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淺談ZigBee技術在軍事中的應用(圖文)

時間:1970-01-01  作者:秩名

論文導讀:短距離無線通信技術已成為目前無線通信技術的一個重要分支,這是因為在現實生活和生產中,存在很多這樣的需求與應用情況。ZigBee技術作為一種新興的技術,有著能量消耗低、數據速率低和通信范圍小的特點,正在世界范圍內得到應用和推廣。2003年,美國《技術評論》雜志論述“十種新興技術將改變世界”時,無線傳感器網絡被列為第一項新興技術。美國《今日防務》雜志更認為無線傳感器網絡的應用和發展,將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰爭的變革。
關鍵詞:ZigBee,無線傳感器網絡,軍事,應用
 

一、ZigBee技術的起源

短距離無線通信技術已成為目前無線通信技術的一個重要分支,這是因為在現實生活和生產中,存在很多這樣的需求與應用情況。如采用傳統的無線技術,雖然能滿足上述要求,但存在著設備的成本高、體積大和能量消耗較大等問題,針對這樣的應用場合,人們希望使用具有成本低、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的短距離無線通信技術。ZigBee技術作為一種新興的技術,有著能量消耗低、數據速率低和通信范圍小的特點,正在世界范圍內得到應用和推廣。ZigBee名字來源于人們對蜜蜂采蜜過程的觀察,蜜蜂之間是通過跳zigzag形狀的舞蹈來相互交流信息,以便共享食物源的方向、距離和位置等信息。而蜜蜂自身體積小,所需能量小,又能傳送所采集的花粉,因此用ZigBee代表具有此類特點的無線通信技術。

二、ZigBee技術的特點和協議構架

ZigBee無線通信技術是一種具有統一技術標準的短距離無線通信技術。它具有低功耗,低成本,低速率的特點。論文發表。可以下作在2.4MHz國際免費頻段ISM(Industrial Science Medical band)。它的底層借助于IEEE802.15.4通信協議。論文發表。ZigBee技術的特點同時也決定了ZigBee技術適合于承載數據流量較小和QoS的要求不高的業務。論文發表。國內一些新興的ZigBee技術方面的公司像深圳旭昂和成都西谷正在將ZigBee無線通信技術應用于我們的生活和生產的各個方面。

三、ZigBee技術的網絡拓撲結構

利用ZigBee技術組成的無線個人區域網(WPAN)是一種低速率的無線個人區域網(LR-WPAN )。在一個LP-WPAN網絡中,由節點功能上的不同可同時存在兩種不同類型功能的設備:一種是全功能設備(Full Function Device),另一種是精簡功能設備(Reduce Function Device)。在網絡中,FFD通常有三種工作狀態:作為個人區域網絡的主協調器;作為一個協調器:作為一個終端設備。一個FFD可以同時和多個RFD或多個其他的FFD通信,對十一個RFD來講,它只能和一個FFD進行通信。

在ZigBee網絡拓撲結構中,最基本的組成單元是設備,這個設備可以是一個FFD也可以是一個RFD;在同一個物理信道的POS(個人工作范圍)通信范圍內,兩個或以上的設備就可構成一個WPAN。但是,在這一個網絡中至少要有一個FFD作為PAN的主協調器。

 

 
 

ZigBee支持星型(Star)、簇狀(Cluster-Tree)、網狀(Mesh)等三種通信設備的網絡拓撲,如圖1所示。其中,Star(星型)網絡是一種常用且適用于長期運行使用操作的網絡;Mesh網絡是一種高可靠性檢測網絡,可提供多個數據通信通道,是一個高級別的冗余性網絡,Cluster Tree網絡是Star / Mesh的混合型拓撲結構,結合了上述兩種拓撲結構的優點。從一個網絡的組建來看,每個網絡可以有 255個節點,而不同的網絡之間可以互連,從而進行擴充。對于一個對等拓撲網絡結構來講,全功能設備可以擔當協調器節點,或是中間節點,而精簡功能設備只可以擔當葉子節點。

