萬物互聯網路(IoE,Internet of Everything)是人、流程、數據和物聯網(IoT)的網路連接,之前未被連接的人、流程和數據的互連,有機會讓軍隊減少成本、變得更高效並且提高作戰效能,增強軍隊的作戰和保障能力。
軍隊作戰和保障職能一般來說有 4 類:情報、監視和偵察(ISR,「情監偵」),作戰,後勤保障,基地和艦船甲板。以海軍為例,艦船的 IP 網路可以作為實現 IoE 所必需的基本組織,連接海軍的艦船以及相關系統,如飛行器、無人系統和武器等。
IoE 加上強大的基於 IP 的使命任務組織,可以使軍隊利用相關技術提高自動化水準,提升多任務能力,減少工作負荷並極大增強 ISR 系統、作戰、後勤保障,以及基礎設施職能的效能。
IoE 將實現系統性能預測、態勢感知增強、資訊管理優化,以及敏捷決策,軍隊可在現有基礎設施上逐步建構相連的關鍵系統、設備、數據、流程、應用程序和人員。
IoE 給了軍隊跨作戰和保障職能、更加全面地實現網路中心戰的機會,將提升作戰人員效能,確保軍隊可以划算地維持未來對敵軍的作戰優勢。
1 相連的情監偵概念
以海軍為例,強健的 ISR 能力允許海軍在遠洋或遙遠的濱海有效作戰。共享的狀態感知能力,以及一個對友軍和敵軍精確位置的共同圖像,對於海軍控制空、面、水下和資訊來說是關鍵能力。IoE 帶來擴展船塢 IP 網路的能力,透過 IP 網路安全地連接有人飛行器和艦船或者無人平台(空、面和水下),並且極大增強任務分配、收集、處理和利用能力,以有效採集、檢查和共享 ISR 資訊。
隨著海軍提升有人系統的 ISR 能力,並擴大無人系統的使用,海量 ISR 數據將被創建,而軍方將面臨頻寬的約束,邊緣運算能夠解決這一問題。
無人系統和其它系統會以海量數據快速佔滿通信網路,發送到其它平台或地面站去處理,艦載/機載和嵌入式運算能力,讓處於戰術邊緣的艦載/機載平台的設備處理數據成為可能。
在戰術邊緣集中數據、處理和應用的概念稱作霧運算,它將允許海軍使用來自戰術邊緣的海量數據,並減少通信網路中的頻寬負擔。
位於戰術邊緣的圖像、信號和通信分析將實現對關鍵、可執行資訊的更快分發,從專用運算平台到組件(如路由器)板卡中嵌入的運算能力,邊緣運算或霧運算可以由多種方式提供。
嵌入式和虛擬解決方案允許 ISR 和其它系統加入 IP 網路,不會影響艦上/機上高度受約束平台的空間、重量、功率和成本(SWaP-C)。小型形態因數嵌入式網路解決方案,可以在提供連通性和運算能力的同時,使 SWaP-C 最小化。
虛擬解決方案可以使用艦載/機載運算能力,並以軟體的方式交付能力,虛擬解決方案消除了軟件和硬體的相互影響,極大增強了無需新硬體而升級能力的能力,將助力跨平台壽命週期總擁有成本的最小化。
2 相連的作戰概念
已佈署系統產生海量數據,比如任務環境中的 ISR 系統,無人機、無人艦船和無人潛艇,都在戰術邊緣捕獲海量數據。海軍設想這些數據,透過一個戰術雲來共享,並且正在開發其雲能力以在戰術邊緣使用。
初始的戰術雲工作聚焦在遠徵任務、反潛戰和綜合空中/導彈防禦的規劃與執行上,但是很快將擴展至其它任務領域。綜合海上網路與複雜組織體服務(CANES)計劃,將為大部分艦船和潛艇提供主幹網,用作海軍戰術雲的關鍵硬體組件。海軍研究辦公室開發了海軍戰術雲參考實施模型,支撐海軍戰術大數據工作,聚焦數據科學、分析學和雲安全。
IoE 將極大擴展在海事環境中連接的人、流程和物,每個連接都將成為數據源,用以增強戰爭優勢。IoE 和大數據解決方案可幫助海軍確保更好地跨使命任務訪問數據,將運算和分析從數據中心帶到邊緣,以實現更快的洞察、更好的狀態感知和更有效的執行,以創造戰術、作戰行動和戰略上的戰爭優勢。
隨著海軍雲能力的成熟,軟體定義網路(SDN)和應用中心基礎設施(ACI)解決方案,將確保網路傳輸策略將數據包區分優先級,以最好地支持最緊急的功能。
SDN 和 ACI 解決方案可以允許應用策略在工作負荷變化時,自動地重新佈署運算和儲存功能,從而優化網路和應用效率,保有成長容量並使總擁有成本最小化。
SDN 提供用戶和數據隔離,即使數據在運用中,也可跨網路保留數據訪問限制。資訊安全對使命任務成功非常重要,特別是在沒有後備方案或任何重置能力的海事環境中。
一個擴展的安全防護架構,將在 IoE 遍布海軍作戰環境時解決這些挑戰。戰鬥人員將依賴資安防護能力,持續分析和回顧安全監控能力,安全監控方案將帶來更高的自動化,以降低操作人員的工作負荷並提速威脅響應。
