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万物互联网终极军用物联网

2018年09月21日
万物互联网:终极军用物联网

  万物互联网(IoE)是人、流程、数据和物联网(IoT)的网络连接,之前未被连接的人、流程和数据的互连,有机会让军队减少成本、变得更高效并且提高作战效能,增强军队的作战和保障能力。军队作战和保障职能一般来说有4类:情报、监视和侦察(ISR,“情监侦”),作战,后勤保障,基地和舰船甲板。以海军为例,舰船的IP网络可以作为实现IoE所必需的基本组织,连接海军的舰船以及相关系统如飞行器、无人系统和武器等。

  IoE加上强大的基于IP的使命任务组织,可以使军队利用相关技术提高自动化水平,提升多任务能力,减少工作负荷并极大增强ISR系统、作战、后勤保障以及基础设施职能的效能。IoE将实现系统性能预测、态势感知增强、信息管理优化以及敏捷决策,军队可在现有基础设施上逐步构建相连的关键系统、设备、数据、流程、应用程序和人员。IoE给了军队跨作战和保障职能、更加全面地实现网络中心战的机遇,将提升作战人员效能,确保军队可以划算地维持未来对敌军的作战优势。

  1相连的情监侦概念

  以海军为例,强健的ISR能力允许海军在远洋或遥远的滨海有效作战。共享的状态感知能力以及一个对友军和敌军精确位置的共同图像,对于海军控制空、面、水下和信息来说是关键能力。IoE带来扩展船坞IP网络的能力,通过IP网络安全地连接有人飞行器和舰船或者无人平台(空、面和水下),并且极大增强任务分配、收集、处理和利用能力,以有效采集、检查和共享ISR信息。

万物互联网:终极军用物联网

  随着海军提升有人系统的ISR能力并扩大无人系统的使用,海量ISR数据将被创建,而军方将面临带宽的约束,边缘计算能够解决这一问题。无人系统和其它系统会以海量数据快速占满通信网络,发送到其它平台或地面站去处理,舰载/机载和嵌入式计算能力让处于战术边缘的舰载/机载平台的设备处理数据成为可能。在战术边缘集中数据、处理和应用的概念称作雾计算,它将允许海军使用来自战术边缘的海量数据,并减少通信网络中的带宽负担。位于战术边缘的图像、信号和通信分析将实现对关键、可执行信息的更快分发,从专用计算平台到组件(如路由器)板卡中嵌入的计算能力,边缘计算或雾计算可以由多种方式提供。

  嵌入式和虚拟解决方案允许ISR和其它系统加入IP网络,不会影响舰上/机上高度受约束平台的空间、重量、功率和成本(SWaP-C)。小型形态因数嵌入式网络解决方案可以在提供连通性和计算能力的同时使SWaP-C最小化。虚拟解决方案可以使用舰载/机载计算能力并以软件的方式交付能力,虚拟解决方案消除了软件和硬件的相互影响,极大增强了无需新硬件而升级能力的能力,将助力跨平台寿命周期总拥有成本的最小化。

  2相连的作战概念

  已部署系统产生海量数据,比如任务环境中的ISR系统,无人机、无人舰船和无人潜艇都在战术边缘捕获海量数据。海军设想这些数据通过一个战术云来共享,并且正在开发其云能力以在战术边缘使用。初始的战术云工作聚焦在远征任务、反潜战和综合空中/导弹防御的规划与执行上,但是很快将扩展至其它任务领域。综合海上网络与复杂组织体服务(CANES)计划将为大部分舰船和潜艇提供主干网,用作海军战术云的关键硬件组件。海军研究办公室开发了海军战术云参考实施模型,支撑海军战术大数据工作,聚焦数据科学、分析学和云安全。IoE将极大扩展在海事环境中连接的人、流程和物,每个连接都将成为数据源,用以增强战争优势。IoE和大数据解决方案可帮助海军确保更好地跨使命任务访问数据,将计算和分析从数据中心带到边缘,以实现更快的洞察、更好的状态感知和更有效的执行,以创造战术、作战行动和战略上的战争优势。

万物互联网:终极军用物联网

  随着海军云能力的成熟,软件定义网络(SDN)和应用中心基础设施(ACI)解决方案将确保网络传输策略将数据包区分优先级,以最好地支持最紧急的功能。SDN和ACI解决方案可以允许应用策略在工作负荷变化时,自动地重新部署计算和存储功能,从而优化网络和应用效率,保有增长容量并使总拥有成本最小化。SDN提供用户和数据隔离,即使数据在运用中,也可跨网络保留数据访问限制。赛博安全对使命任务成功至关重要,特别是在没有后备方案或任何重置能力的海事环境中。一个扩展的安全防护架构将在IoE遍布海军作战环境时解决这些挑战。战斗人员将依赖赛博防护能力,持续分析和回顾安防能力,安防方案将带来更高的自动化以降低操作人员的工作负荷并提速威胁响应。随着海军战术云工作的成熟,混合云能力和思科公司“InterCloud Fabric”解决方案将支撑工作负荷的可移植性,而不会影响可用性、安全性和性能,这将极大增强跨系列场景的、基于云的作战能力,以及使命任务敏捷性。