圖1. Zigbee的網絡結構

四、ZigBee技術軍事方面的應用

2003年,美國《技術評論》雜志論述“十種新興技術將改變世界”時,無線傳感器網絡被列為第一項新興技術。同年,美國《商業周刊》未來技術專版,論述四大新技術時,無線傳感器網絡也列入其中。美國《今日防務》雜志更認為無線傳感器網絡的應用和發展,將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰爭的變革。

ZigBee是無線傳感器網絡定義的延伸,它使得無線傳感器網絡的定義更加技術化、具體化和細節化。目前ZigBee在無線傳感器網絡方面的應用技術研究越來越受到重視。所謂的無線傳感器網絡,是由很多節點組成的面向任務的無線網絡,綜合了傳感器技術,嵌入式技術,現代無線網絡,分布式處理技術等等多個領域的跨學科技術,通過各類微型傳感器對目標信息進行實時檢測,由嵌入式計算對信息進行處理,然后通過無線通信網絡將信息傳送到遠程的用戶。無線傳感器網絡的研究最早起源于軍事領域。通常通過飛機撒播、特種炮彈發射等手段,可以將大量便宜的傳感器節點密集地撒布于人員不便于到達的觀察區域如敵方陣地內,收集到有用的微觀數據,在傳感器網絡中,即使個別傳感器因為遭破壞等原因失效時,傳感器網絡作為整體仍能完成觀察任務。

我們都知道,在現代戰爭中信息戰尤為重要。及時有效的獲取情報信息就等于抓住了勝利的關鍵。我國在軍事信息化過程中,為實現網絡中心站的目標,有效地收集戰場內外的情報信息,對獲取的情報信息進行處理和傳輸一直是亟待解決的難題。如果我們能利用ZigBee這種全新的信息獲取和處理技術,以其組網靈活、功率小、成本低等優點,設計并開發出一套網絡化偵察系統,那么它一定具有極其廣闊的應用前景。

在具有復雜地形的戰場環境中,這個信息采集系統可以采用傳統的人工方式進行布設,應用于惡劣的戰場環境中。用于監控我軍兵力、裝備和物資,監視沖突區,偵察敵方地形和布防,定位攻擊目標,評估損失,偵察生物和化學攻擊。

1、對友軍軍力、裝備、彈藥的監控:可以通過布設的傳感器采集相應的信息,并通過匯聚節點將數據送至指揮所,再轉發到指揮部,最后融合來自各戰場的數據形成我軍完備的戰區態勢圖,使得指揮員可以連續地監控和了解友軍的部隊、武器裝備和軍用物資供給的情況。

2、戰場偵察:無線傳感器網絡可以快速地覆蓋道路、橋梁、港口等重要地區,以更隱蔽的方式近距離地觀察敵方的布防,完成對敵軍行動的近距離偵察。

3、敵占區監測:無線傳感器網絡可以通過空投,快速地布設在敵占區,在敵方還未來得及反應時迅速收集敵軍一些有價值的、詳細的實時信息。

4、目標定位:無線傳感器網絡也可以作為向導,為火控和精確制導系統提供準確的目標定位信息。

5、戰斗損失評估:將無線傳感器網絡布設于目標區域,可以在攻擊前后收集。

五、結束語

以上著重研究介紹了ZigBee技術,并提出了基于該技術戰場信息采集的設計構想,對于加快我國軍事信息化建設步伐,提高部隊掌握信息權能力有重要意義。


參考文獻
[1]IEEE Groups,IEEE 802.15.4-2003. http:// www.ieee.com 2004.8
[2]蔣挺,趙成林.《紫蜂技術及其應用》.北京:北京郵電大學出版社,2006.
[3]鄺自力,張偉,梁宏軍.無線傳感器網絡及其應用.現代電子技術,2006年22期
[4] 荊東華,無線傳感網絡在軍事的應用[WSN-專欄][EB/OL]
 

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