陸軍戰場物聯網國產化芯片之路任重道遠

陳功

戰場物聯網（IoBT）將加速改變未來作戰形式

近年來，以美國為代表的軍事強國競相開展戰場物聯網（IoBT）的戰略規劃。從美國陸軍研究實驗室（ARL）發布的《未來陸戰展望》可以看到，美軍非常重視利用IoBT來應對未來跨域協同、無人化以及網絡化作戰環境，以此來保持并增強其戰場優勢。鑒于此，美陸軍于2017年就成立了“戰地物聯網合作研究聯盟”（IoBT CRA），ARL資助研究聯盟2500萬美元，用于開展“戰場物聯網演變的智能目標驅動網絡”（IoBTREIGN）等相關領域的研究。戰地物聯網旨在將作戰士兵與裝備、無線電、武器等智能技術聯系起來，為其提供相應的態勢感知及預測戰場情況，同時提高作戰人員間的協同作戰能力。

在IoBT方面，美陸軍一方面研究利用現有智慧城市的物聯網作為未來城市作戰中的戰場物聯網的能力補充，另一方面也在研發一種能在未來城市作戰的新型通信協議，即“遠程廣域網”。美陸軍將低功耗廣域網LoRa（Long Range，遠距離——編者注）技術引入到遠程廣域網中，并嘗試將該遠程廣域網部署在智能城市，同時進一步研究如何將智能城市中的傳感器及網絡生成的信息用于軍事用途。據稱，以LoRa技術為基礎的遠程廣域網可在距離超過10km的物聯網設備中進行數據傳輸，并且在密集城市中具有高可靠的傳輸性能。

LoRa技術的起源

戰場物聯網（IoBT）示意圖

美陸軍引入IoBT系統的LoRa技術源于一家美國半導體企業Semtech公司，該公司是全球唯一一家擁有該技術的企業。Semtech公司從2012年起就在全球民用市場內大量推廣LoRa技術，并且在民用市場上具有眾多的客戶群體。

據筆者了解，LoRa技術最初是2009年由法國Cycleo公司基于CSS調制技術發明并實現的一種優異的擴頻通信技術。相比當時Semtech公司推廣的FSK調制技術，LoRa技術在通信距離、組網、性能、功耗、芯片兼容性、成本等方面更具有優勢。于是，2012年美國Semtech公司發起了對Cycleo公司的收購，并在不久后將這一調制技術封裝到其生產的芯片中，開啟了LoRa技術的產品化之路。

不過，僅僅一個基于LoRa調制技術的收發芯片遠不足以撬動廣闊的廣域物聯網市場，Semtech公司聯合思科、IBM等多家廠商發起的LoRa聯盟，推出不斷迭代的遠程廣域網LoRaWAN協議，催生出一個全球數百家廠商支持的廣域組網標準體系，從而形成廣泛的產業生態。LoRaWAN協議只規定了MAC（Medium Access Control，介質訪問控制——編者注）層的規范，但為了最大限度地發揮LoRaWAN協議的優勢，在物理層需要采用LoRa調制技術。通過這種設計，既有效推動了物聯網產業生態的發展，又保證了作為LoRa技術的唯一擁有者Semtech公司在整個產業中的經濟收益。

國內LoRa技術的發展

隨著中國物聯網及工業物聯網等技術的不斷發展，越來越多的國內企業注意到美國Semtech公司的LoRa技術，并將其逐步應用在國內民用市場領域。當前，中國作為全球較大的物聯網應用市場，幾乎承載了全球約50%的LoRa終端部署數量。但在筆者看來，這種通信底層物理層核心技術由美國Semtech公司壟斷，其實并不利于LoRa技術在國內的發展，尤其是在面臨中美長期全方位對抗的這種背景下。

為了破除LoRa技術及LoRaWAN協議等在中國面臨的問題，Semtech公司以及LoRa聯盟采取多種合作方式來增加底層芯片及核心技術的供應商。

直接銷售晶圓

Semtech公司向固定的客戶直接銷售晶圓（制作硅半導體電路所用的硅晶片——編者注），如臺灣群登科技、翱捷科技、深圳國民技術等公司。這些公司通過芯片SIP技術將其他芯片與LoRa芯片進行合封，并進行銷售。

