美国军事物联网及应用

张余清+刘志远

摘 要：当世界进入网络信息时代，美军深刻认识到网络将会是未来战场重要的决胜利器，物联网在军事领域的应用是军队未来作战取胜的关键。在军事物联网系统的发展过程中，美军面临非常大的困难与挑战，但是军事物联网在美国军队的各个方面都得到了广泛应用。

关键词：美国；军事物联网；应用；信息

中图分类号：TP11 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）02-0-03

0 引 言

物联网最简单的想法就是实现日常生活物体或装置（可称为对象）与网络的连接。但物联网真正的目的并非只是进行对象与网络的简单连接，其最终目的在于使连网对象具有智能识别或者互联互通的功能。为了实现该目标，这些对象必须嵌入或配备电子组件、软件、传感器及网络装置等，通过上述配备与装置的运行，让对象可以进行信息收集与处理。特别是通过网络系统进行对象与网络的互联互通与远程控制，快速、有效地下达正确的指令与动作。

物联网的应用非常广泛，目前物联网已应用在通信、医学、智慧家庭、智慧电网、自动化建筑与汽车等领域，通过网络与对象的连接，大幅度提高了管理效率和安全性。物联网应用示意图如图1所示。

1 军事物联网的概念

1996年世界进入到网络信息时代，美军深刻认识到网络将会是未来战场重要的决胜利器，因此在当年提出了网络技术优先发展的决策，目的是全力发展网络信息技术，并将该技术与武器系统相结合。当时美军希望通过网络基础设施的建立形成决策圈，并将其应用在情报采集与后勤供应等行动中，以方便军事决策者正确、快速的下达指令，提高军事行动的效率，后来又将网络技术发展扩大至通信、网络传输与信息处理等领域，实现网络技术的全面运用。

美军目前规划以现行的军用网络基础设施为中心，把陆、海、空军与国土安全部门所收集的信息通过网络连接的方式传送至军方信息中心或云端作战中心进行分析与储存，然后再利用信息分析的结果进行相关军事行动。美国军事物联网使用环境如图2所示。陆、海、空军与国土安全部门可以看成被连接的对象，采集信息与情报，通过网络连接，将采集的信息与情报进行储存与分析，方便终端使用者（美国国防部）依据这些信息与情报以及结果进行后续动作与指令。

许多人会将军用穿戴式装置与军事物联网画上等号，虽然两者之间有相似之处，但严格来说，穿戴式装置与物联网属于不同的技术。以美军为例，目前许多军用穿戴式装置将传感器与军用头盔或军服相结合，对士兵的生理体征状况进行测量与监控。此外，许多穿戴式计算机可以配戴在士兵身上，远程操控无人系统，而这些都仅仅是单纯的监控与操作。通过比较可以看到，物联网系统主要借助整个网络系统连接人或对象，通过传感装置收集信息，但收集的信息需要经分析处理后再传递给人或对象，以进行后续有效的动作。因此，穿戴式装置的功能比物联网系统狭窄，通过穿戴式装置收集的信息并没有进行智能分析，也无法与更多的人员或对象进行网络连接，因此无法实现更有效的管理与跟踪。

2 軍事物联网的应用

据美国国防部的规划，美军物联网系统将会被应用在飞机、地面车辆、船舰、太空飞行器及其他武器系统。无论这些武器系统的大小，是否需要人工操控，都可以进行物联网系统的连接。但将物联网应用在国防科技领域，仍有许多困难与挑战需要克服，包括系统安全性与隐私权问题，大数据储存与分析技术以及构建智能与可程序化的网络信息系统，都是美国国防部关心的重要物联网研究课题。若将物联网系统应用在军事方面，美军会实际考虑物联网在战场上的实际使用环境以及对于战争型态的影响。以往总认为行动成败的关键可能取决于指挥官对于战场实际状况的了解与临场应变能力。但是未来战场部队装备的完好性、安全性与机动性才是决胜的关键。利用物联网系统，各式军用卡车和装甲车辆可以装载各式车用传感器，通过传感器的监测，可以清楚了解每台车辆的油料数量、轮胎压，甚至是发动机的寿命，通过智能型手机的软件连接，可以显示各车辆的状况，提早警示何时需要补充油料，或是哪一台车辆的轮胎压异常，需要进行维修与更换。也可以通过计算机的连接，知道上述车辆的油料更换与轮胎检修是由哪位士兵负责，当发现任何状况时，通过对象收集的信息与需求传递给负责人员，即可迅速完成所需工作，减少在战场上因为车辆与部件疏于保养或维修造成士兵伤亡的风险。此外，许多生物型传感器也可以佩戴在战士的军装上，实时测量每一位士兵的生理体征状况，如体温、心跳、血压与肾上腺素等指标，并且可以警示有状况的战士与所处位置，当医护人员收到上述警示信息时立即前往救护。早期的救护可将伤亡降至最低，这样可以大幅提高战场的战斗效率与成功机率。

