物联网关键技术及典型军事应用

引言

早在1999年，美国麻省理工学院Auto-ID研究中心就提出了物联网(InternetofThings,IoT)的概念。所谓物联网，就是把所有物品通过射频识别(RFID)和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理功能的一种网络。这个概念在实质上等于RFID技术和互联网的结合应用。

2005年11月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)在《ITU互联网报告2005:物联网》报告中正式提出了物联网的概念，同时对物联网的概念进行了扩展，提出了任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联,以及无所不在的网络和无所不在的计算发展愿景。至此，除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将在物联网领域得到更加广泛的应用。

2009年9月，欧盟第七框架下RFID和物联网研究项目簇(Cluster of European Research Projects on The Internet Of Things ：CERP-IoT)发布了《物联网战略研究路线图》研究报告，其中提出了新的物联网概念，认为物联网是未来Internet的一个组成部分，可以被定义为：基于标准的和可互操作的通信协议，且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物，，都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，可实现与信息网络的无缝整合。

我国的物联网研究起步比较早。中科院早在1999年，就启动了传感网的研究，并已建立了一些实用的传感网。与其它国家相比，我国的物联网技术研发水平处于世界前列，并具有同发优势和重大的影响力。

1  物联网技术架构

物联网的体系架构包括三个层次：一个是感知网络，即以二维码、RFID、传感器为主来实现“物”的识别；二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网，实现数据的传输和计算；三是应用网络，也就是各种应用服务，包括输入输出控制终端、手机等终端。

物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。

感知层技术包括数据采集与感知技术、传感器网络组网和协同信息处理技术。数据采集与感知技术主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术；传感器网络组网和协同信息处理技术用于实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理等。

网络层用于实现更加广泛的互联功能，它能够把感知到的信息无障碍、高可靠、高安全性地进行传送，但它需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已相当成熟，完全能够满足物联网数据传输的需要。

应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通等功能；应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

公共技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都紧密相关的技术，它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量（QoS）管理。

2  物联网体系标准化

在具体的物联网标准方面，从国际整体情况来看，传感器网络的标准化工作开展的时间并不长。2008年，国际传感网标准化组织召开第一次会议，在这次会议上，我国提交了三份文档，因而也树立了先发优势。目前，在世界传感网领域,中国、德国、美国、韩国等国成为国际标准制定的主导国。

2009年，传感器网络标准工作组成立。2010年上半年,工作组又立项了三项国家标准。2010年3月，工作组向国际组织JTC1提交了标准议案，并且通过了投票，现在已经启动了国际标准的制定工作。

2010年6月8日，"中国物联网标准联合工作组"宣布成立，其主要任务是紧紧围绕物联网发展需求，统筹规划，整合资源,坚持自主创新与开放兼容相结合的标准战略，加快推进物联网国家标准体系的建设和相关国家标准的制定，同时积极参与相关国际标准的制定，以掌握发展的主动权。

在标准化方面，中国积极与欧洲展开合作。在2008年10月相继在欧洲召开了物联网大会，在北京召开了中欧RFID和未来互联网圆桌会议。2009年4月，由欧洲电信标准协会和中国电子技术标准化研究所、邮政集团下面的邮政规划研究院共同组织了一次互操作性测试，测试主要针对18000-6操作频段的标签，测试结果得到了国际标准化组织的认可。2009年11月，由欧洲联盟委员会、信息社会和媒体总司、中国电子技术标准化研究所共同签署了合作备忘录，其主要内容之一就是要成立一个中欧物联网专家组。欧盟方目前有5名专家,中方有5名，后经过与欧盟方面共同协商，中方专家扩展到了12名。这些专家分别代表了中国物联网方面标准化的权威专家,也代表了来自各个行业的最高技术水平。

