引言
    無線傳感器網(wǎng)絡(wireless Sensor Networks,，WSN)是由一組隨機分布的,，集傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊于一體的微型傳感器,，以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡,。其目的是協(xié)作地感知,、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被監(jiān)測對象的信息,，并傳送給信息獲取者。WSN技術(shù)綜合了傳感器技術(shù),、嵌入式計算技術(shù),、網(wǎng)絡技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù),，在軍事,、工業(yè)、醫(yī)療,、交通,、環(huán)保等諸多方面有著巨大的應用價值，正受到各技術(shù)和軍事強國越來越多的關(guān)注，被美國《技術(shù)評論》雜志評選為未來10種改變世界的新興技術(shù)的第1位,。
    由于WSN的探測節(jié)點可以通過飛機播撒或人工布置等方法大量部署于感知對象的附近,，不斷獲得感知對象的各種信息，為軍事指揮員的決策提供第一手信息資料,，因此在當代信息化戰(zhàn)爭的形態(tài)下,，具有廣闊的軍事應用前景。
    美國國防部及各軍事研究部門對WSN技術(shù)都給予了高度重視,，在C4ISR基礎(chǔ)上提出了C4KISR計劃,，強調(diào)基于WSN技術(shù)的戰(zhàn)場情報感知能力、信息綜合能力和信息利用能力,。作為很有代表性的WSN軍事應用研究項目,，“智能灰塵(Smart Dust)”和“沙地直線(A Line in the Sanel)”也取得了令人矚目的研究成果。“智能塵埃”的設計思想是,，在戰(zhàn)場上拋撒數(shù)千個具有計算能力和無線通信功能的低成本,、低功耗超微型傳感器模塊并組成網(wǎng)絡，用于監(jiān)控敵人的活動情況,，并將采集到的原始數(shù)據(jù)進行簡單處理后發(fā)送回指揮部,。“沙地直線”是國防高級研究計劃局的資助下開發(fā)的一種WSN系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將探測節(jié)點散布到整個戰(zhàn)場,，偵測戰(zhàn)區(qū)內(nèi)高金屬含量的運動目標,。歐洲，德國,、芬蘭,、意大利、法國,、英國等國家的研究機構(gòu)也紛紛開展了WSN技術(shù)基礎(chǔ)理論與軍事應用的相關(guān)研究工作,。日本與韓國甚至將建設WSN系統(tǒng)提升到國家戰(zhàn)略高度。
    我國目前的WSN技術(shù)研究已具初步規(guī)模,，但對于WSN技術(shù)的軍事應用研究尚處于起步階段,。

1 WSN的構(gòu)成與特點
1．1 WSN的構(gòu)成
    典型的WSN系統(tǒng)主要由信息管理節(jié)點、匯聚節(jié)點(Sink Nocle),、傳感器節(jié)點(Sensor Node)和相關(guān)網(wǎng)絡構(gòu)成,。
    傳感器節(jié)點由部署在感知對象附近大量的廉價微型傳感器模塊組成，其目的是協(xié)作地感知,、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息,，并發(fā)送到匯聚節(jié)點。各模塊通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng),，傳感器節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳傳輸?shù)絽R聚節(jié)點,。一個WSN系統(tǒng)通常有數(shù)量眾多的體積小,、成本低的傳感器節(jié)點。
    匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點構(gòu)成了底層數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)木W(wǎng)絡系統(tǒng),，雖然單個節(jié)點功能有限,，采集的數(shù)據(jù)也不夠準確，但是大量具有一定計算能力,、存儲能力和通信能力的節(jié)點相互協(xié)作,，構(gòu)成一個具有高度抗毀性的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其采集數(shù)據(jù)的精度和廣度得以很大提升,，傳回的數(shù)據(jù)完全能夠作為用戶決策的參考,。
