物联网技术在军事领域的应用展望

摘要：传感器、RFID等物联网技术越来越多地在人类生活与生产活动中得到应用，同时也改变着人们的工作与生活方式。在众多的物联网技术中，有相当一部分本就源自军事领域，随着发展与应用，它们反过来又将对军事领域产生深刻影响。文中从侦察预警与态势感知、通信指挥、装备管理、后勤保障、核生化威胁监测等角度，展望了物联网技术在军事领域中可能的应用，并探讨了物联网技术在军事领域中得到推广应用需要解决的主要问题。
关键词：物联网；军事领域；网络中心战；侦察预警

0 引言
    物联网(Inteternet of Things)是基于互联网、电信网等载体，通过传感器、射频识别(RFID)、红外感应器、激光扫描器、GPS、无线数字通信、智能嵌入等信息感知设备与技术，实时采集物体的声、光、热、电、力学、化学、生物或位置等信息，按约定协议，进行信息交换，以实现物与物、物与网连接并实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
    物联网技术是继计算机技术、移动通信技术和互联网技术之后的又一次信息技术革命，是现代电子信息技术发展到现阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，是传感器与感知、计算机与通信网络、自动化与人工智能等技术的“大融合”，技术集成与应用创新是物联网发展的核心。未来无处不在的物联网将更好地实现人与物、物与物之间的沟通和相连，将给人类的生产和生活带来巨大影响，推动实现数字地球、智慧地球的宏大目标。
    军事领域是新技术应用最革命、最活跃的领域，许许多多新技术就是率先在军事领域得到应用并变得成熟后再走向民用领域和市场的。在当前积极开展物联网技术研究与推广应用的过程中，也应适当关注西方发达国家和军事强国在此方面的发展状况，考虑物联网技术在未来军事领域的应用问题。
    实际上，从技术架构的角度来看，物联网与前几年美军提出的网络中心战可以说一脉相承，具有诸多相似之处。它们均可分为三层，相互对应，表1所列是物联网与网络中心战技术架构对照表。

    网络中心战及其体系结构是当时技术条件下战场无线通信网络和指挥控制系统的历史产物，可以设想，随着物联网、互联网、传感器、移动通信、宽带网络等技术的发展，更为先进的物联网技术将在未来军事领域得到推广应用，为提高部队的战斗力而服务。

