無線傳感器網絡及其典型應用

　　1.軍事應用

　　信息技術正推動著一場新的軍事變革。信息化戰(zhàn)爭要求作戰(zhàn)系統(tǒng)“看得明、反應快、打得準”，誰在信息的獲取、傳輸、處理上占據(jù)優(yōu)勢（取得制信息權），誰就能掌握戰(zhàn)爭的主動權。傳感器網絡以其獨特的優(yōu)勢，能在多種場合滿足軍事信息獲取的實時性、準確性、全面性等需求。

　　無線傳感器網絡可以協(xié)助實現(xiàn)有效的戰(zhàn)場態(tài)勢感知，滿足作戰(zhàn)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散布在戰(zhàn)場的廣闊地域，這些結點自組成網，將戰(zhàn)場信息邊收集、邊傳輸、邊融合，為各參戰(zhàn)單位提供“各取所需”的情報服務。

　　無線傳感器網絡還可為火控和制導系統(tǒng)提供準確的目標定位信息。網絡嵌入式系統(tǒng)技術（NEST）戰(zhàn)場應用實驗是美國國防高級研究計劃局（DARPA）主導的一個項目，它應用了大量的微型傳感器、先進的傳感器融合算法、自定位技術等方面的成果。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絡技術，它采用多個廉價音頻傳感器協(xié)同定位敵方射手，并標識在所有參戰(zhàn)人員的個人計算機中，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。

　　無線傳感器網絡還可在對付化學武器方面發(fā)揮重要作用。美國Cyrano Sciences公司已將化學劑檢測和數(shù)據(jù)解釋組合到一種專有的芯片技術中，稱為Cyrano NoseChip。基于這一技術可創(chuàng)建一個低成本的化學傳感器系統(tǒng)，捕獲和解釋數(shù)據(jù)，并提供實時告警，以應付恐怖分子使用化學武器進行的攻擊。該系統(tǒng)在前端使用一個C320手持傳感器（如圖5所示）負責收集有關化學劑的數(shù)據(jù)。該傳感器建有與后端筆記本電腦的無線連接，電腦上運行著遠程監(jiān)控和服務器過程。該系統(tǒng)使用IBM公司的無線通信設備WebSphere MQ Everyplace傳輸數(shù)據(jù)。這個手持設備還可以小型化為微小結點，部署到監(jiān)測環(huán)境中去，形成自主工作的無線傳感器網絡。

　　2.民用

　　除了軍事上的應用，傳感器網絡在民用領域也有相當廣闊的前景。如在環(huán)境監(jiān)測中，可以監(jiān)測大氣成分的變化，從而對城市空氣污染進行監(jiān)控；可以監(jiān)測土壤成分的變化，為農作物的培育提供依據(jù)；可以監(jiān)測降雨量和河水水位的變化，實現(xiàn)洪水預報；可以監(jiān)測空氣溫度和濕度的變化，實現(xiàn)森林火災的預警。在生物學研究中，可以跟蹤候鳥等的遷徙，實現(xiàn)動物棲息地的監(jiān)控。在空間探索中，可以在星球表面布撒傳感器結點，實現(xiàn)對星球表面的長時間監(jiān)測。在醫(yī)療方面，可以在病人身上安置傳感器，讓醫(yī)生可隨時遠程了解病情。在交通管理方面，可以監(jiān)測道路擁塞情況，實現(xiàn)高效的道路交通運輸管理。此外，無線傳感器網絡在智能家居、智能辦公環(huán)境等方面也可一展身手。

　　動物棲息地監(jiān)控是牽引當前傳感器網絡研究的一類重要應用。最著名的是美國加州大學的研究人員在美國緬因州海岸的大班島（Great Duck Island）上部署的一個傳感器網絡（如圖6所示），用來監(jiān)測風暴海燕的行為。這種海燕習性十分特殊，只棲息在這個小島上，用通常的手段很難觀察研究這種動物，因此，鳥類學家和伯克利分校的學者以及Intel公司聯(lián)合開發(fā)了這個傳感器網絡。它的傳感器結點稱為Mica mote，使用4MHz的Atmel Atmega 103微控制器，無線通信速率為40kbps。這些傳感器結點將獲取的數(shù)據(jù)傳給一個基站，后者負責匯總并通過衛(wèi)星每隔15分鐘便向位于伯克利的數(shù)據(jù)庫發(fā)送一批數(shù)據(jù)。用戶可以訪問伯克利的數(shù)據(jù)庫，而在大班島上則可以使用一個類似PDA的設備和網絡直接交互，調整采樣頻率或配置能量管理參數(shù)。