1、軍事需求

傳感器網(wǎng)絡作為一門新興的科學技術，正如當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)絡可使探測感知技術延伸到更廣闊的領域。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)絡監(jiān)測系統(tǒng)在軍事應用上將是一項重大的技術革新。傳感器網(wǎng)絡的快速部署、自組織和容錯性等特征使得傳感器網(wǎng)絡在戰(zhàn)場信息獲取中起著非常重要的作用。因為傳感器網(wǎng)絡是由密集型、低成本、隨機分布的節(jié)點組成的，網(wǎng)絡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致整個系統(tǒng)的崩潰，這一點是傳統(tǒng)的傳感器技術所無法比擬的，也正是這一點，使傳感器網(wǎng)絡非常適合應用于惡劣的戰(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；評估損失；偵察和探測核、生物和化學攻擊等等。

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、裝備和關鍵物資上安裝傳感器，這些傳感器可以報告相應的狀態(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。對關鍵的區(qū)域、可通過的路線，可以快速地部署傳感器來嚴密監(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時迅速收集利于作戰(zhàn)的信息。

4）目標定位。傳感器網(wǎng)絡可以嵌入導航系統(tǒng)，來提供精確的定位信息。

5）偵察和探測核、生物和化學攻擊。在化學和生物戰(zhàn)中，在爆炸中心附近及時、準確地采集數(shù)據(jù)非常重要，傳感器網(wǎng)絡可以部署在我軍前沿來作為化學和生物攻擊的預警系統(tǒng)，這樣就可以為我軍提供寶貴的反應時間，大幅度降低人員傷亡。傳感器網(wǎng)絡也可以在核、生物和化學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)絡來探測數(shù)據(jù)從而避免核反應部隊探測數(shù)據(jù)時受到核輻射。

2、國外研究背景

無線傳感器網(wǎng)絡技術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標準時，將分組無線網(wǎng)改稱為無線Ad hoc網(wǎng)絡，意為“僅為特定目的、情況或場合的”。這類網(wǎng)絡的突出特性是具備自組織能力，屬于無基礎設施網(wǎng)。根據(jù)網(wǎng)絡中節(jié)點是否可移動無線Ad hoc網(wǎng)絡又可分為兩類：一類為移動Ad hoc網(wǎng)絡（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)絡的路由算法進行研究和開發(fā)；另一類為無線傳感器網(wǎng)絡（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），網(wǎng)絡拓撲結構固定或變化緩慢，此類網(wǎng)絡試圖通過在遠控區(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)先考慮原則下進行工作任務劃分以獲取監(jiān)視區(qū)域信息。

目前國外一些政府、院校和工業(yè)等部門針對不同應用需求的研究工作正在緊密開展，美國的很多大學都已開展傳感器網(wǎng)絡的研究：加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）用于低能無線傳感器網(wǎng)絡的研究和開發(fā)研制的傳感器系統(tǒng)、麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）致力于基于知識的信號處理技術、哈佛大學（Harvard University）研究傳感器網(wǎng)絡中通訊的理論基礎等。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于傳感器網(wǎng)絡的研究工作。

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)的設計與制造，其中包括小型化、一體化設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)展出的技術已進一步商業(yè)化。Intel公司負責投資的Crossbow Technology將Smart Dust技術商業(yè)化，并負責制造和推銷。

2）NEST（Network Embedded System Technology）Nest項目是在Smart Dust研究基礎上，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行了深入地研究與開發(fā)，并構建了一個演示范例GDI(Great Duck Island)監(jiān)測系統(tǒng)。

3）μAMPS(μ-Adaptive Multi-domain Power aware Sensors) μAMPS計劃是麻省理工學院在DARPA、ARL、Texas Instruments公司、HP公司資助下，針對傳感器網(wǎng)進行的研究。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)絡的靈活性、使網(wǎng)絡實現(xiàn)自組織、重配置和自適應。

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，加州大學洛杉磯分校(UCLA)電子工程系和Rockwell Science Center合作負責進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、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、聲學傳感器制造技術等。

5）SCADDS(Scalable Coordination Architectures for Deeply Distributed Systems)  SCADDS是由美國DARPA傳感器信息技術計劃支持的項目，主要研究定向擴散、自適應保真、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)絡節(jié)點設計，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)絡性能評價的一項重要手段，高效準確的仿真工具對推動網(wǎng)絡技術的發(fā)展作用很大，目前存在多種成熟的網(wǎng)絡仿真平臺，如NS-2，OMNeT++，OPNET，GloMoSim和QualNet，但是由于無線傳感器網(wǎng)絡自身的特殊性，這些仿真平臺都具有某些使用的局限性，因此許多學者都投入大量精力在上述幾種平臺基礎上進一步研究開發(fā)更適用于傳感器網(wǎng)絡的仿真工具。

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開展了傳感器網(wǎng)絡方面的研究工作，如清華大學計算機與科學系、解放軍理工大學信息通信工程學院、西南交通大學計算機與通信工程學院、電子科技大學、哈爾濱工業(yè)大學等。總體上來說，關于傳感器網(wǎng)絡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)絡協(xié)議的設計仿真和實驗階段，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、當前節(jié)點數(shù)量設計在30個以內(nèi)，當網(wǎng)絡規(guī)模擴充后（例如上百個乃至上萬個節(jié)點），通過現(xiàn)行設計的路由探測協(xié)議，會隨著網(wǎng)絡容量的增加網(wǎng)絡探測時延加長，對時間要求不高的系統(tǒng)可以接受，但網(wǎng)絡的動態(tài)拓撲與調(diào)整則出現(xiàn)明顯滯后。

2、傳感器網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)中節(jié)點的跳躍階數(shù)最大為3，根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)?？蛇M一步進行擴充，需要考慮的問題是網(wǎng)絡拓撲采取的是鏈式連接，即當中間節(jié)點失效時有可能導致各跳鏈路失效，表明這種網(wǎng)絡拓撲易于實現(xiàn)，但不夠健壯，只適合小規(guī)模網(wǎng)絡使用，因此協(xié)議研究將是大規(guī)模網(wǎng)絡實現(xiàn)的一個側重點。本文源自澤天傳感，，轉(zhuǎn)載請注明出處。