物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及典型軍事應(yīng)用

引言

早在1999年，美國麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心就提出了物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)的概念。所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是把所有物品通過射頻識別(RFID)和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理功能的一種網(wǎng)絡(luò)。這個概念在實質(zhì)上等于RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用。

2005年11月,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上，國際電信聯(lián)盟(ITU)在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》報告中正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，同時對物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了任何時刻、任何地點、任何物體之間的互聯(lián),以及無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計算發(fā)展愿景。至此，除RFID技術(shù)外，傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能終端等技術(shù)將在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

2009年9月，歐盟第七框架下RFID和物聯(lián)網(wǎng)研究項目簇(Cluster of European Research Projects on The Internet Of Things ：CERP-IoT)發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》研究報告，其中提出了新的物聯(lián)網(wǎng)概念，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是未來Internet的一個組成部分，可以被定義為：基于標(biāo)準(zhǔn)的和可互操作的通信協(xié)議，且具有自配置能力的動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)中的“物，，都具有標(biāo)識、物理屬性和實質(zhì)上的個性，使用智能接口，可實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫整合。

我國的物聯(lián)網(wǎng)研究起步比較早。中科院早在1999年，就啟動了傳感網(wǎng)的研究，并已建立了一些實用的傳感網(wǎng)。與其它國家相比，我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)水平處于世界前列，并具有同發(fā)優(yōu)勢和重大的影響力。

1  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)包括三個層次：一個是感知網(wǎng)絡(luò)，即以二維碼、RFID、傳感器為主來實現(xiàn)“物”的識別；二是傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或者下一代互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計算；三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，也就是各種應(yīng)用服務(wù)，包括輸入輸出控制終端、手機(jī)等終端。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。

感知層技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集與感知技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術(shù)。數(shù)據(jù)采集與感知技術(shù)主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術(shù)；傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術(shù)用于實現(xiàn)傳感器、RFID等數(shù)據(jù)采集技術(shù)所獲取數(shù)據(jù)的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個傳感器對數(shù)據(jù)的協(xié)同信息處理等。

網(wǎng)絡(luò)層用于實現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，它能夠把感知到的信息無障礙、高可靠、高安全性地進(jìn)行傳送，但它需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，移動通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已相當(dāng)成熟，完全能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?

應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。其中應(yīng)用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通等功能；應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應(yīng)用。

公共技術(shù)不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個特定層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都緊密相關(guān)的技術(shù)，它包括標(biāo)識與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理。

2  物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)化

在具體的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)方面，從國際整體情況來看，傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作開展的時間并不長。2008年，國際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組織召開第一次會議，在這次會議上，我國提交了三份文檔，因而也樹立了先發(fā)優(yōu)勢。目前，在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域,中國、德國、美國、韓國等國成為國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國。

2009年，傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立。2010年上半年,工作組又立項了三項國家標(biāo)準(zhǔn)。2010年3月，工作組向國際組織JTC1提交了標(biāo)準(zhǔn)議案，并且通過了投票，現(xiàn)在已經(jīng)啟動了國際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

2010年6月8日，"中國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組"宣布成立，其主要任務(wù)是緊緊圍繞物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求，統(tǒng)籌規(guī)劃，整合資源,堅持自主創(chuàng)新與開放兼容相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略，加快推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定，同時積極參與相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，以掌握發(fā)展的主動權(quán)。

在標(biāo)準(zhǔn)化方面，中國積極與歐洲展開合作。在2008年10月相繼在歐洲召開了物聯(lián)網(wǎng)大會，在北京召開了中歐RFID和未來互聯(lián)網(wǎng)圓桌會議。2009年4月，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會和中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所、郵政集團(tuán)下面的郵政規(guī)劃研究院共同組織了一次互操作性測試，測試主要針對18000-6操作頻段的標(biāo)簽，測試結(jié)果得到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可。2009年11月，由歐洲聯(lián)盟委員會、信息社會和媒體總司、中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所共同簽署了合作備忘錄，其主要內(nèi)容之一就是要成立一個中歐物聯(lián)網(wǎng)專家組。歐盟方目前有5名專家,中方有5名，后經(jīng)過與歐盟方面共同協(xié)商，中方專家擴(kuò)展到了12名。這些專家分別代表了中國物聯(lián)網(wǎng)方面標(biāo)準(zhǔn)化的權(quán)威專家,也代表了來自各個行業(yè)的最高技術(shù)水平。

