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    無線傳感器網絡及其典型應用

    放大字體??縮小字體 發布日期:2013-10-11
    核心提示: 無線傳感器網絡在軍事和民用領域有著廣闊的應用前景,如軍事偵察、環境監測、醫療監護、空間探索、城市交通管理、倉儲管理等,成為信息技術的一個新的應用領域。
           無線傳感器網絡在軍事和民用領域有著廣闊的應用前景,如軍事偵察、環境監測、醫療監護、空間探索、城市交通管理、倉儲管理等,成為信息技術的一個新的應用領域。

      1.軍事應用

      信息技術正推動著一場新的軍事變革。信息化戰爭要求作戰系統“看得明、反應快、打得準”,誰在信息的獲取、傳輸、處理上占據優勢(取得制信息權),誰就能掌握戰爭的主動權。傳感器網絡以其獨特的優勢,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助實現有效的戰場態勢感知,滿足作戰力量“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散布在戰場的廣闊地域,這些結點自組成網,將戰場信息邊收集、邊傳輸、邊融合,為各參戰單位提供“各取所需”的情報服務。

      無線傳感器網絡還可為火控和制導系統提供準確的目標定位信息。網絡嵌入式系統技術(NEST)戰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同定位敵方射手,并標識在所有參戰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揮重要作用。美國Cyrano Sciences公司已將化學劑檢測和數據解釋組合到一種專有的芯片技術中,稱為Cyrano NoseChip。基于這一技術可創建一個低成本的化學傳感器系統,捕獲和解釋數據,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據。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控和服務器過程。該系統使用IBM公司的無線通信設備WebSphere MQ Everyplace傳輸數據。這個手持設備還可以小型化為微小結點,部署到監測環境中去,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,實現洪水預報;可以監測空氣溫度和濕度的變化,實現森林火災的預警。在生物學研究中,可以跟蹤候鳥等的遷徙,實現動物棲息地的監控。在空間探索中,可以在星球表面布撒傳感器結點,實現對星球表面的長時間監測。在醫療方面,可以在病人身上安置傳感器,讓醫生可隨時遠程了解病情。在交通管理方面,可以監測道路擁塞情況,實現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、智能辦公環境等方面也可一展身手。

      動物棲息地監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公司聯合開發了這個傳感器網絡。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據傳給一個基站,后者負責匯總并通過衛星每隔15分鐘便向位于伯克利的數據庫發送一批數據。用戶可以訪問伯克利的數據庫,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。

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