物联网及在军事应用

物联网及在军事应用
物联网概念一经问世, 立刻受到各国政府、学术界、工业界以及新闻媒体的广泛关注与高度重视。

物联网技术的推广不仅会成为推进经济发展的驱动器, 为产业开拓一个潜力无穷的发展机会, 也对现有军事系统格局产生了巨大冲击。

当前, 世界主要军事强国已经嗅到了这股浪潮的气息, 纷纷制定标准、研发技术和推广应用, 以期在新一轮军事变革中占据有利位置。

早在1999 年, 在美国召开的移动计算和网络国际会议就提出“ 传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇” 。

2003 年, 美国国防部力推RFID 条码识别技术, 使之为世界所知。

2005 年11 月17 日, 国际电信联盟( IT U) 发布了《U 互联网报告2005: 物联网》IT 。

该报告的发布, 标志着世界范围内物联网时代的即将来临。

2008 年10 月, 欧洲物联网大会在法国召开。

2009 年6 月, 欧盟制定并公布了包括标准化、研究项目、管理机制和国际对话在内的14 点行动计划。

日本则制定了EPC 系统国家发展战略, 并提出了U Japan 计划, 将传感网列为国家重点战略项目之一。

韩国提出U-Korea 战略, 计划2012 年构建物联网基础设施。

新加坡也公布了“ 智慧国2015” 的战略蓝图。

我国对物联网发展也高度重视, 已将其摆在了国家战略的核心地位。

2009 年11 月3 日, 国务院总理温家宝在首都科技界大会上发表的《让科技引领中国可持续发展》讲话中明确指出“ 我们要着力突破传感网、物联网的关键技术, 及早部署后IP 时代相关技术研发, 使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘ 发动机’ 。

”
然而目前对于物联网的研究大多还停留在概念的炒作上, 还没有形成统一的认识, 物联网的许多关键技术还处于发展的初级阶段, 物联网的体系结构与构建方法也没有形成统一的标准与模式, 这对于中国军队的信息化建设而言, 既是挑战, 也是机遇。

因此, 研究物联网技术及其在军事领域的应用, 对于我军规划下一代通信网络的建设具有重要意义。

1物联网的概念
随着通信技术的发展, 新技术不断涌现, 人们对信息服务的需求不断的深入, 物联网的概念随之产生, 并逐渐被人们所认识。

早在1995 年比尔丒盖茨在其《未来之路》一书中已提及物联网的概念, 但是迄今为止, 在世界范围内, 还没有形成共识。

1. 1物联网与传感网1999 年麻省理工学院( M IT ) 提出物联网概念: 将各种信息传感设备, 如射频识别( RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。

这个概念, 主要是从技术层面上, 对物联网的构成要素做出定义, 突出了物联网是由各种信息采集设备互联而形成, 但是其中缺乏人、物之间的相联、沟通与互动, 缩小了物联网的外延, 容易让人们将物联网与传感网( WSN) , 或者与基于RF ID 的EP C 系统混为一谈, 导致很多人误认为物联网就是传感网。

无线传感器网络是一种随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络, 它可以借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号, 并且传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求, 前者以数据为中心, 后者以传输数据为目的。

所以, 无线传感器网络并没有赋予物物连接能力, 更不具备与物理系统连接并且控制物理系统的能力。

传感网络仅仅是采集和传递数据, 并没有涉及到物联网中的核心控制技术, 因此, 它不能涵概物联网的概念。

但是无线传感器网络是物联网数据采集层的重要组成部分, 相关技术在一定程度上可以支撑物联网的开发, 是物联网关键技术之一。

1. 2物联网与M2M 2005 年, 按照国际电信联盟( IT U ) 的定义, 物联网主要解决物品到物品T 2T ( T hing t o T hing) , 人到物品H2T ( Human to T hing ) , 人到人H2H ( Hum an t o Hum an) 之间的互连。

这里与传统互联网不同的是, 需要H 2T 是指人利用通用装置与物品之间的连接, H 2H 是指人与人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。

