边缘计算军事应用需求及作战运用构想*

陈 霄，刘 巍*，夏淋淋，周 觐，王 潋

（1.军事科学院，北京 100091；2.海军研究院科技创新中心，北京 102442）

0 引言

移动互联网的普及和物联网技术的飞速发展促使移动通信流量爆发式增长，越来越多的移动应用尝试在终端完成更加复杂的逻辑计算功能。虽然终端设备能够通过访问云计算服务中心，为用户提供便利的数据支持，但是不仅增加了传输时延和网络负荷，而且增加了数据隐私泄露的风险，极大地降低了用户的体验［1-3］。因此，为了满足各类业务对低时延、高可靠、隐私保护的需求，边缘计算应运而生。具备边缘计算能力的设备可利用无线接入网络，构建出一个具备高性能、低延时与高带宽的信息服务环境，就近提供用户IT 所需服务和云端计算功能，加速网络中各类信息、服务和应用的快速分发和共享［4-6］。边缘计算的众多优点使其具备在军事领域应用的可能，未来战争形态必将是多军种联合作战背景下，高效、协同、信息贯穿末端的高技术局部战争，态势感知、筹划决策、指挥控制等能力不再局限于指挥所内部，而是不断向战术前沿环境延伸，面对战术机动作战环境的弱连接链路、资源受限、高对抗、易损毁等特点，构建以边缘计算、物联网、5G 等技术为核心的战术末端信息服务模式，探索其在未来作战中的典型运用方式，具有十分重要的军事意义。

1 边缘计算的优势

边缘计算将云服务中心的计算、分析、存储等能力扩展到网络边缘，能够提供低延迟、高可靠和隐私保护的本地计算服务，解决了数据传输成本高、延迟大、安全隐私性差等问题［7-9］。主要具备以下优点：

1）低延迟性。边缘计算通过将云服务中心的部分或全部计算任务迁移到数据源附近，保证了数据处理的实时性，降低了网络的平均时延。

2）高可靠性。相比传统集中的云服务模式容易受到分布式拒绝服务攻击和断电的影响，边缘计算模型在边缘设备和云服务中心之间分配处理、存储和应用，具备较高的可靠性。

3）高安全性。由于边缘计算在本地设备上完成较多的数据处理和存储，而不是将数据上传至云服务中心，降低了数据隐私泄露的风险。

4）低流量。靠近数据源的边缘设备在本地完成数据预处理、计算、分析等，不必将采集到的所有数据上传至云服务中心或共享至其他边缘设备，从而极大地降低了网络流量。

2 军事应用需求分析

2.1 低延迟的作战服务响应能力需求

机动战术环境主要依赖超短波、高速电台、微波、卫星等通信链路资源，网络连通断续、弱连接、资源严重受限，向云服务中心回传战场信息进行处理会造成很高的传输成本和响应延迟，可靠性无法实时保障，难以满足信息系统端节点近实时响应需求。因此，可利用边缘计算将计算、分析、存储等下沉到网络边缘，低时延、低流量等优点，构建边缘信息服务网络，在网络环境良好的情况下，可利用云服务中心提供的计算和分析能力，在网络断续甚至中断的情况下，基于边缘信息服务网络和各终端设备的计算、存储能力，尽可能实现信息服务支撑能力。

2.2 区域覆盖的战术信息资源共享需求

信息优势是夺取战争胜利的决定性因素，信息的及时获取、分发和共享是取得信息优势的关键。未来战争可能在世界的任何一个区域打响，在未知的作战区域内快速建立覆盖全区的信息共享环境是战争取得胜利的必要条件之一。依靠具备边缘计算能力的终端信息服务装备，建立起固有衔接、一体运行、边缘协同的信息服务支撑环境，支持机动服务中心、机动指挥所与末端平台中服务的统一纳管和调度，推进信息服务能力向战术边缘延伸，增强边缘信息服务能力，可为态势感知、指挥决策、行动控制等各类战术应用提供信息服务支撑。