目前已有的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了空中接口標(biāo)準(zhǔn)（這主要是指傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括RFID標(biāo)準(zhǔn)），包括應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、復(fù)合型標(biāo)準(zhǔn)和性能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及中間件方面的一些設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議以及數(shù)據(jù)保護(hù)和隱私法規(guī)主要包括數(shù)據(jù)源標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境保護(hù)法規(guī)、頻譜方面的法規(guī)、健康和安全方面的法規(guī)等；同時還有互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、移動RFID標(biāo)準(zhǔn)、實時定位系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)、傳感器標(biāo)準(zhǔn)以及歐洲推動社會和諧的一些程序，還有無線電通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（近200項）。這些標(biāo)準(zhǔn)都是由國際上各個不同標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的，具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威性，對于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化及應(yīng)用，具有非常重要的意義。

在國內(nèi)，中國銀聯(lián)一直倡導(dǎo)的NFC標(biāo)準(zhǔn)近日已經(jīng)通過審議，成為移動支付國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了從智能卡、手機(jī)終端到手機(jī)操作系統(tǒng)、客戶端軟件和金融應(yīng)用等各個環(huán)節(jié)的技術(shù)，并參考了國際上先進(jìn)的安全標(biāo)準(zhǔn)，對智能卡、手機(jī)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出了新的安全等級要求，可以建立一整套覆蓋移動支付流程的支付安全體系。該標(biāo)準(zhǔn)的出臺，將我國的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用又向前推進(jìn)了一大步。

3  物聯(lián)網(wǎng)的典型軍事應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一旦與傳感平臺和武器平臺實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作，對于推進(jìn)軍隊的現(xiàn)代化建設(shè)、實現(xiàn)有中國特色的軍事變革、推進(jìn)戰(zhàn)斗力生成模式的轉(zhuǎn)變，都具有非常重要的意義。首先，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的是物與物的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對物的自動化操作;其次，由于軍事發(fā)展的終極目標(biāo)是“發(fā)現(xiàn)即摧毀”，因此,借助物聯(lián)網(wǎng)，指揮中心就能根據(jù)傳感平臺傳來的信息，經(jīng)過智能決策，自動連接武器平臺，發(fā)射武器，在導(dǎo)航和定位技術(shù)的支撐下，引導(dǎo)戰(zhàn)斗部，對目標(biāo)進(jìn)行打擊，并能夠根據(jù)傳感平臺回傳的毀傷效果，決定是否繼續(xù)進(jìn)行打擊以及是否改變打擊的模式及手段。推進(jìn)戰(zhàn)斗力生成模式轉(zhuǎn)變的核心之一，就是建立“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的信息平臺，并縮短“發(fā)現(xiàn)到摧毀”的時間。

物聯(lián)網(wǎng)的軍事應(yīng)用涉及到的技術(shù)包括標(biāo)簽技術(shù)、智能卡技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)、數(shù)字地圖GIS技術(shù)、GPS、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、加密解密技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信息融合技術(shù)、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)、智能決策技術(shù)、自動控制技術(shù)等，這些技術(shù)不是簡單的某一個企業(yè)能夠單獨完成的，而是需要多個行業(yè)進(jìn)行有效的協(xié)作，才能最終完成軍事應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

物聯(lián)網(wǎng)在軍事上的典型應(yīng)用有戰(zhàn)場兵力呈現(xiàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場物資保障、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法仿真驗證系統(tǒng)等。

