军事物联网理论研究
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引言
近年来，物联网的迅猛发展，给整个社会带来了重大而深远的影响。物联网应用的范围很广:在工业控制上，可用于空气质量检测系统、矿井瓦斯监测系统等;在农业技术上，可用于农业蔬菜大棚的温度控制、光照强度等;在治安管理上，可用于网络公安、网络交警等;在远程操作上，可用于家庭监护系统、智能家居、智能教育等;在军事作战上，可用于运动目标跟踪系统、智能武器操作、战场环境监测等；在其他方面，还可以应用于无线城市管理系统、智能交通管理系统、智能物流管理系统、智能旅游信息系统等。
技术上的突破往往可能最先应用于军事,并对军事变革产生重要的推动作用。物联网的问世，打破了传统的军事思维,而且必将对现有军事系统格局产生颠覆性的冲击。因此，进一步对军事物联网理论的深入研究，对于其今后的应用发展具有一定的指导和借鉴作用。
1 军事物联网的基本概念
简单来说，军事物联网就是物联网技术在军事上的应用。物联网概念的升温也吸引了许多军事专家的眼球，大家一致认为,在单系统武器装备物理性能发展已经接近极限的今天，物联网在军事上的应用必将能够在信息化作战条件下大放异彩。
物联网的概念提出最早是在1999年，美国召开的移动计算和网络国际会议提出，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”；2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首;之后，社会各界对于物联网产生了极大的关注,许多人相信物联网可能对人类社会、人们日常生活产生巨大的影响。2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网"的概念。
物联网的英文名称叫“InternetofThings”,事实上，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，使物与物可以进行信息交换和通讯。
严格而言，物联网的定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
了解到物联网主要是为解决物品到物品(ThingtoThing,T2T),人到物品(HumantoThing,H2T),人到人(HumantoHuman,H2H)之间的互联特征，同时考虑到军事应用中战场环境复杂、作战单元众多以及持续有效的供给等实际需求。物联网被许多军事专家称为“一个未探明储量的金矿”，正在孕育军事变革深入发展的新契机。
因此,作者理解的军事物联网是一个以现有军用网络为基础，将其末端延伸到具体武器装备、现实战场环境以及实时后勤保障，实现物物相连的智能化网络。它能够使战场感知精确化、武器装备智能化，综合保障灵敏化，提升信息化条件下作战打击的精确度和自动化程度。
军事物联网紧紧围绕信息化条件下的局部战争信息情报资源多，信息获取速度快,信息传输保密要求高等特点，建立从传感器到武器系统之间、传感器到保障系统之间的无缝链接，在战场需要的地方及时得到准确的战术信息流和保障信息流,对部队和武器实施精确的指挥和控制，以快速、协同、有序、高效地完成作战任务。它是实现信息系统与武器系统一体化、信息系统与综合保障一体化的重要手段和有效途径，因而将成为提高武器系统以及综合保障信息化水平和整体作战能力的关键。其相关系统的关系如图1所示。
2 军事物联网的基本特征
根据对军事物联网概念的理解以及其未来具体应用的可能发展方向，可以将军事物联网的基本特征归纳为以下几个方面：
2.1 信息传输格式化。
军事物联网具有一套相对完备的消息标准，标准中规定的参数包括作战指挥、综合保障、控制、侦察监视、作战管理、武器协调、联合行动等静态和动态信息描述的集合。信息内容格式化是指军事物联网采用面向比特位定义的信息编码标准,其优点有三：
其一，提高了信息表达的效率，为战术信息的实时传输和处理节约了时间；
其二,为各作战单元的紧密交联提供了标准化的手段，为形成“从传感器到射手”的信息流奠定了基础；
其三，为军事物联网内部之间的传输、转接、处理信息提供了标准,为信息系统的无缝链接提供了前提条件。
2.2 态势感知精确化。