    匯聚節(jié)點通過通信衛(wèi)星或其他其通信網(wǎng)絡，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾砉?jié)點,。管理節(jié)點通過對整個系統(tǒng)的配置和管理,，實現(xiàn)對系統(tǒng)中各節(jié)點監(jiān)測任務的發(fā)布和監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集與處理。WSN典型結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

1．2 WSN的特點
    WSN具有諸多其他信息探測系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)所不具備的獨特優(yōu)勢,，同時也具有一定局限性。
1．2．1 優(yōu) 勢
    (1)生存能力強
    WSN密集分布在監(jiān)測區(qū)域的大量傳感器節(jié)點地位平等,，沒有嚴格的控制中心,。每個傳感器節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡，而不會影響整個網(wǎng)絡的正常運行,。當某些傳感器節(jié)點由于環(huán)境干擾或人為破壞而不能正常工作時,，隨機分布的大量傳感器節(jié)點之間可以協(xié)調(diào)互補，動態(tài)連接成新的網(wǎng)絡系統(tǒng),，保證部分傳感器節(jié)點的損壞不會影響到全局任務,。因此，WSN在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境下有著很強的生存能力,。
    (2)精確性和可靠性高
    由于WSN系統(tǒng)可以在監(jiān)測區(qū)域大量布設低成本的傳感器節(jié)點,，使得傳感器節(jié)點能夠與探測目標近距離地接觸，極大地消除了環(huán)境噪聲對系統(tǒng)性能的影響,。通過多種傳感器的混合應用,，可以在提高探測性能指標的同時從不同空間視角對監(jiān)測對象進行監(jiān)測，而多節(jié)點聯(lián)合和多方位信息的綜合能夠有效地提高信噪比,，形成覆蓋面積較大的實時探測區(qū)域,，從而提高監(jiān)測準確性,，克服衛(wèi)星和雷達這類獨立系統(tǒng)的技術(shù)難題,。
WSN系統(tǒng)中傳感器節(jié)點的大規(guī)模部署，使WSN通常具有較高的節(jié)點冗余,、網(wǎng)絡鏈路冗余以及采集數(shù)據(jù)冗余,，為整個系統(tǒng)提供了很強的容錯能力。此外，借助傳感器節(jié)點中個別具有移動能力的節(jié)點對網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,，可以有效地消除探測區(qū)域內(nèi)的陰影和肓點,，進一步降低環(huán)境噪聲和提高探測的準確性。

  (3)自組織能力強
    WSN是一個節(jié)點對等網(wǎng)絡,，每個節(jié)點都具有路由功能,，網(wǎng)絡中不存在嚴格的中心控制節(jié)點。其工作的展開不依賴于任何預設的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施,，節(jié)點開機后就可以通過自我協(xié)調(diào),、自動布置，快速,、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡,。
    (4)可擴展性強
    WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點隨時可能因為種種原因退出或加入網(wǎng)絡,。此時,，原有的WSN可以有效地容納或剔除變化的節(jié)點，快速形成新的網(wǎng)絡并繼續(xù)原來的丁作,，無需外界幫助,。
1．2．2 局限性
    由低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點構(gòu)成的以自組織模式工作的WSN系統(tǒng)也具有一定的局限性：
    (1)能量的有限性
    WSN中的傳感器節(jié)點體積微小,，一般依賴能量有限的電池供電,。其特殊的應用領(lǐng)域和大規(guī)模的應用數(shù)量，決定了使用過程中無法對其進行能量更新,，一旦電池耗盡該節(jié)點便隨即“死亡”,。因此，在WSN設計過程中如何提高能量使用效率和節(jié)點生命周期,，是需要考慮的首個重要因素,。
    (2)硬件資源的有限性
