基于物聯網的部隊裝備信息共享體系架構研究

楊　飛,于洪敏,呂耀平

(中國人民解放軍裝備學院　a.研究生管理大隊； b.裝備指揮系，北京　101416)

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【信息科學與控制工程】

基于物聯網的部隊裝備信息共享體系架構研究

楊飛a,于洪敏b,呂耀平b

(中國人民解放軍裝備學院a.研究生管理大隊；b.裝備指揮系，北京101416)

針對軍用物聯網的發展需要，分析了物聯網技術在部隊裝備保障中的應用，提出了部隊裝備信息共享的物聯網體系架構，構建了能夠實現信息縱橫之間廣泛共享的部隊裝備信息共享體系，并對基于物聯網的部隊裝備信息共享體系功能進行了分析，為構建我軍統一的基于物聯網的裝備信息共享體系提供了理論支撐。

部隊裝備；物聯網；信息共享；體系架構

物聯網在我軍軍事裝備保障領域應用還存在諸多問題，在整體設計上缺乏統一考慮[1]，軍用物聯網建設“煙囪”現象較為普遍，導致無法實現廣泛的互連互通，信息難以共享，而且浪費了大量的人力、財力和物力。分散和重復建設的物聯網系統之間要實現廣泛的裝備信息共享，就必須按照開放性、可擴展性、安全性和抗毀性[2]等要求對我軍部隊裝備信息共享體系框架進行重新設計，建立一個統一的、可擴展的裝備信息共享體系結構。

1　物聯網技術在部隊裝備保障中的應用

隨著信息技術革命的深入，大量的工作逐漸被智能化的機器所取代，這就需要建立機器到機器、機器到人的通信，致使物聯網技術的應用需求日益突出。依托RFID、傳感網、云計算、短距離無線通信、物聯網絡、物聯網應用系統集成等新技術[3-4]建立起來的物聯網已經廣泛地應用于國民經濟的各個領域，在軍事裝備保障領域的應用也非常成功。在美軍發起的近幾場局部戰爭中，裝備保障的時效性、準確性、經濟性都得到了成倍的提高[5]。物聯網建設對我軍裝備的信息化管理與保障意義也非同凡響，特別是在倉儲、維修、狀態監控等方面逐漸取代了人的大量工作，展現了更高的效率。

1.1物聯網技術在美軍裝備領域的應用

目前，物聯網技術已經廣泛地應用于裝備領域，并在各類裝備保障的實踐中驗證了其強大的生命力和功能。

最成功的應用是“全資產可視化”系統，2003年的伊拉克戰爭中，美軍利用“全資產可視化”系統，不但實現了后勤裝備從工廠到“散兵坑”的運送，而且有效消除了超額庫存和補給，一改海灣戰爭時期大量裝備物資遺失、滯留和過剩的現象。美軍利用物聯網技術在裝備維修保障方面的應用也非常成功，建立了維修專家、交互式電子技術手冊、遠程維修、單兵維修等系統[6]，通過信息共享，實現了對狀態監控、故障診斷、配件供給、裝備維修等活動的遠程遙測保障，大幅提高了裝備維修保障的效能、效率和效益。物聯網技術在單兵系統中的應用是軍用物聯網發展的一個重要方向，美軍的“陸地勇士”系統[7]就是其典型代表，單兵不再只是一個傳統的作戰單元，而且成為戰時物聯網系統中的一個末端信息節點，同時也是一個集感知與識別、打擊與防護、通信與定位、生活與保障的數字化系統，極大地拓展了物聯網技術在裝備領域的應用深度。

1.2物聯網技術在我軍裝備領域的應用

我軍信息化建設起步較晚，受制于認知和技術領域的巨大差距，物聯網技術在我軍裝備領域更多的是圍繞從傳感器、標示與識別、偵察監視、定位等基礎技術以及軍用物聯網架構等方面進行研究和探索，其應用主要集中在裝備倉儲、物流、狀態監控、定位跟蹤、毀傷評估及可視化等系統層面，缺少對物聯網系統體系整體強大的信息共享能力的開發利用。主要原因：一方面是缺乏統一的體系結構下的物聯網應用建設，另一方面是對物聯網整體技術需求認識不足。為此，整合我軍裝備領域的物聯網建設資源，建立一個統一的部隊裝備信息共享的物聯網體系結構，是開展我軍裝備領域物聯網技術研究和應用的基礎。

