物联网技术及其军事应用分析
2022-09-16

  1995年,微软总裁比尔·盖茨在他撰写的新书《未来之路》中首次提到了物联网,但当时并没有得到有效的推广。1998年,麻省理工学院(MIT)创造性地提出了当时被称为EPC(Electronic Product Code)系统的物联网构想。2005年,国际电信联盟(Interna-tionnal Telegcomm unication Union,ITU)在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上正式提出了物联网的概念。

  尽管在ITU的报告中没有给出物联网的统一定义,但提出了物联网的关键理念,即世界上所有的人和物在任何时间、任何地点,都能方便地实现人到人(Human to Human,H2H)、人到物(Human to Thing,H2T)、物到物(Thing to Thing,T2T)之间的信息交互。这将使人类体验全新的生活,同时也将改变人们的生活习惯。现在,全球所有国家都非常重视物联网的研究,许多发展中国家已经将物联网技术提升到与国家相关的战略研究。

  1 军事物联网技术

  1.1 物联网技术

  物联网指的是将各种信息设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置,与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。组建物联网的目的是让所有的物品都与网络连接在一起,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。如果说以计算机、互联网为代表的技术已经改变了一个时代(机械化时代),那么以物联网、云计算为核心的新技术群最终将会建立另一个时代,也就是以智能化为标志的信息时代。

  物联网在民用方面有着广泛的应用,包括智能工业、智能农业、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗与智能家居九大重点应用。同时,物联网的关键理念给军事领域也带来了深远的影响并具有重要的战略意义。由于物流起源于早期的物联网,所以,军事物流是物联网最重要的应用之一,这大大地改善了军事物流的敏捷性和安全性。随着物联网技术的发展和应用,军事物联网的应用不仅体现在物流领域,更体现在军事侦察、环境监测、无人作战等方面。物联网给军事上带来的影响是不言而喻的,而要真正实现各方面的应用,仍有很多问题亟待解决,比如标准化问题、资金成本问题以及信息安全问题等。

  1.2 物联网的体系结构

  物联网技术的快速发展及其在军事上的应用,都要求其充实和深化物联网的内涵。虽然物联网的定义不清晰,但物联网的体系结构是大家普遍接受的。物联网非常着名的三层架构如图1所示,主要包括感知层、网络层和应用层。

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  感知层由各种信息传感器和收集设备组成,包括二维条形码标签和传感器网关、RFID电子标签和RFID感应器、接入网关、智能终端和传感网络等。感知层的主要任务是识别物体和搜集信息。网络层就像物联网的大脑和神经网络,主要包括一个通信融合网、网络管理中心、信息中心和智能处理中心。网络层的主要任务是传输和处理从感知层得到的信息。在物联网中,应用层为了实现广泛的智能化,综合了物联网的社会分工和产业需求,开发出各种各样的解决方案。这些方案将物联网的优势与行业生产经营、信息化管理、组织调度结合起来构建出智能化行业。例如在军事方面,应用层将提供详细的军事应用解决方案,如部队司令部、武器控制、战场监控、设备支持、监视和侦察、军事物流、战场医学治疗和救助等。

  物联网与前几年美军提出的网络中心战可以说一脉相承,具有诸多相似之处。它们均可分为三层,相互对应。表1所列是物联网与网络中心战的技术架构对照表。

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  1.3 军事物联网的概念

  在军事上,物联网被称作是“一座未探明储量的金矿”,它能够有力拓展未来作战的时域、空域和频域,并推动战争形态、作战理论及作战样式的一系列革命。

  用于军事领域的物联网称为军事物联网(Military Internet of Things,MIOT)。它是指把军事实物通过各种军事信息传感系统,与军事信息网络连接起来,进行军事信息交换和通信,实现智能化识别、定位、监控和管理的一种网络。从概念上讲,军事物联网从属于网络,它联结的是军事领域物与物、物与人、人与人的各种军事要素。每个军事要素(如单兵、武器装备和相关物资)都是一个网络节点,具有感知、定位、跟踪、识别,静态图像与动态视频传输以及智能管理和控制等功能,是实现人与信息化武器装备、设备、设施最佳结合的重要支撑手段。

  2 军事物联网的应用

  军事物联网在战场上的应用,可以追溯到上世纪60年代的越南战争,美军使用无人值守的震动传感器“热带树”监听“胡志明小道”上来往的车辆。当人员、车辆等目标在其附近行进时,“热带树”便能探测到目标产生的震动和声响信息,并立即将数据通过无线电发给指挥中心。指挥管理中心对信息数据进行处理后,得到行进人员、车辆的位置、规模和行进方向等信息,然后指挥空中战机实施轰炸,取得了很好的战果。军事物联网可以成倍地提高武器装备的效能,在更高层次上实现战场感知的精确化、敏捷化和智能化,成为武器装备的生命线。但至今,还没有关于军事物联网大规模应用的相关报道。

  现在对军事物联网应用的研究,主要集中在如何使用物联网技术来提高物流效率。事实上,人们所关注的价值不仅仅是军事物联网的发展和进步,更重要的是其强大的应用背景。军事物联网在现代战场上有着广泛的应用,既可用于战场感知,又能用于智能控制、智能管理,还可用于精确保障等。