[ 4] 利用物联网才能解决的是传统意义上的互联网没有考虑的, 对于任何物品连接的问题。

有些学者在讨论物联网中, 常常提到M 2M ( M achine t o M achine) 的概念, 将物联网等同于M 2M 。

在广义物联网中, 不仅有机器对机器即M 2M , 也包括机器与人( M 2P) 、人与人( P2P ) 、人与机器( P 2M ) 之间广泛的通信和信息的交流。

而在这个物联网中的物( T ) , 可以定义成可获取各类信息的终端, 可以是传感器、ID ( 有源、无源) 、手机、RF 摄像头、电子望远镜、总之, 可以感知到人类需要的各种信PC 、GPS 等。

此外, 也会有一些人工智能的终端。

息的终端, 都会被连接到这样的一个泛
在网上。

这里所说的泛在网, 几乎囊括了当代各种网络, 如固网、无线移动网、互联网、广电网和各种其它专网。

靠这些网络的整合把各种终端和人联系在一起, 构成了一个任何时间、任何地点可以取得任何服务的物联网。

因此物联网的概念要比M 2M 的概念更为广泛。

1. 3智慧地球与感知中国
2009 年1 月, IBM 首席执行官彭明盛提出“ 智慧地球” 构想, 其中物联网为“ 智慧地球” 不可或缺的一部分, 而奥巴马在就职演讲后已对“ 智慧地球” 构想提出积极回应, 并提升到国家级发展战略。

智慧地球所指的“ 智慧” 体现在3 个I( 3 I) : 更透彻的感知( Instrumented) , 更广泛的互联互通( Interconnected) , 更深入的智能化( Intelligent ) [ 5] 。

这三个方面是形成物联网的重要特征, 受到了人们的广泛认可。

为了便于理解, 图 1 给出了物联网与其他网络之间的关系[ 6] 。

2009 年8 月, 温总理提出了“ 感知中国” 的概念。

参考文献[ 7] 将其概念归结为: 人类用心感知地球, 把地球上万物( 也含动植物、天气等) 以各种方式给我们的信息用物联网捕获到, 并把这些信息综合分析, 最后经过人类智慧再制定出各种策略和计划等去推动国民经济发展, 改善人类的生活, 也会去善待地球。

归根结底, 物联网是一个用人类智慧制造的各种终端、设备、网络联结起来去获取各种信息, 并把这些信息经过人类加工, 为人类所用的网络。

1. 4对物联网本质的认识
特别需要指出的是物联网的本质依然是网, 其概念是互联网概念的延伸和拓展, 但是物联网中的物, 并不是简单地被动地接入网络中, 而应该是具有一定智能的, 可以主动地接入网络, 并且可以与网络中其它的物或者人进行信息交流, 并获取相应的网络服务的终端。

在真正的物联网中物和人都可被看作是网络的终端用户, 应该具有相同的地位, 网络只是依据物和人对信息的不同需求而提供不同的服务。

仅仅将物接入网络并不是真正意义上的物联网, 这一点是判别物联网和互联网的重要依据。

上述广义上的物联网是未来发展的方向, 但不是说建设物联网都要大而全。

“ 智慧星球” 也好, “ 感知中国” 也罢, 都是各个国家根据国情提出的建设目标与发展策略。

不同行业、不同部门、不同地区、不同应用目的的物联网建设都要因地制宜, 根据需求和投资规模不同选择不同的终端和网络以及数据处理中心, 选用不同的网络技术和终端。

对于军队而言, 更要结合军事斗争的需要, 正确认识物联网的内涵, 诠释出适合军队建设的物联网概念, 在现有通信网络的基础上, 选择重点方向, 规划军队专用的物联网信息服务系统建设, 及早占据信息优势, 以确保赢取信息化条件下的军事斗争的胜利。