1 物联网技术在军事领域的应用展望
    未来物联网新技术在军事领域的应用将重点围绕战场态势感知、智能分析判断和行动过程控制等方面展开，它将有机融入联合作战和保障体系，全面提升基于信息网络系统的作战能力和保障能力。
1．1 及时的侦察预警与准确的态势感知
    物联网技术有望在更高层次上推动实现及时的战场侦察、准确的态势感知与科学的效能评估，建立战场自动侦测预警、数据传输、指挥决策、火力控制综合数据链，极大地缩短从侦察到决策、行动、反馈、评估、再次行动的时间，实现对装备和部队的有效控制和联合协同。这将是物联网技术在未来军事领域的一个主要应用。
    在军事上，可利用无人机或火炮抛掷等方式，向重点目标地域大量布撒声、光、电、磁、震动、加速度等微型、可自组网的综合传感器，形成战场侦察传感信息网，并且可以边侦察、边感知、边传输、边融合，实现对目标区域作战地形、军队部署、武器装备等的近距离、高分辨侦察感知，并及时将信息传回指控中心，与卫星、飞机、舰艇上的各类传感器有机融合，形成全方位、全频谱、全时域的侦察体系，以弥补卫星、雷达等远程侦测系统的不足，全面提升战场联合感知能力，为未来战争带来新的“千里眼”和“顺风耳”。无线传感器及其网络密集、分布、廉价、冗余等诸多优点，使之非常适合在恶劣的战场环境和条件下应用。依托IPv6提供的巨大地址空间，未来军用物联网有望实现对战场每一个角落的感知。
    无线传感器网络是未来物联网的雏形，它主要有两种应用与通信模式：一是“多到一”模式，即用传感器节点监测环境状态变化，并将之报告指控中心：二是“一到多”模式，也就是指控中心向某一区域的传感器节点发出指令，由传感器节点执行指令并返回相应的监测数据。
    美国国防部现设立了一系列军事传感器网络研究项目，着力研制各种低成本的自动地面传感器；美国自然科学基金委员会已经制定了传感器网络基础研究计划；美国的英特尔公司、微软公司等行业巨头都确立了有关无线传感器网络的研发计划；日本、英国、意大利、巴西等国也对无线传感器网络表现出了极大兴趣，纷纷开展相关研究工作。
    目前，美军正在开展的、有关无线传感器技术与网络的典型项目包括智能微尘(Smart Dust)、网络嵌入式系统、沙地直线(A Line in the Sand)、灵巧传感器网络(Smart Sensor Web)、先进布放式系统等。
    其中，智能微尘是一种智能的超微型传感器，由微处理器、双向无线通信模块、供电模块和软件等组成，通过传单、子弹或炮弹撒向战场的智能微尘可相互定位、连接成网、收集并向基站传递信息，未来还有望使之能在空中悬浮几小时；
    网络嵌入式系统的目标是建立一个包括10～100万个节点的可靠、实时、分布式网络，以显著提高战场态势感知能力。每个节点包括传感器、无线通信模块、处理模块等；
    沙地直线是一个无线传感器网络系统，旨在侦测运动的高金属含量目标(如坦克、装甲车等)，并可探知声、光、温湿度和动植物生物特征等信息；
    灵巧传感器网络是布设在战场上的众多传感器组成的一个传感器矩阵，可收集和过滤数据，并将重要信息传至数据融合中心，中心用传回的信息，结合地理信息系统(GIS)，勾勒出一幅战场态势全景图，分发给相关的参战人员使用；
    先进布放式系统是美国海军计划用于未来反潜作战的一个新系统，该系统将布设一个先进的水下传感器网，以实现对敌潜艇快速准确的侦察与监视。
    相比卫星和雷达等侦察探测系统，传感器网络的潜在优势主要体现在以下几点：
    (1)融合分布各处的传感器传回的多源信息，可有效提高信噪比，此外，近距离布设的传感器可大大消除环境噪声对系统性能的不良影响；
    (2)分布各处的多传感器的共同作用，可实现对大面积战场区域的实时探测；
    (3)多种类型传感器的混合应用将有助于提高探测效果，实现优势互补；
    (4)借助当中具有移动能力的节点，可有效消除传感器网络的探测盲点；
    (5)低成本的传感器网络、高冗余的设计原则，可以提高整个系统的容错性和生存性。
    当然，传感器网络只是未来军事物联网的雏形，随着技术的发展，它将更加先进、更加完备，体现出更高的实时性、准确性，从而更好地实现对战场态势的感知、预警、响应和控制。
1．2 一体化军事网络与高效的军事指挥
    物联网在军事领域的广泛应用将使传感网络的触角延伸至战场的各个角落，同时推动实现战场上彼此独立的侦察网、通信网、指控系统、火力网的综合集成，更好地将各种装备与平台连接成为一体的网络系统。借助智能传感器和物联网技术，还可以更好地实现与传统战场基础设施的融合，扩展军事网络和综合一体化的内涵，拓展战场指挥官信息获取的广度、速度、深度，随时获取所需情报，准确感知战场态势，做出科学决策，并可通过互联网络，将指令延伸或直接传递给一线的作战单元，使军事指挥更加灵活、高效。
1．3 智能的武器装备与科学的装备管理
    智能化的武器装备将成为未来战场的主角。从物联网技术的角度而言，智能化主要体现在三个方面：一是利用各种内嵌或外联的传感器和感知控制网络，实现对装备工作状况、性能水平的动态感知和实时分析，全过程、全寿命地跟踪与监控装备的使用、故障、维修、保养和报废等情况，实现对装备的科学管理；二是通过加装传感器，利用电子标签与鉴别、RFID等技术，为装备构建统一的“身份证”，随时感知和掌握装备的位置、分布、聚集、运动、完好率等情况；三是装备的战场生存将更加智能，依托传感器网络，随时感知己方坐标、战场态势、敌方威胁等信息，并及时做出响应，提高装备的战场生存性和安全性。
1．4 精准的后勤保障
    战场后勤保障是物联网技术在未来军事领域的另一主要应用，物联网技术为科学、精准的后勤保障提供了可能。其主要体现在以下几方面：
    (1)提高后勤保障工作的科学性，避免盲目性。依托电子标签和物联网，实现对物资的筹划、生产、配送、接收、储存等智能感知与动态管控，实现更好的基于位置的服务，及时调整保障计划和行动，实现保障力量和资源的适时、适地、适量的科学调配与运用。
    (2)保证后勤保障物流体系的高效运转。利用电子标签和物联网，建立物资在储、在运和在用状态的自动感知与智能控制信息系统，以实现自动识别、快速定位、规范分类、顺畅收发、科学管理，实现从生产线、仓库到战场、单兵的全程的动态监控。
    (3)提高战场维修的时效性。通过各种内嵌的诊断传感芯片，及时了解装备各部件的完好情况，并通过网络就近订购所需零部件，保障节点或基地提前做好准备，做到随到随修、随时供应。
    (4)实现实时伴随的卫勤保障。利用生物特征识别和物联网，建立以单兵生命电子监测为基础的卫勤保障信息链，实现对伤病员的身份确认、定位搜救、动态监测和病历追溯，有针对性地做好救援准备，科学调度卫勤力量与资源，全面提升卫勤保障能力。
    (5)提高后勤保障的安全性。基于物联网的后勤保障体系将具备网络化、非线性等结构特征，具有很强的抗干扰、抗打击、抗破坏能力；此外，依托物联网技术，可以使后勤保障工作与整个信息化战场更好地融为一体，实现后勤保障与作战行动的一体化。
1．5 灵敏的核生化威胁监测
    依托纳米生物等先进传感器芯片技术，可以研制高度灵敏的核化生武器监测预警系统，以在第一现场、第一时间自动侦察感知、实时动态监测可能存在的核生化威胁，从而实现“三防”预警。“三防”处置机构可通过远程网络实时掌控并协同处置作业，以提高反应速度和处置效果。国外在这方面的许多研究成果已逐渐走向实用化。例如，美国的Cyrano Sciences公司研制的一种专用智能芯片CyranoNoseChip，就
可将化学检测技术和数据解释功能组合在一起。利用它可创建一个低成本的化学传感器系统，用于捕获和解释数据，并提供实时告警，以应对恐怖分子利用化学武器进行的攻击。无线通信设备用的是IBM公司的WebSphere MQ Everyplace，就可以在电脑上运行远程监控和服务器程序。再如，美国能源部的反恐部门正在开发研究一种地铁／车站生化武器袭击告警／防范系统，它将可检测有毒气体的化学传感器和无线通信技术融为一体，并可通过互联网进行远程监视。战场上，利用撒布在目标区域的众多核生化传感器组成的无线传感器网络，可以有效避免核生化反应部队直接暴露于辐射环境之下。

