浅析5G技术在现代军事物流中的应用

李 峰，马方方，刘 海，李 凯

（军事科学院系统工程研究院，北京 100166）

1 引言

第五代移动通信网络（5th generation mobile networks或 5th generation wireless systems，简称5G）技术，是继 2G（GSM）、3G（TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA）和4G（LTE、LTE-A）之后的新一代通信技术。国际电信联盟召开的ITU-RWP5D第22次会议确定了5G技术的三大使用场景：增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）和高可靠低时延（uRLLC）[1]。前者主要关注移动通信，后两者主要用于物联网。5G技术被称为未来十年信息通信行业乃至整个社会的新增长引擎，是构建数字社会的新基石。各国政府高度重视5G技术发展，美国提出“要确保5G的美国领导地位”[2]，欧盟认为5G将成为变革未来十年数字经济和社会的主要技术之一[3]，我国高度重视5G的发展，将其作为实现万物互联的战略性基础技术。2019年6月6日工业和信息化部发放5G商用牌照，标志着中国正式进入“5G商用元年”，截止9月中国已经开通5G基站8.6万余个，截止2019年年底，全国共建成5G基站超13万个；10月20日全球移动通信系统协会（GSMA）首席执行官洪曜庄在第6届世界互联网大会上指出，“5G将成为全球未来经济发展的重要引擎，中国正在全球范围内引领5G发展”[4]。

当前，5G技术正在物流效率、成本、体验等各个环节迅速引发系列模式变革与创新。在民用领域阿里巴巴、苏宁、京东等物流企业早在几年前已经开始了5G支撑物流变革的尝试[5-8]，包括运用5G大带宽的特点及时、准确获取并实时分析物流全过程信息数据，利用5G高可靠低时延特点实现无人化物流机器设备之间的精准控制，实现物流设备端、作业端及管理端的高效有人无人协同作业，通过海量数据的高速实时和同步智能分析推动预见式仓储与配送创新，在大幅提升用户体验的同时创造了大量的经济效益。在军事领域，现代军事物流是现代军事后勤的重要组成，同时也是军民融合式物流。本次军队体制编制改革为军事物流的发展提供了新的体制机制保证，民用物流业的飞速发展为军民融合式物流建设提供了坚实的国家依托，5G、人工智能、物联网等前沿信息技术的快速发展，为现代军事物流阶跃式发展提供了技术基础。5G三大应用场景中的两个将集中于物联网领域，利用5G技术传输汇聚的数据是人工智能的重要依托，可以预见以5G技术为代表的未来网络通信技术将是支撑军事物流智能化变革与发展的核心技术。

2 面向军事物流应用的5G技术

5G技术作为新一代移动通信技术，其网络结构、组网方式和基础设施要求都与过去有很大的不同，各国5G频谱使用也有所差异，整个5G的技术与标准体系也较为庞大[9-10]。考虑到5G技术的应用面十分广泛，本文主要聚焦军事物流领域，着眼5G技术在仓储、配送、管理等环节的应用，对5G相关关键技术进行简要分析。主要包括新空口技术、网络切片与专网技术、边缘智能技术，以及考虑到军事应用安全所必需的5G组网技术。

2.1 新空口技术（New Radio）

5G设计过程中采用了新的空口技术，主要包括基于OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）优化的波形和多址接入技术以及大规模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术。

基于OFDM优化的波形和多址接入技术使5G在拥有大带宽应用的同时，具有很高的频谱效率和较低的数据复杂性[11]。例如，在 C-band（3GHz-6GHz）可以使用的频谱带宽为100MHz，子载波间隔可以选择15kHz、30kHz或60kHz。新空口技术能够通过单载波波形实现高能效上行链路传输从而降低能耗，通过频率局域化最大限度降低信号干扰。5G采用的新空口技术能够在大宽带和低时延之间有着更好的平衡。在军事物流领域各个具体应用中，可以根据表1中给出的配置按照不同的军事应用需求，选取合理的子载波间隔。