军事物联网的基础工程是构建所属战场环境内“物物相连”的感知网，所有传感器结点就像是其“触角”。军事物联网通过这些“触角”能够对所属战场环境的时间、空间信息实现精确化的感知，从而达到战场环境的实时监测、作战信息的实时传输以及智能终端的实时指控。其优点:一是提高了战场环境对己方的透明度，破除了战场“迷雾”，真正意义上实现了“知己知彼”;二是提高了作战打击效能，避免了无效打击和重复打击。
2.3 武器装备智能化。
军事物联网的重中之重是实现武器装备的智能化操作，所属武器装备通过对战场信息进行智能化采集、加工、处理、分析，自主的提炼有效信息，从而实施智能化操作。其优点：一是针对获取的大量信息资源，提高了自主提炼有效信息的速度，赢得了宝贵的作战先机;二是提高了作战打击的速度和精确度，避免了因指挥决策和具体操作人员的犹豫、紧张而误失良机;三是类“钢铁战士”般的智能武器能够完成人类难以涉足的最危险、最艰苦的战斗任务。
2.4 综合保障灵敏化。
有效的综合保障是确保作战胜利的根本保证。军事物联网能够对作战单元的后勤保障实施合理适当的供给以及对武器装备进行及时有效的维修提供实时、有效、可靠的信息保证。其优点有二:一是可提高后勤保障的合理性，避免后方保障因不明前方需求而造成供应不足或过剩;二是可以及时有效更换和补给武器装备并延长其使用寿命,充分发挥武器装备的作战效能，避免日常维护保养不到位、关键时候维修处理跟不上等情况所造成的作战良机的延误。
3 军事物联网的基本结构
要研究军事物联网的基本结构，就要了解物联网的基本结构。在公开发表物联网应用系统的同时，不少研究人员也发表了若干物联网的体系结构。如:物品万维网(WebofThings,WoT)的体系结构；物联网的自主体系结构;产品电子代码(EPC)网络等。
通过分析和理解以上几种公开发表的物联网体系结构的具体连接情况,为了合理构建军事物联网的体系结构,本文将军事物联网的网络结点分为以下三类:无源结点、有源结点和军网结点。其特征可从电源、移动性、感知性、存储能力、计算能力、联网能力、连接能力等方面进行描述，具体如表1所列。
根据其结点的分类，同时考虑其可能存在的连接方式，其无源结点与有源结点之间的结构如图2所示;有源结点与有源结点之间的结构如图3所示；有源结点与军网结点之间的结构如图4所示。
在以上定义的军事物联网基本结构中：物理层协议可提供在物理信道上釆集和传递信息的功能，具有一定的安全性和可靠性控制能力;数据链路层协议可提供对物理信道的访问控制、复用，可在链路层安全、可靠、高效传递数据的功能，以提供服务质量的保证;应用层协议用于提供信息采集、传递、査询功能，具有较为完整的用户管理、联网配置、安全管理、可靠性控制能力。
4 军事物联网的拓扑结构
前面对军事物联网的基本概念和基本特征进行了介绍与分析，对军事物联网的结点类型进行了划分，下面结合当前存在的典型军事网络拓扑结构，来研究讨论适合军事物联网具体应用的网络拓扑结构O
4.1 典型军事网络的拓扑结构
(1) 传统战术通信网
传统的战术通信网系统分为干线网和战斗无线电网(CNR,CombatNetRadio)两部分，构成“树”形的层次结构，网络中各节点按层次进行连接,是一个在分级管理基础上集中式的网络，图5所示是其“树”形结构图。干线网可提供较高的通信容量(采用微波中继、卫星、光纤等)，用于旅和旅以上部队指挥所之间的通信。CNR由便携式电台组成，用于旅以下部队的通信联络。
该结构的优点是通信线路总长度较短，成本低，适合于各种统计管理系统;缺点是任一结点的故障均会影响它所在支路网络的正常工作，而且处于越高层次的节点，其可靠性要求越高。
(2) 战术互联网
战术互联网被定义为互联的无线电台、计算机的硬件和软件的集合。这种网络结构无严格的布局规定和构形，其中一个节点可取道若干路径到达另一个节点，它是一种拓扑结构可变的网络。拓扑结构可变的网络有四种基本结构，包括中心式控制结构、分层中心控制结构、完全分布式控制结构和分层分布式控制结构匸。
前两种属于中心控制结构,各结点对中心结点的依赖性较大，一旦中心结点被摧毁或者干扰,容易引起整个网络的瘫痪或者失效;后两种属于分布控制结构，各节点优先级一样，相互平等，具有良好的抗毁性。完全分布式控制结构网络又称为AdHoc网络,分层分布式控制结构网络又称为分组无线网(PR-NET,PacketRadioNetwork)。图6所示为某一战术互联网的组成与连接关系。
该网络的优点是可靠性高。缺点是所需通信线路总长度长，投资成本高，路径选择技术较复杂，网络管理软件也比较复杂。
