物聯(lián)網(wǎng)在海戰(zhàn)場柵格中的應(yīng)用研究?

李正龍

（武漢數(shù)字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

海戰(zhàn)場是一個包含若干海潛空岸作戰(zhàn)平臺、各種平臺載傳感器、武器、系統(tǒng)、設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)、計算和處理軟件等資源的復(fù)雜環(huán)境，在未來體系對抗的戰(zhàn)爭中，能夠高效充分地運用戰(zhàn)場中一切作戰(zhàn)資源的一方必然將在戰(zhàn)爭中獲得作戰(zhàn)優(yōu)勢并最終贏得戰(zhàn)爭，因此體系的發(fā)展趨勢必將是極力實現(xiàn)戰(zhàn)場資源的高效動態(tài)部署和組織。

信息柵格是指通過網(wǎng)格計算技術(shù)、信息服務(wù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將分布式的計算機、數(shù)字化設(shè)備、數(shù)據(jù)、信息、知識等統(tǒng)一管理和使用，其軍事應(yīng)用催生了軍事信息柵格技術(shù)［1］。美軍早在1999年就提出全球信息柵格GIG的構(gòu)想［2］，將戰(zhàn)場上的相關(guān)要素集成到一個統(tǒng)一的體系中，將這個大的體系建設(shè)成擁有傳感器、武器、通信、指揮等各種各類核心要素的作戰(zhàn)體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)優(yōu)勢［3］。

圖1 海戰(zhàn)場柵格體系結(jié)構(gòu)

海戰(zhàn)場信息柵格體系是通過將海戰(zhàn)場中這些信息系統(tǒng)和信息資源通過網(wǎng)格體系有機組合成一個整體，將分散在不同海戰(zhàn)場位置的設(shè)備、服務(wù)和資源通過動態(tài)調(diào)度、按需提供等機制進行優(yōu)化組織，實現(xiàn)體系內(nèi)資源的高效整合和充分利用。通常將海戰(zhàn)場柵格體系自底向上劃分為物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層及應(yīng)用層等幾層［4］。

2 軍用物聯(lián)網(wǎng)簡介

物聯(lián)網(wǎng)IoT（Internet of Things）技術(shù)是一種建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上的，借由傳感器完成對數(shù)據(jù)信息的采集和傳輸，實現(xiàn)物物互連及人物互連，并為信息傳遞和識別定位等提供基礎(chǔ)的信息技術(shù)和手段［5］。一個典型的物聯(lián)網(wǎng)是在特定位置安裝識讀設(shè)備，通過識別特定頻段的無線標(biāo)簽或電子卡信息對附著物進行識別和信息處理［6］。

通常將物聯(lián)網(wǎng)由底向上劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和功能層三個層次［7］。其中感知層一般對應(yīng)各節(jié)點終端，通過自身的探測感知能力對周邊情況數(shù)據(jù)進行搜集，網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)各節(jié)點終端感知數(shù)據(jù)的傳輸和共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)，應(yīng)用層通過對這些數(shù)據(jù)進行計算和綜合處理，通過網(wǎng)絡(luò)向外界（通常是申請方）提供需要的信息。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 物聯(lián)網(wǎng)在海戰(zhàn)場柵格中的典型應(yīng)用及效能提升構(gòu)想

在當(dāng)前海上作戰(zhàn)體系中引入基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)之后，實現(xiàn)對己方海戰(zhàn)場作戰(zhàn)柵格體系終端實時屬性狀態(tài)信息的采集和反饋，一方面能夠提供戰(zhàn)場人員實時的位置狀態(tài)等實時信息，另一方面能夠隨時監(jiān)控雷達、武器等裝備的數(shù)量、狀態(tài)等實時信息，將對指揮員的作戰(zhàn)決策起到強有力的支撐作用。

