传感器网络与军事运用的两个实例

传感器网络与军事运用的两个实例传感器网络与军事运用的两个实例电气学院通信工程1043031420孙大山【摘要】信息技术正推动着一场新的军事变革。信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、打得准”，谁在信息的获取、传输、处理上占据优势(取得制信息权)，谁就能掌握战争的主动权。无线传感器网络以其独特的优势，能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。典型设想是用飞行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域，这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务【关键词】传感器网络、军事运用、信息战术美国陆军“陆战网”(LandWarNet）：2012年美国陆军态势报告指出，美国陆军现在正处于转型期。随着从阿富汗撤军，美国陆军正进入一个充满不确定性因素的全球性挑战的新时代。在不同任务间快速、无缝地进行转换将是美国陆军在应对多种威胁中取胜的一个必然要求，这种能力的基础保障正是“陆战网”。1.1何为“陆战网”为获得决定性、快速的决策优势，根据全球信息栅格(GIG)建设指导思想，美国陆军正在构建一个更加可靠的信息网，并将该网与GIG构成一个整体，这就是“陆战网”(LandWarNet)。作为美军全球信息栅格陆军子系统的“陆战网”，目前在给士兵提供网络服务方面还存在一些困难和制约。虽然“陆战网”已经部署了十多年，但现在越来越有必要将多个网络整合到一起。未来美军将不再有单独的子网传输系统，美军将将把医疗保障和后勤等单独的领域整合起来，统一指挥。虽然军队开始采用共同的标准，但现有系统还是过于复杂。美军的目标是将更多的复杂工作加入到后台中去自动运行，而不是需要大量的人工操作。对于系统操作员来说，只需通过轻点鼠标或简单的键盘操作，即可完成任务。这番话意味着美国陆军正试图使陆战网跟上快速发展的网络技术，以更快地向“网络中心战”转变。1.2全球信息栅格的陆军部分全球信息栅格（GIG）是美国国防部为实现跨军种信息网络联通的顶层设计，其目的是彻底打通各军兵种信息系统间的通道，把天基、空基、地基和海基的所有信息系统集成为一个陆海空军共用的被称为“诸网之网”的全球网，以实时方式和真实图像为未来的联合作战提供通用的态势感知能力，提高从传感器到武器系统的反应速度，增强联合打击能力，以获得非对称作战优势。这也是美军2020年前后形成全面的网络中心战能力的核心之所在。早在1993年，美军就启动了全球指挥控制系统的陆军部分——陆军作战指挥系统（ABCS）建设计划，它是美国陆军数字化总体计划（ADMP）的重要组成部分。目前，ABCS已建成为以国家信息基础设施为依托，以战术级战场信息控制系统为基础，以战役、战略级指挥控制系统为支撑，以单兵指挥控制系统为末端的战场指挥控制系统体系。2003年，世界第一支数字化部队——配备陆军作战指挥系统（ABCS）的美陆军第４机步师在伊拉克参战。旅级指挥所需将多种指挥控制系统整合为一，包括各种专用计算机系统和复杂的网络，系统集成工作非常复杂。而由于情报、监视和侦察能力越来越强，导致“信息泛滥”，使信息转化为有用情报的处理和分析工作异常艰难，由此延缓决策周期，贻误战机。经过实战检验，陆军作战指挥系统暴露出系统集成复杂、信息量过多以及系统互操作能力有限的弊端。为了彻底解决美国陆军指挥控制系统的问题，适应GIG的发展需要，美陆军于2004年2月提出“陆战网”（LandWarNet）的发展计划。“陆战网”将与海军的“部队网”、空军的“星座网”并列成为全球信息栅格的军种子网。各军种子网的建设将遵循共同的标准和框架以及联合体系结构，确保能够互联、互通、互操作，以实现各军兵种间最大限度的态势共享和联合打击。1.3“网络中心战”的主要支撑“陆战网”涵盖美陆军所有网络、基础设施、通信系统和应用系统，将美国陆军众多的网络集成为一体化网络，组成新型的网络数据链，将使美国陆军从后方支援基地到前方部署部队的所有网络连为一体，使陆军整体作战力量得到优化，并将陆军作战行动纳入联合作战框架，是陆军实现网络化、一体化，提高网络中心作战能力的关键。“陆战网”部署后，美军士兵可以在全球任何地点进入网络，并通过网络进行信息接收、存储、处理和传输，从而大大提高士兵的态势感知能力、作战效率和作战效果，使美国陆军成为一支“以知识为基础、以网络为中心”的部队。