無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其典型應(yīng)用

　　1.軍事應(yīng)用

　　信息技術(shù)正推動(dòng)著一場(chǎng)新的軍事變革。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)要求作戰(zhàn)系統(tǒng)“看得明、反應(yīng)快、打得準(zhǔn)”，誰(shuí)在信息的獲取、傳輸、處理上占據(jù)優(yōu)勢(shì)（取得制信息權(quán)），誰(shuí)就能掌握戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。傳感器網(wǎng)絡(luò)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能在多種場(chǎng)合滿足軍事信息獲取的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性等需求。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)有效的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知，滿足作戰(zhàn)力量“知己知彼”的要求。典型設(shè)想是用飛行器將大量微傳感器結(jié)點(diǎn)散布在戰(zhàn)場(chǎng)的廣闊地域，這些結(jié)點(diǎn)自組成網(wǎng)，將戰(zhàn)場(chǎng)信息邊收集、邊傳輸、邊融合，為各參戰(zhàn)單位提供“各取所需”的情報(bào)服務(wù)。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可為火控和制導(dǎo)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的目標(biāo)定位信息。網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)（NEST）戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）主導(dǎo)的一個(gè)項(xiàng)目，它應(yīng)用了大量的微型傳感器、先進(jìn)的傳感器融合算法、自定位技術(shù)等方面的成果。2003年，該項(xiàng)目成功地驗(yàn)證了能夠準(zhǔn)確定位敵方狙擊手的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它采用多個(gè)廉價(jià)音頻傳感器協(xié)同定位敵方射手，并標(biāo)識(shí)在所有參戰(zhàn)人員的個(gè)人計(jì)算機(jī)中，三維空間的定位精度可達(dá)到1.5米，定位延遲達(dá)到2秒，甚至能顯示出敵方射手采用跪姿和站姿射擊的差異，如圖所示。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可在對(duì)付化學(xué)武器方面發(fā)揮重要作用。美國(guó)Cyrano Sciences公司已將化學(xué)劑檢測(cè)和數(shù)據(jù)解釋組合到一種專有的芯片技術(shù)中，稱為Cyrano NoseChip?；谶@一技術(shù)可創(chuàng)建一個(gè)低成本的化學(xué)傳感器系統(tǒng)，捕獲和解釋數(shù)據(jù)，并提供實(shí)時(shí)告警，以應(yīng)付恐怖分子使用化學(xué)武器進(jìn)行的攻擊。該系統(tǒng)在前端使用一個(gè)C320手持傳感器（如圖5所示）負(fù)責(zé)收集有關(guān)化學(xué)劑的數(shù)據(jù)。該傳感器建有與后端筆記本電腦的無(wú)線連接，電腦上運(yùn)行著遠(yuǎn)程監(jiān)控和服務(wù)器過(guò)程。該系統(tǒng)使用IBM公司的無(wú)線通信設(shè)備WebSphere MQ Everyplace傳輸數(shù)據(jù)。這個(gè)手持設(shè)備還可以小型化為微小結(jié)點(diǎn)，部署到監(jiān)測(cè)環(huán)境中去，形成自主工作的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

　　2.民用

　　除了軍事上的應(yīng)用，傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用領(lǐng)域也有相當(dāng)廣闊的前景。如在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，可以監(jiān)測(cè)大氣成分的變化，從而對(duì)城市空氣污染進(jìn)行監(jiān)控；可以監(jiān)測(cè)土壤成分的變化，為農(nóng)作物的培育提供依據(jù)；可以監(jiān)測(cè)降雨量和河水水位的變化，實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)；可以監(jiān)測(cè)空氣溫度和濕度的變化，實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)的預(yù)警。在生物學(xué)研究中，可以跟蹤候鳥等的遷徙，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物棲息地的監(jiān)控。在空間探索中，可以在星球表面布撒傳感器結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)星球表面的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。在醫(yī)療方面，可以在病人身上安置傳感器，讓醫(yī)生可隨時(shí)遠(yuǎn)程了解病情。在交通管理方面，可以監(jiān)測(cè)道路擁塞情況，實(shí)現(xiàn)高效的道路交通運(yùn)輸管理。此外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居、智能辦公環(huán)境等方面也可一展身手。

　　動(dòng)物棲息地監(jiān)控是牽引當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一類重要應(yīng)用。最著名的是美國(guó)加州大學(xué)的研究人員在美國(guó)緬因州海岸的大班島（Great Duck Island）上部署的一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)（如圖6所示），用來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)暴海燕的行為。這種海燕習(xí)性十分特殊，只棲息在這個(gè)小島上，用通常的手段很難觀察研究這種動(dòng)物，因此，鳥類學(xué)家和伯克利分校的學(xué)者以及Intel公司聯(lián)合開發(fā)了這個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。它的傳感器結(jié)點(diǎn)稱為Mica mote，使用4MHz的Atmel Atmega 103微控制器，無(wú)線通信速率為40kbps。這些傳感器結(jié)點(diǎn)將獲取的數(shù)據(jù)傳給一個(gè)基站，后者負(fù)責(zé)匯總并通過(guò)衛(wèi)星每隔15分鐘便向位于伯克利的數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送一批數(shù)據(jù)。用戶可以訪問(wèn)伯克利的數(shù)據(jù)庫(kù)，而在大班島上則可以使用一個(gè)類似PDA的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)直接交互，調(diào)整采樣頻率或配置能量管理參數(shù)。