1,、軍事需求

傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一門新興的科學(xué)技術(shù),，正如當(dāng)今世界人們利用互聯(lián)網(wǎng)可以獲得大量文字、圖像,、聲音等數(shù)字信息,，將數(shù)量巨大的傳感器組建成網(wǎng)絡(luò)可使探測感知技術(shù)延伸到更廣闊的領(lǐng)域,。目前，傳感器在戰(zhàn)場發(fā)揮著越來越重要的作用,，利用無線自組織的方式建立網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)在軍事應(yīng)用上將是一項重大的技術(shù)革新,。傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速部署、自組織和容錯性等特征使得傳感器網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)場信息獲取中起著非常重要的作用,。因為傳感器網(wǎng)絡(luò)是由密集型,、低成本、隨機(jī)分布的節(jié)點組成的,，網(wǎng)絡(luò)的容錯能力使其不會因為某些節(jié)點在惡意攻擊中的損壞而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰,，這一點是傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)所無法比擬的,，也正是這一點，使傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中,。比如監(jiān)控我軍兵力,，裝備和物資；戰(zhàn)場監(jiān)視,；偵察敵方兵力部署和地形,；定位攻擊目標(biāo)；評估損失,；偵察和探測核,、生物和化學(xué)攻擊等等。

1）監(jiān)控我軍兵力,，裝備和物資,。指揮官可以實時地監(jiān)控我方部隊的狀況，在戰(zhàn)場上通過傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控我軍裝備和物資的狀態(tài)和可用性,。在每個部隊,、車輛、裝備和關(guān)鍵物資上安裝傳感器,，這些傳感器可以報告相應(yīng)的狀態(tài),。所有這些數(shù)據(jù)通過匯聚節(jié)點最終發(fā)送給終端的指揮官，最后融合來自各戰(zhàn)場的數(shù)據(jù)后再將數(shù)據(jù)發(fā)送到更高層的指揮官,。

2）戰(zhàn)場監(jiān)控,。對關(guān)鍵的區(qū)域、可通過的路線,，可以快速地部署傳感器來嚴(yán)密監(jiān)控這些軍事要地的各種情況,。隨著監(jiān)控方法的發(fā)展和新方案的提出，新型傳感器網(wǎng)絡(luò)可以隨時部署到軍事要地,。

3）偵查敵方兵力部署和地形,。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以部署在敵軍前線，以更隱蔽的方式近距離地觀察敵方的布防,；也可以直接將傳感器節(jié)點撒向敵方陣地,，在敵方還未來得及反應(yīng)時迅速收集利于作戰(zhàn)的信息。

4）目標(biāo)定位,。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以嵌入導(dǎo)航系統(tǒng),，來提供精確的定位信息。

5）偵察和探測核,、生物和化學(xué)攻擊,。在化學(xué)和生物戰(zhàn)中，在爆炸中心附近及時、準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)非常重要,，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以部署在我軍前沿來作為化學(xué)和生物攻擊的預(yù)警系統(tǒng),，這樣就可以為我軍提供寶貴的反應(yīng)時間，大幅度降低人員傷亡,。傳感器網(wǎng)絡(luò)也可以在核,、生物和化學(xué)攻擊后提供精確的探測數(shù)據(jù)，我們可以部署傳感器網(wǎng)絡(luò)來探測數(shù)據(jù)從而避免核反應(yīng)部隊探測數(shù)據(jù)時受到核輻射,。

2,、國外研究背景

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究可溯源于七十年代美國軍方的分組無線網(wǎng)，隨后IEEE在建立802.11標(biāo)準(zhǔn)時,，將分組無線網(wǎng)改稱為無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò),，意為“僅為特定目的、情況或場合的”,。這類網(wǎng)絡(luò)的突出特性是具備自組織能力,，屬于無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點是否可移動無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)又可分為兩類：一類為移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad hoc NETwork,，簡稱MANET）,，1997年IETF成立了MANET工作組，旨在對該類型網(wǎng)絡(luò)的路由算法進(jìn)行研究和開發(fā),；另一類為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network,，簡稱傳感器網(wǎng)，文中在后述中未作特殊說明處,，傳感器網(wǎng)特指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）,，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定或變化緩慢，此類網(wǎng)絡(luò)試圖通過在遠(yuǎn)控區(qū)域布撒大量傳感器,，然后由各傳感器節(jié)點自行協(xié)調(diào)來迅速組建通訊網(wǎng)，在能量利用率優(yōu)先考慮原則下進(jìn)行工作任務(wù)劃分以獲取監(jiān)視區(qū)域信息,。

目前國外一些政府,、院校和工業(yè)等部門針對不同應(yīng)用需求的研究工作正在緊密開展，美國的很多大學(xué)都已開展傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究：加州大學(xué)伯克利分校（University of California, Berkeley）用于低能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)研制的傳感器系統(tǒng),、麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology）致力于基于知識的信號處理技術(shù),、哈佛大學(xué)（Harvard University）研究傳感器網(wǎng)絡(luò)中通訊的理論基礎(chǔ)等。在其它國家和地區(qū),，如歐洲,、日本、澳大利亞也開展了不少關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作,。

