鄧　群，徐世蓮，王　豐，姜智譯

(1.后勤工程學院 后勤信息與軍事物流工程系，重慶 401311； 2.65113部隊，沈陽 110163)

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● 軍事物流Military Logistics

基于Ad hoc技術的物資保障自組織信息網絡

鄧群1，徐世蓮1，王豐1，姜智譯2

(1.后勤工程學院 后勤信息與軍事物流工程系，重慶 401311； 2.65113部隊，沈陽 110163)

為使我軍能夠更加高效地完成物資保障任務，以物資保障信息網絡為出發(fā)點，分析物資保障信息網絡應具備的功能，提出了基于Ad hoc技術的物資保障信息網絡，構建網絡體系架構，闡述子網通信方案，并從風險與防范等角度對其進行了探討。

Ad hoc；自組織；物流保障；信息網絡

Ad hoc網絡在開發(fā)最初的目標之一就是為了滿足軍隊通信系統(tǒng)的需求，使部隊通信系統(tǒng)具備較強的自組織性、抗干擾性、抗毀性與機動性，進而適應惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，各級指揮機構、車輛以及單兵之間，都必須保持通信實時暢通，以實現(xiàn)統(tǒng)一指揮、密切協(xié)同。在戰(zhàn)場上，部隊很難確保能夠建立可靠的有線通信網絡設施，若采用集中式的通信系統(tǒng)，一旦通信樞紐遭到破壞，必將使整個通信系統(tǒng)陷入癱瘓。此外，在應急處置突發(fā)情況的非戰(zhàn)爭軍事行動中，如發(fā)生地震、洪災或冰凍等其他自然災害之后，部隊可能很難利用現(xiàn)有的固定通信網絡設施。

目前，我軍所采用的物資保障模式是從指揮中心到后勤部門再到最終的部隊用戶，形成了層次分明的縱向樹狀信息網絡。這種信息網絡中信息鏈路較長、冗余環(huán)節(jié)繁多，同級節(jié)點之間缺乏橫向聯(lián)通渠道，網絡抗毀能力較差，缺乏靈活性與柔性。尤其是在信息網絡的末端，物資保障單元同上級部門之間的指揮信息鏈路脆弱易毀，需求單元(即部隊用戶)的物資消耗和保障需求信息由于戰(zhàn)場環(huán)境惡劣、網絡通信不暢等原因無法及時反饋，保障單元與需求單元之間缺乏靈活、高效、可靠的信息交互網絡渠道。本文以物資保障信息網絡為出發(fā)點，提出了基于Ad hoc技術的物資保障信息網絡，利用無線Ad hoc網絡分布式、無中心、自組織等特點，探索和討論如何打通軍事物流供應鏈信息網絡的“最后一公里”。

1　Ad hoc網絡

Ad hoc網絡是一種多跳的、無中心的、自組織無線網絡，由若干個具有自組織功能的無線節(jié)點或終端相互連接合作構建而成，是一種不需要固定基礎設施的分布式網絡。網絡中各節(jié)點不僅能夠作為終端設備進行數(shù)據(jù)收發(fā)，還兼具路由器功能。無線Ad hoc網絡既可以單獨運行，也能夠通過網關接入到有線骨干網絡(如因特網等)[1]。

(1)Ad hoc網絡的特點。Ad hoc網絡最顯著的特點是其僅依靠無線節(jié)點自身即可快速構建起一個獨立的移動通信網絡，網絡中不存在絕對的控制中心。分布式的網絡結構與冗余的信息鏈路，使得Ad hoc網絡具有良好的魯棒性和抗毀性，各節(jié)點之間通過分布式算法來協(xié)調彼此的行為[2]，無需人為干預或手動配置。Ad hoc網絡中的節(jié)點通常具有移動性，可隨時建立或斷開網絡連接，導致網絡的拓撲結構處于頻繁的動態(tài)變化之中。網絡中的節(jié)點全部具備路由器功能，能搜索和維護其他節(jié)點的路由，并通過單跳或多跳的方式，實現(xiàn)節(jié)點之間的通信。

(2)Ad hoc網絡的結構。Ad hoc網絡通?？煞譃槠矫娼Y構和分級結構。平面結構中各節(jié)點之間相互對等，原則上不存在瓶頸節(jié)點，源節(jié)點與目標節(jié)點之間通常存在多條鏈路，冗余的路由信道也使得網絡具有良好的抗毀性。一般情況下，平面結構的Ad hoc網絡覆蓋范圍相對較小，安全性較高，但網絡規(guī)模有限，可擴展性差。而在分級結構中，Ad hoc網絡被劃分為若干個簇，每個簇由一個簇頭與若干個簇成員構成[3]，這些簇頭又進一步組成了更高一級的簇。分級結構網絡最為突出的特點是具有良好的擴展性，相同的網絡規(guī)模下消耗更少的路由開銷，缺點則是需要更為復雜的路由算法，不同簇的節(jié)點之間通信效率較低。