隨著海軍戰術雲工作的成熟,混合雲能力和思科公司「InterCloud Fabric」解決方案,將支撐工作負荷的可移植性,而不會影響可用性、安全性和性能,這將極大增強跨系列場景的、基於雲的作戰能力,以及使命任務靈活性。
組成海軍攻擊群的大量艦船、飛行器、潛艇和海上單元的作戰,傳統上嚴重依賴衛星連通性,以實現全球到達和持久作戰。海軍攻擊團體使用的衛星通信鏈路,可以透過空中平台提供的 IP 網路能力得到增強,特別是長航時無人機。
「聯合空中層網路 —— 海事」(JALN-M)是海軍不依賴衛星提供任務持續連通性的一個計劃,使其能在包括「反介入/區域拒止」(A2AD)的多種場景中作戰。
此外,海軍將繼續開發備選的「視線」和「視線外」網路系統,如戰鬥力戰術網路(BFTN),以支撐相連的作戰。當前商業網路解決方案在機載系統中的使用,顯示正在發展的如 JALN-M 和 BFTN 的系統,也可能依賴商業產品來實現聯網能力。
3 相連的後勤概念
提升海軍的協同工具,將提供更好的知識管理以支撐自助能力,讓海軍攻擊群更加自給自足。協同工具可以讓海員透過網路造訪維修和修理影像資料庫,尋找有用的影像或其它資訊,以利用船塢設備修正問題。
當自助失敗或面對一個更難解決的問題,或任務需求要求更緊急的響應時,增強的協同以及遠端輔助方案,將允許海員高效找尋在另一艘艦艇上,或岸上的合適的專家,快速解決這些問題。
IoE 能力將允許在這些案例中,遠端解決問題和提供技術輔助,解決方案可用來創建一個虛擬專家池,使他們能夠最好地支撐多個已佈署的行動,並保持在複雜技術領域中的精通度。
IoE 感測器和連接將實現增強的診斷和健康管理,允許評價在實際運行條件下的系統。允許在原位進行健康評價的 IoE 感測器數據及模型,將持續實施健康監測並自動警告操作人員,與預期參數的偏差或者預計性能的衰退,甚至可以預測未來系統狀態,讓作戰指揮官基於實際設備性能和狀態,根據當前的與預期的使命任務環境和作戰必要性,做出有充分依據的決策。
面向資產管理和倉庫/供應管理的 IoE 能力,將針對關鍵資產的位置提供完整的可視度,甚至使用先進標籤設備獲知資產狀態。IoE 能力和諸如身份服務引擎(ISE)的設備,為海員提供基於背景環境的能力,允許他們使用網路精確定位和管理資產、人員與庫存,並且執行策略。
這將透過無縫的操作、降低的成本、提升的安全和資產的利用,增加維修、供應等方面的生產能力並減少其週期,實現更高的運行效率。RFID 能力也可以用於監測人員位置以提升安全性。
4 相連的基地概念
針對典型機艙和其它船塢環境中的海員,IoE 將透過遠端監測,以極大減少或消除海員暴露在有害條件下的風險。嵌入式感測器或遠端影像監測,將允許海員從牢固和安全的位置,監測有害或勞動密集的任務(如警戒職能、容量監測和實體完整性檢查)。
實體安全防護也可以透過 IoE 顯著增強,以顯著提升海軍的反恐部隊保護(ATFP)能力。影像監視能力將允許在使命任務和作戰狀態要求時,透過電腦或行動設備上,對關鍵區域進行即時監測。實體門禁控制可以增強為自動化管理成百上千個訪問點,提升安全監控並減少工作負荷,諸如臉部和門卡辨識這樣的能力可以進行整合,以使某些安全監控功能自動化並提速。
照明可以透過網路管理,並且連接或整合到其它實體安全監控能力中,智慧照明設備也可以扮演環境感測器,監測運動、特殊物質、濕度、大氣組成、聲音、影像等等。
智慧照明可以用來提供異常探測和即時警報,並且可改變照明條件以更好地支撐當前實際的實體安全監控條件、狀態感知和響應。實體安全監控條件可以透過自動執行快速變化,如基於即時數據或預測分析鎖閉或限制各種訪問點。
運行能量對海軍來說也是關鍵問題,減少燃油消耗和增強部隊機動性、航程和到達能力的解決方案非常重要。IoE 提供即時監測能量消耗的能力,在任務允許或要求時,給海員調節設備最佳能耗所必需的資訊和控制功能,自動化策略確保得到始終如一的、有效的能耗結果。
能量管理解決方案還提供對異常監測有用的數據,基於通常的能耗確定需要進一步調查和分析的活動,並幫助發出警報。異常探測將對能耗驅動因素,提供更深層次的洞察,還可警告操作人員關注可能損害任務目標的使用者行為。
海軍還在探索優化基地發電和耗電的方式,以及創造一個耐久、安全和可靠的能量網路,海軍智慧電網和先進計量工作擁有相連的技術,監測、預測、控制建築和公用事業管理系統,並做出響應。
海軍在能量方面的工作,將繼續使用 IoE 能力實施先進計量,鏈接生產能力以及控制運行,以減少岸上和海上的能耗和花費。
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