美國軍事物聯網及應用

張余清+劉志遠

摘 要：當世界進入網絡信息時代，美軍深刻認識到網絡將會是未來戰場重要的決勝利器，物聯網在軍事領域的應用是軍隊未來作戰取勝的關鍵。在軍事物聯網系統的發展過程中，美軍面臨非常大的困難與挑戰，但是軍事物聯網在美國軍隊的各個方面都得到了廣泛應用。

關鍵詞：美國；軍事物聯網；應用；信息

中圖分類號：TP11 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）02-0-03

0 引 言

物聯網最簡單的想法就是實現日常生活物體或裝置（可稱為對象）與網絡的連接。但物聯網真正的目的并非只是進行對象與網絡的簡單連接，其最終目的在于使連網對象具有智能識別或者互聯互通的功能。為了實現該目標，這些對象必須嵌入或配備電子組件、軟件、傳感器及網絡裝置等，通過上述配備與裝置的運行，讓對象可以進行信息收集與處理。特別是通過網絡系統進行對象與網絡的互聯互通與遠程控制，快速、有效地下達正確的指令與動作。

物聯網的應用非常廣泛，目前物聯網已應用在通信、醫學、智慧家庭、智慧電網、自動化建筑與汽車等領域，通過網絡與對象的連接，大幅度提高了管理效率和安全性。物聯網應用示意圖如圖1所示。

1 軍事物聯網的概念

1996年世界進入到網絡信息時代，美軍深刻認識到網絡將會是未來戰場重要的決勝利器，因此在當年提出了網絡技術優先發展的決策，目的是全力發展網絡信息技術，并將該技術與武器系統相結合。當時美軍希望通過網絡基礎設施的建立形成決策圈，并將其應用在情報采集與后勤供應等行動中，以方便軍事決策者正確、快速的下達指令，提高軍事行動的效率，后來又將網絡技術發展擴大至通信、網絡傳輸與信息處理等領域，實現網絡技術的全面運用。

美軍目前規劃以現行的軍用網絡基礎設施為中心，把陸、海、空軍與國土安全部門所收集的信息通過網絡連接的方式傳送至軍方信息中心或云端作戰中心進行分析與儲存，然后再利用信息分析的結果進行相關軍事行動。美國軍事物聯網使用環境如圖2所示。陸、海、空軍與國土安全部門可以看成被連接的對象，采集信息與情報，通過網絡連接，將采集的信息與情報進行儲存與分析，方便終端使用者（美國國防部）依據這些信息與情報以及結果進行后續動作與指令。

許多人會將軍用穿戴式裝置與軍事物聯網畫上等號，雖然兩者之間有相似之處，但嚴格來說，穿戴式裝置與物聯網屬于不同的技術。以美軍為例，目前許多軍用穿戴式裝置將傳感器與軍用頭盔或軍服相結合，對士兵的生理體征狀況進行測量與監控。此外，許多穿戴式計算機可以配戴在士兵身上，遠程操控無人系統，而這些都僅僅是單純的監控與操作。通過比較可以看到，物聯網系統主要借助整個網絡系統連接人或對象，通過傳感裝置收集信息，但收集的信息需要經分析處理后再傳遞給人或對象，以進行后續有效的動作。因此，穿戴式裝置的功能比物聯網系統狹窄，通過穿戴式裝置收集的信息并沒有進行智能分析，也無法與更多的人員或對象進行網絡連接，因此無法實現更有效的管理與跟蹤。