3.1  戰(zhàn)場兵力分布實時呈現(xiàn)

未來的戰(zhàn)爭，每名戰(zhàn)士、每個武器裝備、甚至每一顆子彈都加裝了智能芯片，都可通過射頻讀取裝置讀取到相應(yīng)的信息。

在每一張智能芯片中都包括如下信息：一是人員類型,標(biāo)識有人員所屬的戰(zhàn)斗兵種（例如屬于陸軍、海軍、空軍、二炮或者預(yù)備役以及民兵等），同時注明了該類人員所攜帶的裝備情況等；二是可標(biāo)識各武器裝備的規(guī)格參數(shù)（例如彈藥的每箱數(shù)量、彈藥的種類、重量等信息），武器的戰(zhàn)斗參數(shù)（包括有效殺傷距離、射速、彈藥種類、攜（載）彈量、作戰(zhàn)范圍、續(xù)航能力、探測距離、抗干擾能力、防護(hù)能力等）;三是可標(biāo)識狀態(tài)（例如工作是否正常，是否具備戰(zhàn)斗能力等）。通過散布在戰(zhàn)場上的各種智能卡閱讀器以及各種其他信息采集設(shè)備,即可讀取到這些智能卡內(nèi)所包含的信息，并根據(jù)相對位置的計算來確定武器裝備所處的位置、運動的速度、方位角等。這些閱讀器或信息采集設(shè)備可將這些采集到的信息，通過散布在戰(zhàn)場上的無數(shù)無線傳感器自組織成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到指揮控制中心。這樣，指揮控制中心就可在GPS、GIS以及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)、信息融合技術(shù)的支持下，繪制成戰(zhàn)場兵力分布圖。由于這些信息可以實時動態(tài)更新，因此，指揮控制機(jī)關(guān)就可以隨時掌握戰(zhàn)場兵力分布情況。此外,在這些數(shù)據(jù)信息的支撐下,如果采用智能決策技術(shù)，還可以為指揮員提供一些決策參考。

典型的戰(zhàn)場兵力實時呈現(xiàn)綜合系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。其中，ONS（ObjectNameService）服務(wù)器主要提供物資編碼與物資名稱、型號等的解析，類似DNS服務(wù)器的作用；GIS（GlobalInformationSystem）服務(wù)主要提供數(shù)字化地圖服務(wù)，可以為將各物資的位置信息等顯示在數(shù)字化地圖上提供服務(wù)；GPS（GlobalPositionsystem）服務(wù)用于提供全球定位功能，GPS可以根據(jù)各個閱讀器（RF信息監(jiān)控點）提供的信息，經(jīng)過運算得到物資的準(zhǔn)確坐標(biāo)，從而為形成戰(zhàn)場兵力分布圖提供定位信息；武器裝備數(shù)據(jù)庫可以提供武器裝備的名稱、型號、規(guī)格以及各戰(zhàn)術(shù)參數(shù)；武器平臺能夠根據(jù)設(shè)定的打擊或防御策略，在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后自動連接武器平臺，引導(dǎo)武器對目標(biāo)進(jìn)行攻擊;編制體制數(shù)據(jù)庫用于提供各軍兵種編制數(shù)據(jù)、單兵攜行裝備型號、規(guī)格以及各戰(zhàn)術(shù)參數(shù)等；利用編碼技術(shù)可以區(qū)分各類人員的類別，具體屬于哪個軍兵種以及編制情況，還可以區(qū)分各種武器裝備的類型及編制情況，這樣，通過ONS的解析，即可實時感知兵力的分布情況。

3.2  戰(zhàn)場物資保障隨時掌握

現(xiàn)代戰(zhàn)爭在很大程度上是對后勤物資保障的考驗。能否及時地將所需物資準(zhǔn)確運送到指定位置，直接關(guān)系到戰(zhàn)爭的勝敗。隨著射頻識別技術(shù)、二維條碼技術(shù)和智能傳感技術(shù)的突破，物聯(lián)網(wǎng)無疑能夠為自動獲取在儲、在運、在用物資信息提供方便靈活的解決方案，從而實現(xiàn)后勤保障的精確化。