表1 不同物流场景下子载波间隔配置推荐

大规模MIMO技术通过使用多根天线（设备端或基站端），发射或接收更多的空间信号流，能显著提升信道容量；通过引入波束赋形技术能够将射频的能量集中在一个方向上，在减少干扰的情况下显著提升有效覆盖面积；通过在水平面与垂直面同时引入多天线技术，可以实现大规模MIMO的空分复用[12]。截止当前，基于5G技术的基站设备可以支持64T64R、32T32R、16T16R、8T8R等多天线规格[13]，在军事物流应用时，可根据不同环节业务类型需要，比如室内和室外，或者固定和移动等场景覆盖范围、带宽规模等，参考表2选取合理的天线规模。

表2 不同业务场景下天线规模配置

2.2 网络切片技术（Network Slicing）

不同的军事物流场景对网络的移动性、安全性、时延和可靠性要求有着较大差异性，在管理方式要求也各不相同。5G网络切片技术通过在同一网络基础设施上根据不同的业务需要或业务模型，利用虚拟化技术，从逻辑上对资源和功能进行编排和划分，对网络功能进行按需裁剪或定制，能够形成多个独立的网络切片，为不同的应用需求提供相互隔离、互不影响的网络通信环境[14]。也就是说，5G网络切片技术可针对不同的应用场景实现通信网络功能的按需定制。例如，基于5G技术的无人化物资分拣设备，可以独立使用一个5G网络切片来利用其高可靠低延时特性，而仓储库房则可使用另一个5G网络切片来满足海量物资并发接入所需要的高带宽特性，两个切片之间相互隔离，互不干扰。

根据不同的网络切片位置设置，5G网络切片可划分为共享网络切片和独立网络切片两种形式，以寻找成本代价与业务需要之间的平衡。当前，我国5G运营商通常采用共享网络切片的形式，集约化使用硬件资源，降低网络部署成本，缺点是当网络拥塞或者有突发事件发生时，网络资源和安全保障等级可能难以达到军事安全需要。针对军事物流仓储、运输配送与管理的需要，建议在涉及数据汇聚节点、重点信息防护区域时，采用独立网络切片的形式来部署5G网络，以满足战时军事物流保障高可靠性、高弹性和高抗损毁性要求。

2.3 边缘计算技术（Edge Computing）

与集中化部署的云计算相比，边缘计算是指在靠近用户面或终端面提供智能的计算、存储与信息传输，如果说云数据中心的计算类似大脑，而边缘计算类似于末梢神经。在万物互联应用场景下，5G可通过边缘计算技术实现部分业务的“云端下沉、就近部署”，来降低传输数据量和网络时延，提供用户体验更好的低时延、大宽带应用。

边缘计算因靠近数据源头，能够实时获取数据并对数据进行低延时处理和智能反馈，能够大幅提升业务终端信息处理能力，同时边缘计算的数据本地化处理，可以大幅降低数据传输总量，通过加密保护原始数据，在降低带宽资源消耗的同时提升数据安全[15]。边缘计算通常以是否部署在5G核心网内的2种方式来满足不同的业务需要。例如，在基于5G的智能化军事物流应用中，对于时延极其敏感（小于10ms）的业务需求，则可考虑在5G核心网用户面处部署边缘计算来满足超低时延业务需要；而对于类似周期性的仓储物资状态监测等时延非敏感业务，可采用与5G核心网无关的部署，应用边缘计算分布式特性来对数据进行智能分析、处理与反馈。

2.4 5G组网技术

从5G标准演进来看，通常5G组网包含非独立组网（Non-Standalone，NSA）和独立组网（Standalone，SA）两种方式[16]。所谓NSA组网，是指终端通过LTE和NR“双连接”的方式同时接入4G基站和5G基站，依靠5G基站和4G基站之间的协作（信令由中间基站传递，数据流在5G基站和4G基站内分流）应用5G服务，非独立组网的核心网依然使用的是4G核心网EPC。优势是建设单位可依托4G成熟设施与技术实现快速大面积布网，进一步发挥4G原有建设的经济效益，在5G商用初期各大运营商基本采用这一方式进行5G组网[17]。所谓SA组网，是指终端只通过一种无线接入技术由5G基站直接连接到5G核心网来应用5G的全部功能，核心网全部为5G核心网。特点是更加具备先进技术优势，是5G下一步建设的方向，在安全性方面与非独立组网相比也有突出优势。综合考虑军事物流重要物资数据安全隔离与交换需求，在实际应用中可考虑阶跃式发展策略，直接采用5G独立组网的方式来提供相关服务。