4.2 军事物联网应用网络的拓扑结构
军事物联网是为了实现“战场环境感知一作战指挥决策一武器装备操作”紧密相连而设想的未来军事斗争行动的应用网络，因此，各结点需要符合互联互通程度高，信息传输吞吐量大，链路可靠性高，信息传输保密要求高等特点。
通过上面介绍的两种典型军事网络的拓扑结构其各自的优缺点，同时结合军事物联网的特点和军事物联网具体划分的网络结点类型，作者认为，战术互联网更适合于军事物联网的具体应用。因此,可以假定军事物联网是应用在战术互联网基础之上的。
军事物联网是一个集综合保障、侦察预警、作战指挥为一体的多功能综合信息网络，由于中心控制结构网络对中心结点的依赖性过大，而现代战场条件下的信息采集、获取、分发等传输次数较多，无线电传播很容易暴露整个网络的中心结点，从而给敌方有效攻击整个网络留下了安全隐患。而在分布控制结构网络中，AdHoc网络虽然具有良好的抗毁性，但是每个结点都要计算整个网络的路由，代价花费太高，不适宜应用于大规模网络。
因此,PRNET更适合作为军事物联网的应用拓扑结构。在PRNET中，网络被分为多个簇，每个簇由一个簇头(ClusterHeader)和多个簇成员(ClusterMem-ber)组成。簇头可以预先指定或者根据一定的规则动态产生。簇头形成高层的网络，在高层网络中,又可以再分簇，以形成更高层的网络，簇头节点负责簇间数据的转发。图7所示为两层PRNET的网络结构。
由于PRNET的拓扑结构可变，因而非常适合“动中通”功能的实现。其分级结构可以与部队编制相对应，也可以将它具体到战场环境感知传感器节点、综合保障实时跟踪监控的结点以及实时指挥控制的各作战单元等。
5 军事物联网建设需要把握的几个问题
军事物联网建设是一项庞大复杂的系统工程，具有科技含量高、投资规模大、建设周期长等特点，但要真正将军事物联网运用到军事作战指挥的全过程，还需要有一段时间。因此,在其建设初期，结合军事物联网的特点，应该注意把握几个重点问题。
5.1 搞好顶层设计
军事物联网的顶层设计，就是从国家和军队的战略高度对军事物联网建设与发展做出科学论证和总体规划。军事物联网建设面广点多，牵扯到各个单位的人力物力；工程巨大,必将造成一定的经费供需矛盾。因此,为了合理规范建设且最大限度地发挥经费使用效益,一定要搞好军事物联网建设的总体设计、规划和部署，对军事物联网建设的指导思想、目标原则、具体内容、方法步骤及阶段性任务,都应该严格论证，周密设计,确保军事物联网建设有计划、分步骤、重点突出、协调高效地发展。
5.2 加强技术标准规范建设
军事物联网建设涉及的部门多,层次多，环节多，
技术复杂，只有形成一套相应的标准规范，才能保证其持续、快速、健康的发展。标准规范主要包括军事物联网建设需要的软件和硬件技术标准规范。另外还需要有互联互通的网络平台、通用的数据接口、标准化的数据库、统一的装备身份标识和编码系统等等。因此，必须对军事信息进行科学分类、合理编码,整合各类军事信息资源,建立规范配套的军事物联网信息分类编码体系，形成全军统一的军事物联网信息技术标准和管理使用标准，使军事物联网建设协调一致向前发展。
5.3 强化信息安全管理
军事物联网中的每件武器装备都随时随地被感知，可见，军事物联网信息网络的开放性和资源共享性会衍生出自身的脆弱性，为防止军事信息被他人利用，应强化其信息安全管理，采取有效措施构筑坚固的信息网络“屏障”，确保军事物联网建设积极稳妥、安全保密。因此，必须安装“防火墙”，设置访问权限,对关键设备进行物理屏蔽，使用滤波和干扰设备器材,建立备份系统，最大限度地减少电磁信号辐射，维护军事物联网的信息安全。
6 结语
本文通过对物联网的理解,结合其在军事上的可能应用，提出了军事物联网的基本概念，归纳了其基本特征，并研究分析了其基本结构，随后结合当前存在的典型军事网络拓扑,考虑分析了适合于军事物联网的拓扑结构，最后就其建设发展需要把握的几个重点问题进行了强调。对军事物联网的理论研究分析，一方面突出了物联网在军事应用中的实际意义，另一方面，也强调了构建军事物联网的重要性和紧迫性。
虽然物联网目前在军事领域的讨论尚为鲜见，但随着物联网技术的日益成熟，相信其在军事中的应用将越来越广泛，其最终美好蓝图也会呈现在大家面前。
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