物联网海量异构数据检索的研究

摘 要

在物联网环境下，由于传感设备结构和功能的不同，产生了各种各样类型的数据源，需要对海量异构数据进行层次化处理，有效的降低数据类型的复杂度，避免查询形式单一，负载不均。

【关键词】物联网 海量异构数据 EPC网络 chord算法

1 引言

物联网中传感设备采集的数据具有以下几个特点。1）海量性。物联网应用规模的扩大，传感设备涉及任何物品，数据量呈几何级数增长。2）异构性。传感设备结构和功能不同，将产生了各种各样类型的数据源，与互联网和EPC网络相比，更为多样化。3）分散性。传感设备分散在不同的地理位置，是无处不在的，因此采集到的数据具有分散性。

2 基于chord算法的物联网信息检索

在基于chord算法的物联网信息检索中，基于EPC网络对EPC码和IP地址注册入网，当有用户节点发出查询请求时，节点就遵循chord算法，在chord环上进行关键字查询。因此，对物联网异构数据进行分层次处理成为亟待解决的主要问题，对海量异构数据进行智能分类，关键字提取，获取数据采集地址，从而增加了物联网数据的透明度。设计信息服务节点，使其具有EPC网络中ONS和EPCIS两个部分的功能，使其提供信息查找和定位服务。

3 基于信息服务节点的物联网检索算法的改进

3.1 物联网异构数据预处理

海量异构数据是物联网最突出的特点，为提高检索效率，需要对海量异构数据进行分层次预处理。自底向上分为以下三点。

（1）存储层。把各式各样的传感设备获取的海量数据进行统一的存储管理。（2）处理层。通过统一的扩展的信息管理的应用接口，把存储层的数据与上层的数据应用衔接在一起，实现数据统一处理，达到更好的系统性能。（3）服务层。将处理后的数据信息映射到信息服务节点，响应用户访问请求，监测处理层的运行情况。

3.2 异构数据预处理流程

（1）将传感设备采集到的数据存储到存储层的传感节点，向上层处理层上传。（2）处理层，设置H函数，对采集数据端口获取的数据流进行数据类型分类， 针对物联网内异构数据格式进行分类处理，将产生为一个三十二位散列值，如视频，音频以及图像等均产生为不同的散列值。从而产生一个初始的二维 key/value 集合。其中key值为数据类型，value值存储原始数据。（3）系统把所有初始二维key/value集合中具有相同key值的value值聚合在一起后调用M函数。（4）对初始二维key/value集合中的value值提取关键字和采集地址，保存在中间二维keyI/valueI集合中。（5）中间集合值聚合在R函数，产生一个三维的key/keyI/valueI集合值，即。物联网异构数据预处理流程图，如图1所示。

3.3 物联网信息服务节点检索算法

物联网信息服务的需求和应用环境特点，采用chord数据查找算法作为其信息检索技术的组织方式，每个节点只需要维护自身 Finger 表中的小部分节点，无须掌握网络中其他节点的信息，就可以通过节点之间的通信，找到任一节点。因此具体查询步骤如下：

（1）用户预查询信息，首先对信息服务节点发出查询请求。（2）信息服务节点 N 查找 key 所在位置，若 key 在 N 和 Successor（N）之间，则相关的信息存放在节点 N 的后继节点上，于是节点 N向其后继节点发送查询请求。（3）否则若 key 不在 N 和 Successor（N）之间，则节点 N 需要查询其 Finger 表，找到标识符最接近 key 并且小于 key 的节点，直接向此节点发送查询请求，节点接到查询请求后重复此查询步骤，直到搜索到目标节点。

4 实验分析

笔者在OMNET++平台下从路由跳数，对物联网异构数据检索算法进行仿真。如图2所示，实验验证了 Chord 算法的逻辑路由跳数是O（ ln N ）。随着网络规模的增大，Chord 搜索算法的路由跳数并没有急剧地增加，而是保持在一个相对稳定的数值区间。因此，Chord 适合于异构数据急剧增长的物联网。

5 结语

笔者设计信息服务节点用 Chord 路由算法进行在物联网环境下异构数据的查找，并用 OMNET++进行仿真实验，从路由跳数方面，对物联网异构数据查询进行了性能仿真。实验结果显示，运用 Chord算法进在物联网异构数据环境下进行数据查询与EPC网络相比，查询时路由跳数相差不大，避免了异构数据的瓶颈问题，有效地提高了物联网异构数据的查询效率。但是改进后的信息查找算法仍然存在不足，如 Chord 的算法未能依据用户的个人信息进行个性化推荐，因此，今后的重点工作就是对 Chord算法继续进行改进，降低算法复杂度，从而使 Chord 能够提供更好的查询服务。

参考文献

[1]李建中.物联网与CPS的终极挑战：海量数据计算[R].中国计算机学会，学科前沿讲习班，2010.

作者单位

辽宁大学信息学院 辽宁省沈阳市 110036