圖3 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的海戰(zhàn)場柵格體系功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)OODA環(huán)理論［8］，指控體系本質(zhì)就是按照觀察-判斷-決策-行動的行為循環(huán)嵌套，推動作戰(zhàn)過程的進行。在作戰(zhàn)的過程中，對抗雙方哪一方OODA環(huán)的效率高，速度快，反應(yīng)及時，哪一方作戰(zhàn)優(yōu)勢就更大。應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，物聯(lián)網(wǎng)實時信息的接入使得傳統(tǒng)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)柵格體系具備了對戰(zhàn)場人員及裝備的狀態(tài)的實時采集以及高效的數(shù)據(jù)傳輸，將擁有更強大的戰(zhàn)場信息搜集和處理能力，使傳統(tǒng)體系不能實現(xiàn)或不好實現(xiàn)的問題具備可能實現(xiàn)的條件［9］，支撐形成海戰(zhàn)場柵格體系能力和提升海軍戰(zhàn)斗力。

在裝備狀態(tài)跟蹤和智能保障方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將不同地理位置不同類型平臺的設(shè)備系統(tǒng)和裝備物資狀態(tài)進行自動定時的搜集、統(tǒng)計、記錄和上報，解決了海戰(zhàn)場中平臺分散且類型各異，各平臺相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)不完備、不一致、不同步、不確定的情況。更進一步，通過實時狀態(tài)與作戰(zhàn)計劃和方案進行評估和比較，實現(xiàn)對體系節(jié)點中狀態(tài)受損或配置不足的資源進行智能化調(diào)配和補充，可以隨時了解到任一節(jié)點相關(guān)資源的補充狀態(tài)，進而根據(jù)補充完成情況調(diào)整作戰(zhàn)計劃。

在人員生理心理狀態(tài)監(jiān)控和智能醫(yī)療方面，通過對己方人員數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計，監(jiān)測群體健康狀況，分析人員的環(huán)境適應(yīng)能力、疾病及傳染病情況、生命體征，統(tǒng)計分析戰(zhàn)場上人員的心理特征和狀態(tài)等，實現(xiàn)對己方人員的狀態(tài)掌控，支撐指揮員對己方人員兵力的戰(zhàn)斗力評估和雙方兵力對比分析。

在戰(zhàn)場感知及態(tài)勢綜合評估方面，利用物聯(lián)網(wǎng)及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［10］，在海戰(zhàn)場上散布無人探測系統(tǒng)和微型探測設(shè)備，結(jié)合傳統(tǒng)雷達、聲納等探測設(shè)備對戰(zhàn)場進行感知和監(jiān)視，同時監(jiān)控己方兵力及裝備詳細狀態(tài)，實現(xiàn)敵我雙方兵力及裝備狀態(tài)情況的對比分析、海戰(zhàn)場作戰(zhàn)環(huán)境及氣象水文數(shù)據(jù)的分析、特定環(huán)境條件下探測設(shè)備的探測能力和武器設(shè)備的性能情況分析，輔助指揮員分析戰(zhàn)局，制訂更加合理的作戰(zhàn)計劃和選取更有有利的作戰(zhàn)時機和作戰(zhàn)海域。

在海戰(zhàn)場作戰(zhàn)指揮扁平化方面，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的引入使得信息的流轉(zhuǎn)直接在指揮和終端之間迅速交互，提高信息傳輸效率，推進指揮過程扁平化，甚至實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化指揮和自適應(yīng)指揮，提升海上柵格體系整體作戰(zhàn)效能。

此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以廣泛應(yīng)用于海戰(zhàn)場作戰(zhàn)柵格體系，并在其它諸如機動狀態(tài)監(jiān)視、氣象海洋環(huán)境采集、進度協(xié)同匹配評估等若干方面提高效率，提升效能。設(shè)想海戰(zhàn)場交戰(zhàn)的甲乙雙方，甲方積極廣泛地應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，乙方仍然采用傳統(tǒng)的海戰(zhàn)場柵格體系。根據(jù)OODA作戰(zhàn)環(huán)理論，作戰(zhàn)過程是一個“偵察-判斷-決策-行動”的循環(huán)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對OODA環(huán)各階段的影響對比如圖4所示。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)對作戰(zhàn)柵格的效能影響示意圖