    WSN系統(tǒng)對傳感器節(jié)點這種需要大規(guī)模部署的微型嵌入式系統(tǒng)的要求非常高，包括體積小,、價格低,、功耗小等。受這些要求的限制,，傳感器節(jié)點的計算能力,、程序空間和內(nèi)存空間非常有限，同時面向WSN的算法計算設計也要盡可能簡單,，易于在傳感器節(jié)點上實現(xiàn),。
    (3)通信能力的有限性
    由于無線通信所需能量與通信距離的n次方成正比，隨著通信距離的增加,，WSN中傳感器節(jié)點的能耗將急劇增加,。受能量因素的約束,，節(jié)點必須在滿足通信暢通和生命周期正常的條件下考慮提高通信距離。同時,，受外界地理條件,、自然環(huán)境等的影響，無線通信性能可能經(jīng)常變化,，會頻繁出現(xiàn)通信中斷等現(xiàn)象,，這也使WSN系統(tǒng)的通信能力受到很大的限制。

2 傳感器網(wǎng)絡在軍事中的應用
    信息化戰(zhàn)爭中,，戰(zhàn)場信息的及時獲取和反應對于整個戰(zhàn)局的影響至關(guān)重要,。由于WSN具有生存能力強、探測精度高,、成本低等特點,，非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，執(zhí)行戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控,、目標定位,、戰(zhàn)爭效能評估、核生化監(jiān)測以及國土安全保護,、邊境監(jiān)視等任務,。
2．1 戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控
    戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控的基本思想，是在戰(zhàn)場上布設大量的WSN,，以收集和中繼信息,，并對大量的原始數(shù)據(jù)進行過濾；然后把重要信息傳送到數(shù)據(jù)融合中心,，將大量信息集成為一幅戰(zhàn)場全景圖,，以滿足作戰(zhàn)力量“知己知彼”的要求，大大提升指揮員對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知水平,。
    典型的WSN應用方式是用飛行器將大量微傳感器節(jié)點散布于戰(zhàn)場地域,，并自組成網(wǎng)，將戰(zhàn)場信息邊收集,、邊傳輸,、邊融合。系統(tǒng)軟件通過解讀傳感器節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容,，將它們與諸如公路,、建筑、天氣,、單元位置等相關(guān)信息,，以及其他WSN的信息相互融合，向戰(zhàn)場指揮員提供一個動態(tài)的,、實時或近實時更新的戰(zhàn)場信息數(shù)據(jù)庫,，為各作戰(zhàn)平臺更準確地制定戰(zhàn)斗行動方案提供情報依據(jù)和服務,，使情報偵察與獲取能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍,。
    對戰(zhàn)場的監(jiān)控可以分為對己方的監(jiān)控和對敵方的監(jiān)測,，包括軍事行動偵察與非軍事行動的監(jiān)測。通過在己方人員,、裝備上附帶各種傳感器,，并將傳感器采集的信息通過匯聚節(jié)點送至指揮所，同時融合來自戰(zhàn)場的其他信息,，可以形成己方完備的戰(zhàn)場態(tài)勢圖,，幫助指揮員及時準確地了解部隊、武器裝備和軍用物資的部署和供給情況,。
    通過飛機或其他手段在敵方陣地大量部署各種傳感器,，對潛在的地面目標進行探測與識別，可以使己方以遠程,、精確,、低代價、隱蔽的方式近距離地觀察敵方布防,，迅速,、全方位地收集利于作戰(zhàn)的信息，并根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新的WSN,，及時發(fā)現(xiàn)敵方企圖和對我方的威脅程度,。通過對關(guān)鍵區(qū)域和可能路線的布控WSN，可以實現(xiàn)對敵方全天候的嚴密監(jiān)控,。
2．2 目標定位
    WSN中感知目標信息的節(jié)點將感知信息廣播(無線傳送)到管理節(jié)點,，再由管理節(jié)點融合感知信息，對目標位置進行判斷的過程稱為目標定位,。目標定位是WSN的重要應用之一,，為火力控制和制導系統(tǒng)提供精確的目標定位信息，從而實現(xiàn)對預定目標的精確打擊,。
