無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )及其典型應用

　　1.軍事應用

　　信息技術(shù)正推動(dòng)著(zhù)一場(chǎng)新的軍事變革。信息化戰爭要求作戰系統“看得明、反應快、打得準”，誰(shuí)在信息的獲取、傳輸、處理上占據優(yōu)勢（取得制信息權），誰(shuí)就能掌握戰爭的主動(dòng)權。傳感器網(wǎng)絡(luò )以其獨特的優(yōu)勢，能在多種場(chǎng)合滿(mǎn)足軍事信息獲取的實(shí)時(shí)性、準確性、全面性等需求。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可以協(xié)助實(shí)現有效的戰場(chǎng)態(tài)勢感知，滿(mǎn)足作戰力量“知己知彼”的要求。典型設想是用飛行器將大量微傳感器結點(diǎn)散布在戰場(chǎng)的廣闊地域，這些結點(diǎn)自組成網(wǎng)，將戰場(chǎng)信息邊收集、邊傳輸、邊融合，為各參戰單位提供“各取所需”的情報服務(wù)。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )還可為火控和制導系統提供準確的目標定位信息。網(wǎng)絡(luò )嵌入式系統技術(shù)（NEST）戰場(chǎng)應用實(shí)驗是美國國防高級研究計劃局（DARPA）主導的一個(gè)項目，它應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，該項目成功地驗證了能夠準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，并標識在所有參戰人員的個(gè)人計算機中，三維空間的定位精度可達到1.5米，定位延遲達到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(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )還可在對付化學(xué)武器方面發(fā)揮重要作用。美國Cyrano Sciences公司已將化學(xué)劑檢測和數據解釋組合到一種專(zhuān)有的芯片技術(shù)中，稱(chēng)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，捕獲和解釋數據，并提供實(shí)時(shí)告警，以應付恐怖分子使用化學(xué)武器進(jìn)行的攻擊。該系統在前端使用一個(gè)C320手持傳感器（如圖5所示）負責收集有關(guān)化學(xué)劑的數據。該傳感器建有與后端筆記本電腦的無(wú)線(xiàn)連接，電腦上運行著(zhù)遠程監控和服務(wù)器過(guò)程。該系統使用IBM公司的無(wú)線(xiàn)通信設備WebSphere MQ Everyplace傳輸數據。這個(gè)手持設備還可以小型化為微小結點(diǎn)，部署到監測環(huán)境中去，形成自主工作的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。

　　2.民用

　　除了軍事上的應用，傳感器網(wǎng)絡(luò )在民用領(lǐng)域也有相當廣闊的前景。如在環(huán)境監測中，可以監測大氣成分的變化，從而對城市空氣污染進(jìn)行監控；可以監測土壤成分的變化，為農作物的培育提供依據；可以監測降雨量和河水水位的變化，實(shí)現洪水預報；可以監測空氣溫度和濕度的變化，實(shí)現森林火災的預警。在生物學(xué)研究中，可以跟蹤候鳥(niǎo)等的遷徙，實(shí)現動(dòng)物棲息地的監控。在空間探索中，可以在星球表面布撒傳感器結點(diǎn)，實(shí)現對星球表面的長(cháng)時(shí)間監測。在醫療方面，可以在病人身上安置傳感器，讓醫生可隨時(shí)遠程了解病情。在交通管理方面，可以監測道路擁塞情況，實(shí)現高效的道路交通運輸管理。此外，無(wú)線(xiàn)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)物棲息地監控是牽引當前傳感器網(wǎng)絡(luò )研究的一類(lèi)重要應用。最著(zhù)名的是美國加州大學(xué)的研究人員在美國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)監測風(fēng)暴海燕的行為。這種海燕習性十分特殊，只棲息在這個(gè)小島上，用通常的手段很難觀(guān)察研究這種動(dòng)物，因此，鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家和伯克利分校的學(xué)者以及Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了這個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )。它的傳感器結點(diǎn)稱(chēng)為Mica mote，使用4MHz的Atmel Atmega 103微控制器，無(wú)線(xiàn)通信速率為40kbps。這些傳感器結點(diǎn)將獲取的數據傳給一個(gè)基站，后者負責匯總并通過(guò)衛星每隔15分鐘便向位于伯克利的數據庫發(fā)送一批數據。用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)伯克利的數據庫，而在大班島上則可以使用一個(gè)類(lèi)似PDA的設備和網(wǎng)絡(luò )直接交互，調整采樣頻率或配置能量管理參數。