无线传感网络在军事领域的应用

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1、 传感网络结课报告 论文题目:无线传感器网络在军事领域的应用分析 学 院:光电信息与计算机工程学院 专 业:光电信息工程 班 级:光电三班 学 号:1212471329 学生姓名:李政鹏 指导教师:陈克坚 2015年 6 月 7 日传感网络结课报告 第 页摘 要II第一章绪论11.1背景及国际形势11.2无线传感器网络的发展现状11.3本文的组织结构2第二章无线传感器网络简介32.1体系结构3 2.1.1 节点组成.3 2.1.2 网络体系结构.32.2路由协议4 2.2.1平面路由协议.4 2.2.2层次路由协议.6第三章特点及应用优势73.1无线传感器网络特点7 3.1.1无线传感器网络的

2、主要特点.7 3.1.2与其他网络相比主要区别.73.2应用优势8 3.2.1潜在优势8 3.2.2与导弹雷达相比潜在优势8第四章在军事领域的应用94.1战场侦察与监视94.2战场态势感知104.3核、生、化监测104.4装备、弹药、后勤物资管理104.5智能尘埃10第五章结束语12第六章调研照片12第七章参考文献13传感网络结课报告 第 I 页无线传感器网络在军事领域的应用 摘 要无线传感器网络是新兴网络,它采用无线通信技术,由微小的传感器组成,无线传感器网络节点具备感应能力、信息处理能力和无线通信能力,使无线传感器网络有广阔的应用前景,可广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用

3、。文中对无线传感网络的构建,路由协议以及定位算法做了简介,着重讲了它在军事领域的重要地位,以及当下的主要应用研究方向。关键词:WSN,体系结构,军事应用AbstractWireless Sensor Network is a burgeoning network,which is composed of tiny sensors with wireless communication technology. Node of WSN have influence, information handing and wireless communication abilities, making W

4、SN have wide application foreground, including military,environment, medical treatment, space imploring and various business applications. In this paper, i first provide a brief introduction to the construction of WSN, routing protocol and the Relocation Arithmetic, and then focus on its important p

5、osition in the military field, main application and research direction now.Keyword: WSN, Construction, Application in the military field.第 15 页传感网络结课报告 第一章 绪论1.1 背景及国际形势 无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一,2003年2月份的美国技术评论杂志评出对世界产生深远影响的十大新兴技术,无线传感器网络被列为第一,未来科学家预言无线传感器将引发新的信息革命,一些专家认为传感器网络、仿生人体器官等是全球未来的四大高技术产业,它们

6、将掀起新的产业浪潮,这预示着未来到处是以电池为电源的无线传感器网络,这些传感器可监控环境、机器甚至人类自己。无线传感器网络通过分布在检测区域内的传感器节点,获取客观世界的最直接、最有效、最真实的信息,并通过无线自组织的网络传递到用户端。在国防和军事领域,该网络可以实时监测、感知、采集和传递战场环境内的各种信息,协助实现有效的战场态势感知,为作战指挥员提供战场情报服务。世界军事强国纷纷开展无线传感器网络的军事应用研究。1.2 无线传感器网络的发展现状无线传感器网络(WSN)是信息科学领域中一个全新的发展方向,同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。无线传感器网络经历了智能传感器、无线智能

7、传感器、无线传感器网络3个阶段。智能传感器将计算能力嵌入到传感器中,使得传感器节点不仅具有数据采集能力,而且具有滤波和信息处理能力;无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力,大大延长了传感器的感知触角,降低了传感器的工程实施成本;无线传感器网络则将网络技术引入到无线智能传感器中,使得传感器不再是单个的感知单元,而是能够交换信息、协调控制的有机结合体,实现物与物的互联,把感知触角深入世界各个角落,必将成为下一代互联网的重要组成部分。 WSN技术是多学科交叉的研究领域,因而包含众多研究方向,WSN技术具有天生的应用相关性,利用通用平台构建的系统都无法达到最优效果。WSN技术的应用定义要