1.3物聯網技術對部隊裝備保障的影響

物聯網技術在智能電網、智能交通、環境監控、災害防護、物流運輸、智慧城市[8]等領域的應用已經非常成功，在人力成本控制，提高工作效率和質量、降低安全隱患等方面都展現出了巨大的效益和應用潛力，對裝備保障中的動態感知、智能監控、儲供保障等方面都有很好的借鑒意義。特別是我國的“智慧銀川2.0模式”，它是物聯網系統集成應用的成功典范，通過“技術架構、商業模式和運營管理”等方面的創新，構建了一個包括十大系統13個子模塊的綜合信息平臺[9]，為構建我軍統一的多系統綜合集成的物聯網信息共享平臺提供了理論和技術支撐。

2　基于物聯網的部隊裝備信息共享體系架構

2.1部隊裝備信息共享的物聯網體系架構

基于物聯網在軍事裝備保障領域的廣泛應用，部隊裝備信息共享的物聯網體系架構分為感知層、網絡層和應用層，通過廣泛的互聯互通實現部隊裝備信息共享。鑒于目前我軍因工作任務而獨立開發的裝備信息共享系統缺乏統一的規劃和頂層設計，導致系統在建模、體系結構設計、技術融合、應用標準、接口規范[10]等方面存在較大差異，難以實現廣泛的互聯互通。因此，從物聯網頂層結構設計出發，把物聯網體系細分為采集層、接入層、承載層、支撐層和應用層[11]，統一其相關標準，并建立其安全防護體系，有利于解決目前各系統兼容和互聯互通的難題，并能有效提高系統的安全性、保密性和抗毀性。部隊裝備信息共享的物聯網體系架構如圖1所示。

圖1　部隊裝備信息共享的物聯網體系架構

1) 采集層。采集層的主要功能是通過傳感器、標識與識別、偵察監視、定位和智能交互等設備對裝備管理與保障活動的需求、環境、形勢、裝備等各要素的信息參數進行感知、識別與采集。

2) 接入層。接入層的主要任務是無線傳感器網絡、現場總線、網關、接入點對終端節點信息進行組網控制和信息匯集，并接入承載層的相關網絡，實現終端設備通過相關網絡互聯。

3) 承載層。承載層主要由軍用網絡、移動網絡、廣電網絡、衛星網、無線網等組成，其主要功能是利用各類網絡，對來自接入層的信息進行傳輸，實現信息的上下傳遞。

4) 支撐層。支撐層主要根據底層采集的數據，利用元數據注冊、信息資源目錄、分類編碼、并行計算、數據挖掘、智能搜索等技術，形成與調配、指揮控制、訓練管理、技術與經費、全資可視化等裝備管理與保障應用相適應的高效、可靠的支撐技術平臺。

5) 應用層。應用層主要根據調配、指揮控制、訓練管理、技術與經費、全資可視化等裝備保障應用建立相應的應用子系統，最終實現對裝備管理與保障體系的終端節點信息的匯聚、傳輸、分析和處理，并根據應用需求，利用狀態指令實現對各節點的控制。

2.2部隊裝備信息共享組織體系構建

為了強化部隊作戰能力，我軍建立了軍委——戰區——部隊的作戰指揮體系和軍委——軍種——部隊的領導管理體系，其中軍委管總、戰區主戰、軍種主建。軍委及戰區/軍種根據全壽命周期內的裝備管理與保障活動信息共享要求，建立一個多系統的信息共享平臺[12]，該共享平臺主要由可靠的軍用物聯網、信息共享組織架構、裝備保障信息共享中心和裝備保障指揮與管理信息子系統4部分組成，如圖2所示。

可靠的軍事裝備物聯網是全軍物聯網建設的一個分支，它建立在一個可靠的、全軍統一的物聯網架構上，為裝備信息共享提供基礎支撐。

裝備保障指揮與管理信息子系統主要由調配保障信息系統、裝備物流系統、維修保障信息系統、裝備狀態性能監測系統、戰場全資可視系統、遠程技術支援系統、保障模擬訓練系統等組成，其主要功能是根據裝備保障指揮信息活動與裝備信息管理的相關內容對信息進行管理，各子系統根據需要接入保障指揮信息系統或管理信息系統，或同時接入兩個系統。