2 軍事物聯網的應用

據美國國防部的規劃，美軍物聯網系統將會被應用在飛機、地面車輛、船艦、太空飛行器及其他武器系統。無論這些武器系統的大小，是否需要人工操控，都可以進行物聯網系統的連接。但將物聯網應用在國防科技領域，仍有許多困難與挑戰需要克服，包括系統安全性與隱私權問題，大數據儲存與分析技術以及構建智能與可程序化的網絡信息系統，都是美國國防部關心的重要物聯網研究課題。若將物聯網系統應用在軍事方面，美軍會實際考慮物聯網在戰場上的實際使用環境以及對于戰爭型態的影響。以往總認為行動成敗的關鍵可能取決于指揮官對于戰場實際狀況的了解與臨場應變能力。但是未來戰場部隊裝備的完好性、安全性與機動性才是決勝的關鍵。利用物聯網系統，各式軍用卡車和裝甲車輛可以裝載各式車用傳感器，通過傳感器的監測，可以清楚了解每臺車輛的油料數量、輪胎壓，甚至是發動機的壽命，通過智能型手機的軟件連接，可以顯示各車輛的狀況，提早警示何時需要補充油料，或是哪一臺車輛的輪胎壓異常，需要進行維修與更換。也可以通過計算機的連接，知道上述車輛的油料更換與輪胎檢修是由哪位士兵負責，當發現任何狀況時，通過對象收集的信息與需求傳遞給負責人員，即可迅速完成所需工作，減少在戰場上因為車輛與部件疏于保養或維修造成士兵傷亡的風險。此外，許多生物型傳感器也可以佩戴在戰士的軍裝上，實時測量每一位士兵的生理體征狀況，如體溫、心跳、血壓與腎上腺素等指標，并且可以警示有狀況的戰士與所處位置，當醫護人員收到上述警示信息時立即前往救護。早期的救護可將傷亡降至最低，這樣可以大幅提高戰場的戰斗效率與成功機率。

在國防使用環境中，軍事物聯網可以應用在人員、環境觀察、武器、自動系統、后勤與設施管理等方面，如圖3所示。

（1）人員應用方面包括戰術通信與生命體征監控；

（2）環境觀察應用方面包括定位系統、數字地圖、部隊追蹤與危險偵測；

（3）武器系統應用方面包括引導系統與無人系統；

（4）自動化系統應用包括感測預防與各式機器人的自動化應用；

（5）后勤供應保障應用包括預測維修與供應管理；

（6）設施管理應用包括能源管理與廢棄物管理系統。

3 軍事物聯網的挑戰

美國戰略與國際研究中心研究人員表示，在軍事物聯網系統發展過程中，美國國防部所遭遇的困難與挑戰非常大，主要存在9個方面的問題。

3.1 數據輸入未完全自動化

目前許多軍事數據仍然需要人工輸入，特別是后勤供應工作。雖然美軍使用無線射頻識別技術，加快了后勤供應的效率與速度。但若遇到系統故障，或沒有配備識別系統的倉庫，很多工作還是依靠人工進行，而這也意味著人工數據輸入勢必會產生人為錯誤。事實上，物聯網系統也將面臨相同的狀況，由于許多信息無法自動感知與輸入，通過人工輸入后，即便系統可以連接對象或人員，也可能因為人為輸入的錯誤衍生錯誤動作與指令。

3.2 信息分析處理的限制

使用物聯網系統，對象可以利用嵌入式傳感器收集大量的信息或數據。但是目前最大的問題就是大量收集的信息都未經處理，無法與物聯網系統連接。即便有些信息可以由人工進行分析與處理，也需要花費大量的時間，因此無法通過物聯網實現實時的反應與動作。而無法實時分析的數據信息都無法使用物聯網系統。

3.3 武器系統未自動化操作

自動化是物聯網非常重要的因素，目前許多美軍的武器系統仍然無法完成全面的自動化操作。例如許多裝備的無人系統雖號稱“無人”，但都需要遠程人員操作遙控系統，若未來能將武器系統完全自動化，不但可以減少人為操作的失誤，還能增加與物聯網系統的兼容性，提高使用效率。

