物联网分布式数据处理技术:存储、查询与应用

本书共11章。首先，介绍了物联网分布式数据存储与查询技术的相关概念和研究进展(第1和第2章)；然后，详细介绍了多种物联网类型下的数据存储与查询技术(以Topk查询为主要查询类型)，这些物联网类型包括WSN(第3、4、5章)， WSAN(第6章)， TWSN(第7、8章)，TMWSN(第9章)和传感云系统(第10章)；最后，简要介绍了物联网分布式数据存储与查询技术的相关应用(第11章)。
本书可以作为物联网工程相关专业研究生学习用书， 也可以作为相关领域科研工作者的参考用书。

第1章 概述 1
1.1 物联网分布式数据存储与查询相关概念 1
1.1.1 物联网的概念 1
1.1.2 物联网的特点和系统架构 2
1.1.3 物联网发展面临的挑战 4
1.2 物联网的边缘网络 5
1.2.1 无线传感器网络 5
1.2.2 双层传感器网络 8
1.2.3 双层可移动传感器网络 11
1.2.4 RFID网络 13
1.3 物联网中的分布式数据存储与查询 14
1.3.1 问题背景 14
1.3.2 面临的挑战 15
1.3.3 性能评价标准 18
本章小结 20
第2章 物联网分布式数据存储与查询技术的研究进展 21
2.1 WSN中的分布式数据存储与查询技术的研究进展 21
2.1.1 研究必要性 21
2.1.2 具体研究内容和面临的挑战 22
2.1.3 WSN数据存储与查询方案的分类标准 23
2.1.4 典型方案 24
2.1.5 各种方案综合比较 37
2.1.6 未来研究重点 39
2.2 WSAN中的分布式数据存储与查询技术的研究进展 40
2.2.1 WSN面向WSAN的适用性分析 40
2.2.2 关于WSAN的现有数据存储与查询方案分析 41
2.2.3 关于WSAN的现有数据存储与查询方案的综合比较分析 47
2.2.4 WSAN中的自适应数据存储与查询的新研究思路 48
2.3 TWSN和TMWSN中的分布式数据存储与查询在安全性上的研究进展 49
本章小结 51
第3章 WSN中基于虚拟环的分布式数据存储与查询技术 52
3.1 技术背景 52
3.2 基站协作下的最优环分布式数据存储方案VRS 55
3.2.1 VRS网络模型与假设 55
3.2.2 网络部署区域中虚拟环的形成 56
3.2.3 VRS方案中的数据存储机制 56
3.2.4 VRS方案中的数据查询策略 58
3.2.5 最优环的确定方法 60
3.2.6 VRS方案的性能效果 62
3.3 无基站协作下的最优环分布式数据存储 63
3.3.1 预备知识 63
3.3.2 问题描述与总体方案设计思路 65
3.3.3 确定最优数据存储环的分布式算法 66
3.3.4 SVSR方案中的数据存储算法 69
3.3.5 SVSR方案中的数据查询算法 69
本章小结 72
第4章 WSN中基于虚拟云的分布式数据存储与查询技术 73
4.1 技术背景 73
4.2 相关概念和定义 74
4.3 虚拟云的初始构建方法 75
4.4 虚拟云的动态调整方法 76
4.4.1 虚拟云动态调整时需要考虑的因素 76
4.4.2 虚拟云中主链路节点能量不足时的调整策略 77
4.4.3 虚拟云的动态扩展方法 79
4.4.4 虚拟云的动态收缩方法 81
4.4.5 虚拟云动态收缩的实现方法 86
4.4.6 节点类型的判断以及更新策略 88
4.5 虚拟云的自我修复方法 89
4.6 基于虚拟云的WSN分布式数据存储与查询方法 90
4.6.1 基于虚拟云的WSN分布式数据存储 90
4.6.2 基于虚拟云的WSN分布式数据查询 91
本章小结 91
第5章 WSN中的距离约束Topk查询技术 92
5.1 技术背景 92
5.2 网络模型和LAP(D, k)问题回顾 94
5.2.1 网络模型 94
5.2.2 LAP(D, k)问题回顾 94
5.3 LAP(D, k)查询下的LAPDK算法 95
5.3.1 LAPDK算法 95
5.3.2 LAPDK算法中的路由 96
5.3.3 正六边形单元的划分和簇头的选择 97
5.3.4 单元内部LAP(D, k)问题 97
5.3.5 LAPDK算法中的动态规划算法 97
5.3.6 优化LAP(D, k)的初步解 98
