超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其軍事應(yīng)用展望

李星熠

【摘要】 超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的通信方法，具有獲取、處理與傳輸信息功能，不需要中頻電路與射頻電路即可完成，對減少網(wǎng)絡(luò)體制與節(jié)約能耗具有重要意義。文章主要從超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，對超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)及其軍事應(yīng)用展望進(jìn)行了分析，以供參考完善。

【關(guān)鍵詞】 超寬帶 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 軍事應(yīng)用展望

隨著信息化時代不斷創(chuàng)新，傳統(tǒng)的正弦載波通信方式已經(jīng)無法滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行的需求，加上傳統(tǒng)的正弦載波通信方式中中頻電路和射頻電路的問題，阻礙了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展。而超寬帶作為一種新型的通信技術(shù)，自身具有脈沖無線電優(yōu)勢，有利于減少傳感器內(nèi)部各個節(jié)點能量的消耗與體積，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運行具有重大意義。

一、超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括5個模塊：傳感器節(jié)點、任務(wù)管理管理節(jié)點、接受發(fā)送器、通信衛(wèi)星以及互聯(lián)網(wǎng)等。其中，傳感器節(jié)點即是在限定的感知范圍內(nèi)，每一個節(jié)點之間都能夠?qū)⑷康臄?shù)據(jù)信息采集起來并加以處理，然后再借助“多跳”路由方法將需要的信息數(shù)據(jù)傳送到接收發(fā)送器中。而接收發(fā)送器通過“多跳”路由方法和互聯(lián)網(wǎng)、通信衛(wèi)星連接起來，把儲存的信息數(shù)據(jù)再發(fā)送到各個管理節(jié)點中，達(dá)到信息數(shù)據(jù)實時共享的目標(biāo)。

二、超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)分析

2.1介質(zhì)訪問控制協(xié)議設(shè)計

（1）媒體共享。通常情況下，媒體共享主要包括預(yù)約接入與隨機接入等2種類型。其中，傳統(tǒng)的有中心節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用預(yù)約接入；而隨機接入適用于突發(fā)業(yè)務(wù)，超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機接入的方案一般分為Aloha、帶外信令和CSMA。

（2）準(zhǔn)入控制。準(zhǔn)入控制的設(shè)計不僅會影響到網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)信息的時間，還會給節(jié)點中數(shù)據(jù)信息的發(fā)送方式帶來影響；準(zhǔn)入控制的設(shè)計目的是防止網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擁塞。

（3）傳輸控制。傳輸控制的設(shè)計目的是為了保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)木_度，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，從而提升介質(zhì)訪問控制的質(zhì)量與效率。

（4）信息共享和拓?fù)淇刂?。信息共享和拓?fù)淇刂圃O(shè)計的目的是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點之間共享節(jié)點位置信息和狀態(tài)信息，然后利用共享的信息協(xié)調(diào)合作，完成通信任務(wù)。例如某國家DARPA與USAF利在軍事方面運用超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過將各個管理節(jié)點散布在戰(zhàn)斗區(qū)域、護(hù)衛(wèi)軍隊、檢查站及建筑物，在拓?fù)淇刂频幕A(chǔ)上，作戰(zhàn)人員能夠準(zhǔn)確找出狙擊手與其他隱蔽位置的射手，然后對子彈產(chǎn)生的沖擊波進(jìn)行遠(yuǎn)程跟蹤，以此檢測子彈發(fā)射時產(chǎn)生的槍震時間與聲震時間，從而對子彈發(fā)射源做出準(zhǔn)確判斷。

2.2路由協(xié)議設(shè)計

超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的路由協(xié)議設(shè)計目的，主要是通過介質(zhì)訪問控制協(xié)議實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享，讓管理節(jié)點能夠計算戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此，在超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可使用基于位置信息的路由協(xié)議。但在實際使用過程中，必須充分結(jié)合網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)、QuS性能與傳輸服務(wù)等設(shè)計內(nèi)容。此外，在路由協(xié)議設(shè)計的過程中，不能根據(jù)最短路徑原則進(jìn)行，而是按照具體的構(gòu)造路由代價函數(shù)和最小代價原則進(jìn)行。

2.3跨層優(yōu)化

為了充分利用超寬帶無線傳感器的優(yōu)勢，設(shè)計人員應(yīng)在完成介質(zhì)訪問控制協(xié)議與設(shè)計路由協(xié)議的條件下，充分考慮上述兩種設(shè)計的跨層優(yōu)化。詳細(xì)分析以下內(nèi)容：路由協(xié)議通過介質(zhì)訪問控制協(xié)議實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享，對路由選擇代價函數(shù)優(yōu)化的重要性；路由協(xié)議按照自身需求借助介質(zhì)訪問控制協(xié)議，合理控制傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹?/p>

三、超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軍事應(yīng)用展望

超寬帶無線傳感器網(wǎng)路本身具有低截獲率、耗能低和檢測率低的優(yōu)勢，因此，被廣泛運用到軍事偵察中。在戰(zhàn)場十分惡劣的情形下，超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部具有投入成本低、體積小、共存能力高、隱蔽性良好、抗毀性能高的優(yōu)點為軍事偵察提供了有效決策依據(jù)。通常情況下，超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要適用于戰(zhàn)斗地區(qū)天氣變化、戰(zhàn)場核化環(huán)境和生化壞境、兵力運動、敵方兵力部署及戰(zhàn)斗地區(qū)地形地貌等軍事偵察。此外，超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可適用于地理定位、人員救援及軍事補給等活動。由此可見，與其他偵察方法相比，超寬帶無線傳感器的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）能夠近距離實施偵察，不受周圍環(huán)境和人為干擾。（2）偵察盲區(qū)較小，提高偵察準(zhǔn)確度。（3）綜合利用不同節(jié)點、角度及方位的信息資源，確保偵察信號的信噪比。（4）綜合運用各種傳感器有利資源，確保偵察的可信度。

結(jié)束語：綜上所述，超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其系統(tǒng)內(nèi)部主要包括MAC協(xié)議設(shè)計、路由協(xié)議設(shè)計和跨層優(yōu)化等內(nèi)容，其使用有利于節(jié)約傳感器內(nèi)部能源消耗，減少體積占用的空間，目前已經(jīng)延伸到各軍方通信領(lǐng)域中，為軍事應(yīng)用注入了源源不斷的動力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]解延春，唐佳，倪榮霈，等.基于DW1000的超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，（4）：187-190.

[2]劉南平， 張明磊， 夏克文，等. 基于UWB-MIMO的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化[J]. 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2013， 42（3）：1-6.