  战场战术感知系统,通常采用无人飞机或火炮抛掷方式,向敌方重点目标地域布撒声、光、电磁、震动、加速度等微型综合传感器,近距离侦察感知目标地区的作战地形、敌军部署、装备特性及部队活动行踪和动向等:并可与卫星、飞机、舰艇上的各类传感器有机融合,形成全方位、全频谱、全时域的全维侦察监视预警体系,从而提供准确的目标定位与效果评估。

  “装备卡”识别系统,是在各类军用车辆、车载武器平台及飞机、舰船等加装单项或综合传感器,实现对军用车辆和武器平台的定位、分布与聚集地、运动状态、使用寿命周期等实现状态感知;对武器装备完好率、保养情况等实现状态感知;对联合作战信息系统,实现宏观监控与管理。

  读写电子信息标签系统是通常在各类军用物资上附加统一的相关信息电子标签,通过读写器自动识别和定位分类,来实施快速收发作业,并实现从生产线、仓库到散兵线的全程动态监控;在物流系统中,利用射频识别与卫星定位技术,可以完成重要物资的定位、寻找、管理和高效作业。

  单兵电子生命监测系统,通常采用先进的RFID、无线通信等技术来有效实现生命体征的动态监测和卫勤伴随保障,从而有针对性地做好应急救援准备,精确调度卫勤力量与资源,全面提升卫勤保障能力。

  无人执行器,包括无人侦察机、无人驾驶的车辆、小型无人潜艇/船艇和军用机器人等,一般都具备独立遂行作战任务的能力,其巨大的军事潜能和超强的作战功效,使其成为未来战场上一支不可忽视的重要军事力量,因而受到各军事强国的高度重视。

  军事物联网新技术的未来将重点围绕战场态势感知、智能分析判断和行动过程控制等方面展开,它将有机融入联合作战和保障体系,全面提升基于信息网络系统的作战能力和保障能力。通信新技术的快速发展,使得各种新的军事信息技术(如感觉检测技术、信息融合技术、网络通讯技术、先进的计算技术、指挥决策技术和信息安全技术)变得可用和可行。这些技术甚至可能影响到物联网信息处理、系统体系结构和技术特点,同时,这些技术更促进了军事物联网的快速发展。

  3 军事物联网信息安全问题

  虽然物联网在军事上的应用发展前景十分广阔,但是,我们也必须清醒地认识到,现阶段制约物联网在军事上发展的因素和隐患还有很多,其中信息安全问题就是制约其发展的关键因素。

  与传统网络相比,军事物联网中的传感器节点通常被部署在物理攻击可以到达的区域。军事物联网组成的复杂性、分布的广泛性、形态的多样性和节点资源的有限性等特征,使得军事物联网比一般的IT系统更容易受到侵扰,面临着更加严峻的安全问题。其中,军事物联网特有的信息安全问题概括为以下几种:

  (1)略读(Skimming):在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下,信息被读取。

  (2)窃听(Eavesdropping):在一个通信通道中间,信息被中途窃取。

  (3)哄骗(Spoofing):伪造复制设备数据,冒名输入到系统。

  (4)克隆(Cloning):克隆末端设备,冒名顶替。

  (5)破换(Killing):损坏或盗走末端设备。

  (6)干扰(Jamming):伪造数据造成设备阻塞不可用。

  (7)屏蔽(Shielding):用机械手段屏蔽电信号,让末端无法连接。

  军事物联网的安全目标主要是网络的可用性、可控性以及信息的机密性、完整性、安全性、可鉴别性和新鲜性等。军事物联网的要素包括传感器件、传输系统和处理系统,这些要素从体系结构上分别位于物联网的感知层、网络层和应用层,对应着DCM分层模式的设备(Devic es)、连接(Connection)和管理(Management);相应地,其安全形态表现为节点安全(包括物理安全和信息采集安全)、网络与信息系统安全和信息处理安全。图2所示为军事物联网的安全层次模型。

物联网技术及其军事应用分析

 

  节点安全对应着物联网的感知层安全。军事物联网的感知层由传感器、RFID和其他感知终端组成,相应的安全包括节点的物理安全和信息采集安全。物理安全是指保证物联网信息采集节点不被控制、破换和拆装,使其具有可用性、可控性;信息采集安全则是指防止采集的信息被窃听、篡改、伪造和重放攻击,主要涉及嵌入式系统安全、非正常节点的识别、节点安全成簇、入侵检测和抗干扰等。

  网络层是军事物联网的信息干道。信息传输对应着物联网的网络层安全;保证信息传递过程中数据的机密性、完整性、真实性和新鲜性,主要是通信网的安全,涉及安全路由。

  信息处理安全对应着军事物联网应用层的安全:保证信息的机密性、可鉴别性和存储安全,主要是个体隐私保护,涉及安全数据融合、安全定位、认证和访问控制等。

  如何结合军队信息化建设的发展现状,解决好信息安全问题,是军事物联网首先需要解决的问题。军事物联网的信息安全建设是一个复杂的系统工程,要从政策引导、标准制定、技术研发等多方面向前推进,落实真正的信息安全。只有具有坚实的信息安全保障手段,物联网才能在军事方面发挥无穷的力量。

  4 结语

  物联网作为信息技术革命的主要推动力,其产业发展和在军事上的应用均面临着历史性的机遇,与此同时,物联网在军事领域的应用是军事信息化发展的必然要求。军事物联网作为一个新的概念,在战场上应用还处于摸索阶段,尤其是一些标准化问题与信息安全等问题还未得到解决。但是,我们有理由相信,军事物联网在未来战场上将展示其巨大的影响力。

作者/肖果平

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