陳 霄，劉 巍*，夏淋淋，周 覲，王 瀲

（1.軍事科學(xué)院，北京 100091；2.海軍研究院科技創(chuàng)新中心，北京 102442）

0 引言

移動互聯(lián)網(wǎng)的普及和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展促使移動通信流量爆發(fā)式增長，越來越多的移動應(yīng)用嘗試在終端完成更加復(fù)雜的邏輯計算功能。雖然終端設(shè)備能夠通過訪問云計算服務(wù)中心，為用戶提供便利的數(shù)據(jù)支持，但是不僅增加了傳輸時延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，而且增加了數(shù)據(jù)隱私泄露的風(fēng)險，極大地降低了用戶的體驗(yàn)［1-3］。因此，為了滿足各類業(yè)務(wù)對低時延、高可靠、隱私保護(hù)的需求，邊緣計算應(yīng)運(yùn)而生。具備邊緣計算能力的設(shè)備可利用無線接入網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出一個具備高性能、低延時與高帶寬的信息服務(wù)環(huán)境，就近提供用戶IT 所需服務(wù)和云端計算功能，加速網(wǎng)絡(luò)中各類信息、服務(wù)和應(yīng)用的快速分發(fā)和共享［4-6］。邊緣計算的眾多優(yōu)點(diǎn)使其具備在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的可能，未來戰(zhàn)爭形態(tài)必將是多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)背景下，高效、協(xié)同、信息貫穿末端的高技術(shù)局部戰(zhàn)爭，態(tài)勢感知、籌劃決策、指揮控制等能力不再局限于指揮所內(nèi)部，而是不斷向戰(zhàn)術(shù)前沿環(huán)境延伸，面對戰(zhàn)術(shù)機(jī)動作戰(zhàn)環(huán)境的弱連接鏈路、資源受限、高對抗、易損毀等特點(diǎn)，構(gòu)建以邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等技術(shù)為核心的戰(zhàn)術(shù)末端信息服務(wù)模式，探索其在未來作戰(zhàn)中的典型運(yùn)用方式，具有十分重要的軍事意義。

1 邊緣計算的優(yōu)勢

邊緣計算將云服務(wù)中心的計算、分析、存儲等能力擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)邊緣，能夠提供低延遲、高可靠和隱私保護(hù)的本地計算服務(wù)，解決了數(shù)據(jù)傳輸成本高、延遲大、安全隱私性差等問題［7-9］。主要具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）低延遲性。邊緣計算通過將云服務(wù)中心的部分或全部計算任務(wù)遷移到數(shù)據(jù)源附近，保證了數(shù)據(jù)處理的實(shí)時性，降低了網(wǎng)絡(luò)的平均時延。

2）高可靠性。相比傳統(tǒng)集中的云服務(wù)模式容易受到分布式拒絕服務(wù)攻擊和斷電的影響，邊緣計算模型在邊緣設(shè)備和云服務(wù)中心之間分配處理、存儲和應(yīng)用，具備較高的可靠性。

3）高安全性。由于邊緣計算在本地設(shè)備上完成較多的數(shù)據(jù)處理和存儲，而不是將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)中心，降低了數(shù)據(jù)隱私泄露的風(fēng)險。

4）低流量?？拷鼣?shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備在本地完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、計算、分析等，不必將采集到的所有數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)中心或共享至其他邊緣設(shè)備，從而極大地降低了網(wǎng)絡(luò)流量。

2 軍事應(yīng)用需求分析

2.1 低延遲的作戰(zhàn)服務(wù)響應(yīng)能力需求

機(jī)動戰(zhàn)術(shù)環(huán)境主要依賴超短波、高速電臺、微波、衛(wèi)星等通信鏈路資源，網(wǎng)絡(luò)連通斷續(xù)、弱連接、資源嚴(yán)重受限，向云服務(wù)中心回傳戰(zhàn)場信息進(jìn)行處理會造成很高的傳輸成本和響應(yīng)延遲，可靠性無法實(shí)時保障，難以滿足信息系統(tǒng)端節(jié)點(diǎn)近實(shí)時響應(yīng)需求。因此，可利用邊緣計算將計算、分析、存儲等下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，低時延、低流量等優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建邊緣信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好的情況下，可利用云服務(wù)中心提供的計算和分析能力，在網(wǎng)絡(luò)斷續(xù)甚至中斷的情況下，基于邊緣信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和各終端設(shè)備的計算、存儲能力，盡可能實(shí)現(xiàn)信息服務(wù)支撐能力。

