[发明专利]一种面向物联网数据的分布式Top-k查询方法

摘要

本发明公开一种面向物联网数据的分布式Top‑k查询方法，包括以下步骤：(1)构建最优查询树，该步骤包括网络骨干节点选取、连接节点选择，以及每轮查询各节点按ID号轮流担任根节点三个过程；(2)基于最优查询树进行Top‑k查询，该步骤包括查询初始化、数据更新值发送、sink节点top‑k查询三个过程。本发明在构建最优查询树时充分考虑节点度数、自身能量以及与邻节点通信开销，选择能量代价小的作为支配节点，有效均衡节点能耗，进一步解决了传统查询树根节点唯一带来的其附近节点过早死亡的问题，大大延长物联网的生命周期，且查询算法中通过设置过滤值来抑制每轮无效更新值的发送，有效降低平均每轮的查询能耗。

主权项

1.一种面向物联网数据的分布式Top‑k查询方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)构建最优查询树：(11)网络骨干节点选取，即网络支配节点的选取，具体过程如下：(111)节点状态和能量信息的初始化，各节点初始均为未处理状态，即flag＝0，并通过能量代价函数算得相应的能量代价值；(112)代价信息交换：各节点发送hello消息包和能量代价值的消息包，并与其邻节点交换能量代价值的信息；(113)节点状态信息广播：(12)连通支配集构造；包括支配信息存储和连接节点选择；(13)根节点选择，即sink节点的选择，包括以下步骤：(131)在步骤(12)所得连通支配集基础上，保留支配节点与其被支配节点之间的边，其余边均去除；(132)若一个被支配节点同时被两个节点支配，则先选择有较少被支配的节点为其支配节点，其次再选择距离近的节点作为其支配节点；(133)最优查询树根节点由各节点按ID号轮流担任；(2)基于步骤(1)所得的最优查询树进行T op‑k查询：(21)查询初始化，其具体过程为：(211)数据汇聚发送：在最优查询树中，各叶子节点将感知值发送至其父亲节点汇聚，先由父亲节点在本地进行Top‑k查询，再将查询结果发送至其父节点，如此汇聚发送到达根节点；(212)首轮T op‑k查询：根节点收到孩子节点发送的汇聚感知值后，将其降序排列得到k个最大值；(213)过滤值发送：根节点将第k个最大值设为过滤值τ，并广播发送给各孩子节点，过滤值τ用于抑制连续T op‑k查询中的数据更新值发送；(214)节点状态初始化：首轮查询结果中，T op‑k值中的节点成为TM‑node即监测节点，而非T op‑k值中的节点成为F‑node即过滤节点；(22)数据更新值发送，依次包括监测节点数据更新、过滤节点数据更新以及根节点发送探测信息三个步骤，其中当监测节点、过滤节点数据更新值value>τ时才向根节点发送更新值；(23)sink节点T op‑k查询，根节点将接收到的所有更新值降序排序并设置新过滤值τ'＝min(T op‑k)，即T op‑k中最小值，将τ'发送至各节点，同时各节点更新状态。