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意爾創(chuàng)傳感器:軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了傳感器網(wǎng)絡(luò)的三要素。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式處理技術(shù)等，是當(dāng)前上研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。美國(guó)商業(yè)周刊將其列為21世紀(jì)zui有影響的技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)不僅是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，同時(shí)也在信息化作戰(zhàn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論則將其列為改變世界的*技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過分布在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)，獲取客觀世界的zui直接、zui有效、zui真實(shí)的信息，并通過無線自組織的網(wǎng)絡(luò)傳遞到用戶端。在國(guó)防和軍事領(lǐng)域，該網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知、采集和傳遞戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境內(nèi)的各種信息，協(xié)助實(shí)現(xiàn)有效的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知，為作戰(zhàn)指揮員提供戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)服務(wù)。世界軍事強(qiáng)國(guó)紛紛開展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軍事應(yīng)用研究。
在軍事領(lǐng)域中，傳感器包括磁、聲、光傳感器，毒氣傳感器，氣象傳感器等各種類型的傳感器。感知對(duì)象包括敵、友軍兵力，裝備和物質(zhì)情況，沖突區(qū)火力情況，敵方地形和布防等。觀察者既可指用戶端計(jì)算機(jī)，也可指我軍情報(bào)工作人員。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，傳感器節(jié)點(diǎn)感知監(jiān)測(cè)區(qū)域信息，并在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通過其他節(jié)點(diǎn)將信息多跳路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，zui后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星傳到信息處理中心，用戶在信息處理中心查閱監(jiān)測(cè)區(qū)域信息。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有快速部署、隱蔽性強(qiáng)、自組織以及良好的容錯(cuò)性等特點(diǎn)，在軍事上具有廣泛的應(yīng)用前景。在戰(zhàn)場(chǎng)上，戰(zhàn)斗環(huán)境惡劣，作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)瞬息萬變，戰(zhàn)機(jī)稍縱即逝，作戰(zhàn)指揮員需要即時(shí)了解掌握*的情況。鋪設(shè)在作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)可以采集相應(yīng)的信息，并通過匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)送至指揮所，再轉(zhuǎn)發(fā)到指揮部，zui后融合來自各戰(zhàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，形成完備的戰(zhàn)區(qū)事態(tài)圖。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事應(yīng)用中的潛在優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1，部署方便快捷。傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過飛機(jī)投遞或者炮彈發(fā)射直接部署于敵方陣地內(nèi)，近距離獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息。
2，隱蔽性。傳感器節(jié)點(diǎn)是一種微型設(shè)備，其體積可以不超過1mm3，這一優(yōu)勢(shì)使得傳感器節(jié)點(diǎn)不易被敵方發(fā)現(xiàn)。
3，容錯(cuò)性。網(wǎng)絡(luò)由大量廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，使得網(wǎng)內(nèi)存在許多冗余節(jié)點(diǎn)，為整個(gè)系統(tǒng)提供了較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。
4，準(zhǔn)確性。傳感器覆蓋區(qū)域廣闊，從不同空間視角采集多方位信息，具有更大的信噪比。
5，無人值守。傳感器節(jié)點(diǎn)密集分布于監(jiān)測(cè)環(huán)境中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)依靠自帶電源或自主獲取電源維持工作供電，采用啟發(fā)式的節(jié)點(diǎn)喚醒/睡眠機(jī)制，無需人工值守，在惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)中能發(fā)揮重要作用。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)較傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)有其自身潛在的優(yōu)勢(shì)，能在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中發(fā)揮“神經(jīng)元"的作用，因此受到世界各軍事強(qiáng)國(guó)的廣泛關(guān)注。
美國(guó)國(guó)防部較早開始啟動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，將其定位為指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、打擊、情報(bào)、監(jiān)視、偵查（C4KISR）系統(tǒng)*的一部分。自2001年起，美國(guó)國(guó)防部遠(yuǎn)景計(jì)劃研究局（DARPA）已投資幾千萬美元，幫助大學(xué)進(jìn)行“智能塵埃"傳感器技術(shù)的研發(fā)。美*2001年提出“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信"計(jì)劃，旨在通過在戰(zhàn)場(chǎng)上布置大量傳感器為參戰(zhàn)人員搜集和傳輸信息。2005年又確立了“無人值守地面?zhèn)鞲衅魅?項(xiàng)目，其主要目標(biāo)是是使基層*指揮員根據(jù)需要能夠?qū)鞲衅黛`活部署到任何區(qū)域。美*確立了“傳感器組網(wǎng)統(tǒng)"研究項(xiàng)目，其核心是一套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，對(duì)從戰(zhàn)術(shù)級(jí)到戰(zhàn)略級(jí)的傳感器信息進(jìn)行管理。
除美國(guó)外，日本、英國(guó)、意大利、巴西等也對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出極大的興趣，并各自開展了該領(lǐng)域的研究工作。
中國(guó)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究幾乎與發(fā)達(dá)國(guó)家同步啟動(dòng)，1999年中國(guó)科學(xué)院《知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究--信息與自動(dòng)化領(lǐng)域研究報(bào)告》中首先將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列入其中。2001年，中國(guó)科學(xué)院成立了微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心，掛靠中科院上海微系統(tǒng)所，旨在整合中科院內(nèi)部的相關(guān)單位，共同推進(jìn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。從2002年開始，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)開始部署傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的課題。
盡管無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在許多優(yōu)勢(shì)，但目前技術(shù)的發(fā)展還不能夠支持其在軍事上的廣泛應(yīng)用，主要存在以下亟待解決的關(guān)鍵性問題。
1，安全性問題
在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性顯得尤為重要。傳感器節(jié)點(diǎn)往往散布在敵方區(qū)域，其物理安全無法保證，節(jié)點(diǎn)很有可能遭俘獲，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中首先要考慮被俘節(jié)點(diǎn)的問題。其次，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸、存儲(chǔ)和處理的過程中也要保證其邏輯安全。
2，目標(biāo)跟蹤問題
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)場(chǎng)上需要及時(shí)跟蹤敵方車輛的行進(jìn)路線和兵力的調(diào)動(dòng)情況，將獲取的戰(zhàn)場(chǎng)信息及時(shí)發(fā)送回我方指揮中心，但傳感器節(jié)點(diǎn)能源和體積受限，易受戰(zhàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境影響，無線鏈路易受干擾，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，而作戰(zhàn)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。這就使得網(wǎng)絡(luò)采用的跟蹤定位算法必須能以較小代價(jià)實(shí)時(shí)傳輸跟蹤數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果。
3，能量受限問題
無線傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小，只能攜帶十分有限的電池，數(shù)據(jù)的采集，處理，特別是傳輸需要消耗大量的能量，而節(jié)點(diǎn)部署的廣泛性和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的惡劣性使得更換節(jié)點(diǎn)電池變得不現(xiàn)實(shí)。如何設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂坪蛥f(xié)議，節(jié)省能量以維持全網(wǎng)絡(luò)的生存期，是一個(gè)必須貫穿全網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要問題。
zui后，通過對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事上的應(yīng)用進(jìn)行了探析，可以看到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事上應(yīng)用存在許多優(yōu)勢(shì)，但受現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展制約，還有很多關(guān)鍵問題亟待解決。相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一定能在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮重要作用。
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