2　物資保障信息網絡的功能

物資保障必須以信息為主導，建立便于信息快速傳遞的扁平型網狀體系結構[4]，這就要求物資保障信息網絡必須具備下列功能。

(1)資產可視。在物資包裝標準化的基礎上，借助RFID和條碼技術，對網絡底層基礎數(shù)據(jù)進行采集，實現(xiàn)在儲、在途、周轉物資信息的準確識別與快速錄入。通過信息化手段和智能設施設備，實現(xiàn)對后勤保障物資的數(shù)量、種類、位置與狀態(tài)等信息的實時掌控，尤其是對在途、在運后勤保障物資、車輛、裝備等狀態(tài)的全程可視，對物資信息做到從采購入庫到調撥使用再到報廢回收等全壽命周期無縫追蹤。

(2)精準預測。在實現(xiàn)后勤保障物資可視的基礎上，掌握作戰(zhàn)部隊的物資消耗和需求信息。根據(jù)信息網絡已有的歷史數(shù)據(jù)，構建軍事物流數(shù)據(jù)倉庫，利用數(shù)據(jù)挖掘技術對歷史數(shù)據(jù)進行需求分析；進而對軍事物流系統(tǒng)進行評估；并對部隊用戶的保障需求做出決策預判，借助知識庫、推理機、決策支持系統(tǒng)等進行分析和決策；通過計算機仿真技術對決策進行優(yōu)化或修正，以便于預先進行保障準備以及物資的集散和調度。

(3)快速響應。依托物資保障信息網絡，利用計算機網絡與自動化技術，及時響應保障需求，對于全網資源、供需信息進行高效整合。借助決策支持系統(tǒng)，快速制訂保障方案，以最短的時間完成物資保障任務；借助計算機對配送方式與運輸路徑等保障策略進行優(yōu)化，減少物資保障過程中的冗余環(huán)節(jié)，以直達補給方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的逐級前送，實現(xiàn)從物資源到部隊用戶的直達保障[5]。

(4)實時管控。構建安全、穩(wěn)定、可靠的信息網絡，實現(xiàn)物資保障信息的實時傳遞、有效交互、高度共享，并且根據(jù)戰(zhàn)場各方態(tài)勢的變化，對各種物資保障力量實施動態(tài)指揮和全程管控。利用北斗衛(wèi)星、GPS等全球定位系統(tǒng)，實時掌握保障物資、人員以及車輛等地理信息，為物資保障部隊提供高精度、全天候、全覆蓋的導航服務，優(yōu)化物資保障路線，實現(xiàn)對在途物資的動態(tài)調度。

(5)靈活保障。無論是在高技術條件下瞬息萬變的現(xiàn)代戰(zhàn)場上，還是在非戰(zhàn)爭軍事行動面臨的惡劣自然環(huán)境中，物資保障在實際過程中可能遭遇很多無法預測的干擾因素，要想作戰(zhàn)部隊具有頑強的戰(zhàn)場生存能力和持續(xù)旺盛的戰(zhàn)斗力，就必須提高軍事供應鏈的柔性與可靠性，尤其是軍事供應鏈末端配送環(huán)節(jié)的戰(zhàn)場適應能力，以保證后勤保障及時、穩(wěn)定、靈活。

3　物資保障信息網絡的構建

3.1網絡體系架構

基于Ad hoc技術的物資保障信息網絡包含技術標準和安全保密兩大體系，網絡結構主要分為感知層、網絡層、數(shù)據(jù)層和應用層4層，其體系架構如圖1所示。

圖1　物資保障信息網絡的體系架構

(1)技術標準體系。為物資保障信息網絡提供統(tǒng)一的物資編目編碼與數(shù)據(jù)交互格式，確定接口標準，規(guī)范業(yè)務流程，提供相應技術與資源的標準規(guī)范，確保物資保障信息網絡具備開放性、兼容性和可擴展性。

(2)安全保密體系。通過采用加密手段，為物資保障信息網絡的運行、管理和維護提供安全保障支持，主要用于保證網絡的信息安全，包括基礎設施安全、網絡通信安全、數(shù)據(jù)存儲安全和應用服務安全等。