裝備保障信息共享中心主要由保障信息融合中心、戰役保障指揮中心、戰斗保障指揮中心、前方保障基地、后方保障基地等組成，裝備保障信息共享中心對各類保障信息進行綜合分析后，利用智能決策系統提出最佳保障方案，并通過可靠的軍事裝備物聯網實現保障信息的綜合共享。裝備保障信息共享中心大多是根據需要臨時設立的，它對物聯網建設的開放性、可擴展性和模塊化接入等方面要求很高。

信息共享組織架構是由各級裝備保障機構的保障指揮信息系統與管理信息系統共同構成的信息共享組織結構，按照“訓管分離”的原則，各級保障指揮(管理)信息系統依照所屬建制接入上一級的保障指揮(管理)信息系統，各級保障指揮(管理)信息系統的主要任務是完成對本級及下級節點信息的匯總、處理和融合，并儲存在服務器中，然后將處理后的信息上傳給上級裝備保障綜合信息系統，同時將上級系統下發的信息傳遞給下級系統，為本級和上、下級保障機構提供信息共享服務。

圖2基于物聯網的部隊裝備信息共享組織體系

在該組織體系中，各部門可以實現對上下級各系統之間縱向的信息共享，也可以實現同級單位各系統之間橫向的信息共享，各級裝備綜合信息系統既是信息共享的信息資源提供者，也是信息共享的信息資源使用者，同時還是信息資源共享的中間節點。

部隊裝備信息共享體系架構基于現代物聯網技術，實現了部隊裝備信息更為高效、穩定和廣泛的共享能力，也極大地加速了裝備管理和保障能力的變革，為建設適應現代化聯合作戰的裝備管理與保障工作奠定了技術基礎。

3　基于物聯網的部隊裝備信息共享體系功能

物聯網技術在裝備領域的廣泛深入應用使部隊裝備信息量飆升，如何有效地利用這些信息，并發揮相應作用，成為部隊裝備信息共享的核心任務。基于物聯網的部隊裝備信息共享體系以軍用物聯網為技術支撐，服務于部隊裝備信息共享，其功能目標可以概括如下[13]：

1) 部隊裝備信息資源的開發與組織管理。這是部隊裝備信息共享的基礎，涉及部隊裝備管理與保障的各個方面，其內容包括對部隊裝備管理與保障內容的相關法規、制度、標準、組織、計劃與方案等信息資源的開發，調配、倉儲、物流、維修、狀態性能、經費等信息資源的采集，各類信息資源的布局與利用組織等。

2) 部隊裝備信息的技術與系統管理。對軍用物聯網中海量的信息進行管理，需要結合裝備管理與保障需要，針對各類信息服務進行軟、硬件技術開發和利用，并對技術的標準化和規范進行管理，還需要對人員、技術、設施、系統環境等信息系統要素與運行機制進行管理與控制。

3) 部隊裝備信息的處理與控制。無論是哪一個部門都必須對所采集的信息進行全面加工，使信息有序化，以便服務于書目信息、信息檢索及相關業務，同時方便于對信息的控制，并提供信息共享的基礎服務工作。

4) 部隊裝備信息服務與用戶管理。用戶是服務的對象，部隊裝備信息服務建設以用戶需求為前提，主要有裝備信息的采集轉換、存儲與傳輸、查詢與統計、融合與挖掘、可視化與主動化等服務。

5) 部隊裝備信息的智能化決策管理。這是一種高層次的共享功能，通過基礎的共享信息識別、分析、整理和加工，并結合信息庫中預設的信息處理和決策模型，對信息進行定量分析并提出決策建議。

4　對策建議

物聯網應用發展迅速，但也面臨著諸多問題，最關鍵的是能不能找到一條適合物聯網應用拓展和技術不斷完善的發展途徑，對于構建全軍統一的部隊裝備信息共享的物聯網，主要應從以下幾個方面入手：

4.1聚焦頂層設計，建立統一的體系架構

我軍物聯網建設存在起步較晚、發展緩慢、應用層次不一和集成困難等諸多問題，給物聯網在全軍范圍內的推廣應用和系統集成帶來困難，同時也嚴重影響了不同體系架構下的信息互聯互通，其根源是各自為建、缺乏統一的體系架構，所以在我軍部隊裝備信息共享的物聯網體系中，要從頂層設計的角度出發，統一管理、整體推進，構建全軍統一的體系架構。