可以看出，在作戰(zhàn)模型OODA循環(huán)的每個階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用都可以提供比傳統(tǒng)體系更智能高效的模式提升作戰(zhàn)效能。在戰(zhàn)場偵察階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展了設(shè)備感知范圍，同時提供了精確掌握設(shè)備感知性能的能力，這些都使得對海戰(zhàn)場的感知更加精細；在態(tài)勢判斷階段，由于延伸了探測感知范圍，提升了數(shù)據(jù)實時性，同時保證了己方兵力和裝備狀態(tài)的可控，增強了態(tài)勢分析判斷的準(zhǔn)確性；在決策制定階段，己方兵力狀態(tài)和機動、部署情況的已知及對敵方態(tài)勢的精準(zhǔn)實時有效提升了決策制定的針對性和有效性；在行動監(jiān)視階段敵情、我情、物情、海情的實時感知和反饋提高整個作戰(zhàn)體系的協(xié)調(diào)運作。

在上面的假定場景中，在OODA環(huán)的各個階段，乙方獲取的數(shù)據(jù)量、實時性、精確性等都與甲方基于己方兵力實時狀態(tài)的決策不可同日而語，行動監(jiān)視和干預(yù)控制的效率也高下自分。以相對的“全面-準(zhǔn)確-高效-實時”對相對的“片面-估計-計劃-推測”，這樣環(huán)環(huán)相繼，哪一方能在作戰(zhàn)中占據(jù)優(yōu)勢地位顯而易見。

4 應(yīng)用技術(shù)瓶頸分析

在現(xiàn)有的海戰(zhàn)場作戰(zhàn)信息柵格體系中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必須重點考慮和優(yōu)先解決以下幾個方面的技術(shù)問題。

技術(shù)融合問題［11］。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到海戰(zhàn)場信息柵格體系中將導(dǎo)致引入的傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)、基礎(chǔ)軟件技術(shù)等技術(shù)與軍事應(yīng)用體系中的已經(jīng)應(yīng)用的相關(guān)通信和軟件技術(shù)并存的問題，必須保證這些技術(shù)不相互沖突并且協(xié)調(diào)運作是物聯(lián)網(wǎng)用于海戰(zhàn)場信息柵格體系的挑戰(zhàn)之一。

信息安全性問題［12］。海戰(zhàn)場中裝備屬性、狀態(tài)等數(shù)據(jù)通常密級較高，直接影響作戰(zhàn)決策和戰(zhàn)爭成敗，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)視和統(tǒng)計的信息一旦失泄，后果不堪設(shè)想。因此，如何做好信息安全工作顯得非常重要。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點，體系的安全性需要從感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層逐層制定安全策略，層層保障信息的安全可信。

智能容錯及信息可靠性問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理是通過對設(shè)備信息的獲取和統(tǒng)計，追溯和分析設(shè)備的狀態(tài)，是信息從物理域轉(zhuǎn)換到信息域的關(guān)鍵一環(huán)，可能出現(xiàn)信息錯漏、信息不完備甚至信息矛盾不可靠的情形。對錯漏信息的兼容，對不完備信息的填補，對矛盾信息的糾偏或剔除等操作都將影響信息域的協(xié)調(diào)一致性，進而影響信息的后續(xù)處理和應(yīng)用。

5 結(jié)語

在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)蓬勃發(fā)展和全面應(yīng)用的情況下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)之無愧的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)“最后一公里”，該技術(shù)不僅在民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在軍用領(lǐng)域，尤其在海戰(zhàn)場上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對作戰(zhàn)平臺和人員裝備的數(shù)據(jù)合作式接入和統(tǒng)一管理運籌，對于增強海上軍事感知能力、指揮能力和作戰(zhàn)能力，提升海上作戰(zhàn)體系總體效能，都提供了重要的技術(shù)手段和支撐，未來還將挖掘和發(fā)揮越來越積極的作用。