目前已有的物联网标准涵盖了空中接口标准（这主要是指传感器网络，包括RFID标准），包括应用标准、复合型标准和性能设计标准、数据编码和数据协议标准以及中间件方面的一些设计标准。数据交换标准和协议以及数据保护和隐私法规主要包括数据源标准、设备接口标准、环境保护法规、频谱方面的法规、健康和安全方面的法规等；同时还有互联网标准、移动RFID标准、实时定位系统标准、数据和网络安全标准、传感器标准以及欧洲推动社会和谐的一些程序，还有无线电通信相关标准（近200项）。这些标准都是由国际上各个不同标准化组织发布的，具有相当的权威性，对于推进物联网的标准化及应用，具有非常重要的意义。

在国内，中国银联一直倡导的NFC标准近日已经通过审议，成为移动支付国家标准。该标准涵盖了从智能卡、手机终端到手机操作系统、客户端软件和金融应用等各个环节的技术，并参考了国际上先进的安全标准，对智能卡、手机等关键环节提出了新的安全等级要求，可以建立一整套覆盖移动支付流程的支付安全体系。该标准的出台，将我国的物联网应用又向前推进了一大步。

3  物联网的典型军事应用

物联网技术一旦与传感平台和武器平台实现互联、互通、互操作，对于推进军队的现代化建设、实现有中国特色的军事变革、推进战斗力生成模式的转变，都具有非常重要的意义。首先，物联网实现的是物与物的连接，能够实现对物的自动化操作;其次，由于军事发展的终极目标是“发现即摧毁”，因此,借助物联网，指挥中心就能根据传感平台传来的信息，经过智能决策，自动连接武器平台，发射武器，在导航和定位技术的支撑下，引导战斗部，对目标进行打击，并能够根据传感平台回传的毁伤效果，决定是否继续进行打击以及是否改变打击的模式及手段。推进战斗力生成模式转变的核心之一，就是建立“发现即摧毁”的信息平台，并缩短“发现到摧毁”的时间。

物联网的军事应用涉及到的技术包括标签技术、智能卡技术、传感器技术、软件技术、数字地图GIS技术、GPS、网络技术、通信技术、加密解密技术、数据采集技术、信息融合技术、数据呈现技术、智能决策技术、自动控制技术等，这些技术不是简单的某一个企业能够单独完成的，而是需要多个行业进行有效的协作，才能最终完成军事应用系统的开发。

物联网在军事上的典型应用有战场兵力呈现系统、战场物资保障、战术战法仿真验证系统等。

3.1  战场兵力分布实时呈现

未来的战争，每名战士、每个武器装备、甚至每一颗子弹都加装了智能芯片，都可通过射频读取装置读取到相应的信息。

在每一张智能芯片中都包括如下信息：一是人员类型,标识有人员所属的战斗兵种（例如属于陆军、海军、空军、二炮或者预备役以及民兵等），同时注明了该类人员所携带的装备情况等；二是可标识各武器装备的规格参数（例如弹药的每箱数量、弹药的种类、重量等信息），武器的战斗参数（包括有效杀伤距离、射速、弹药种类、携（载）弹量、作战范围、续航能力、探测距离、抗干扰能力、防护能力等）;三是可标识状态（例如工作是否正常，是否具备战斗能力等）。通过散布在战场上的各种智能卡阅读器以及各种其他信息采集设备,即可读取到这些智能卡内所包含的信息，并根据相对位置的计算来确定武器装备所处的位置、运动的速度、方位角等。这些阅读器或信息采集设备可将这些采集到的信息，通过散布在战场上的无数无线传感器自组织成的无线传感器网络，发送到指挥控制中心。这样，指挥控制中心就可在GPS、GIS以及数据呈现技术、信息融合技术的支持下，绘制成战场兵力分布图。由于这些信息可以实时动态更新，因此，指挥控制机关就可以随时掌握战场兵力分布情况。此外,在这些数据信息的支撑下,如果采用智能决策技术，还可以为指挥员提供一些决策参考。

