传感器网络战——传感器网络的下一代军事应用构想.pdf

S i g n a lP r o c e s s S y s t e m 与系统 传感器网络战罗 三三信感器网络的下一代军事应用胸熄 基金项目：空军工程大学博士科研启动基金项目( D G 0 8 0 8 0 6 9 ) 武器装备预研基金项目( 9 14 0 A 0 6 0 5 0 6 10 J B X X ) 摘要：本文分析了无线传感器网络军事应用的发展过程，指出了传感器网络已开始从传统的侦察保障型装 备向具有进攻杀伤力的武器演化的发展态势。据此，本文提出了“传感器网络战”的新构想，这为传感器 技术发展提供了一个新视角。 关键词：传感器网络；军事应用；传感器网络战 中图分类号：T P 3 9 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 - 8 8 3 X ( 2 0 1 0 ) 0 7 - ( X ) 2 6 - 0 3 胡曦明董淑福王晓东狄晏珉 一、引言 作为一种新的信息感知和采集技术，无线传感器网络【1 1 ( W S N ，W i r e l e s sS e n s o rN e t w o r k ) 综合了传感器 技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知、采集和处理各 种环境或监测对象的信息，并将信息回传用户。由于无线传感器网络具有可快速展开、抗毁、容错、实时等 独特优势，其在军事领域的应用前景十分广阔，现已成为军事领域研究的前沿和热点课题【2 1 。 二、早期的军事应用 l 、典型应用案例 传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，其早期的主要应用案例有： S O S U S ( S o u n dS u r v e i l l a n c eS y s t e m ) ：S O S U S 可算作是传感器网络技术首次应用于军事领域。6 0 年代， 美国海军建设了S O S U S 系统，其基于海底声音传感器阵列构建，用来监视前苏联潜艇的活动。围绕S O S U S 开展的信息处理技术等基础性研究工作，为无线传感器网络技术的发展打下良好的基础。目前，S O S U S 还在 用于对海洋鱼类活动的监测【3 1 。 D S N ( D i s t r i b u “I dS e n s o rN e t w o r k ) ：7 0 年代，美国国防部高级研究所计划署( D A R P A ) 实旅了D S N 项目，意图通过建立陆基的分布式声音跟踪系统来监视领空的飞行器【4 】。D S N 对传感器网络组成进行了技术 规范和定义，并进一步研究了传感器技术、信息处理技术、分布式网络系统等基础技术。 C E C ( C o o p e r a t i v eE n g a g e m e n tC a p a b i l i t y ) ：9 0 年代，美国海军开展了网状传感器系统C E C 。C E C 的感 知数据是海基和空基雷达数据，可以从多方面探测目标，实现对空中目标的高精度定位和跟踪。 2 、主要特点 在早期的军事应用中，网络中的传感器类型主要以雷达、声纳等为主，体积较大，通常有独立电源供电， 能耗的问题并不关键。传感器的组网方式多采用线缆连接，并不是采用目前的自组织方式，更不具有随机撒 布的特性。按照现在的概念来看，这一时期的应用只能算作广义上的传感器网络，但在这一时期取得的基础 性研究成果有力地推动了无线传感器网络向节点微型化、网络自组织、信息协同处理的方向发展。 传感器世界2 0 1 0 0 7 _ w w 弓引W o 旧f I d c o r r l 。一 万方数据 S i g n a lP r o c e s s & S y s t e m 三、现代的军事应用国防部高级研究所计划署( D A R P A ) 在俄亥俄州开发了沙地 l 、情报侦察模式直线系统。