“陆战网”建设的进展主要体现在以下三个子系统上：战术级作战人员信息网（WIN—T）WIN—T是美国陆军新型高速、高容量的战术通信网络主干，通过地面、机载和空间的通信系统为部队提供实时、保密、抗干扰、无缝和多媒体的互联能力，能够即插即用，为战场上的士兵提供速度更快、带宽更宽的音频、数据和视频信息，并能保证运动中不间断的指挥控制，因而被称为是“陆战网”的重要推动器，是陆军未来部队进行网络中心战的关键。WIN—T也是全球信息栅格GIG向战术领域的扩展，可与联合部队、盟国部队和其他政府机构网络互操作。WIN—T采用了多种先进的通信技术，包括第三代蜂窝电话、无线局域网、下一代卫星、第六版IP协议和网络电话。WIN—T项目最关键的技术难题是运动中的通信技术，其作用是保持作战人员的通信和与网络的连接。WIN—T还将与“未来战斗系统”车辆和正在开发的士兵用蜂窝电话集成。目前，WIN—T正在逐步取代现有的系统。联合网络节点（JNN）联合网络节点（JNN）是当前美国陆军的一种桥接设备，是WIN—T的组成部分。在WIN—T应用之前，JNN可为现在的士兵提供野战通信能力。JNN用以取代已过时的基于电路的移动用户设备（MSE）。目前，JNN已经部署到了美军第3步兵师、第10山地师、第101空降师等部队。JNN把网络扩展到了关键任务信息的端用户，提高了部队的部署速度和协同能力。士兵能够在30分钟之内安装JNN卫星设备并实现网络连接，而不必受视距无线电网络的制约，减少了营以下部队繁杂的信息处理和规划工作，增强了动中通的能力。JNN还具有较高的可靠性，来自部队的报告称，JNN的战备率可达99%。联合战术无线电系统（JTRS）联合战术无线电系统项目于1997年开始实施，其目的是将各个军种单独发展无线电台的方案集成为一个可编程、模块化、多种工作模式和多波段的无线电台，以代替国防部现有的各种无线电台。目前，联合战术无线电系统项目已从一个无线电台项目发展成一个支持全球信息栅格的移动自组织网络项目。此外，美国陆军还将建设由有人／无人空地传感器组成的网络化ISR系统，确保部队能及时获得各种相关信息，支持快速战斗和快速决策。ISR系统将能透过墙壁和森林，能远距离探测地雷和障碍。ISR系统还将与所有打击武器构成链接。1.4“陆战网”面临的挑战：“陆战网”是美军转型计划的产物。从宏观的层面来看，“陆战网”当前面临着两个主要的挑战：一是领导职责有待明确。“陆战网”既是全球信息栅格的一部分，又是陆军的作战网络，因此如何明确职责成为“陆战网”发展成败的关键。有关官员指出，现在还没有一个负责“陆战网”的控制性机构。根据陆军LD17号战役计划指令，首席信息官负责网络的集成。而其他司令部也声明拥有直接的管理权，因此，他们必须要协同行动。训练与条令司令部充当陆军的作战设计师，而首席信息官则充当技术设计师。采购机构在“陆战网”里也占有一席之地，因为“陆战网”里有它提供的应用系统。“陆战网”的管理还涉及国防信息服务局(DISA)和各军种。DISA提供GIG的主干，而且它所负责的计划只是GIG的一部分。各军种都依赖DISA提供的主干业务，但其中的许多业务都可延伸到偏远地区，而DISA并不直接监管那些地区，这就使陆军体系结构集成室的工作变得更加重要。二是军种联合有待加强。满足联合需求是“陆战网”面临的另一个挑战。“陆战网”在考虑陆军需求的同时，仍要兼顾其他军种同类系统的发展。目前，陆军启动了“陆战网”，但各军种的专用计划之间没能进行协调。陆军一直在关注联合级、联合机构的情况，确保陆军的能力能够连接在一起，而且能够与联合机构实现连接，并确保与作战体系连接，以便陆军提出的各种能力确实能够满足作战人员的需求。正是在军事需求的“刚性”牵引下，“陆战网”的研发虽然承受了政策调整、资金短缺、技术成熟度及各类体系融合等多方面的压力，但各子网系统的建设还是在不断调整中取得了一定的进展。2军事后勤阵地的“云”：云计算在后勤领域的应用前瞻2.1云计算被视为继大型计算机、个人计算机、互联网之后的第4次IT产业革命，顺应了当前全球范围内整合计算资源和服务能力的要求，满足了海量数据高速处理的需求，成为引领当今世界信息技术变革的主力军。正是因为云计算拥有如此强大的应用前景，它理所当然的被各国军队所重视。2.2云计算就是：计算能力当成商品通过互联网进行流通，用户只需要拥有能上网并安装了浏览器的简易终端设备，就可以像使用自来水一样打开开关便能使用计算资源。由于云计算是通过虚拟化方式共享服务资源的计算模式，这种服务就像一种看不见的资源池，所以称之为“云”。作为高科技密集的军事领域，云计算的军事应用已经跃入军事专家们的眼帘，在多个领域开始布局。