典型的战场兵力实时呈现综合系统架构图如图1所示。其中，ONS（ObjectNameService）服务器主要提供物资编码与物资名称、型号等的解析，类似DNS服务器的作用；GIS（GlobalInformationSystem）服务主要提供数字化地图服务，可以为将各物资的位置信息等显示在数字化地图上提供服务；GPS（GlobalPositionsystem）服务用于提供全球定位功能，GPS可以根据各个阅读器（RF信息监控点）提供的信息，经过运算得到物资的准确坐标，从而为形成战场兵力分布图提供定位信息；武器装备数据库可以提供武器装备的名称、型号、规格以及各战术参数；武器平台能够根据设定的打击或防御策略，在发现目标后自动连接武器平台，引导武器对目标进行攻击;编制体制数据库用于提供各军兵种编制数据、单兵携行装备型号、规格以及各战术参数等；利用编码技术可以区分各类人员的类别，具体属于哪个军兵种以及编制情况，还可以区分各种武器装备的类型及编制情况，这样，通过ONS的解析，即可实时感知兵力的分布情况。

3.2  战场物资保障随时掌握

现代战争在很大程度上是对后勤物资保障的考验。能否及时地将所需物资准确运送到指定位置，直接关系到战争的胜败。随着射频识别技术、二维条码技术和智能传感技术的突破，物联网无疑能够为自动获取在储、在运、在用物资信息提供方便灵活的解决方案，从而实现后勤保障的精确化。

图2是战场物资保障综合系统架构图。其中，前指物资管理系统能够监控战场内的物资以及正在运输到前指和前指已有的物资位置、数量、状态等信息；前方物资保障系统能够监控、调配战场内的物资以及运输到各作战前线的物资位置、数量、状态等信息；后方物资保障系统能够监控、调配整个战区内的物资以及运输到各基指管辖范围内的物资的位置、数量、状态等信息；物资保障综合呈现系统主要为后方保障部门、指挥部门等提供各战区内的物资保障格局图，包括各个战区物资的分配、调度、运输、状态等信息，并以直观方式展示全国乃至全局的物资图谱；利用编码技术可以对各种不同的物资进行分类，并可以通过读写器标明物资的数量、位置以及状态等信息，这样经过ONS的解析，即可将全局的物资分布情况标识在数字化地图上，以便为指挥员提供全局物资分布图。

3.3  战术战法仿真验证

通过以上两种系统，指挥员就能够了解兵力部署和物资供给情况，如果能够通过其他手段，了解到敌方兵力的分布概图，指挥员就可根据自己的战斗意图，采用战场仿真技术,

对各种战术战法进行仿真，以验证其可行性和有效性，并能够在诸多作战方案中选择最优方案，付诸实施。

图2     战场物资保障综合系统架构图

图3所示是整个系统的框架图。通过该仿真验证系统,能够对战术战法的可行性、兵力火力配置、作战进程、代价以及战斗可能的持续时间等进行验证并给出作战方案的建议。

实现该系统的关键在于智能决策系统的算法以及各种武器、人员、物资的表述和战术战法的描述。采用该系统能够为尽快达成战斗目标、以最小代价实现作战意图提供有力借鉴。

图3     战术战法仿真验证系统

4  结语

物联网技术是21世纪出现的第一个引起国际广泛关注的技术，物联网是RFID技术、网络技术、无线传感器技术、嵌入式软件技术、信息安全技术、远程控制技术等多种技术的综合，能够实现物与物之间的互联。把物联网应用在军事领域，能够实现从发现目标到打击摧毁目标的全程自动化，能够迅速提高军队战斗力，成为推进军队战斗力生成模式转变的有力推手。物联网在军事上的典型应用包括战场兵力呈现系统、战场物资保障综合系统和战术战法仿真验证系统等，利用这些系统，可使指挥员实时感知战场的兵力分布和物资保障情况，并能通过获得的敌方兵力分布，对不同的战术战法进行仿真，验证其可行性和有效性，为指挥员决策提供借鉴。

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