2.3 按需适配的边缘信息服务需求

一线作战部队在作战过程中实时产生大量的作战数据，指挥决策、武器控制有效时间也被极大压缩，战场呈现低时延响应的特点，要求指挥员在复杂多变的局面中快速作出决策。边缘计算模型能够在靠近数据源侧，面向用户计算任务，适配各级装备计算资源条件，提供快速高效的信息计算处理能力。在信息服务车等计算资源丰富的节点，能够对侦察图像、高清影像等非结构化数据进行高效处理，为辅助决策提供支撑；在单兵可穿戴装备等计算资源薄弱的节点，能用于收发统一的战场态势图、行动计划、简单的态势标绘等，还可以接入战术网，实现特定区域内的组内广播和点对点通话。

3 边缘计算在军事领域运用构想

边缘计算具备低延迟性、高可靠性、高安全性、低流量等优点，与人工智能、大数据物联网、5G 等技术融合，充分挖掘新兴技术在现代战争中的赋能作用，加快构建战场态势全维高效感知共享网络、指挥控制敏捷弹性开放网络、后勤装备精准支援保障网络、人机协同和无人自主的智能化作战网络，对于提升基于网络信息体系的多域精确作战能力具有重要意义，成为未来战争新模式的重要技术支撑［10-12］。典型应用构想具体如下：

1）战场侦察和目标识别。准确、及时、可靠的情报信息是拨开战争迷雾、明于知彼、料敌在先的前提，也是打赢信息化战争的有力支撑。由于情报获取的隐蔽性和高危性，无人装备在情报侦察活动中大量被使用。通常情况下，无人机、无人艇等无人装备搭载拍照或录像设备通过数据链、短波、超短波等无线通信手段将获取的图像、视频等资料传输给后台控制中心，由专业的情报业务人员进行筛选、判读、分析和标注等，以此来获取有价值的信息。但是这种处理模式难以满足复杂多变的战场形势对情报处理实时性的要求。此外，经无人设备传输回后台控制中心的图像和视频，大部分都不包括目标信息，极大地浪费了战场上有限的带宽资源。因此，考虑将边缘计算应用于无人机、无人艇等无人设备进行侦察目标识别，利用边缘计算在数据源附近完成对图片和视频的本地处理，仅仅将含有目标信息的关键帧或关键的微视频回传到后台控制中心，能够极大地降低网络资源占用率，同时减轻了后台情报业务人员分析处理的压力。

2）重要目标和要害区域防卫。我军担负着保卫祖国和人民安全的神圣使命，无论在战时还是平时，均有大量的重要目标和机场、港口等要害区域的防卫任务。传统情况下通常采用派遣士兵轮流进行昼夜巡逻的方式，不仅消耗大量的人力物力，而且区域巡逻存在时间差，可能会出现纰漏。可在重要目标和要害区域部署具备边缘计算能力的智能电子眼，实时提取和分析视频中目标的行为特征，实现监控场景行为感知的数据处理机制，例如对穿越警戒线、区域徘徊、游荡、奔跑等行为进行分析和检测，实现对入侵目标的定位、识别、追踪和异常告警；同时可协同具备边缘计算能力的小型武器平台，根据目标类型和威胁程度快速进行自主决策并规划武器发射类型、最优发射时机和路径，确保对有威胁目标进行第一时间的驱离和打击，实现对重要目标和要害区域“技防”和“人防”的双重安全保障，有效履行防卫任务。

3）战场物资装备精准保障。信息化条件下的现代战争，作战节奏加快，战争的激烈程度和破坏性空前增强，作战物资消耗急剧增加，对战时物资保障提出了更高的要求，要求战场物资保障必须重视速度、突出精度。目前世界各国正在积极探索战场物资装备保障新模式，其中无人装备战场末端保障是各国的研究热点。无人装备具有不知疲倦、不畏艰险，使用灵活、适用性好，自主智能、无人员伤亡等优点，可遂行物资装卸、运输投送等任务，提高运输效率和战时保障水平。但是战时战场环境极为复杂，无人装备在运输投送过程中，需要对行进路线周围的地形地貌、障碍物分布等环境状况进行实时感知以实现最优路径规划，还必须对自身状态进行实时监控，这必将会产生大量的动态数据，对于正处于高速机动无人装备，如若将数据上传云端进行处理和决策，不仅无法满足实时性的要求，而且还存在隐私泄露和数据被篡改的风险。因此，可以引入边缘计算技术，确保无人装备在机动过程中能够在本地完成终端计算、数据处理和共享同步等，从而使无人运输装备能够在复杂多变的战场环境下完成态势感知、路径规划、自主决策等工作，提高战场物资准备保障的智能化水平。