(3)感知層。用于實現(xiàn)對于網絡底層基礎數(shù)據(jù)信息的感知、識讀、采集、處理和控制，主要包含倉儲和運輸兩個環(huán)節(jié)。對于倉儲環(huán)節(jié)，主要采集物資數(shù)量、質量、位置等狀態(tài)數(shù)據(jù)，溫度、濕度、危險氣體濃度、現(xiàn)場視頻等環(huán)境信息，以及分揀包裝、裝卸搬運、出入庫等作業(yè)的進度情況。對于運輸環(huán)節(jié)，主要采集在途物資、人員、車輛信息，部隊用戶的保障需求信息，以及戰(zhàn)場態(tài)勢的變化信息。

(4)網絡層。作為信息網絡的樞紐，主要用于感知層、數(shù)據(jù)層和應用層之間的數(shù)據(jù)傳輸交互，分為下層接入網和上層骨干網。下層接入網包括總線網絡、Wi-Fi網絡和Ad hoc無線網絡，對于倉儲環(huán)節(jié)所采集的信息，主要通過總線網絡與Wi-Fi網絡進行傳輸，而運輸環(huán)節(jié)中的諸多信息數(shù)據(jù)則可經由Ad hoc無線網絡向上傳遞。上層骨干網絡包括軍用以太網、軍用衛(wèi)星通信網、北斗定位導航網和全軍軍線電話網等。

(5)數(shù)據(jù)層。主要將采集到的不同業(yè)務數(shù)據(jù)存放至相應數(shù)據(jù)庫，規(guī)范數(shù)據(jù)格式，確立規(guī)則邏輯，構建物資保障信息的數(shù)據(jù)倉庫；然后根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對部隊用戶的保障需求進行分析和預測，實現(xiàn)由需求拉動式的被動保障向信息推動式的主動配送轉變。

(6)應用層。包括物資保障業(yè)務相關的管理工具、應用軟件、中間件以及服務接口等，主要用于對物資保障任務進行計劃擬制、分析評估和輔助決策，對物資、人員、車輛等進行狀態(tài)查詢、協(xié)調調度和指揮管控，以及對作業(yè)進度、保障情況進行狀態(tài)監(jiān)控與信息反饋等。

3.2拓撲結構及業(yè)務流程

物資保障信息網絡在頂層骨干網絡采用有線方式進行通信，便于大量數(shù)據(jù)的高速傳輸。而在保障單元和部隊用戶層面的底層網絡，則采用Ad hoc無線網絡技術實現(xiàn)信息的交互與傳輸。物資保障信息網絡拓撲結構及業(yè)務流程如圖2所示。

圖2　物資保障信息網絡拓撲結構及業(yè)務流程

在Ad hoc網絡中，保障單元和部隊用戶形成不同的保障單元簇和部隊用戶簇。部隊用戶(或保障單元)的信息數(shù)據(jù)，通過所在Ad hoc網絡的簇頭，經由軍用通信衛(wèi)星，并最終傳輸至指揮中心(或后勤部門)。而后，指揮中心通過軍網進行需求信息的傳輸和保障任務的下達，后勤部門接收到保障任務后，開始擬制物資保障計劃，并通過衛(wèi)星與保障單元簇進行通信。最后，保障單元根據(jù)保障計劃實施物資保障。

3.3子網通信方案

在物資保障信息網絡中，可將保障單元網絡看作保障子網，將部隊用戶網絡看作需求子網。在傳統(tǒng)的物資保障信息網絡中，保障子網(或需求子網)內部信息數(shù)據(jù)的傳輸必須通過衛(wèi)星中繼來完成，而無法在網絡內部直接進行交互。而不同子網之間的數(shù)據(jù)傳輸，也必須通過衛(wèi)星的信號中轉來完成。這種通信方式，一方面導致了職能單元對于衛(wèi)星通信的依賴過大，非關鍵數(shù)據(jù)占用了大量的通信帶寬，形成信息網絡的通信瓶頸；另一方面，不同職能單元無法直接進行信息交互，造成保障過程靈活性差，物資保障效率低。

基于Ad hoc技術的物資保障信息網絡，憑借Ad hoc網絡的自組織、無中心等良好特性，使得保障子網(或需求子網)能夠直接進行信息交互。從而使子網大量內部數(shù)據(jù)信息的傳輸無需占用寶貴的衛(wèi)星通信帶寬，只有在同上級部門通信時才需要使用衛(wèi)星進行通信(如圖3所示)。