5.4 实验结果与分析 99
5.4.1 实验场景与参数设置 99
5.4.2 场景1中的实验结果 100
5.4.3 场景2中的实验结果 102
5.4.4 场景3中的实验结果 103
本章小结 104
第6章 WSAN中自适应数据存储与查询技术 105
6.1 技术背景 105
6.2 SRMSN方案中的WSAN模型与问题定义 106
6.2.1 WSAN模型 106
6.2.2 问题定义 107
6.3 SRMSN方案 107
6.3.1 SRMSN方案概述 107
6.3.2 自适应位置优化 108
6.3.3 最佳持续停留时间的确定 110
6.4 SRMSN方案的性能评估 111
6.4.1 延迟性能测试结果 111
6.4.2 能效和负载均衡性能测试结果 112
本章小结 114
第7章 TWSN中基于“时间-顺序-分值”加密绑定的安全Topk查询技术 115
7.1 技术背景 115
7.2 相关模型与定义 116
7.2.1 网络模型 116
7.2.2 查询模型 116
7.2.3 安全威胁模型 117
7.2.4 问题描述以及相关定义 117
7.3 Topk查询数据的真实性和完整性验证方案VSFTQ 118
7.4 VSFTQ分析 121
7.4.1 安全性分析 121
7.4.2 能效性分析 122
7.5 仿真分析实验 124
本章小结 126
第8章 TWSN中基于分值关联的安全Topk查询技术 127
8.1 技术背景 127
8.2 网络模型与相关定义 129
8.2.1 网络模型 129
8.2.2 相关定义 130
8.3 VPP方案介绍 130
8.3.1 传感器节点的感知数据预处理方法 130
8.3.2 数据存储节点的Topk查询处理方法 131
8.3.3 Sink节点的Topk查询结果的数据完整性检验方法 131
8.4 VPP方案的安全性、 能效性与计算复杂性分析 132
8.4.1 VPP方案的安全性分析 132
8.4.2 VPP方案的能效性分析 133
8.4.3 VPP方案的计算复杂性分析 135
8.5 仿真分析实验 135
本章小结 140
第9章 面向TMWSN的安全Topk查询技术 141
9.1 技术背景 141
9.2 模型与假设 142
9.3 VIPTQ协议介绍 143
9.3.1 传感器节点的数据预处理 143
9.3.2 数据存储节点的Topk查询处理 143
9.3.3 查询处理结果的完整性验证 144
9.4 VIPTQ协议的性能分析 146
9.4.1 安全性分析 146
9.4.2 计算复杂性分析 148
9.4.3 能耗分析 149
9.5 实验结果与分析 149
本章小结 151
第10章 传感云系统中的安全查询技术 152
10.1 基于边缘计算的传感云系统简介 152
10.2 研究动机和目标 152
10.3 相关架构模型 153
10.3.1 ECSCS架构模型 153
10.3.2 ECSCS架构模型的安全性与面临的主要威胁 155
10.4 STKESC方案 156
10.4.1 STKESC方案概述 156
10.4.2 STKESC方案中的密钥发放策略 157
10.4.3 STKESC方案中的数据报告生成策略 158
10.4.4 STKESC方案中的查询处理方法 159
10.4.5 STKESC方案中查询结果的数据完整性验证方法 160
10.5 ECSCS架构模型下查询方案的安全性分析 162
10.5.1 STKESC方案的隐私性分析 162
10.5.2 STKESC方案的数据完整性分析 162
10.6 ECSCS架构模型下安全查询处理方案的仿真实验 164
10.6.1 仿真工具与实验设置 164
10.6.2 实验结果与分析 165
10.6.3 针对STKESC方案仿真实验结果的进一步讨论 168
本章小结 169
第11章 物联网分布式数据存储与查询技术的相关应用 170
11.1 智慧医疗应用 170
11.2 智慧农业应用 171
11.3 现代军事应用 172
11.3.1 战场情报收集与情报信息检索 172
11.3.2 士兵健康监测与查询 173
11.3.3 弹药装备库存监测与管理 173
本章小结 174
附录 缩略语表 175
参考文献 178