國際主流研究項目有：

1）Smart Dust（智能塵埃）Smart Dust項目是在美國DARPA贊助支持下,，由U.C.Berkeley開展進(jìn)行的微型傳感器網(wǎng)的研究計劃，已于2000年完成。它的主要目標(biāo)是在盡可能小的封裝下完成一個傳感器和通信系統(tǒng)的設(shè)計與制造,，其中包括小型化,、一體化設(shè)計與能量管理等幾方面問題。值得一提是,，由Smart Dust計劃所發(fā)展出的技術(shù)已進(jìn)一步商業(yè)化,。Intel公司負(fù)責(zé)投資的Crossbow Technology將Smart Dust技術(shù)商業(yè)化，并負(fù)責(zé)制造和推銷,。

2）NEST（Network Embedded System Technology）Nest項目是在Smart Dust研究基礎(chǔ)上,，由U.C.Berkeley和Intel共同開展的一項研究計劃。NEST主要圍繞傳感器網(wǎng)的軟件/硬件開放試驗平臺進(jìn)行了深入地研究與開發(fā),，并構(gòu)建了一個演示范例GDI(Great Duck Island)監(jiān)測系統(tǒng),。

3）μAMPS(μ-Adaptive Multi-domain Power aware Sensors) μAMPS計劃是麻省理工學(xué)院在DARPA、ARL,、Texas Instruments公司,、HP公司資助下，針對傳感器網(wǎng)進(jìn)行的研究,。從單個節(jié)點和整個系統(tǒng)兩方面考慮能量的利用效率,，從智能化角度研究網(wǎng)絡(luò)的靈活性、使網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自組織,、重配置和自適應(yīng),。

4）WINS(Wireless Integrated Network Sensors) WINS計劃是美國DARPA、Army Research Laboratory(ARL)和Federated Laboratories program共同資助支持,，加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)電子工程系和Rockwell Science Center合作負(fù)責(zé)進(jìn)行的一項傳感器組網(wǎng)研究計劃,。WINS的研究重點是實現(xiàn)技術(shù)、包括微功率CMOS VCO和混頻器電路,、低功率信號處理電路,、衛(wèi)星紅外、聲學(xué)傳感器制造技術(shù)等,。

5）SCADDS(Scalable Coordination Architectures for Deeply Distributed Systems)  SCADDS是由美國DARPA傳感器信息技術(shù)計劃支持的項目,，主要研究定向擴(kuò)散、自適應(yīng)保真,、定位,、時間同步、自我配置,、傳感器Mac協(xié)議,。目前國內(nèi)外出現(xiàn)的一些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計，實現(xiàn)原理上基本上是相似的,，只是分別采用了不同的微處理器或者不同的通信或協(xié)議方式,，比如采用自定義協(xié)議、802.11協(xié)議、ZigBee協(xié)議,、藍(lán)牙協(xié)議以及U-WB(超寬帶)通信方式等,。另外，模擬仿真成為傳感器網(wǎng)絡(luò)性能評價的一項重要手段,，高效準(zhǔn)確的仿真工具對推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展作用很大,，目前存在多種成熟的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，如NS-2,，OMNeT++,，OPNET，GloMoSim和QualNet,，但是由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特殊性,，這些仿真平臺都具有某些使用的局限性，因此許多學(xué)者都投入大量精力在上述幾種平臺基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究開發(fā)更適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的仿真工具,。

3,、國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)的已經(jīng)出現(xiàn)部分科研單位和大學(xué)開展了傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究工作，如清華大學(xué)計算機(jī)與科學(xué)系,、解放軍理工大學(xué)信息通信工程學(xué)院,、西南交通大學(xué)計算機(jī)與通信工程學(xué)院、電子科技大學(xué),、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等,。總體上來說,，關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究還處于剛剛起步的階段,，大部分工作仍處在針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計仿真和實驗階段，仿真規(guī)模在數(shù)百至數(shù)千節(jié)點,，實驗規(guī)模在幾十個節(jié)點左右,。

4、主要差距

1,、當(dāng)前節(jié)點數(shù)量設(shè)計在30個以內(nèi),，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)充后（例如上百個乃至上萬個節(jié)點），通過現(xiàn)行設(shè)計的路由探測協(xié)議,，會隨著網(wǎng)絡(luò)容量的增加網(wǎng)絡(luò)探測時延加長，對時間要求不高的系統(tǒng)可以接受,，但網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)拓?fù)渑c調(diào)整則出現(xiàn)明顯滯后,。

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)中節(jié)點的跳躍階數(shù)最大為3,，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇M(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)充，需要考慮的問題是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳扇〉氖擎準(zhǔn)竭B接，即當(dāng)中間節(jié)點失效時有可能導(dǎo)致各跳鏈路失效,，表明這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟子趯崿F(xiàn),，但不夠健壯，只適合小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)使用,，因此協(xié)議研究將是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的一個側(cè)重點,。本文源自澤天傳感，,，轉(zhuǎn)載請注明出處,。