  组成海军攻击群的大量舰船、飞行器、潜艇和海上单元的作战,传统上严重依赖卫星连通性以实现全球到达和持久作战。海军攻击团体使用的卫星通信链路可以通过空中平台提供的IP网络能力得到增强,特别是长航时无人机。“联合空中层网络——海事”(JALN-M)是海军不依赖卫星提供任务持续连通性的一个计划,使其能在包括“反介入/区域拒止”(A2AD)的多种场景中作战。此外,海军将继续开发备选的“视线”和“视线外”网络系统,如战斗力战术网络(BFTN),以支撑相连的作战。当前商业网络解决方案在机载系统中的使用,表明正在发展的如JALN-M和BFTN的系统,也可能依赖商业产品来实现联网能力。

  3相连的后勤概念

  提升海军的协同工具将提供更好的知识管理以支撑自助能力,让海军攻击群更加自给自足。协同工具可以让海员通过网络访问维修和修理视频库,寻找有用的视频或其它信息以利用船坞设备修正问题。当自助失败或面对一个更难解决的问题或任务需求要求更紧急的响应时,增强的协同以及远程辅助方案将允许海员高效找寻在另一艘舰艇上或岸上的合适的专家,快速解决这些问题。IoE能力将允许在这些案例中远程解决问题和提供技术辅助,解决方案可用来创建一个虚拟专家池,使他们能够最好地支撑多个已部署的行动,并保持在复杂技术领域中的精通度。

万物互联网:终极军用物联网

  IoE传感器和连接将实现增强的诊断和健康管理,允许评价在实际运行条件下的系统。允许在原位进行健康评价的IoE传感器数据及模型,将持续实施健康监测并自动警告操作人员与预期参数的偏差或者预计性能的衰退,甚至可以预测未来系统状态,让作战指挥官基于实际设备性能和状态,根据当前的与预期的使命任务环境和作战必要性,做出有充分依据的决策。

  面向资产管理和仓库/供应管理的IoE能力将针对关键资产的位置提供完整的可视度,甚至使用先进标签设备获知资产状态。IoE能力和诸如身份服务引擎(ISE)的设备为海员提供基于背景环境的能力,允许他们使用网络精确定位和管理资产、人员与库存,并且执行策略。这将通过无缝的操作、降低的成本、提升的安全和资产的利用,增加维修、供应等方面的生产能力并减少其周期,实现更高的运行效率。RFID能力也可以用于监测人员位置以提升安全性。

  4相连的基地概念

  针对典型机舱和其它船坞环境中的海员,IoE将通过远程监测以极大减少或消除海员暴露在有害条件下的风险。嵌入式传感器或远程视频监测将允许海员从牢固和安全的位置,监测有害或劳动密集的任务(如警戒职能、容量监测和物理完整性检查)。

万物互联网:终极军用物联网

  物理安全防护也可以通过IoE显著增强,以显著提升海军的反恐部队保护(ATFP)能力。视频监视能力将允许在使命任务和作战状态要求时,通过电脑或移动设备上对关键区域进行实时监测。物理访问控制可以增强为自动化管理成百上千个访问点,提升安防并减少工作负荷,诸如面部和门卡识别这样的能力可以进行集成,以使某些安防功能自动化并提速。照明可以通过网络管理,并且连接或集成到其它物理安防能力中,智能照明设备也可以扮演环境传感器,监测运动、特殊物质、湿度、大气组成、声音、视频等等。智能照明可以用来提供异常探测和实时警报,并且可改变照明条件以更好地支撑当前实际的物理安防条件、状态感知和响应。物理安防条件可以通过自动执行快速变化,如基于实时数据或预测分析锁闭或限制各种访问点。

  运行能量对海军来说也是关键问题,减少燃油消耗和增强部队机动性、航程和到达能力的解决方案至关重要。IoE提供实时监测能量消耗的能力,在任务允许或要求时,给海员调节设备最佳能耗所必需的信息和控制功能,自动化策略确保得到始终如一的、有效的能耗结果。能量管理解决方案还提供对异常监测有用的数据,基于通常的能耗确定需要进一步调查和分析的活动并帮助发出警报。异常探测将对能耗驱动因素提供更深层次的洞察,还可警告操作人员关注可能损害任务目标的用户行为。海军还在探索优化基地发电和耗电的方式,以及创造一个耐久、安全和可靠的能量网络,海军智能电网和先进计量工作拥有相连的技术,监测、预测、控制建筑和公用事业管理系统并做出响应。海军在能量方面的工作将继续使用IoE能力实施先进计量,链接生产能力以及控制运行,以减少岸上和海上的能耗和花费。

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