WSN jako globální deduktivní databáze Petr Sobotka - DJ2,

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB2 Osnova WSN – popis problému Existující řešení a návrhy Popis nového návrhu První testy a měření Shrnutí a závěr

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB3 WSN Wireless Sensor Network Síť z (mnoha) zařízení se senzory a vstupního uzlu

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB4 WSN Senzorové uzly Poskytují různá data, z různých lokalit Propojeny do jedné sítě bezdrátově (často špatně dostupná umístění) Nemívají k dispozici mnoho energie – třeba šetřit! Přes vstupní uzel se lze dotazovat na data celé sítě – navenek se WSN tváří jako DB Např.: Oblasti, kde je teplo a přitom není vlhko.

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB5 WSN Mnoho využití Sledování počasí (teplota, vlhkost, tlak,…) Vojenské či bezpečnostní Měření seismické činnosti, hurikánů, stavu vody v řece… Výroba (stav zásob, opotřebení strojů, …) Chytrá elektronika, košíky v obchodech,… …

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB6 WSN jako relační DB Projekt Cougar (Cornell University) První abstrakce WSN jako relační DB –Dotaz varianta SQL Zajímavý nápad: přesun dotazů na samotné uzly –Uzlů mnoho – centrálně drahé a ne vždy proveditelné Projekt Directed Diffusion (USC)

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB7 WSN jako relační DB TinyDB Nástupce Cougar a Directed Diffusion Distribuovaná na jednotlivé uzly (zrnka, motes) Rozhraní obdoba SQL či deklarativně Dokáže vyhodnocovat dotazy přes více uzlů, více zároveň Spravuje topologii sítě Agregace dat, cache – úspora energie Běží nad TinyOS –OS pro malá bezdrátová zařízení –Nízké energetické nároky –Zadarmo (BSD licence) Netriviální použití

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB8 WSN jako relační DB Nevýhody ex. relačních řešení: Slabší vyjadřovací schopnost dotazu oproti deklarativním DB Obtížná práce globálně (přes více atributů různých uzlů) –Data vázána k jednotlivým uzlům – musí se projít a agregovat Neimplementují rekurzivní dotazy Nepodporují logické dotazy

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB9 WSN jako deduktivní DB Lepší vyjadřovací schopnost, rekurzivní dotazy Datalog – oblíbený jazyk na kladení dotazů nad deduktivní DB Snlog Dialekt Datalogu vyvinutý pro WSN Ale deklarativní charakter Pro Low-level programátory Dotazy lokálně + musí se řešit síťové detaily a protokoly

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB10 Příklad dotazů v Datalogu maTepleMisto(OblastID):- teplota(UzelID, Teplota), Teplota > 25, oblast(UzelID, OblastID). nebezpeci(OblastID) :- teplota(UzelID, T), T > 42, oblast(UzelID, OblastID). nebezpeci(OblastID) :- vlhkost(UzelID, H), H < 40, oblast(UzelID, OblastID), soused(OblastID, SousOblast), nebezpeci(SousOblast).

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB11 WSN jako glob. deduktivní DB Celá WSN je jedna velká deduktivní DB Nahrazení TinyDB vlastní LogicQ Původní způsoby zpracování dotazů pro deduktivní DB nebyly vytvořeny pro WSN Typy zpracování dotazů Prologové (Prologue + DB) Shora dolů Zdola nahoru

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB12 WSN jako glob. deduktivní DB V klasických deduktivních DB často preferován způsob „zdola nahoru“ Ale ve WSN máme v každém uzlu lokální data a posílat je všechny „nahoru“ pro každý dotaz by bylo drahé Použití způsobu „Shora dolů“ Šlo by omezit, ze kterých uzlů data chceme –Např. potvrzení faktu stačí od jednoho uzlu Vhodné pro rekurzivní dotazy Neměnné fakty lze cachovat centrálně Výsledky poddotazů lze využít pro filtraci následujících

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB13 Příklad použití výsledků předchozích poddotazů horkyObjekt(ObjektID, OblastID):- detekuje(ObjektID, OblastID), teplota(ObjektID, T), T > 50 Dotaz ?-horkyObjekt(X,oblast70) Odešle se detekuje(ObjektID, oblast70) a na to odpoví jen relevantní část uzlů (nagativní mlčí) = uzly z oblasti 70 Každý získaný ObjektID se pak dá do teplota(…,T) Dokonce můžeme ještě dříve použít T > 50 a brát jen ty uzly

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB14 LogicQ Namísto TinyDB poběží LogicQ na každém uzlu (nad TinyOS) Predikáty spojené s funkcí sensorů jsou zadány při instalaci např. teplota(Uzel1, T) – senzor dá do T naměřenou hodnotu Vyhodnocovač dotazů („nahoře“) má dáno, co poslat jako poddotazy „dolů“ (~iniciální pravidla v log. programování) Při startu se sestaví Směrovací strom Kořen je vstupní uzel Každý (kromě kořene) uzel má jen jednoho otce Slouží k jednoduchému přeposílání dotazů dle potřeby (pokud již uzel výše ve stromu sám neuspokojí)

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB15 LogicQ Rozlišovány 2 typy poddotazů: Ověření faktu –detekuje(nádrž1, oblast70) – true/false –Lze splnit dříve než poslánio všem uzlům Získání všech splněných predikátů –detekuje(X, oblast70) – nádrž1, nádrž2, nádrž8, … –Musí se poslat všem uzlům (které zatím nevyloučeny)

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB16 LogicQ Pseudokód vyhodnocování poddotazů: If (typ == overeni) { if (splnenoLokalne) posliNahoru(true); else posliDotazDetem; } Else //typ == ziskani všech splnenych { posliDotazDetem; if (necoLokalneSplnuje) posliNahoru(MnozinaSplnujici); }

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB17 První měření LogicQ Pomocí TOSSIM (TinyOS Simulator) Předpokládáno spolehlivé spojení Měřené metriky: Úplnost (# získaných odpovědí / # vzniklých) Přesnost (# relevantních odpovědí / # získaných) Nákladnost (na energii, jako počet posílaných zpráv) Měřeno vůči standardní metodě „zdola nahoru“

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB18 První měření LogicQ LogicQ dosáhl 100% přesnosti za téměř 100% úplnosti a nákladech ve většině případů nižší než při použití metody „zdola nahoru“ Úplnost měla drobné ztráty v důsledku zahlcení, avšak díky menšímu počtu poslaných zpráv k jevu docházelo méně často než ve druhém případě Při narůstajícím počtu uzlů se rozdíl v nákladech snižoval, jelikož naivní implementace LogicQ posílá při bindingu zprávu pro každou hodnotu zvlášť

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB19 Shrnutí WSN jedna velká deduktivní DB Logická pravidla i dotazy snadno zadatelná přes všechny uzly (globálně) Podpora rekurzivních dotazů Optimalizace Dřívějším bindingem / splněním dříve Nedostatky (zatím) Naivní implementace dřívějšího bindování (jednotlivě a ne jako množiny – vícekrát posláno) Není navrhnuté řízení zahlcení

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB20 Závěr Jedná se zatím jen o první pokusy nového řešení Na rozdíl od TinyDB, která je již řadu let úspěšně používaná Poskytuje ovšem již nyní směr vývoje WSN, který by mohl v řadě případů být lepším než stávající řešení

Petr SobotkaWSN jako glob. deduktivní DB21 Zdroje A System for Using Wireless Sensor Networks as Globally Deductive Databases Supasate Choochaisri, Chalermek Intanagonwiwat, wimob, pp , 2008 IEEE International Conference on Wireless & Mobile Computing, Networking & Communication,