無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的軍事應用

摘要：信息化戰爭對戰場(chǎng)信息的獲取提出了高時(shí)效性、高可靠性等亟待解決的要求。通過(guò)對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的結構和特點(diǎn)的深入分析認為，無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)可以在戰場(chǎng)偵查與監控、目標定位、毀傷效果*估、核生化監測等軍事應用領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，實(shí)現戰場(chǎng)的快速布控、戰場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)采集處理與傳輸，從而極大地提高指揮系統的戰場(chǎng)感知能力，滿(mǎn)足信息化戰爭對信息獲取的需求。

引言

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(wireless Sensor Networks，WSN)是由一組隨機分布的，集傳感器、數據處理單元和通信模塊于一體的微型傳感器，以自組織方式構成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中被監測對象的信息，并傳送給信息獲取者。WSN技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，在軍事、工業(yè)、醫療、交通、環(huán)保等諸多方面有著(zhù)巨大的應用價(jià)值，正受到各技術(shù)和軍事強國越來(lái)越多的關(guān)注，被美國《技術(shù)*論》雜志*選為未來(lái)10種改變世界的新興技術(shù)的第1位。

　　由于WSN的探測節點(diǎn)可以通過(guò)飛機播撒或人工布置等方法大量部署于感知對象的附近，不斷獲得感知對象的各種信息，為軍事指揮員的決策提供第一手信息資料，因此在當代信息化戰爭的形態(tài)下，具有廣闊的軍事應用前景。

　　美國國防部及各軍事研究部門(mén)對WSN技術(shù)都給予了高度重視，在C4ISR基礎上提出了C4KISR計劃，強調基于WSN技術(shù)的戰場(chǎng)情報感知能力、信息綜合能力和信息利用能力。作為很有代表性的WSN軍事應用研究項目，“智能灰塵(Smart DuST)”和“沙地直線(xiàn)(A Line in the Sanel)”也取得了令人矚目的研究成果。“智能塵埃”的設計思想是，在戰場(chǎng)上拋撒數千個(gè)具有計算能力和無(wú)線(xiàn)通信功能的低成本、低功耗超微型傳感器模塊并組成網(wǎng)絡(luò )，用于監控敵人的活動(dòng)情況，并將采集到的原始數據進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后發(fā)送回指揮部。“沙地直線(xiàn)”是國防高級研究計劃局的資助下開(kāi)發(fā)的一種WSN系統。該系統可將探測節點(diǎn)散布到整個(gè)戰場(chǎng)，偵測戰區內高金屬含量的運動(dòng)目標。歐洲，德國、芬蘭、意大利、法國、英國等國家的研究機構也紛紛開(kāi)展了WSN技術(shù)基礎理論與軍事應用的相關(guān)研究工作。日本與韓國甚至將建設WSN系統提升到國家戰略高度。

　　我國目前的WSN技術(shù)研究已具初步規模，但對于WSN技術(shù)的軍事應用研究尚處于起步階段。

　　1 WSN的構成與特點(diǎn)

　　1．1 WSN的構成

　　典型的WSN系統主要由信息管理節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)(Sink Nocle)、傳感器節點(diǎn)(Sensor Node)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò )構成。

　　傳感器節點(diǎn)由部署在感知對象附近大量的廉價(jià)微型傳感器模塊組成，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中感知對象的信息，并發(fā)送到匯聚節點(diǎn)。各模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò )系統，傳感器節點(diǎn)采集到的數據沿著(zhù)其他傳感器節點(diǎn)逐跳傳輸到匯聚節點(diǎn)。一個(gè)WSN系統通常有數量眾多的體積小、成本低的傳感器節點(diǎn)。

　　匯聚節點(diǎn)和傳感器節點(diǎn)構成了底層數據采集和傳輸的網(wǎng)絡(luò )系統，雖然單個(gè)節點(diǎn)功能有限，采集的數據也不夠準確，但是大量具有一定計算能力、存儲能力和通信能力的節點(diǎn)相互協(xié)作，構成一個(gè)具有高度抗毀性的網(wǎng)絡(luò )系統，其采集數據的精度和廣度得以很大提升，傳回的數據完全能夠作為用戶(hù)決策的參考。

　　匯聚節點(diǎn)通過(guò)通信衛星或其他其通信網(wǎng)絡(luò )，將監測數據傳輸到管理節點(diǎn)。管理節點(diǎn)通過(guò)對整個(gè)系統的配置和管理，實(shí)現對系統中各節點(diǎn)監測任務(wù)的發(fā)布和監測數據的收集與處理。WSN典型結構如圖1所示。

　　1．2 WSN的特點(diǎn)

　　WSN具有諸多其他信息探測系統和網(wǎng)絡(luò )系統所不具備的獨特優(yōu)勢，同時(shí)也具有一定局限性。

　　1．2．1 優(yōu) 勢

　　(1)生存能力強

　　WSN密集分布在監測區域的大量傳感器節點(diǎn)地位平等，沒(méi)有嚴格的控制中心。每個(gè)傳感器節點(diǎn)可以隨時(shí)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò )，而不會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的正常運行。當某些傳感器節點(diǎn)由于環(huán)境干擾或人為破壞而不能正常工作時(shí)，隨機分布的大量傳感器節點(diǎn)之間可以協(xié)調互補，動(dòng)態(tài)連接成新的網(wǎng)絡(luò )系統，保證部分傳感器節點(diǎn)的損壞不會(huì )影響到全局任務(wù)。因此，WSN在惡劣的戰場(chǎng)環(huán)境下有著(zhù)很強的生存能力。

　　(2)精確性和可靠性高

　　由于WSN系統可以在監測區域大量布設低成本的傳感器節點(diǎn)，使得傳感器節點(diǎn)能夠與探測目標近距離地接觸，極大地消除了環(huán)境噪聲對系統性能的影響。通過(guò)多種傳感器的混合應用，可以在提高探測性能指標的同時(shí)從不同空間視角對監測對象進(jìn)行監測，而多節點(diǎn)聯(lián)合和多方位信息的綜合能夠有效地提高信噪比，形成覆蓋面積較大的實(shí)時(shí)探測區域，從而提高監測準確性，克服衛星和雷達這類(lèi)獨立系統的技術(shù)難題。

　　WSN系統中傳感器節點(diǎn)的大規模部署，使WSN通常具有較高的節點(diǎn)冗余、網(wǎng)絡(luò )鏈路冗余以及采集數據冗余，為整個(gè)系統提供了很強的容錯能力。此外，借助傳感器節點(diǎn)中個(gè)別具有移動(dòng)能力的節點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行調整，可以有效地消除探測區域內的陰影和肓點(diǎn)，進(jìn)一步降低環(huán)境噪聲和提高探測的準確性。

　　(3)自組織能力強

　　WSN是一個(gè)節點(diǎn)對等網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)節點(diǎn)都具有路由功能，網(wǎng)絡(luò )中不存在嚴格的中心控制節點(diǎn)。其工作的展開(kāi)不依賴(lài)于任何預設的網(wǎng)絡(luò )基礎設施，節點(diǎn)開(kāi)機后就可以通過(guò)自我協(xié)調、自動(dòng)布置，快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨立的網(wǎng)絡(luò )。

　　(4)可擴展性強

　　WSN是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)隨時(shí)可能因為種種原因退出或加入網(wǎng)絡(luò )。此時(shí)，原有的WSN可以有效地容納或剔除變化的節點(diǎn)，快速形成新的網(wǎng)絡(luò )并繼續原來(lái)的丁作，無(wú)需外界幫助。