2物联网的构架
物联网的构架目前还没有统一的模式, 不同的应用系统提出了不同的体系结构[ 8, 9] 。

图2 给出了物联网的基本构架。

事实上, 物联网是一个有三层架构、没有统一组合的一种网络结
构。

不同的应用都可以由不同网络结构组合而成, 例如RF ID+ 互联网、传感器+ 传感网+ 互联网, 有时与有线网络连接, 有时与无线网路连接, 因此它的网络结构是不固定的、非常灵活的组织结构。

在军事应用中, 可根据不同的应用场景, 不同的军事任务设计相应的网络结构。

图2物联网的基本架构
3物联网在军事领域的应用
随着物联网在军事领域的潜在应用, 尤其是受到信息化战场联合作战需求的强力牵引, 使得物联网建设日益紧迫地提上议程。

物联网军事需求的核心, 重在围绕战场态势感知、智能分析判断和行动过程控制等因素, 使系统实现全方位、全时域、全频谱的有效运行, 从而破除“ 战争迷雾”提高战场对己方的透明度, 全面提, 升基于信息系统的体系作战能力。

这里首先介绍两种当前正在研制中的典型的应用系统。

3. 1联合蓝军态势感知系统“ 蓝军跟踪系统” BF T ( Blue F orce T racking) 是美陆军21 世纪旅及旅以下部队作战指挥系统( F BCB2) 的一个子系统。

在西方国家的军事语言中, “ 蓝军” 指代“ 友军” “ , 蓝军跟踪系统” 即是一种由单兵、车辆或飞机携带使用, 实现友军定位、识别的自动化指挥控制系统。

2003 年的伊拉克战争中, 美军首次在陆军地面部队、海军陆战队和盟军部队的坦克、战车和直升机上装备了1200 多套“ 蓝军跟踪系统” FBCB2/ BF T ) , 传递和显( 示每个用户的位置信息, 为旅及旅以下各战术层提供近实时的指挥控制能力, 取得了显著成效。

“ 联合蓝军态势感知” JBFSA) 计划是美军在BFT 基础上设计的未来发展计划。

按照联合部队司令部( JF COM ) 的定( 义, JBF SA 是由各系统或跟踪设备及数据传输介质提供数据搜集和综合能力, 其目的是获取、报告和共享蓝军身份、位置、状态和意图信息。

从美军的JBF SA 发展计划来看, 美军打算针对现有BF T 的不足之处, 充分利用信息技术优势, 建立“ 无缝隙” 的联合态势感知和指挥控制系统, 真正实现三军互联、互通、互操作, 增强部队协同作战能力。

综合利用物联网的信息采集、智能识别、海量信息处理等技术, 可将战场的各个要素如人员、车辆、装备、武器、卫星、雷达、地面传感器、空中监测器、导弹、后勤保障等联系起来, 组成有机的整体, 使指挥人员及时获取并处理信息, 加强对战场的控制, 使作战人员能够了解战场态势、人员分布情况, 加强协作, 避免误伤, 做出正确的战斗决定, 提高单位时间内的打击效益, 使军队具有更有效的大纵深、高立体、全方位作战能力。

3. 2联合战场信息感知系统在一体化联合作战逐渐成为现代战争必然趋势的同时, 对联合战场信息感知系统的需求日益迫切, 各军事强国均在加强相关系统的开发。

例如, 美军开始研制的“ 战场感知与数据分发” 系统, 计划通过三个阶段的先期概念技术演示, 实现该系统与全球军事指挥控制系统联网, 建成分布式全球信息管理系统, 随时为分散在美国本土和世界各地的美军提供不断更新的陆、海、空战场综合态势图。

未来联合战场信息感知系统是集战场监测、预警探测、电子侦测和环境观测于一体, 能对指挥员关心的有关政治、外交、经济、军事、科技、宗教和文教卫生等领域的核心重要情报进行收集; 能对所关注区域海、陆、天及水下的目标实施连续侦察监视, 及时获取战场综合态势, 为作战提供可靠的综合情报保障的巨型空、系统。

