مهندسي برق و کامپيوتر دانشگاه تهران زمستان 1385

2. فهرست مطالب • مقدمه • تاريخچه مختصر • کاربردهاي شبکه هاي حسگر • چالش هاي فني شبکه هاي حسگر • معماري گره حسگر • پرس و جو در شبکه هاي حسگر • نکاتي در مورد پرس و جو شبکه هاي حسگر • زبان پرس و جو • انواع پرس و جو ها • منابع

3. مقدمه • پيشرفت مخابرات بي سيم • توليد حسگرهاي بي سيم ارزان قيمت و کوچک • حسگرهاي صوتي، دما، مادون قرمز، لرزش، تشعشع و ...

4. تاريخچه • سيستم نظارت صوتي زير دريا DARPA. 1980 • پروژه WINS و مرکز علوم Rockwell. 1998 • پروژه PicoRadio و SmartDust. 1999 • پروژه μAMPS در MIT و پروژه SenseIT • پيش بيني هاي Business Week و GlobalFuture • افزايش تعداد حسگرها از 3ميليون در سال 2003 تا به 465 ميليون در سال 2010

5. کاربردهاي شبکه هاي حسگر • کاربردهاي نظامي و امنيتي • کنترل نيروها و تجهيزات • تشخيص نفوذ • تجسس در محيط هاي جنگي • نظارت بر محيط هاي داخلي و خارجي • کاربرد در ساختمان هاي هوشمند • کنترل ترافيک • تشخيص حوادث • کشاورزي • پيش بيني وضع آب و هوا • نظارت هاي زيست محيطي

6. کاربردهاي شبکه هاي حسگر • کاربردهاي صنعتي • کنترل دقيق نيروي انساني • پيگيري کالاهاي توليدي • نظارت بر خط توليد • حفاظت و کنترل ايمني محيط • کنترل و پي گيري کالاها در انبار • کاربردهاي پزشکي • مراقبت از سلامت • جراحي Control your husband! (Misuse of sensor networks!)

7. چالش ها در شبکه هاي حسگر • انرژي محدود • مسيريابي • زمان تاخير • مقياس پذيري • هزينه پايين • امنيت • تحمل پذيري خطا

8. معماري گره حسگر • واحد منبع تغذيه • واحد حسگر • واحد پذيرش و محاسبات • واحد ارتباطي • شبکه هاي حسگر همگن و ناهمگن

9. پرس و جو در شبکه هاي حسگر • کاربرد DBMS هاي رايج؟ • مديريت انرژي • طبيعت ناپايدار شبکه حسگر • خلاصه سازي نتايج • سيستم هاي عامل ساده تر(TinyOS) • ايجاد امکان مديريت

10. پروژه TinyDB • مفهوم پردازش اکتسابي پرس و جو (Acquisitional Query Processing (ACQP)) • Join • Projection • Selection

11. معماري پردازش پرس و جو • نرم افزار سمت خدمتگزار • روي اسيتگاه اصلي قرار مي گيرد • نرم افزار سمت مشتري

12. تفاوت هاي پرس و جو در شبکه هاي حسگر • تحويل داده ها به صورت جرياني Stream • ذخيره جريان خام بسيار پر هزينه است • نياز به پاسخ سريع • عدم تحويل داده ها با نرخ مطمئن و دستکاري شده • نياز به پروتکل چند مرحله اي براي پردازش داده هاي همديگر

13. مصرف انرژي در پردازش جستجو • Mica Motes Using TinyDB • پردازش و ارسال بيشترين مصرف را دارند

14. درخت مسيريابي • Base Station فرآيند را آغاز مي کند • هر Query يک Counter دارد که فاصله از ريشه را نشان مي دهد • هر گره يک گره پدر را براي بازگرداندن پاسخ انتخاب مي کند • Query تا زماني که تمام گره ها آن را شنيده باشند ادامه پيدا مي کند.