授權方式

Semtech公司將LoRa的IP授權給國內廠商翱捷科技，這些廠商根據自己的需求設計芯片架構、自行增加各種外設，在一定程度上形成各具特色的LoRa芯片。

據筆者在翱捷科技（上海）有限公司官網了解到，早在2018年9月，Semtech公司便將LoRa IP授權給了阿里投資的翱捷科技（上海）有限公司，這是Semtech公司首次向國內企業授權LoRa IP。同時，筆者在ASR官網新聞稿《翱捷科技發布面向LoRa室內應用的單通道網關和LoRaD2D協議》中了解到，“ASR相繼推出了ASR6501、ASR6502、ASR6505三款LoRa系統芯片集成方案，可支持幾乎全部行業應用及產品解決方案。同時，還與Semtech、阿里云三方簽署了LoRa IP授權協議，成為大中華區獨家獲得授權進行LoRa SoC生產和銷售的公司。”

軍事物聯網的戰場應用

國產化LoRa芯片授權背后的隱患

軍事物聯網的戰場應用

然而，反觀國際局勢，隨著中美關系的變化，華為、海康、大疆等國內許多公司被列入美國“實體清單”，遭受源于美國相關技術的“斷供”，就連ARM（全球領先的半導體知識產權（IP）提供商，全世界超過95%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構——編者注）這種源于英國劍橋的相對中立的技術公司也無法幸免，仍然受到美國政府的影響。根據中國工程院倪光南院士在第十二屆信息安全漏洞分析與風險評估大會上的發言，“根據美國法律，如果根源在美國的技術發展，就會被計入屬地比重，范圍包括IP與相關核心技術，若美國技術成分占比超過25%，就會受到美國法律的管轄，這種情況也要在自主可控測評中加以考慮。”（據外媒報道，美國計劃將源自美國技術標準從25%比重調降至10%——作者注）筆者認為，Semtech公司雖然對我國企業進行晶圓銷售和IP授權等多種合作方式推廣LoRa，但是其作為美國企業會在更大程度上受到美國政治環境、出口政策以及法律等制約。如果重要的物聯基礎設施大量采用LoRa芯片技術作為通信底層技術，一旦發生因為中美關系變化導致相關芯片斷供或者停止授權等事件，那將會造成無法估量的損失。

同時，從保密安全性考慮來說，LoRa技術是Semtech公司獨有的核心技術，其并未將技術細節公開發表，這就造成國內外眾多使用者對該技術傳輸方式完全不了解，通過該技術傳輸的內容可能缺乏安全保護，這將存在非常大的安全風險。

自主國產化戰場物聯網技術未來可期

黨的十九大報告指出：“加快軍事智能化發展，提高基于網絡信息體系的聯合作戰能力、全域作戰能力，有效塑造態勢、管控危機、遏制戰爭、打贏戰爭。”科技是核心戰斗力，人工智能是核心軍事科技。把握軍事智能發展趨勢，加速推動軍事智能化發展成為我軍現階段重要的戰略方向。

對于中國陸軍戰場物聯網而言，由于LoRa技術受制于美國企業，存在非常大的生產風險，不適合直接用于軍事用途，因此不能像美陸軍一樣在IoBT中引入LoRa技術。中國陸軍戰場物聯網需要盡快地在國內尋找類似LoRa那樣可以實現遠距離廣域網的自主可控的無線通信技術。這樣的國產化物聯網技術不僅可以滿足陸域戰場一定范圍內的人員識別、搜索定位需求，與此同時，還可以將基于遠距離無線網的末端感知網絡，作為戰術后方信息系統戰斗損害、物資彈藥消耗、人員狀態參數等數據采集和傳輸的前端，通過網關匯聚節點的數據，與戰術通信系統對按。通過構建完整的信息傳輸，將信息傳送到各級指揮系統，從而為制定勤務保障計劃提供信息支撐。此外，遠距離廣域網通信技術也可以用于單兵作戰、聯合一體化作戰、戰場監測等領域，可提升軍隊戰斗力。

據筆者了解，當前在國內也有眾多相對成熟的，并具有自主知識產權的國產化遠距離廣域網通信技術，如縱行科技ZETA技術，華為參與制定的NB-IoT技術，以及磐啟微電子Chirp-IoT技術等。充分利用自主的國產化物聯網技術，確保軍用系統的國產化芯片及協議的自主研發，才能不斷加快推進國內陸軍IoBT等軍事智能化發展，保證我軍未來軍事發展的穩定。

編輯/魏開功

陸域戰場物聯網