该系统能够散射电子绊网到任何地方，甚至覆盖 智能微尘( S m a r t D u s t ) ：1 9 9 9 - - 2 0 0 1 年，由美国国防整个战场，以侦测运动着的高金属含量目标，可用于侦察和 部高级研究所计划署( D A P R A ) 资助，U CB e r k e l e y 大学开定位敌军坦克和其他车辆。， 展了S m a r t D u s t 项目。S m a r t D u s t 由微处理器、无线电收发装2 、自主反应模式 置组成，相互之间能够组成一个无线网络。将这些智能微尘N A S A J P L ( 喷气推进实验室) 传感器网【6 】：该计划 散放在一定范围内，它们就能够相互定位，收集数据并向基始于1 9 9 7 年，N A S A ( 美国航空航天局) 喷气推进实验室尝 站传递信息。试在行星上部署一个传感器网络，用于外太空搜索。该计划 W I N S ( W i r e l e s sI n t e g r a t e dN e t w o r kS e n s o r s ) 1 5 1 ：1 9 9 8试图将传感器网络的功能从以前单纯的情报侦察扩展到对周 年，加州大学洛杉矶分校( u c L A ) 和R o c k w e l l 研究中心在 围环境做出自主反应并进行控制。 美国国防部高级研究所计划署( D A I u ) A ) 支持下开展了W I N S机动还击系统：在伊拉克战争中，为应对巷战中伊拉 项目，主要目的是为嵌入式仪器、设备和环境中的传感器和克的狙击手，美军专门研制了“机动还击系统”。该系统在装 处理器等构建分布式网络环境，提供访问I n t e m e t 的能力。甲卡车上安装有摄像机和声音传感器装置，使其在遭到袭击 灵巧传感器网络( S S W ，S m a r t S e n s o r W e b ) 6 1 ：2 0 0 0后由声音传感器自动定位子弹来袭的方向，并指引武器自动 年，美国国防部把S S W 定为国防部科学技术5 个尖端研究还击。 领域之一，并在2 0 0 1 2 0 0 5 财政年度期间实施。S S w 的基C B U 9 7 传感器引信炸弹：该炸弹装备了无源红外和 本思想是在战场上布设大量的传感器以收集和传输信息，并主动激光传感器，用于发现目标并自动引导炸弹击中目标。 对相关原始数据进行过滤，然后再把那些重要的信息传送到这是美国空军智能化最高的可寻找目标的“智能”炸弹，美 各数据融合中心，从而将大量的信息汇集成为一幅战场全景军在2 0 0 3 年3 月入侵伊拉克的行动中第一次使用了C B U 9 7 图，再发给参战人员，提高对战场态势的了解。炸弹。 大型展开式无人值守地面传感器( M D U G S ) 1 6 ：该 3 、主要特点 项目是支持陆军“更广阔视野”的三个项目之一，以已有的现代的情报侦察模式属于早期应用模式的升级，传感器 无人值守地面传感器为基础，增加两个高级传感器旨示节点由早期的大型化向微型化发展，组网方式由固定式向自 和识别传感器，它们的音响阵列技术可以提供高保真的情报组织式发展，获取的情报更加准确全面，网络性能容错性更 数据。两种传感器都可以生成高清晰度的目标轮廓，其中识高，其主要用途是战场环境参数的监测。 别传感器还增加了“全景”成像能力。在情报侦察模式之后，又发展出了自主反应的新模式。 战场环境侦察与监视系统：该系统是美国陆军建设的在自主反应模式中，传感器网络不仅能实时监测环境而且还 一个智能化传感器网络，由撒布型微传感器网络系统、机载能根据环境做出自主反应，传感器网络的用途拓展到了定位 和车载型侦察与探测设备等构成。该系统可以更为详尽、准目标【引、火控、武器制导等。自主反应模式相比情报侦察模 确地探测到精确信息，如一些特殊地形地域的特种信息( 登陆式是一大飞跃，其本质特征在于无线传感器网络在军事斗争 作战中敌方岸滩的翔实地理特征信息，丛林地带的地面坚硬中扮演的角色开始从传统的保障性装备向杀伤性武器演化， 度、干湿度) 等，为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据。