特别是在后勤领域，由于传统的终端计算和存储能力非常有限，这使云计算技术能够满足军队后勤信息系统建设需要，积极发展一个有利于信息快速流动和高效利用，具有较强兼容性的现代后勤指挥控制信息系统。2.3先进的科学技术最新应用于军事领域，是世界各国的通用之道，但由于云计算诞生的时间不长，在军事领域的应用还处于起步阶段。美国最先将云计算技术运用到军队，不断在军事领域部署云计算架构。美国国防信息系统局首席信息官盖林提出：“云计算是国防部的驱动力，必须在云计算上有所作为。”2008年，美国国防部与惠普公司合作建立了云计算基础设施，并在陆军体验中心项目和空军的人力资源管理项目等业务部门进行云计算的应用研究。2010年2月，美国空军与IBM公司签订合同，为其部队建立一个能够安全地支持国防和情报网络的云计算系统，目的是更加有效地保护军方的网络安全。美国国防信息局还制订了一系列云计算解决方案，建立云计算策略，构建快速存取计算环境，以便让军事人员通过云计算模式在任意时刻配置和使用国防信息局网络上的资源。目前，发达国家的军队都对云计算给予越来越多的重视，依托云计算技术进行后勤保障活动，必将对后勤建设与发展产生积极而深远的影响。2.4后勤保障能力的倍增器：随着以信息技术为主要特征的世界新军事变革深入推进，现代战争的形态正由机械化向信息化快速转变，作战形式不再是从前沿到纵深逐线突破、逐步推进，而是超越时空，直接攻击纵深目标，以求速战速决。这种以快制胜的作战方式，使后勤领导机构对后勤补给物资的数量和品种、时间和地点等要素无法进行准确预测。这就需要建立一个覆盖后勤全部范围、贯穿整个保障过程和各个保障环节的后勤信息系统，将所有后勤机构、保障任务和保障职能有机联接起来，使后勤系统的各个部分全部综合集成，促进整个后勤系统最紧密的联合和最大程度的协调一致。以便能将海量信息进行高效处理，有效摆脱保障需求和保障资源的“迷雾”，精准测算作战部队需要什么、需要多少、何时需要，这样才能为实现高效的后勤指挥决策与保障提供支持。为了实现后勤信息的互联互通，促进后勤信息系统的整体集成，发挥系统的综合优势，美军“聚焦后勤”理论的第一条原则就是“信息融合”，强调通过信息技术的综合运用，实现后勤全部资源的实时可见，以便有效的进行调遣和利用。美军的国防后勤局与运输司令部曾联合推行“资产可见性融合项目”，把国防后勤局综合数据环境中的基础设施和以勤务为中心的体系结构，同支持美军运输司令部“全球运输网”的相关系统融合集成为一个统一的共享平台，供相关部门进行通用数据和资产可见信息存取处理。一方面，实现对所有保障资源、保障需求的动态可视，为组织适时、适地、适量的精确保障奠定基础。另一方面，可以整合利用诸军兵种和社会各方面的保障力量，通过对各个保障要素、保障单元、保障体系的综合集成，实现对所有保障活动的有效控制。我们知道，传统的终端计算和存储能力非常有限，使用云计算技术则能建立一个具有较强兼容性的现代后勤指挥控制信息系统。这个后勤信息系统，以云计算平台为“大脑”，通过网络“神经”的传输，实现大规模服务器群的动态配置和扩展，按需提供所需的数据处理和存储服务，实现各类信息的快速计算、综合分析和有机融合，从而准确、实时地向各级指挥人员提供后勤指挥决策与保障所需的各类信息，实现信息化战争后勤保障能力的跨越式提高。2.5后勤信息数据的安全卫士：信息化战争使部队面临越来越多的战场电磁攻击，后勤指挥系统一旦遭敌破坏和袭击，就会造成系统失灵、指挥中断，导致后勤保障力量失控。随着计算机病毒武器、电磁脉冲武器、黑客武器等新型武器的研发和使用，后勤系统的各种软硬电子设备将随时面临敌电子战、信息战的袭扰破坏。2010年，“震网”病毒的隐形巨手摧毁了伊朗核信息系统，举世震惊，也引发了各国军队对信息安全的高度关注。云计算作为依托互联网传输信息的先进技术，虽然不可能保证绝对安全，但相对于现有网络方式和计算平台，可使后勤信息的安全系数得到较大提高。云计算可以防止数据丢失。军队后勤采用云计算后，可利用云存储服务为重要数据提供安全防护，各类用户都可以随时随地凭借口令方便地存取自己的重要数据，这样就能从根本上避免因个人存储设备损坏导致数据丢失的风险。同时，数据的集中存储更容易实现安全监控和管理，也可以杜绝各类涉密载体的交替互用，内部信息安全可以得到很好的保证。云计算可以避免病毒感染。云计算技术可以在云计算过程中安装多个传感器、监视器和其他用，提高信息资源的利用率，避免后勤系统重复建设、信息资源利用率不高的问题，有效降低后勤信息系统的建设成本。首先，由于云计算技术对终端设备的计算能力和硬件配置要求很低，一般操作只需要通过浏览