在国防使用环境中，军事物联网可以应用在人员、环境观察、武器、自动系统、后勤与设施管理等方面，如图3所示。

（1）人员应用方面包括战术通信与生命体征监控；

（2）环境观察应用方面包括定位系统、数字地图、部队追踪与危险侦测；

（3）武器系统应用方面包括引导系统与无人系统；

（4）自动化系统应用包括感测预防与各式机器人的自动化应用；

（5）后勤供应保障应用包括预测维修与供应管理；

（6）设施管理应用包括能源管理与废弃物管理系统。

3 军事物联网的挑战

美国战略与国际研究中心研究人员表示，在军事物联网系统发展过程中，美国国防部所遭遇的困难与挑战非常大，主要存在9个方面的问题。

3.1 数据输入未完全自动化

目前许多军事数据仍然需要人工输入，特别是后勤供应工作。虽然美军使用无线射频识别技术，加快了后勤供应的效率与速度。但若遇到系统故障，或没有配备识别系统的仓库，很多工作还是依靠人工进行，而这也意味着人工数据输入势必会产生人为错误。事实上，物联网系统也将面临相同的状况，由于许多信息无法自动感知与输入，通过人工输入后，即便系统可以连接对象或人员，也可能因为人为输入的错误衍生错误动作与指令。

3.2 信息分析处理的限制

使用物联网系统，对象可以利用嵌入式传感器收集大量的信息或数据。但是目前最大的问题就是大量收集的信息都未经处理，无法与物联网系统连接。即便有些信息可以由人工进行分析与处理，也需要花费大量的时间，因此无法通过物联网实现实时的反应与动作。而无法实时分析的数据信息都无法使用物联网系统。

3.3 武器系统未自动化操作

自动化是物联网非常重要的因素，目前许多美军的武器系统仍然无法完成全面的自动化操作。例如许多装备的无人系统虽号称“无人”，但都需要远程人员操作遥控系统，若未来能将武器系统完全自动化，不但可以减少人为操作的失误，还能增加与物联网系统的兼容性，提高使用效率。

3.4 网络通信设备不兼容

美军使用的许多网络设备都由不同的承包商制造，缺乏一套完善与统一的网络通信设备系统。不同的网络通信设备系统可能需要使用不同的输入接口，缺乏硬件系统设备的兼容性。

3.5 网络信息安全有漏洞

军事物联网可以获取、传送军队的部署、撤离与机动等各种机密信息，信息交换非常频繁、广泛。因此，如何做好信息安全工作显得非常重要。信息安全工作包括网络安全与人员管理。由于许多网络存在安全漏洞，因此敌人的网络部队往往便趁机而入，侵入计算机系统，窃取信息与情报。此外，目前隶属美国国防部的人员，包括军人、文职、后备役以及其它相关人员，已超过三百万人，对于如此庞大的组织，要确保信息安全非常困难。虽然通过不断的信息安全训练与教育可以达到一定的效果，但只要存在少数不法分子或一些无心的错误，都可能造成严重的信息安全问题。

3.6 系统易遭电子战攻击

大部分物联网系统都会通过无线传输技术进行信息传送，但这些信息可能会被敌人拦截，暴露军队的行踪或者直接进行阻塞，导致信息无法传送。因此，如何加强信息传输的安全性是军事物联网的关键。

3.7 存在技术限制与不足

目前，美军强调仍然需要加强连接性、数字信号分析与软件通用性三方面技术：

（1）在连接性技术方面，希望健全网络通信设备的基础设施来提高网络传输的安全性；

（2）在数字信号分析方面，由于物联网需要接收传感单元的信号并进行实时分析，所以必须强化数字信号分析技术，以应对巨大的信号分析需求；

（3）在软件通用性方面，要确保所有的软件系统都能够兼容，特别是现在许多软件需要搭配硬件设备，因此要建立硬件标准化规范，提高软硬件的兼容性。

3.8 先期研发投入资金过高

美军在发展军事物联网过程中遇到的最大困难是经费问题。研究计划都需要研究经费的支持才能顺利进行。对于开发军事物联网系统而言，所需经费非常庞大，因此美国国防部是否愿意在现阶段投入大量的经费来研发“未来”才可能用得到的技术，仍然是一个未知数。

3.9 知识产权与技术输出控制

知识产权也是民间企业是否愿意参与军事物联网研发与建设的关键因素之一。对于民间研发物联网的企业而言，其最终目的在于获得商业利益，若将开发的物联网技术转让或销售给其它企业，则可以获得较高的技术转让费用与销售费用。相较而言，若将相同的技术转让给国防军事单位，获得的利益则非常有限。此外，技术的输出许可也是造成美国民间企业不愿与美国国防部合作的原因之一。美军使用的任何军事技术都将会被美国国防部归类为军用技术或军民通用技术，而这些技术若要输出海外，则必须要获得输出许可证明。就民间研发物联网的企业而言，若受限于国防科技与设备输出管制，将会严重影响公司的商业利益，严重影响、挫伤民间企业投入军事物联网技术研发的积极性。

4 结 语

目前全世界都在关注物联网系统的发展与应用，虽然物联网并非全新发明的技术，而是将传感技术、互联网络与智能分析等技术进行整合与应用。许多国际知名产业研究机构都预測，物联网对象每年都会大幅增加。到2020年，全世界大约会有300至500亿个对象与网络进行连接，除可以进行传感与信息收集外，还可以进行数据的分析与行动规划，更可以通过网络进行对象与对象的连接来下达正确的指令与动作，其巨大的商机不言可喻。未来，物联网潜力巨大，可以应用在政府组织、军事国防、健康管理、仓储管理、交通运输、通信工程与能源开采、产品制造与供应运送等领域，每年全球可以创造的商机高达数十兆美元。尤其是后续分析所获得的数据，除了可进行管理与供应工作的参考外，更可衍生出许多创新服务与商业模式。虽然军事物联网所面临的困难与挑战比企业物联网高，但是美国国防部仍在积极规划布局，以期提高军队的作战能力，减少人员伤亡。相信在不久的将来，军事物联网在美国军队的各个方面都将得到广泛的应用。

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