已开始具备攻击毁伤的能力。 它通过“数字化路标”作为传输工具，为各作战平台与单位 腱供“各取所需”的情报服务。 四、“传感器网络战”的提出 传感器组网系统( L i n k S e n s o r s ) ：2 0 0 3 年，洛克希德马l 、基本构想 丁海军电子与监视系统雷达系统公司共同为美国海军研发在未来的军事斗争中，敌我双方对信息的争夺至关重要， 了传感器组网系统。该系统的核心是一套实时数据库管理系谁取得了制信息权也就占有了主动权。无线传感器网络由于 统，可以利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器其独特优势，将会成为未来军事斗争中信息获取的主要手段。 唐息进行管理，可协调来自地面和空中监视传感器以及太空未来战场将会布满各种可快速部署的传感器，包括电视摄像 监视设备的信息，可以部署到各级指挥单位。机、激光雷达、成像雷达、微光计算机控制显示器、冷和非 沙地直线( AL i n ei nt h eS a n d ) r l2 0 0 3 年，在美国冷的热摄像以及多频谱成像仪等可视传感器装置；激光测距 2 0 1 0 0 7S e n s o r W o d d w w w s e n s o r w o d d c D m 万方数据 S i g n a lP r o c e s s & S y s t e m 与系统 仪和定位仪、气象传感器、生理状况传感器、地震、声音与 磁场传感器以及探测化学和生物战剂的传感器等非图像传感 器也将遍布整个战区。 因而，实施以无线传感器网络为攻击目标的军事行动， 从而阻止敌方无线传感器网络侦察我方，必将是未来战争信 息争夺中的一种主要进攻方式。攻击无线传感器网络的形式， 并不局限于物理损毁，还包括向无线传感器网络注入病毒、 制造虚假环境信息、恶意传感器潜入等。攻击无线传感器网 络的武器，不再仅仅是炸弹等爆炸性武器，还会有用于攻击 型无线传感器网络。 关于传感器网络战的构想，举一个形象的例子。我方通 过展开搜索型无线传感器网络来搜索敌方可能存在的无线传 感器网络，定位之后，再在敌方的无线传感器网络中部署攻 击型无线传感器网络，通过网络入侵、病毒注入等方式来窃 听、干扰、打击敌方无线传感器网络。 2 、主要特点 传感器网络战这一军事应用模式相比现有的情报侦察模 式和自主反应模式，本质特征在于：在传感器网络战中，无 线传感器网络成为进攻杀伤型武器，并以敌方无线传感器网 络作为主要攻击目标。其关键问题从现有的低功耗、微型化、 安全性拓展为： 能量管理：不仅包括传感器侦察探测时所需的电能管 理，还包括传感器攻击时所需的战斗部能量管理。 攻击技术：以打击敌方无线传感器网络为目的，包括 无线传感器网络的搜索、网络入侵、病毒注入、恶意传感器 潜入等。 反攻击技术：传感器外观的伪装( 微型化、仿生化等) 、 网络的隐藏( 反搜索) 、网络的安全防护( 防火墙、信息加密) 等。 五、结语 随着传感器技术、协同处理技术等关键技术的飞速发展， 现代无线传感器网络的成本更低、体积更小、自组织性和容 错能力更强，从而极大地推动了其在军事上的广泛应用。无 线传感器网络的军事应用模式从早期的定点环境监测，发展 到现代的可随机撒布的情报获取模式以及具备攻击毁伤能力 的自主反应模式随着信息争夺日趋白热化，以敌方无线传 感器网络为攻击目标，以无线传感器网络为攻击武器的传感 器网络战，将成为无线传感器网络的下一代军事应用模式。 传感器网络战这一新的军事应用模式必将对传感器技术自身 的发展带来深远的影响。 传譬器世舁2 0 1 0 0 7 t w - w a m r , o t w o d d m 舶 尸 参考文献 【l 】李建中，李金宝，石胜飞，传感器网络及其数据管理的概念，问题 与进展阴，软件学报，2 0 0 3 ，1 4 ( 1 0 ) ：1 7 1 7 1 7 2 7 【2 】马昆林，亢春梅国外机舰载传感器的发展现状田，传感器与 微系统，2 0 0 9 ，2 8 ( 5 ) ：1 3 【3 1 J o l l l lM e r r