基于军事物联网的武器装备智能监管体系架构

引言

物联网(Internet of things)是一种通过射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)、红外感应器、传感器、定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络％它主要解决物品到物品(Thing to Thing,T2T),人到物品(Human to Thing,H2T),人到人(Human to Human,H2H)之间的互连。作为信息技术的第三次浪潮，物联网不仅使“感知中国”成为了可能，而且其许多独特的优势可满足军事多业务应用的实时性、准确性和全面性等需求。因此，军事物联网作为物联网的一种延伸和扩展，将在促进军队的现代化建设中发挥重要的作用。

21世纪的战争是以信息为主导、以信息化武器精确打击和信息战为特征的战争。其中，武器装备是军队战斗力的物质基础，是军队履行职能的基本条件叫武器装备管理是军队经常性管理中的一项重要内容。由于目前军队的武器装备在使用和监管上具有动用数量大、出入库频繁、安全管理任务重、库房管理人员较少、工作量大等特点，因此急需提高武器装备的精确化、信息化和远程化管理水平，满足对于武器装备灵活调度和武器使用管理安全的要求。

目前，军事物联网还没有一个严格的定义。其中，文献指出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，以现实战场环境及实时后勤保障，从而实现物物相连的智能化网络。以之为基础，我们定义军事物联网是一种在网络架构上具有抗干扰、数字化、加密传送特征的特殊物联网。作为物联网的一个新分支，军事物联网不仅可以支持Intranet(内部网)，而且能有条件地支持Internet(互联网)。也可以说，军事物联网是物联网技术在军事上的应用，比如战场态势感知、武器装备管理、综合保障、及时通讯、战争系统互联等，从而提升信息化条件下作战打击的精确度和自动化程度。

军队武器装备体系的创新发展能力已成为战斗力生成模式转变的核心要素之一,物联网技术在体系建设方面有着十分重要的应用需求，也有一些公司或企业、院校开始了这方面的研究，也开发了一些枪械智能管理原型系统,但是这些系统主要实现了对单个大区域或多个独立区域的本地监管,实现多级远程监管功能较困难，从而无法进行全局的调度和管理。

因此，本文在阐述军事物联网基本内涵的基础上，设计基于军事物联网的武器装备智能监管体系，具体包括分层体系结构、智能节点设计、出入库自动化管理、专用电子标签设计、多级远程监管机制等关键技术的解决方案，最后对今后需重点解决的问题进行了展望。

1  多层次高柔性的武器装备智能监管体系结构

体系结构就是指一个系统的基本组织，系统组件、组件之间的相互关系、组件和环境之间的相互关系以及设计和进化的原则。在利用军事物联网技术和军队武器装备分级管理特点的基础上，本文提出了一种如图1所示的多层次高柔性的武器装备智能监管体系结构，以便实现多层次、高效灵活的通信和管理。

多层次包括两个方面的含义：一方面体系结构涵盖了感知层、网络层和应用层，并且体系结构中监管策略的设计考虑了多个不同层次实体或用户的协作和协同；另一方面，感知层也以分层分簇的形式设计。同时，高柔性一方面是指体系结构中通过有效融合RFID技术与传感器网络技术，引入智能节点,可实现两者的优势互补；另一方面高柔性是指体系结构的自适应能力强，通过使用标准接口，屏蔽了具体应用的差异，可实现与现有其它系统的有效融合。体系结构模型中各层次的设计说明如下:

1.1  感知层

图2所示是一种引入了智能节点的感知层体系构架，感知层根据分簇形式设计，包括RFID标签、传感器节点、智能节点等设施。其中，RFID标签完成对所附着对象的标识功能；传感器节点主要完成现场环境数据或监测对象信息的实时感知、采集智能节点收集来自标签节点和传感器节点的信息，然后发送到上位机或内部网络的网关节点上。根据应用场景的不同，智能节点可分为固定式智能节点和可移动式智能节点，固定式智能节点可安装在存放武器装备的库房内，可移动式智能节点可用于库房外武器装备的临时清点等场合。同时，智能节点间可以协作通信。这种引入智能节点的感知层体系架构具有如下优势：第一，解决了传统阅读器之间不能协作通信的问题,可有效实现负载平衡，提高了敏感数据传输的有效性和可靠性;第二，无须单独布置RFID读写器和传感器网关节点，可在一定程度上节省开发成本；第三，由于智能节点可构成无线自组织协作网络，因此网络中可采用密钥管理、安全路由、认证、入侵检测、DoS攻击与访问控制等安全技术来提高感知网络的安全性。

1.2  网络层

网络层一般建立在军事内部网的基础上，即通过各种接入设备与内部网相连，实现感知数据在内部网络之间的安全有效传输，如内部有线通信网、内部卫星通信网络及专用移动通信网络等。

1.3  系统应用层

系统应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，如武器装备出入库自动化管理、多级远程监管、扌艮警管理、统计报表输出、用户权限管理等。另外，该层需要提供外部接口，以便将来其它现有系统互连互通。下面,将对体系结构中涉及的智能节点设计、出入库自动化管理、专用电子标签设计、多级远程监管机制等关键技术的解决方案进行描述。