    由于WSN具有擴展性強,、實時性和隱蔽性好等特點，使得它非常適合對運動目標進行跟蹤定位,，為指揮中心提供被跟蹤對象的實時位置信息,。WSN的目標定位應用方式可以分為偵測、定位,、報告三個階段,。在偵測階段，每個傳感器節(jié)點隨機“啟動”以探測可能的目標,，并在目標出現(xiàn)后計算自身到目標的距離,，同時向網(wǎng)絡廣播包括節(jié)點位置及與目標的距離等內(nèi)容的信息,。在定位階段，各節(jié)點根據(jù)接收到的目標方位與自身位置信息,，通過最大似然,、三邊測量或三角測量等方法，獲得目標的位置信息,，然后進入報告階段,。在報告階段，WSN會向距離目標較近的傳感器節(jié)點廣播消息,，使之啟動并加入跟蹤過程,，同時WSN將目標信息通過匯聚節(jié)點傳輸?shù)焦芾砉?jié)點或指揮所，實現(xiàn)對目標的精確定位,。
    2003年美國國防高級研究計劃局主導的Network Embed and System Technology項目成功驗證了WSN技術(shù)的準確定位能力,。該項目采用多個廉價音頻傳感器節(jié)點協(xié)同定位敵方狙擊手，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1．5 m,，定位延遲達2 s，甚至能顯示出敵方狙擊手采用跪姿和站姿射擊的差異,，使指揮員和戰(zhàn)斗員的作戰(zhàn)態(tài)勢感知能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍,。
2．3 毀傷效果評估
    戰(zhàn)場目標毀傷效果評估是對火力打擊后目標毀傷情況的科學評價，是后續(xù)作戰(zhàn)行動決策的重要依據(jù),。當前應用較多的目標毀傷效果評估系統(tǒng)主要依托于無人機,、偵察衛(wèi)星等手段，但這些手段均受到飛行距離近,、過頂時間短,、敵方打擊威脅或天氣等因素的制約，無法全天時對打擊目標進行抵近偵查并對毀傷效果做出正確評估,。
    WSN系統(tǒng)中,，價格低、生存能力強的傳感器節(jié)點可以通過飛機或火力打擊時的導彈,、精確制導炸彈附帶散布于攻擊目標周圍,。在火力打擊之后，傳感器節(jié)點通過對目標的可見光,、無線電通信,、人員部署等信息進行收集、傳遞,，并經(jīng)過管理節(jié)點進行相關(guān)指標分析,，可以使作戰(zhàn)指揮員及時準確地進行戰(zhàn)場目標毀傷效果評估。這一方面可以使指揮員能夠掌握火力打擊任務的完成情況，適時調(diào)整火力打擊計劃和火力打擊重點,，實施正確的決策提供科學依據(jù),；另一方面，也可以最大限度地優(yōu)化打擊火力配置,，集中優(yōu)勢火力對關(guān)鍵目標進行打擊,，從而大大提高作戰(zhàn)資源利用率。
2．4 核生化監(jiān)測
    將微小的傳感器節(jié)點部署到戰(zhàn)場環(huán)境中形成自主工作的WSN系統(tǒng),，并讓其負責采集有關(guān)核生化數(shù)據(jù)信息的采集,，形成低成本,、高可靠的核生化攻擊預警系統(tǒng),。這一系統(tǒng)可以在不耗費人員戰(zhàn)斗力的條件下，及時而準確地發(fā)現(xiàn)己方陣地上的核生化污染,，為參戰(zhàn)人員提供寶貴的快速反應時間,，從而盡可能地減少人員傷亡和裝備損失。
    在核生化戰(zhàn)爭中,，對爆炸中心附近及時,、準確的數(shù)據(jù)采集工作非常重要。能否在最短的時間內(nèi)監(jiān)測到爆炸中心的相關(guān)參數(shù),，判斷爆炸類型,，并對產(chǎn)生的破壞情況進行估算，是快速采取應對措施的關(guān)鍵,，這些工作常常需要專業(yè)人員攜帶裝備進入沾染區(qū)進行探測,。而通過無人機、火箭彈等方式向爆炸中心附近布撒WSN傳感器節(jié)點,，依靠自主工作的WSN系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集,，則可以在遭受核生化襲擊后無需派遣人員即可快速獲取爆炸現(xiàn)場精確的探測數(shù)據(jù)，從而避免核反應部隊探測數(shù)據(jù)時直接暴露在核輻射的環(huán)境中而受到核輻射的威脅,。

結(jié)語
    信息化戰(zhàn)爭要求作戰(zhàn)系統(tǒng)“看得清,、反應快、打得準”,，戰(zhàn)爭雙方誰在信息的獲取,、傳輸、處理上占據(jù)優(yōu)勢,，誰就能取得制信息權(quán),，進而掌握戰(zhàn)爭的主動權(quán)。WSN作為戰(zhàn)場信息獲取的源頭和途徑,，以其生存能力強,、可靠性和準確性高以及戰(zhàn)場感知實時能力強的獨特優(yōu)勢，能夠在信息化戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場上發(fā)揮獨特的作用,。隨著研究的深入和技術(shù)的進步,，未來功耗低,、安全性高的WSN系統(tǒng)，必將對信息化戰(zhàn)爭產(chǎn)生深遠的影響,。