圖3　物資保障信息網絡子網的分級結構

在保障單元(或部隊用戶)簇中，簇頭通常具有較強的通信能力，因此單個職能單元一般可經由簇頭進行衛(wèi)星通信，也可以通過自身直接進行衛(wèi)星通信。相比于傳統(tǒng)物資保障信息網絡，適當增加通信鏈路的冗余度，能夠增強網絡的抗毀性與魯棒性，提高保障單元與部隊用戶的戰(zhàn)場生存能力。

此外，由于保障子網和需求子網采用相同標準的Ad hoc技術，這使得保障單元與部隊用戶在戰(zhàn)場能夠直接建立聯(lián)系，進而可以在上級下達的物資保障計劃基礎上，結合部隊用戶的實際需求情況和戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢，靈活地展開物資保障。通過Ad hoc技術，打通戰(zhàn)場供需節(jié)點之間通信鏈路，增強軍事物流供應鏈末端的柔性，提高物資保障信息網絡的戰(zhàn)場適應能力。

3.4風險與防范

基于Ad hoc技術的物資保障信息網絡的最大的風險，主要來自于Ad hoc網絡較差的安全性。由于Ad hoc網絡具有靈活的自組織性，移動節(jié)點

通過無線信道建立松散的臨時連接，網絡拓撲結構頻繁發(fā)生改變，使得Ad hoc網絡更容易遭受到安全威脅與攻擊[6]。此外，有限的節(jié)點硬件資源，也嚴重制約了強安全保護機制的實現(xiàn)。

究其根本，Ad hoc網絡的安全風險主要來源于信道傳輸?shù)拈_放性，以及由此引起的數(shù)據(jù)易被竊聽、遭篡改等問題。因此，在構建Ad hoc信息網絡時，可著重從信道加密、糾錯等角度出發(fā)，對潛在的安全風險進行防范。同時，還應注重密鑰的分配與管理，加強安全認證與入侵檢測，提高網絡路由協(xié)議安全性，防止針對認證和抗抵賴性的攻擊。

4　結　語

與需要基礎通信設施、拓撲結構確定、可靠性與抗毀性相對脆弱的傳統(tǒng)通信網絡相比，具有分布式、自組織等特點的Ad hoc網絡，更加適用于瞬息萬變的惡劣戰(zhàn)場環(huán)境。Ad hoc網絡要為部隊提供持續(xù)高效、穩(wěn)定可靠、精確靈活的物資保障服務，必須突破傳統(tǒng)保障思路與模式的局限，構建與之功能需求相適應的信息網絡，形成以信息網絡為推手的主動式物資保障模式，增強軍事物流供應鏈末端抗毀性、魯棒性與柔性，努力實現(xiàn)能夠滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭保障需求的配送式后勤。

[1]肖永康,山秀明,任勇.無線Ad hoc網絡及其研究難點[J].電信科學, 2002,18(6):12-14.

[2]李宏博,陳樹新.一種新型無線自組織網絡技術及應用研究[J]. 電子科學技術評論, 2005(3):32-35.

[3]趙志峰,鄭少仁.Ad hoc網絡體系結構研究[J].電信科學,2001,17(1):14-17.

[4]蔣寧,王豐,王進.我軍軍事物流配送保障淺析[J].物流技術, 2007, 26(2):199-201.

[5]羅少鋒,王豐.主動配送式物流保障模式構建[J].軍隊采購與物流, 2008(1):58-62.

[6]王海濤,劉曉明.Ad hoc網絡的安全威脅及對策[J].當代通信, 2005(18):67-69.

(編輯：史海英)

Self-organizing Information Network of Material Support Based on Ad Hoc Technology

DENG Qun1, XU Shilian1, WANG Feng1, JIANG Zhiyi2

(1.Logistics Information & Logistics Engineering Department, Logistical Engineering University,Chongqing 401311, China; 2.Unit 65113, Shenyang 110163, China)

To improve the efficiency and effectiveness of PLA material support, this paper, after analyzing the fundamental functions of the information network of material support, suggests that the Ad-hoc-technology-based overall architecture be constructed, the subnet communication plan be prepared and the risks and precautions be taken.

Ad hoc; self-organizing; material support; information network

2015-10-20；

2016-01-26．

全軍后勤科研計劃項目(CS114L003)．

鄧群(1991—)，男，碩士研究生；

王豐(1964—)，男，教授，碩士研究生導師．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.05.013

E075

A

1674-2192(2016)05- 0053- 05