無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域的應(yīng)用研究

摘要:隨著軍事、環(huán)境、醫(yī)療以及人們生活中日益更新的技術(shù)需要，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組建方便快捷，對(duì)獲取和處理信息提供了便捷的途徑。本文主要討論無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域中的各種應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài);信息融合

中圖分類(lèi)號(hào):TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2012) 12-0116-01

一、引言

隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信和人工智能等學(xué)科的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被認(rèn)為二十一世紀(jì)影響人類(lèi)未來(lái)生活的重要技術(shù)之一。如今在軍事航天、生物環(huán)境以及人們的醫(yī)療生活中都得到了應(yīng)用。這一方面取決于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在動(dòng)態(tài)的環(huán)境下可以做到隨機(jī)布設(shè)、環(huán)境自適應(yīng)、自動(dòng)組織，另一方面，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得收集和處理信息更加便捷，目前應(yīng)用的比較多的是利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程的交互操作、數(shù)據(jù)傳輸，這也是在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)信息共享的一個(gè)很理想的方法。

二、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

現(xiàn)在，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是多樣的，在不同的環(huán)境下會(huì)采用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但基本結(jié)構(gòu)都是由一個(gè)或者多個(gè)基站，和若干節(jié)點(diǎn)組成。在有些網(wǎng)絡(luò)中，甚至沒(méi)有基站，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等的。在這若干節(jié)點(diǎn)中，除了個(gè)別會(huì)兼有基站的部分功能外，其余節(jié)點(diǎn)的功能基本一樣。在整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，由各個(gè)節(jié)點(diǎn)將所收集的有用信息進(jìn)過(guò)處理以后，通過(guò)直接或者間接傳遞給基站。然后再由基站最終處理篩選并進(jìn)行融合，傳遞給數(shù)據(jù)終端和客戶(hù)。換句話(huà)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為是一個(gè)兼有廣播信息和收集和整合信息的雙向網(wǎng)絡(luò)。具體而言，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)具有以下一些特點(diǎn):

(一)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性

這里所謂的動(dòng)態(tài)性，指的是多方面的，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站的移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，還有就是，網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)增減不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能造成嚴(yán)重影響。這就是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所具備的自組織和自動(dòng)修復(fù)功能，也是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用過(guò)程中最重要的功能。這也決定了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特殊應(yīng)用，但也給無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域的控制應(yīng)用提出了新的方向和課題，這些我們必須去解決，才能在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域更好地應(yīng)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

(二)靈活性

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活性在于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)人力的要求不高，只要保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)在能源充足正常工作，再?gòu)?fù)雜的環(huán)境都可以組建一定規(guī)模的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。不需要人員看守和值班，有些無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)就是通過(guò)飛機(jī)拋灑來(lái)布置的，比如，現(xiàn)在運(yùn)用廣泛的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。不論在怎樣的物理環(huán)境下，只要保證節(jié)點(diǎn)的有效性，就可以建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不需要雙絞線(xiàn)或者光纖之類(lèi)的線(xiàn)路，它們依靠的是共同的路由協(xié)議。

(三)信息融合和共享

在最初的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的僅僅是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換和傳遞，而現(xiàn)在運(yùn)用的更多的是通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的共享和融合。例如，在現(xiàn)代化的反恐戰(zhàn)場(chǎng)上，在進(jìn)入復(fù)雜地形的時(shí)候，如何獲得敵方的戰(zhàn)場(chǎng)信息，一方面可以通過(guò)拋灑無(wú)線(xiàn)傳感器自租網(wǎng)絡(luò)，另一方面在近距離的巷戰(zhàn)的情況下，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將節(jié)點(diǎn)設(shè)置在每個(gè)參戰(zhàn)人員身上，通過(guò)這些參戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)獲得的不同信息，來(lái)融合敵方戰(zhàn)場(chǎng)信息，再將戰(zhàn)場(chǎng)的全面信息傳遞給每個(gè)參戰(zhàn)者，大大提高了戰(zhàn)場(chǎng)取勝的把握。