2.2 區(qū)域覆蓋的戰(zhàn)術(shù)信息資源共享需求

信息優(yōu)勢是奪取戰(zhàn)爭勝利的決定性因素，信息的及時獲取、分發(fā)和共享是取得信息優(yōu)勢的關(guān)鍵。未來戰(zhàn)爭可能在世界的任何一個區(qū)域打響，在未知的作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)快速建立覆蓋全區(qū)的信息共享環(huán)境是戰(zhàn)爭取得勝利的必要條件之一。依靠具備邊緣計算能力的終端信息服務(wù)裝備，建立起固有銜接、一體運(yùn)行、邊緣協(xié)同的信息服務(wù)支撐環(huán)境，支持機(jī)動服務(wù)中心、機(jī)動指揮所與末端平臺中服務(wù)的統(tǒng)一納管和調(diào)度，推進(jìn)信息服務(wù)能力向戰(zhàn)術(shù)邊緣延伸，增強(qiáng)邊緣信息服務(wù)能力，可為態(tài)勢感知、指揮決策、行動控制等各類戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用提供信息服務(wù)支撐。

2.3 按需適配的邊緣信息服務(wù)需求

一線作戰(zhàn)部隊(duì)在作戰(zhàn)過程中實(shí)時產(chǎn)生大量的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，指揮決策、武器控制有效時間也被極大壓縮，戰(zhàn)場呈現(xiàn)低時延響應(yīng)的特點(diǎn)，要求指揮員在復(fù)雜多變的局面中快速作出決策。邊緣計算模型能夠在靠近數(shù)據(jù)源側(cè)，面向用戶計算任務(wù)，適配各級裝備計算資源條件，提供快速高效的信息計算處理能力。在信息服務(wù)車等計算資源豐富的節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)刹靾D像、高清影像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，為輔助決策提供支撐；在單兵可穿戴裝備等計算資源薄弱的節(jié)點(diǎn)，能用于收發(fā)統(tǒng)一的戰(zhàn)場態(tài)勢圖、行動計劃、簡單的態(tài)勢標(biāo)繪等，還可以接入戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)的組內(nèi)廣播和點(diǎn)對點(diǎn)通話。

3 邊緣計算在軍事領(lǐng)域運(yùn)用構(gòu)想

邊緣計算具備低延遲性、高可靠性、高安全性、低流量等優(yōu)點(diǎn)，與人工智能、大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、5G 等技術(shù)融合，充分挖掘新興技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的賦能作用，加快構(gòu)建戰(zhàn)場態(tài)勢全維高效感知共享網(wǎng)絡(luò)、指揮控制敏捷彈性開放網(wǎng)絡(luò)、后勤裝備精準(zhǔn)支援保障網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)協(xié)同和無人自主的智能化作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，對于提升基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的多域精確作戰(zhàn)能力具有重要意義，成為未來戰(zhàn)爭新模式的重要技術(shù)支撐［10-12］。典型應(yīng)用構(gòu)想具體如下：