圖2是戰(zhàn)場物資保障綜合系統(tǒng)架構(gòu)圖。其中，前指物資管理系統(tǒng)能夠監(jiān)控戰(zhàn)場內(nèi)的物資以及正在運輸?shù)角爸负颓爸敢延械奈镔Y位置、數(shù)量、狀態(tài)等信息；前方物資保障系統(tǒng)能夠監(jiān)控、調(diào)配戰(zhàn)場內(nèi)的物資以及運輸?shù)礁髯鲬?zhàn)前線的物資位置、數(shù)量、狀態(tài)等信息；后方物資保障系統(tǒng)能夠監(jiān)控、調(diào)配整個戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的物資以及運輸?shù)礁骰腹茌牱秶鷥?nèi)的物資的位置、數(shù)量、狀態(tài)等信息；物資保障綜合呈現(xiàn)系統(tǒng)主要為后方保障部門、指揮部門等提供各戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的物資保障格局圖，包括各個戰(zhàn)區(qū)物資的分配、調(diào)度、運輸、狀態(tài)等信息，并以直觀方式展示全國乃至全局的物資圖譜；利用編碼技術(shù)可以對各種不同的物資進(jìn)行分類，并可以通過讀寫器標(biāo)明物資的數(shù)量、位置以及狀態(tài)等信息，這樣經(jīng)過ONS的解析，即可將全局的物資分布情況標(biāo)識在數(shù)字化地圖上，以便為指揮員提供全局物資分布圖。

3.3  戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法仿真驗證

通過以上兩種系統(tǒng)，指揮員就能夠了解兵力部署和物資供給情況，如果能夠通過其他手段，了解到敵方兵力的分布概圖，指揮員就可根據(jù)自己的戰(zhàn)斗意圖，采用戰(zhàn)場仿真技術(shù),

對各種戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法進(jìn)行仿真，以驗證其可行性和有效性，并能夠在諸多作戰(zhàn)方案中選擇最優(yōu)方案，付諸實施。

圖2     戰(zhàn)場物資保障綜合系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3所示是整個系統(tǒng)的框架圖。通過該仿真驗證系統(tǒng),能夠?qū)?zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的可行性、兵力火力配置、作戰(zhàn)進(jìn)程、代價以及戰(zhàn)斗可能的持續(xù)時間等進(jìn)行驗證并給出作戰(zhàn)方案的建議。

實現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵在于智能決策系統(tǒng)的算法以及各種武器、人員、物資的表述和戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的描述。采用該系統(tǒng)能夠為盡快達(dá)成戰(zhàn)斗目標(biāo)、以最小代價實現(xiàn)作戰(zhàn)意圖提供有力借鑒。

圖3     戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法仿真驗證系統(tǒng)

4  結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是21世紀(jì)出現(xiàn)的第一個引起國際廣泛關(guān)注的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)是RFID技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線傳感器技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、信息安全技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等多種技術(shù)的綜合，能夠?qū)崿F(xiàn)物與物之間的互聯(lián)。把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到打擊摧毀目標(biāo)的全程自動化，能夠迅速提高軍隊?wèi)?zhàn)斗力，成為推進(jìn)軍隊?wèi)?zhàn)斗力生成模式轉(zhuǎn)變的有力推手。物聯(lián)網(wǎng)在軍事上的典型應(yīng)用包括戰(zhàn)場兵力呈現(xiàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場物資保障綜合系統(tǒng)和戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法仿真驗證系統(tǒng)等，利用這些系統(tǒng)，可使指揮員實時感知戰(zhàn)場的兵力分布和物資保障情況，并能通過獲得的敵方兵力分布，對不同的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法進(jìn)行仿真，驗證其可行性和有效性，為指揮員決策提供借鑒。

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