4.2分析信息共享需求，建立一體化的信息系統

物聯網的功能發揮關鍵在于應用層的應用系統建設是否與部隊裝備信息共享的需求相匹配。我軍信息系統大多都是各軍兵種和各業務部門獨立建設的，難以適應聯合作戰保障的需要，為此在物聯網系統建設上要堅持以需求為牽引，加強系統集成建設，建立適應聯合作戰保障的一體化綜合信息系統。

4.3 吸納先進的技術成果，建立全面的服務體系

物聯網是一個幾乎融合了當今所有高技術的系統集成體系，任何技術的進步都會對其發展產生重要影響。對于部隊裝備信息共享的物聯網這類關乎國運和廣大人民福祉的軍事領域，必須積極吸納所有可用的先進技術成果，建立一個從底層到頂層的全面的服務體系，并不斷對其完善，以提高信息共享能力和信息系統的安全。

4.4借鑒軍民物聯網體系標準，建立統一的標準體系

物聯網技術作為一個高技術系統的集合，各類信息廣泛共享的實現必須要有統一的標準體系規范，國內外前期建設的軍、民用物聯網之所以沒有形成高度的集成除了沒有基于統一的體系架構外，另一個重要的原因就是沒有統一的標準體系，為此在我軍基于物聯網的部隊裝備信息共享體系架構研究中，必須考慮建立一個統一的標準體系作支撐。

4.5緊盯軍用物聯網的特殊性，建立完善的安全保障體系

安全保障是軍用物聯網建設的首要要求，也是貫穿于物聯網建設和使用全過程的一項重要要求，所以在物聯網建設上既要充分考慮感知層、網絡層、應用層的安全，又要考慮來自與物聯網銜接的物理域和認知域的安全問題，積極利用物聯網在可跟蹤性、可監控性、可連接性[14]等方面的特點做好技術保密與安全防范。

基于物聯網的部隊裝備信息共享體系架構研究是軍用物聯網研究的基礎性工作，也是解決各部門、各系統之間互聯互通的根本舉措。建立在物聯網基礎上的部隊裝備信息共享組織體系，實現了信息縱橫之間的廣泛共享，同時也直接定位了軍用物聯網亟待解決的技術性問題，為建立全軍統一的軍用物聯網奠定了理論基礎。挖掘軍用物聯網在部隊裝備信息共享應用中的潛力將是今后研究的重點，這需要既要關注物聯網關鍵技術的突破，還要探索形成一套完善的軍用物聯網發展機制。

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(責任編輯楊繼森)

ResearchofInformationSharingSystemArchitectureBasedonInternetofThingsforArmyEquipment

YANGFeia，YUHong-minb，LYUYao-pingb

(a.DepartmentofGraduateManagement;b.DepartmentofEquipmentCommand,AcademyofEquipmentofPLA,Beijing101416,China)

AccordingtothedevelopmentoftheInternetofThings(IoT),weanalyzedthetechnologyofIoTinthearmyequipmentsupport,andproposedarmyequipmentinformationsharingarchitectureoftheIoT.Theinformationsharingsystemofarmyequipmentwhichiswidelysharedbetweentheverticalandhorizontalinformationwasconstructed,andthefunctionofinformationsharingsystemofarmyequipmentbasedontheIoTwasanalyzed,thus,providingthetheoreticalsupportforbuildingaunifiedinformationsharingsystembasedontheIoT.

armyequipment;internetofthings;informationsharing;architecture

2016-04-11；

2016-04-29

軍事裝備物聯網信息共享機制研究(43857)

楊飛(1985—)，男，碩士研究生，主要從事裝備管理研究。

10.11809/scbgxb2016.09.026

format:YANGFei，YUHong-min，LYUYao-ping.ResearchofInformationSharingSystemArchitectureBasedonInternetofThingsforArmyEquipment[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering,2016(9):110-114.

E917

A

2096-2304(2016)09-0110-05

本文引用格式：楊飛,于洪敏,呂耀平.基于物聯網的部隊裝備信息共享體系架構研究[J].兵器裝備工程學報，2016(9):110-114.