8、求网络中节点设备能够在有限能量(功率)供给下实现对目标的长时间监控,因此网络运行的能量效率是一切技术元素的优化目标。其核心关键技术包括:组网模式、拓扑控制、媒体访问控制和链路控制、 路由、数据转发及跨层设计、 QoS保障和可靠性设计、 移动控制模型等等。而关键支撑技术包括:WSN网络的时间同步技术、基于WSN的自定位和目标定位技术、分布式数据管理和信息融合、WSN的安全技术、精细控制、深度嵌入的操作系统技术、 能量工程等等。1.3 本文的组织结构本文共分为七个章节,安排如下:第一章绪论,分析了无线传感器网络在新时代的重要地位,在介绍了无线传感器网络的发展研究现状之后,阐述了本文的主要工作第二章

9、无线传感网络简介,“工欲善其事,必先利其器”,在讨论WSN技术在军事领域具体应用之前,先对WSN的体系结构,节点组成,网络构架以及路由协议作了简要介绍。第三章首先分析了无线传感器网络的特点,进而很容易理解了它在军事领域的应用优 势,解释了我们为什么要用它 第四章是本文的主体部分,重点介绍了五种无线传感器网络在军事领域的具体应用,分 别是:战场侦察与监视;战场态势感知;核生化的监测;装备、弹药、军事物资的管理监测、智能尘埃。 并附带有案例分析,可见在这一领域美国是要走在我们之前的我们仍有很远的路要走。第五章结束语指出了一些现在的研究热点问题,预测了未来美好的前景 第六章是一些在光博会拍到的照片,

10、实地留念第七章参考文献第二章 无线传感器网络简介2.1 体系结构无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。2.1.1 节点组成对于每一个传感器节点,一般都具有数据采集,数据处理和数据传输功能,一般由传感器模块,处理模块,无线通信模块和能量供应模块四部分组成,其构造如下图 2-1 所示。其中传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制

11、整个节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制信息和收发采集数据;能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量。 图2-1 无线传感器节点结构2.1.2 网络体系结构传感器网络有大量的无线传感器节点部署在监测区域,通过自组织的方式形成网络。通常这些节点可分为采集节点和汇聚节点。采集节点部署在监测区域内,通过温度,湿度等传感器采集各种信息,并将采集到的信息向其他节点传送,其他节点将信息转发,最终传到汇聚中心。在数据传送的过程中,转发过程中的其他节点可能对数据进行初步处理,汇总。其网络布局如下图 2-2 所示: 图2-2无线传感

12、网络采集节点一般采用图 2-1 的节点结构,它一般具有有限的能量供应,节点的处理能力,存储和计算能力也比较弱。相比其采集节点,汇聚节点功能较为增强。最终的汇聚节点一般具有可靠的能量供应,较强的通信能力,较大的存储能力。汇聚节点是增强功能的传感器节点,经常不进行监测,只是通过更多的内存和计算资源对数据进行汇总,处理,存储。2.2 路由协议传统计算机网络对路由协议要求如下:正确性,健壮性,稳定性,公平性,最优性。除此之外,无线传感器网络对路由协议更注重以下特殊要求:能源有效性,简单性,多路性。无线传感器网络是以数据为中心(Data Centric)进行路由的,不同于传统Ad hoc网络以地址为中心

13、(Address Centric)进行路由的模式。下图给出了这两种模式的区别: 图2-3两种路由模式区别2.2.1 平面路由协议平面结构是指网络中各节点在路由功能上地位相同,没有引入分层管理机制。平面结构路由的优点是网络中没有特殊的节点,网络流量均匀地分散在网络中,路由算法易于实现;缺点是可扩展性小,在一定程度上限制了网络的规模。1) SPINSPIN(Sensor Protocol for Information via Negotiation)是一种以数据为中心的自适应通信路由协议。其目标是通过使用节点间的协商制度和资源自适应机制,解决扩散法存在的不足。SPIN有三种数据包类型,即ADV、RED和DATA。节点用ADV宣布有数据发送,用REQ请求接收数据,用DATA封装数据,这三种包都包含了元数据。在发送一个DATA数据包之前,传感器节点首先向邻居节点广播ADV数据包;邻居节点在收到ADV后,通过元数据判断是否需要完整的DATA

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