2  智能节点设计

智能节点有效融合了RFID技术与传感器网络技术，本设计的智能节点的功能结构图如图3所示，包括电源模块、微处理器、RFID读写模块、传感器模块、网络通信协议模块、传感节点射频通信模块、天线与接口模块。其中，各模块的作用如下：

（1）电源模块负责为智能节点供电；

（2）微处理器完成对信息数据的处理、计算以及各模块的相互协调等功能；

（3）RFID读写模块完成对RFID标签的读写；

（4）传感器模块负责采集温度、声音、压力等各种现场或对象的信息;

（5）网络通信协议模块负责与RFID标签、传感器节点和上位机设备之间通信协议的制定；

（6）传感节点射频通信模块完成与传感器节点之间的通信;

（7）天线与接口模块主要完成无线信号的发送与接收，并且提供与外围设备输入输出接口的管理。

3  基于物联网RFID技术的武器装备出入库自动化管理

武器装备出入库自动化是实现智能监管的关键。基于物联网RFID技术的武器装备出入库自动化管理方案主要包括快速出库、快速入库、快速盘点三个主要环节。

3.1  快速出库

在武器装备快速出库中，RFID读写器自动感知使用人员和武器装备信息，并根据武器装备使用规程和使用人员的级别等作为出库的判定条件。若满足出库条件，则允许出库，并更新相应的状态信息，否则产生报警信号。

3.2  快速入库

与快速出库类似，在武器装备使用完成或维修完成后,RFID读写器同样会自动感知归还人员和武器装备信息，并根据武器装备的使用规程、使用时间期限、归还人员与借用人员信息一致性等作为入库的判定条件。若满足入库条件，则悅许入库，并更新武器装备状态信息，并收回相关人员的标签，否则产生报警信号。

3.3  快速盘点

快速盘点功能允许相关人员手持可移动性RFID读写器对武器装备进行非接触式的定期或不定期的库房盘点，检查当前武器装备的在位情况。

4  武器装备专用电子标签设计

武器装备专用电子标签设计主要包括两个方面的内容。

4.1  电子标签的设计

由于现有普通标签很难直接满足军队的应用需求，因此需要针对军队武器装备形式多样的特点，在合理分类的基础上,设计专用的武器装备电子标签。专用电子标签设计时，需要充分考虑防水、防撞击、抗污染、耐久性强等性能特点，以及战场或任务执行环境的复杂性和多样性，达到设计小巧、使用方便、安全可靠之目的。同时，标签可采用悬挂或粘贴等方式,将RFID标签附着在待识别的不同类型武器装备表面或内部。当附着电子标签的装备通过读取范围时，阅读器自动以无接触的方式远距离将电子标签中的武器装备识别信息取出，从而实现自动识别或自动收集武器装备标识信息的功能。另外，一种更有效可靠的方式是在设计武器装备之初，通过使用特殊材料设计RFID标签，实现和武器装备的真正嵌入与融合，从而达到“无形”之效果。

4.2  电子标签的统一编号

军队系统一般为分层分级管理，为了保证武器装备RFID编码的有效性，可采用类似军用车牌号的分级编号方式，如AA-XX-YY-ZZ格式，其中AA为军种的标识，XX为军区或集团代码，YY为武器装备的类别，ZZ为具体某一个武器装备的编号顺序。其中,各字段长度可按武器装备的数量来决定,字段的嵌套层数由所在单位及上级管理部门的层数决定。

5  武器装备多级远程监管机制

武器装备多级远程监管机制主要实现在对各级用户分类的基础上，定义各级用户的监管功能和权限，并实现相关信息的共享，使各级人员实时掌握武器装备的保管、使用、维护保养和检查情况，为各级决策提供数据支撑。

5.1  各级用户分类及监管功能定义

表1所列是一种各级用户分类及监管权限功能设计方案表，一共分为三类用户，分别执行不同的监管权限和功能。其中，用户级别的设定与军种及单位所属编制有关，在同一系统内，级别越低，用户等级越低。一种武器装备使用归还的时序动态过程描述如图4所示，三类用户分别在不同的时间点完成相应的任务。

5.2  各级用户信息共享

信息共享是实施远程智能监管的前提和基础，这些共享信息包括：武器装备基础数据、武器装备实时状态信息、警报信息和使用记录信息等。

6  结语

军事物联网可以扩大未来作战的时域、空域和频域，将对国防建设各个领域产生深远影响，并将引发一场划时代的军事技术革命和作战方式的变革。但是，军事物联网的研究仍处于初级阶段，离大范围的推广和应用阶段还有一定的距离。军事物联网技术可有效实现武器装备的组网接入和智能监管,可大大减少武器装备管理过程中的人工干预，提高工作效率,实现武器装备管理的自动化、信息化、精确化、远程化，有效地保障武器装备的安全管理和使用，可为战时武器装备的灵活调度和决策提供全局的信息支撑，从而提高我军自主创新能力和国际科技竞争力，推动部队的信息化建设。本文主要提出了一种基于军事物联网的武器装备智能监管体系架构，并对体系架构中涉及的分层体系结构、智能节点设计、出入库自动化管理、专用电子标签设计、多级远程监管机制等关键问题，提出了相应的整体解决方案，下一步将进行实际监管平台的开发工作，使物联网技术真正成为现代化国防建设的助力器。

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