基于事件驱动的主动数据库在WSN的研究与应用
时间：2021-04-09 07:57:26 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：针对于无线传感器网络在监控应用方面的特点以及现有被动对象模型存在的不足，提出了基于事件驱动的主动数据库模型。本文研究了无线传感器网络（WSN）的实时监控、检测方面的应用，并且考虑到WSN最关心的节能问题，由此将无线传感器网络数据库设计成一种基于事件驱动的主动数据库。通过增加自定义的事件驱动的支持，从而增强了节点的智能性，大大减少了数据的传输进而提高了节点的使用寿命。
关键词：事件驱动；主动对象；事件；主动数据库；无线传感器网络
中图分类号：TP332
随着无线传感器网络数据库的发展，针对于WSN在实时监测方面的应用，传统的数据库已远远不能满足现有的需求，因为它只是提供了数据的集中式被动访问，而数据判断以及数据分析的过程都只能在外部基站管理系统来统一控制。众所周知，WSN的数据传输十分消耗能量。统计数据表明，发送1bit数据的能耗大约相当于执行200-2900指令的能耗。通常由电池供电的无线传感器网络节点能量是非常有限的，当能量耗尽的时候也就是WSN节点使用寿命和作用价值的终止。因此，研究基于事件驱动的主动数据库在节点实现数据处理具有很强的现实意义。
本文研究了基于事件驱动的主动数据库在无线传感器网络的应用。利用事件监视器监测外部环境，只有在所定义的事件发生的时候才向基站发送信息。与传统的查询式的数据库处理相比，大大减少了冗余的数据传输，从而十分有效的减少了能量的消耗，提高了网络资源的利用率。
1 主动数据库简介
主动数据库与传统数据库相比是“被动的”。在数据的存储与检索等方面传统数据库已经能为各种用户提供好的数据支持，但数据本身是被动的，即它只能被动的根据用户给出的请求执行相应的数据库操作，自己不会根据数据库的状态主动的提供服务，因而是被动的。
在实际应用领域其实存在着各种各样的主动性需求，如主动地提出警告、主动检索、主动实时地实现某些动态修改等。这些需求就要求数据库不仅仅具有存储数据的功能，还要能够主动处理异常情况，当某一特定事件发生的时候能主动的执行相应的操作。针对于这一需求的增加，主动数据库这一技术应运而生。它是在传统数据库的基础上，通过现代数据库技术与人工智能技术相结合得到的产物，是目前数据库技术中一个新的方向。它除了能够完成传统数据库完成的服务，还能够提供各种主动服务的功能，大大满足了人们不断增长的需求。
一个主动数据库系统（ADBS）是在传统数据库系统（DBS）的基础上，增加了事件驱动的知识库（EB）和事件监测器（EM）。
其中DBS是一个传统的数据库系统，用来存储数据和对数据进行维护管理和运用。事件库EB是一组由事件驱动的知识的集合，每一项知识表示在相应的事件发生时，如何来主动的执行其中包含的由用户预先设定的动作。EM是一个随时监控EB中的事件是否已经发生的监测模块，一旦监测到某事件已经发生时就主动地触发系统，按EB中指明的相应知识执行其中预先设定的动作。知识库包括事件库和规则库。目前主要采用基于事件驱动的“事件-条件-动作”规则，即ECA规则模型。该规则模型中每个规则描述了某个事件在什么条件下执行什么动作。主动数据库系统对传统的数据库系统进行了扩展，增加了事件和触发规则。当事件监视器监视到所定义事件的发生时，根据规则的描述执行相应的动作，从而使得数据库系统实现了主动处理事务的需求。
2 无线传感器网络的主动数据库
针对于对无线传感器在监测方面的特点，结合一般的主动数据库系统，实现基于事件驱动的主动数据库在无线传感器的应用。监测性的传感器网络主要用于实时收集一些检测数据。有些对我们来说是无用的、多余的数据也收集到基站。这些数据由一般节点到汇聚节点再到基站的传输过程中无疑浪费了很多的资源和能量。这时候如果按照传统的数据收集的方法势必会产生大量的冗余数据。如果我们采用主动数据库的数据处理方式来处理数据，该系统只会在所检测的定义事件发生时，才主动的向基站发送信息。采用这种主动的数据处理方式，不仅大大减少了数据量的传输，而且增加了效率。
无线传感网络的每一个节点上都存储着自己所维护的数据，存储节点之间通过自组织的方式建立无线网络，这些节点上存储的数据共同构成了一个分布式的无线传感器网络数据库。具备各种主动功能是主动数据库的一个很突出的特点，它以主动规则的机制来实现各种主动性需求。要实现主动数据库的特征，最简单的实现方案是在现有的WSN传统数据库系统基础上增加知识库和事件监测器。
在原有WSN数据库管理系统的基础上进行改造，为此只需在原有数据库管理系统之外增加一个优先级高的独立进程来实现事件监视器，以保证它总能经常地被运行，起到主动监视各种事件发生的作用。
传统数据库包含系统必需的所有表数据为主动数据库提供了数据基础。知识库包括事件库和规则库，其中事件库中主要包含基本事件和复合事件。其中，复合事件可以根据基本事件的不同组合构成。例如监测数据变化、数据越界和报警信息等级跃迁等基本处理信息都可以是事件。知识库中的事件和规则可以根据需求的不同进行更新。数据库系统中用户可以根据事件组合规则自定义成复杂的事件，也可以根据相应的事件制定相应的规则。事件监测器如果检测到有事件发生则根据ECA规则库中的规则来自动执行相应动作，根据其定义的规则，在数据库管理系统中加入其对应的SQL代码实现执行动作。这样，实现主动数据库系统能提高系统运行效率，不需对原有的WSN实时数据库系统进行很大的改动，也不影响WSN系统其他应用功能。
在系统运行过程中，每隔一个特定的时间间隔，读取各种传感器（例如，消防监测报警系统，系统中主要包括湿度传感器、温度传感器、光传感器等）的状态值，主动数据库实现系统传感器监测状态的更新，其内部的事件监测器不断监测事件库中定义的事件是否发生，一旦监视到某个事件（如数据越界、数据报警）发生，主动地触发规则库中的规则，按照规则中预设定的动作处理事件并向基站发送报警信息。从而实现主动处理数据的功能。
3 结束语
主动数据库已经成为数据库技术的一个热点研究领域，虽然主动数据库还有一些急需解决的技术问题，但在无线传感器网络中，事件驱动的数据处理是一个重要的研究领域。为了确保数据从节点以低能量消耗、低延时的方式传输到汇聚节点，需选取重要的数据，需要在系统中的监测器和事件优先级方面进行合理的设计，这样能更好的让主动数据库在WSN系统中得到应用。
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作者简介：李敏（1990.10-），女，湖北枝江人，硕士研究生，研究方向：网络数据库。
作者单位：长江大学 计算机科学学院，湖北荆州 434023