4 措施及建议

4.1 紧盯国外边缘计算军事化应用研究进展

美军在推进边缘计算的军事化应用上处于世界领先地位，值得我国关注。机动边缘服务能力研发已经成为美国防部重点关注领域之一，其代表性项目包括：联合信息环境、陆军战术薄云/微云、海军战术云、空军作战云项目［13-15］，核心是将云计算能力延伸到战术边缘用户，发展战术级的信息处理节点，提供面向任务的信息精准服务能力，以及面向移动用户的信息智能推送与协同交互能力，全面提升战术边缘用户的信息共享与态势感知。我军应当重视美军在边缘计算军事化应用的进展情况，以及可能对未来作战概念和战场形态带来的变化，分析研判可能的威胁，加快发展反制技术和边缘计算军事化应用解决方案的研究，在边缘计算的军事化应用中占据先机。

4.2 开展边缘计算军事应用需求论证

边缘计算技术虽然军事应用前景广阔，但还未形成系统的需求论证与作战理论支撑，因此，必须深入开展边缘计算军事需求的深化研究及相关概念验证，为边缘计算的军事应用场景落地提供指导。一是积极探索战术边缘作战概念与组织运用研究，分析梳理战术边缘环境下军种内部以及跨军兵种的信息服务保障需求；二是聚焦边缘计算在各类军事应用中面临的重难点问题，分析提出系统的建设能力需求，为边缘计算相关装备的研制和技术突破提供军事指导及需求输入。

4.3 典型场景演示验证

以边缘计算军事应用需求为牵引，在深入探索边缘计算典型军事应用场景的基础上，针对战术机动作战环境的弱连接链路、资源受限、高对抗、易损毁等特点，积极构建以边缘计算、物联网、5G 等技术为核心的战术末端信息服务演示验证环境，将网络资源带来的信息优势转变为战场决策优势和行动优势。充分利用演示验证环境积极探索战术边缘环境下，各军种以及跨军种联合面向未来全域作战情况下，边缘信息服务的快速开设部署模式、组织运营模式、运维保障模式以及抗毁接替策略等，为推进边缘计算技术在实战中的应用打下坚实的基础，加速推进边缘计算的军事应用进程。

4.4 加强边缘计算军用技术标准和制度规范建设

边缘计算涉及海量的终端设备、边缘节点，是数据采集、数据融合、数据处理的前端，而这些设备往往存在异构性，不同的数据接口、不同的数据结构、不同的传输协议等，都会对边缘计算军事应用的大面积推广产生阻碍，因此，亟需做好边缘计算军事应用标准架构顶层设计，统一技术标准和制度规范。从作战运用、装备保障、人才培养等方面做好边缘计算军事运用准备。一是针对引入边缘计算带来的作战样式与信息流转的变化，以及海量用户随遇接入带来的安全隐患，做好作战规范及运用标准体系架构研究。二是做好边缘计算相关装备运用维护的标准化研究，建设平战一体的边缘计算相关装备保障制度规范。三是建立边缘计算相关人才的培养和管理制度，构建完善的专业技术人才岗前基础培训、岗位实践锻炼、军事职业教育，积极协调推进边缘计算专业人才培养方案的出台与实施。

5 结论

信息优势是夺取战争胜利的决定性因素，信息的及时获取、分发和共享是取得信息优势的关键。边缘计算具备低延迟性、高可靠性、高安全性、低流量等优势，依靠边缘计算技术将云服务中心的计算、存储等能力下沉到战术网络边缘侧，可以提供低延迟、高可靠和隐私保护的本地计算服务。结合恰当的通信手段，将分析处理过的信息进行及时分发共享，能够克服云计算时延长、受网络环境制约等缺点，可为一线部队（边缘作战力量）按需获取、灵活共享各类资源、以信息优势达成决策优势，实现精准控制、末端智能提供有力支撑。但鉴于军用与民用在需求、环境等方面具有很大差异，尤其体现在战场环境恶劣、不可预测，通信条件差等方面，还需进一步研究完善边缘计算技术在高机动作战、复杂电磁环境、无固定设施依托等场景下的战场互联互通与协同计算分析能力。