物联网最大的优势在于其可以在更高层次上实现战场感知的精确化、系统化和智能化。

可以把过去在战场上需要几小时乃至更长时间才能完成处理、传送和利用的目标信息, 压缩到几分钟、几秒钟, 甚至同步。

它能够实现战场实时监控、目标定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。

通过大规模节点部署有效避免侦察盲区, 为火控和制导系统提供精确的目标定位信息。

同时, 其感知能力不会因某一节点的损坏而导致整个监测系统的崩溃, 各汇聚节点将数据送至指挥部, 最后融合来自各战场的数据形成完备的战场态势图, 为各级指战人员提供全方位、多层次的战场信息服务, 从而满足我军对内涵意图情报、目标态势情报、环境综合情报等不同级别、不同方向、不同作战任务的要求。

3. 3军事应用前景展望
事实上, 物联网的三类主要功能: 智能识别、智能监测、定位跟踪, 可应用于战场环境监测、目标跟踪定位、武器装备智能化、人员车辆监测与控制以及后勤保障等各个方面。

物联网的军事应用, 最核心的问题是明确军事需求: 如何将其融入联合作战及其保障体系中, 从而有效提
升作战能力和保障效能? 需求牵引是各类新技术发展的原动力。

利用物联网技术可以满足如下军事需求。

( 1) 战场感知精确化。

即建立战场“ 从传感器到射手” 的自动感知→数据传输→指挥决策→火力控制的全要素、全过程综合信息链。

从而对敌方兵力部署、武器配置、运动状态的侦察和作战地形、防卫设施等环境的勘察, 对己方阵地防护和部队动态等战场信息的实时感知, 以及大型武器平台、各种兵力兵器的联合协同、批次使用等, 实施全面、精确、有效地控制。

( 2) 武器装备智能化。

即建立联合战场军事装备、武器平台和军用运载平台感知控制网络系统, 动态地感知和实时统计分析军事装备、运载平台等聚集位置、作业、损毁、维修和报废全寿命周期状态等。

( 3) 综合保障灵敏化。

即建立“ 从散兵坑到生产线” 的保障需求、军用物资筹划与生产感知控制, 以及“ 从生产线到散兵坑” 的物流配送感知控制, 以有效地实施作战保障力量适时适地适量的综合运用与智能感知动态管控。

4结语
目前广义的物联网还为时尚早, 除了技术方面的瓶颈外, 还存在许多限制其发展的关键问题, 如标准化、信息安全、政策法规、资金成本等方方面面。

但是特殊用途的专用物联网络已经在一定范围内得到应用, 其广阔的应用前景是毋庸置疑的。

特别是在军事领域中, 更应抢先一步规划设计, 结合我国的国情、军情, 以军事需求为牵引, 在单兵作战系统、联合一体化作战、战场监测等系统中选择重点方向, 引入物联网信息服务系统, 尽快开展有关实质性技术研究与开发, 以免进一步拉大我军与美军等发达国家军队之间的差距。

最后, 对于军队物联网建设提出3 点建议。

( 1) 针对军事斗争需求, 结合国情军情, 正确认识物联网技术的内涵, 科学设定物联网在军事领域的研发目标和内容, 合理地部署科技研发资源, 切不可片面地将时下讨论的某一个热点, 例如RFID, 无线传感网等概念误认为即将为人类社会带来巨大变化的物联网, 从而误导相关决策和有限的科研资源的分配。

( 2) 在统一认识的基础上, 在军队内部全局规划, 结合未来技术的发展, 制定统一的标准。

在实施路线上, 应首先选择重点研究方向, 在现有的网络中, 加强终端设备研发, 引入智能处理等相关技术, 寻找突破口, 带动物联网技术的军事应用, 提高军队的总体信息化水平。

( 3) 针对信息安全问题, 制定严格的面向各级指战员的信息安全控制技术规范, 并设立军队内部统一管理的安全认证机构, 制定针对不同级别不同装备人员的严密的安全认证规范。

对于研发应用的物联网系统进行严格的安全验证, 防范由于技术研发或生产机构急于求成而造成的危害, 确保军队物联网建设安全有效。