3.4 網絡通信設備不兼容

美軍使用的許多網絡設備都由不同的承包商制造，缺乏一套完善與統一的網絡通信設備系統。不同的網絡通信設備系統可能需要使用不同的輸入接口，缺乏硬件系統設備的兼容性。

3.5 網絡信息安全有漏洞

軍事物聯網可以獲取、傳送軍隊的部署、撤離與機動等各種機密信息，信息交換非常頻繁、廣泛。因此，如何做好信息安全工作顯得非常重要。信息安全工作包括網絡安全與人員管理。由于許多網絡存在安全漏洞，因此敵人的網絡部隊往往便趁機而入，侵入計算機系統，竊取信息與情報。此外，目前隸屬美國國防部的人員，包括軍人、文職、后備役以及其它相關人員，已超過三百萬人，對于如此龐大的組織，要確保信息安全非常困難。雖然通過不斷的信息安全訓練與教育可以達到一定的效果，但只要存在少數不法分子或一些無心的錯誤，都可能造成嚴重的信息安全問題。

3.6 系統易遭電子戰攻擊

大部分物聯網系統都會通過無線傳輸技術進行信息傳送，但這些信息可能會被敵人攔截，暴露軍隊的行蹤或者直接進行阻塞，導致信息無法傳送。因此，如何加強信息傳輸的安全性是軍事物聯網的關鍵。

3.7 存在技術限制與不足

目前，美軍強調仍然需要加強連接性、數字信號分析與軟件通用性三方面技術：

（1）在連接性技術方面，希望健全網絡通信設備的基礎設施來提高網絡傳輸的安全性；

（2）在數字信號分析方面，由于物聯網需要接收傳感單元的信號并進行實時分析，所以必須強化數字信號分析技術，以應對巨大的信號分析需求；

（3）在軟件通用性方面，要確保所有的軟件系統都能夠兼容，特別是現在許多軟件需要搭配硬件設備，因此要建立硬件標準化規范，提高軟硬件的兼容性。

3.8 先期研發投入資金過高

美軍在發展軍事物聯網過程中遇到的最大困難是經費問題。研究計劃都需要研究經費的支持才能順利進行。對于開發軍事物聯網系統而言，所需經費非常龐大，因此美國國防部是否愿意在現階段投入大量的經費來研發“未來”才可能用得到的技術，仍然是一個未知數。

3.9 知識產權與技術輸出控制

知識產權也是民間企業是否愿意參與軍事物聯網研發與建設的關鍵因素之一。對于民間研發物聯網的企業而言，其最終目的在于獲得商業利益，若將開發的物聯網技術轉讓或銷售給其它企業，則可以獲得較高的技術轉讓費用與銷售費用。相較而言，若將相同的技術轉讓給國防軍事單位，獲得的利益則非常有限。此外，技術的輸出許可也是造成美國民間企業不愿與美國國防部合作的原因之一。美軍使用的任何軍事技術都將會被美國國防部歸類為軍用技術或軍民通用技術，而這些技術若要輸出海外，則必須要獲得輸出許可證明。就民間研發物聯網的企業而言，若受限于國防科技與設備輸出管制，將會嚴重影響公司的商業利益，嚴重影響、挫傷民間企業投入軍事物聯網技術研發的積極性。

4 結 語

目前全世界都在關注物聯網系統的發展與應用，雖然物聯網并非全新發明的技術，而是將傳感技術、互聯網絡與智能分析等技術進行整合與應用。許多國際知名產業研究機構都預測，物聯網對象每年都會大幅增加。到2020年，全世界大約會有300至500億個對象與網絡進行連接，除可以進行傳感與信息收集外，還可以進行數據的分析與行動規劃，更可以通過網絡進行對象與對象的連接來下達正確的指令與動作，其巨大的商機不言可喻。未來，物聯網潛力巨大，可以應用在政府組織、軍事國防、健康管理、倉儲管理、交通運輸、通信工程與能源開采、產品制造與供應運送等領域，每年全球可以創造的商機高達數十兆美元。尤其是后續分析所獲得的數據，除了可進行管理與供應工作的參考外，更可衍生出許多創新服務與商業模式。雖然軍事物聯網所面臨的困難與挑戰比企業物聯網高，但是美國國防部仍在積極規劃布局，以期提高軍隊的作戰能力，減少人員傷亡。相信在不久的將來，軍事物聯網在美國軍隊的各個方面都將得到廣泛的應用。

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