(四)能耗受限

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗問(wèn)題，是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)很實(shí)際的問(wèn)題。在不同的物理環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功耗也會(huì)受到影響，一般這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是使用的電池，而電池的壽命是有限的，一旦電池耗盡，節(jié)點(diǎn)的壽命也將終結(jié)。而且，不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)于節(jié)點(diǎn)的功耗也會(huì)產(chǎn)生影響，越簡(jiǎn)單的協(xié)議對(duì)功耗要求就越低，越能提高節(jié)點(diǎn)的壽命。目前，采用比較多的就是節(jié)能MAC協(xié)議，基于功率控制機(jī)機(jī)制的協(xié)議和基于射頻芯片能量管理機(jī)制協(xié)議。功能控制機(jī)機(jī)制通過(guò)調(diào)整發(fā)射頻率，在保證通信質(zhì)量的前提下降低發(fā)射能量。射頻芯片能量管理機(jī)制是通過(guò)事先約定的規(guī)則，通過(guò)監(jiān)測(cè)，將不工作的節(jié)點(diǎn)芯片設(shè)備“催眠”，以此來(lái)降低功耗。

三、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為未來(lái)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要手段，無(wú)論是在軍事和工業(yè)，還是在人們?nèi)粘Ｉ畹阮I(lǐng)域中都起到了很大的作用。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織、環(huán)境適應(yīng)、隨機(jī)布局等特點(diǎn)都得到了很好的發(fā)揮和應(yīng)用。

(一)軍事領(lǐng)域

在軍事應(yīng)用中，是與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速部署、自組織、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的功能特點(diǎn)相適應(yīng)，這也非常適合在軍事上應(yīng)用。尤其是在對(duì)敵方實(shí)力和裝備的監(jiān)控，目標(biāo)的定位、戰(zhàn)場(chǎng)的評(píng)估、戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面都起到了很好的效果，從幾次美軍對(duì)阿富汗、伊拉克發(fā)動(dòng)的戰(zhàn)爭(zhēng)可以多次見(jiàn)到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在戰(zhàn)場(chǎng)上的淋漓盡致的應(yīng)用。美軍也通過(guò)發(fā)布了一些具有高科技含量的戰(zhàn)場(chǎng)裝備，無(wú)不顯示了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在軍事應(yīng)用方面的廣泛性和實(shí)用性。

(二)工業(yè)領(lǐng)域

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域成為了又一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。尤其是在石油天然氣、水泥制造、煤礦、冶金等領(lǐng)域的生產(chǎn)和安全監(jiān)控中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)揮了不可或缺的重要作用。由于全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，在很大程度上是依靠對(duì)能源的需求，尤其是石油天然氣的日益緊迫。能源價(jià)格越來(lái)越高，這就驅(qū)動(dòng)了要通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本。目前，關(guān)于“數(shù)字油田”的設(shè)想已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)，這些數(shù)字油田都位于野外和淺海，位置分散，缺乏可利用的有線(xiàn)通訊設(shè)施，所以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是其成為了可能。水泥行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于生產(chǎn)工藝負(fù)責(zé)，需要監(jiān)控的點(diǎn)比較多，而且水泥生產(chǎn)的環(huán)境惡劣、污染嚴(yán)重，對(duì)監(jiān)控和安全手段的要求高。因此無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就可以代替人力，扮演這個(gè)角色。同樣在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生瓦斯爆炸的事故，一旦發(fā)生就會(huì)對(duì)工作人員的生命構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，這就可以使用無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員的定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(三)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域

人類(lèi)所面臨的一個(gè)重要威脅就是來(lái)自大自然，每年因?yàn)樽匀粸?zāi)害給人類(lèi)造成的損失不計(jì)其數(shù)。由此，我們可以通過(guò)利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)洪水、火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)防。在容易發(fā)生山體滑坡、泥石流的地方設(shè)置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提前做好預(yù)防，采取相應(yīng)措施，減少生命財(cái)產(chǎn)的損失，甚至可以防止自然災(zāi)害的發(fā)生。

四、結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)功能，以及在各動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，尤其是在軍事、工業(yè)和生態(tài)環(huán)境等方面，這些都是現(xiàn)實(shí)生活中最常見(jiàn)的應(yīng)用方式。這也充分說(shuō)明了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛性和實(shí)用性，也為在其他領(lǐng)域中得到應(yīng)用提供了一種有效的手段。目前，人們對(duì)于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究還處在一個(gè)新的階段，還存在著許多新的問(wèn)題亟待解決。