15. مدل داده اي • مدل داده اي در TinyDB • تاپل هاي جدول sensors • حسگر و خصيصه (نور، رطوبت و ...) • امکان ذخيره Null براي صفاتي که به ازاي آنها حسگري ندارند • افراز جدول بين گره ها

16. ويژگي هاي زبان پايه • مانند SQL: SELECT-FROM-WHERE-GROUPBY • بند From ممکن است به جدول sensors يا Materialization Points اشاره کند. • مدت زمان نمونه گيري • فاصله زماني نمونه گيري SELECT nodeid, light, temp FROM sensors SAMPLE PERIOD 1s FOR 10s

17. ويژگي هاي زبان پايه • امکان اجراي Query هاي پيچيده تر CREATE STORAGE POINT recentlight SIZE AS (SELECT nodeid, light FROM sensorsSAMPLE PERIOD 10s)

18. ويژگي هاي زبان پايه • پرس و جو هاي تراکم (Aggregation) • به تدريج در طول درخت داده ها متراکم مي شوند SELECT AVG (volume), room FROM sensors WHERE floor = 6 GROUP BY room HAVING AVG (volume) > threshold SAMPLE PERIOD 30s

19. انواع پرس و جوها • پرس و جو هاي تصوير برداري • پرس و جو هاي سلامتي شبکه • پرس و جو هاي تو در تو • پرس و جو هاي محرک

20. جمع بندي • معرفي شبکه هاي حسگر • معرفي کاربردهاي شبکه هاي حسگر • آشنايي با پردازش جستجوها • مدل داده اي • انواع Queryها

21. منابع • [1] AKYILDIZ, I. F., SU, W., SANKARASUBRAMANIAM, Y. & CAYIRCI, E. (2002) Wireless Sensor Networks:A Survey. Computer Networks, 38, 393-422. • [2] SANTI, P. (2005) Topology Control in Wireless Ad Hoc and Sensor Networks, John Wiley & Sons. • [3] R. Shorey, A. Ananda, M. C.Chan, W.T. Ooi, Mobile, Wireless and Sensor Networks Technology, Applications and Future Directions, John Wiley & Sons. • [4] W. Heinzelman, A. P. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "An Application-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks," IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 1, No. 4, pp. 660-670, Oct 2002. Visit: http://www-mtl.mit.edu/researchgroups/icsystems/uamps/ • [5] GLOBALFUTURE (2006) http://www.globalfuture.com/mit-trends2003.htm • [6] CHI, C & .HATLER, M. (2004) Wireless Sensor Networks: Mass Market Opportunities. ON World Inc. • [7] M. Kuorilehto, M. Hannikainen, T. D. Hamalainen, A Survey of Application Distribution in Wireless Sensor Networks, EURASIP Journal onWireless Communications and Networking, 2005. • [8] CULLER, D., ESTRIN, D. & SRIVASTAVA, M. (2004) Overview of Sensor Networks. sensor networks, 41-49. • [9] GOLDSMITH, A. J. & WICKER, S .B. (2002) Design challenges for energy-constrained ad hoc wireless networks. IEEE Wireless Communications, 9, 8-27. • [10] B. Krishnamachark, Networking Wireless Sensors, Cambridge University Press, 2005. • [11] S. Madden, M. Franklin, J. Hellerstein and W. Hong, "TinyDB: An Acquisitional Query Processing System for Sensor Networks," ACM Transactions on Database Systems, ISSN: 0362-5915, Volume 30, Issue 1, pp. 122-173, March 2005. • [12] S. Madden, and J. Gehrke, “Query Processing in Sensor Networks,” IEEE CS and IEEE ComSoc, ISSN: 1536-1268, 2004. • [13] B.A. Warneke, K.S.J. Pister, Exploring the Limits of System Integration with Smart Dust, ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition, 2002. • [14] D. Malan, T. Fulford-Jones, M. Welsh, S. Moulton, CodeBlue: An Ad Hoc Sensor Network Infrastructure for Emergency Medical Care. In Proceedings of the MobiSys 2004 Workshop on Applications of Mobile Embedded Systems (WAMES 2004), Boston, MA, June, 2004.

22. با تشکر از: سوالات؟ دکتر رهگذر و حضار گرامي ...