本节主要从智能化军事物流建设需要出发，立足军事物流包含的关键要素环节，结合5G关键技术体系，概要分析了5G技术中的4类相关核心技术。对于毫米波技术、基站技术、设备到设备技术（Device to Device，D2D）、网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）等关键技术因为具备较强的5G通用性等，限于篇幅这里不再介绍。

3 5G技术在现代军事物流中应用

5G技术正在带来民用物流领域的模式变革、效率提高和经济效益的提升，可以预见其将在我军智能化军事物流建设中起到关键的支撑作用。结合前文的技术分析，本文从军事物流智能仓库、无人化运输投送和军事物流信息数据管理与安全3个方面概要分析5G在智能化军事物流中的应用。

3.1 5G技术在军队智能仓库中的应用

仓库管理是军队后勤业务管理的典型场景，其智能化水平是军事物流智能化水平的重要标志。利用5G网络按需定制与网络切片技术，可实现不同地域仓库、不同类型仓库、不同仓库业务管理类型的网络按需接入、按需定制和智能管理，在基础网络上实现物理上的集中统一和仓库业务管理逻辑上的相互隔离，实现基于5G物联网技术的全军仓库管理一张网，能够在仓储规划的智能化、仓储环境的智能化、仓储作业流程的智慧化方面提供关键技术支撑。

5G大带宽低时延的特性支持大规模海量对象的高速实时接入，通过在各个仓库布设大量军事物联网传感器，依托边缘计算及5G技术智能采集高效传输汇聚各类维度仓库数据，采用基于神经网络的人工智能数据分析算法分析不同维度数据的海量特征，基于历时数据宏观上能够支撑面向联合作战的全域仓库布局规划，基于实时数据微观上能够指导某个仓库内物资仓储周期、仓储位置及面向任务的仓储调度等。

5G大带宽低时延的特性支持超高清视频的同步传输，根据不同物资仓储类型需求，感知仓库声音、光线、温湿度等环境信息，依托边缘计算网关实时调节相关参数，确保仓储库区内部环境精确适宜。根据仓库不同物资安防级别的需要，依托5G技术实时传输4K/8K高清视频，结合人工智能可视计算技术，及时防范各种类型安全事故，实现仓储环境的智能化。

随着机器间通信技术的发展以及人工智能技术的快速演进，仓库智能机器人设备应用越来越广泛，比如智能分拣、自动化物品传递、自动化包装、自动化出入库等，仓库机器人各部件的协同以及不同类型无人化设备间的高效配合，需要的是超低时延的精准控制技术，5G为仓库全作业流程的智能化协同及优化提供了传输技术保障。

3.2 5G技术在无人化运输投送中的应用

5G技术在无人化运输投送中的应用主要包括3个方面：精确化的需求感知、保障资源的实时可视和运输投送的精确可控。

精确化的需求感知。5G技术相较于4G技术采用了新的网络连接管理手段，适应大规模多类接入的快速融合，对于移动式多设备接入场景具备更强的管理能力。在无人化运输投送中，为向作战部队在准确的地点和时间提供数量适当的装备与后勤补给，需要借助形式多样的物联网终端设备，利用遍及供应链的传感器，自动采集部队行动、武器装备和物资供给情况。指挥人员可以准确掌握物资从工厂运送到前线作战人员的全过程，全面准确地了解战场后装保障情况、实时掌握物资运输和搬运力量，并根据战场环境变化，预见性地做出决策，自主地协调、控制、组织和实施保障行动，从而有效避免后勤与装备保障行动盲目性。

保障资源的实时可视管理。信息化战争敌对双方对抗极其激烈，战场态势变换迅速，战场空间广阔，后勤与装备管理难度大，管理混乱、重要物资丢失等现象时有发生。5G高可靠低时延的特性可以支持高清视频的同步传输，可以全面准确地掌握后勤物资与武器装备的现状及分布情况，充分满足信息化战争中关于后装保障信息获取的及时性、准确性、全面性的要求，实现对物资与武器装备的实时可视管理。