2 物联网技术在军事领域推广应用需解决的问题
    目前，物联网技术在军事领域的应用尚处于起步、探索阶段，为得到推广应用，还需要解决几个主要问题。
2．1 标准化问题
    物联网是一个巨大的工程，需要标准的软硬件与传感器技术、统一的物体身份标识与编码系统、通用的数据接口与通信协议、互联互通的网络平台等，才能让遍布于各个角落的物体接入网络，以实现“物联”。各种协议、接口、信号、数据如何统一，过去的物体、装备和系统如何经改造或升级后融入新的物联网，是一个漫长的过程，是限制物联网技术在军事领域得到应用和发展的关键因素之一。可以说，标准化工作做不好，军用物联网将无法做大、做强。
2．2 信息安全问题
    如何保证信息安全是在军事领域推广应用物联网技术的过程中需要突破的重大难关之一。由于物联网中的众多物体是通过无线方式实现互联，众多信息都是通过无线方式实现互通的，因此，必须解决好信息安全、通信安全等难题，才有可能使物联网技术在军事领域得到应用。
2．3 资金成本问题
    物联网技术在军事领域的推广应用涉及众多传感器、无线通信与数据传输设备、软件与数据库、网络与信息系统的开发研制，因而需要投入大量经费，在各方面成本一时还无法大幅降低以及各方利益模式尚未成熟成型的背景下，物联网技术在军事领域的推广速度将受到一定限制。
2．4 装备管理问题
    物联网技术在军事领域的推广应用将给装备使用和管理带来深刻变革，因此，必须改变传统的、物与物之间比较孤立状况下的思路，以系统化、网络化、信息化、一体化的观念和方法来管理依托物联网融为一体的各种装备，以形成合力、实现倍增。
2．5 人员素质问题
    虽然目前在武器装备研制中都在尽力提高人机友好性，但是，随着物联网在军事领域的推广应用，还将不可避免地引入众多新技术、新设备，这就需要广大部队指战员不断充实新知识、新理论、新技能，以适应物联网技术带来的新趋势和新挑战。

3 结语
    物联网技术的不断发展及其在军事领域的推广应用，必将带来新的军事变革，同时将对装备和部队的建设、作战环境和样式的变化等产生重大影响。目前，物联网技术在军事领域的应用尚处于起步和探索阶段，还有许多核心技术和关键问题需要解决，还需走过一段比较漫长的发展道路。