[发明专利]混合sink节点WSN及其数据收集方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)技术领域，尤其涉及一种混合sink节点WSN及其数据收集方法。

背景技术

随着物联网的发展，WSN作为物联网的神经末梢，已经成为人们研究的热点问题。典型的WSN是由大量微小的具有感知能力的无线传感器(sensor)节点和一个固定的汇集(sink)节点组成。他们被部署在不同的应用场景中，sensor节点将感知的数据通过单跳或多跳的方式传递给sink节点。研究表明，sink节点的近端sensor节点由于负载过大而导致其能量消耗远比远端sensor节点快，造成热点区域问题(hot spot)。这种不均匀的能量消耗降低了WSN的性能，同时大大缩短了WSN的寿命。

为延长WSN的寿命，研究人员在WSN中引入了移动汇集sink节点，移动sink节点是指在WSN中能够按照指定路线移动的sink节点，其移动路线和速度可以通过网络控制；通过移动SINK节点的移动不断的转移热点区域，均衡网络能量分布，以达到延长寿命的目的。目前提出的解决方案有MULE、RP、MILP、GMRE方法等。

MULE方法是让移动sink节点依次访问WSN中的所有sensor节点，当移动sink节点到达源sensor节点的通信范围时，源sensor节点将数据全部通过一跳方式发送给移动sink节点。这种方法虽然消除了节点的中继负载，减少了网络能耗，但带来了非常大的数据延迟，只适用于数据类型为延迟容忍型的WSN。

RP方法就是为了减少MULE方法中数据延迟提出，在RP方法中，移动sink节点只访问被选中的几个集合点，区域内的数据先缓存到集合点处，并进行可能的数据融合，当移动sink节点到达其通信范围时，将其缓存的数据全部发送给移动sink节点。这种方式虽然可以减少移动sink节点的移动范围，改善延迟性能，但仍然只适合数据类型为延迟容忍型的WSN，延时容忍型数据是指该类型数据对延时相对不敏感，在传递过程中可以容忍一定的延时。

MILP和GMRE两种方法均适用于数据类型为实时性的WSN，实时性数据是指该类型数据对延迟敏感，需要实时传递，延时越小越好。这两种方法中，移动sink节点根据全WSN或局部WSN中sensor节点实时剩余能量信息，在固定的几个位置中，选择下一个最佳的移动停留点。这两种方法在不同程度上都能改善网络寿命，但都需要各移动sink节点知道自己的地理位置信息，这在许多实际的网络中比较难实现，另外由于在实时网络场景下，移动sink节点每移动一次都要更新全网路由，额外的路由开销使得由移动sink节点带来的网络性能优化并不理想。

另外考虑到在实际的应用场景中，如野外生态环境监测，农业生长环境监测，地震带环境监测等，网络中sensor节点主要是周期性上传监测数据，这些数据上传周期相对较长，且允许一定的时延；但当监测环境有异常情况发生时，因事件触发局部区域需要短时间内上报突发数据，这些数据对时延性能和丢包率都有很高的要求。所以，如何既能满足不同数据类型的服务需求又能很好的延长网络寿命，已经成为业内科技人员一项迫切需求解决的新课题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种混合sink节点WSN及其数据收集方法，以解决WSN热点区域以及不能同时处理两种数据类型的问题。

本发明提供一种混合sink节点WSM，包括一个固定sink节点、至少一个移动sink节点以及两个以上的sensor节点，上述WSM整体部署为圆形；

上述固定sink节点设置在上述WSN的中心；

上述sensor节点以上述固定sink节点为圆心，均匀设置在上述WSM覆盖范围内；

上述移动sink节点按照预设的移动方式以预设移动半径绕上述固定sink节点移动。

优选地，上述移动sink节点向与其相邻的sensor节点分发信标帧，并收集sensor节点发送的数据包；

上述sensor节点判断是否收到信标帧，并在收到信标帧时，判断分发上述信标帧的sink节点是否在其一跳范围内，若是，则将数据包发送给上述移动sink节点；否则，判断数据包的类型，将延时容忍型数据包暂存到缓存区，将实时性数据包按照路由发送给上述固定sink节点的下一跳sensor节点，或者在未收到信标帧时，将数据包按照路由发送给上述固定sink节点的下一跳sensor节点。

优选地，上述移动sink节点提供参数设置接口；