运输投送的精确可控。5G低功耗动态自组网技术，大规模海量接入技术，具备实现对军用物资从采购、储存、运输、维护保养、组套包装、配送、消耗等全过程的管理与监控能力，通过大量采用物联网相关技术作为配合，能够实现前方需求可知、后方资源可视、保障过程灵活可控，从而形成数据流的协同，进而驱散“保障迷雾”，使后装保障更加精确可控。

3.3 物流信息数据管理与安全

现代物流对数据处理能力要求越来越高，对物资管理数据的存储和处理更趋向集中化与智能化。数据存算中心作为物流信息的集中汇聚点，对智能化物流体系正常运作起到大脑中枢作用，在未来军事物流建设中处于基础核心地位。随着现代物流技术的发展，未来智能化物流数据的存算将会呈现出“云、管、端、边”协同模式，5G及未来网络通信技术低时延、高带宽、大容量通信的特点将在这种模式中发挥巨大的作用，不仅能够提升带宽容量，提供按需定制的网络切片，通过增强的边缘计算能力，还可以将数据存算中心的聚合计算和存储采用分布式计算从云端下沉到管道和前端，相应的处理和应用程序集中在网络边缘的设备中，形成更快响应速度和超大规模的运算体系。

边缘节点具备一定的自主能力，通过智能计算仅传输对中心存算节点有价值的信息，传输管道自动编排传输方案，根据优先级智能弹性选择数据传输模式，中心计算节点基于海量结构化及非结构化数据，进行人工智能挖掘应用，并为边缘计算节点提供负载合理的各类管理指令以及计算指令。通过运筹理论与方法的运用，形成现代军事物流全要素、全网络协同计算，进而提升我军作战物资保障能力与水平。

在现代军事物流大规模协同中，人与物、物与物的连接数呈爆发式增长，使得数据中心管理的数据规模也不断攀升，数据管理过程中相关信息的确权、追溯、保护等工作面临全新挑战。物流信息安全风险主要来自移动感知设备的接入、网络链路非法接入或搭线、网络入侵、网络破坏这四个方面。为应对物流信息数据面临的安全挑战，可采用5G与区块链技术相结合的方式，把核心节点的功能下沉到各个边缘节点，核心节点仅控制核心内容或做备份使用，各边缘节点为各自区域内设备服务，并可通过更加灵活的协作模式以及共识机制，完成原核心节点承担的认证、控制等功能，保证网络的安全、可信和稳定运行[18]。

在具体实施过程中，采用军用加密技术和安全算法来保护数字身份，在物资生产、运输、存储、监控、预警、指挥、调度中，采用基于区块链的数字身份认证系统保障数字身份信息的真实性[19]，并提供可信的认证服务，使物流环节的每个设备都有自己的区块链地址，可以根据特定的地址进行注册，从而保护其数字身份不受其他设备的影响，完成全链条物流信息的安全防护。

4 结语

5G及未来通信技术在军事领域具有十分广阔的应用场景。军事后勤领域具有密级相对较低、部署较为容易、落地应用面宽等特点，在5G军事化应用方面具有先天的优势。军事物流作为战时保障中物资保障的重要依托，包含物资保障计划、仓储、投送、分配以及各类信息协同利用等多个环节，在民用领域与前沿技术的结合有着很好的基础与实践经验。本文从5G技术现代军事物流应用的视角阐述了具体军事应用场景下需要重点考虑的5G技术特点，同时分析了典型军事物流场景中5G技术的应用方式。

下一步应聚焦未来军事作战应用较易落地领域，加速推进5G、物联网、区块链、人工智能等新技术的融合应用研究，紧密跟踪6G等通信技术研究进展，结合类似军事物流这种基础好、条件足、军事应用潜力大的领域，充分发挥未来通信技术大连接、低延时、高带宽、广覆盖的技术能力，为我军智能化作战体系提供更加有力的科技支撑。