1）戰(zhàn)場偵察和目標(biāo)識別。準(zhǔn)確、及時、可靠的情報信息是撥開戰(zhàn)爭迷霧、明于知彼、料敵在先的前提，也是打贏信息化戰(zhàn)爭的有力支撐。由于情報獲取的隱蔽性和高危性，無人裝備在情報偵察活動中大量被使用。通常情況下，無人機(jī)、無人艇等無人裝備搭載拍照或錄像設(shè)備通過數(shù)據(jù)鏈、短波、超短波等無線通信手段將獲取的圖像、視頻等資料傳輸給后臺控制中心，由專業(yè)的情報業(yè)務(wù)人員進(jìn)行篩選、判讀、分析和標(biāo)注等，以此來獲取有價值的信息。但是這種處理模式難以滿足復(fù)雜多變的戰(zhàn)場形勢對情報處理實(shí)時性的要求。此外，經(jīng)無人設(shè)備傳輸回后臺控制中心的圖像和視頻，大部分都不包括目標(biāo)信息，極大地浪費(fèi)了戰(zhàn)場上有限的帶寬資源。因此，考慮將邊緣計算應(yīng)用于無人機(jī)、無人艇等無人設(shè)備進(jìn)行偵察目標(biāo)識別，利用邊緣計算在數(shù)據(jù)源附近完成對圖片和視頻的本地處理，僅僅將含有目標(biāo)信息的關(guān)鍵幀或關(guān)鍵的微視頻回傳到后臺控制中心，能夠極大地降低網(wǎng)絡(luò)資源占用率，同時減輕了后臺情報業(yè)務(wù)人員分析處理的壓力。

2）重要目標(biāo)和要害區(qū)域防衛(wèi)。我軍擔(dān)負(fù)著保衛(wèi)祖國和人民安全的神圣使命，無論在戰(zhàn)時還是平時，均有大量的重要目標(biāo)和機(jī)場、港口等要害區(qū)域的防衛(wèi)任務(wù)。傳統(tǒng)情況下通常采用派遣士兵輪流進(jìn)行晝夜巡邏的方式，不僅消耗大量的人力物力，而且區(qū)域巡邏存在時間差，可能會出現(xiàn)紕漏?？稍谥匾繕?biāo)和要害區(qū)域部署具備邊緣計算能力的智能電子眼，實(shí)時提取和分析視頻中目標(biāo)的行為特征，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控場景行為感知的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，例如對穿越警戒線、區(qū)域徘徊、游蕩、奔跑等行為進(jìn)行分析和檢測，實(shí)現(xiàn)對入侵目標(biāo)的定位、識別、追蹤和異常告警；同時可協(xié)同具備邊緣計算能力的小型武器平臺，根據(jù)目標(biāo)類型和威脅程度快速進(jìn)行自主決策并規(guī)劃武器發(fā)射類型、最優(yōu)發(fā)射時機(jī)和路徑，確保對有威脅目標(biāo)進(jìn)行第一時間的驅(qū)離和打擊，實(shí)現(xiàn)對重要目標(biāo)和要害區(qū)域“技防”和“人防”的雙重安全保障，有效履行防衛(wèi)任務(wù)。

3）戰(zhàn)場物資裝備精準(zhǔn)保障。信息化條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭，作戰(zhàn)節(jié)奏加快，戰(zhàn)爭的激烈程度和破壞性空前增強(qiáng)，作戰(zhàn)物資消耗急劇增加，對戰(zhàn)時物資保障提出了更高的要求，要求戰(zhàn)場物資保障必須重視速度、突出精度。目前世界各國正在積極探索戰(zhàn)場物資裝備保障新模式，其中無人裝備戰(zhàn)場末端保障是各國的研究熱點(diǎn)。無人裝備具有不知疲倦、不畏艱險，使用靈活、適用性好，自主智能、無人員傷亡等優(yōu)點(diǎn)，可遂行物資裝卸、運(yùn)輸投送等任務(wù)，提高運(yùn)輸效率和戰(zhàn)時保障水平。但是戰(zhàn)時戰(zhàn)場環(huán)境極為復(fù)雜，無人裝備在運(yùn)輸投送過程中，需要對行進(jìn)路線周圍的地形地貌、障礙物分布等環(huán)境狀況進(jìn)行實(shí)時感知以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃，還必須對自身狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，這必將會產(chǎn)生大量的動態(tài)數(shù)據(jù)，對于正處于高速機(jī)動無人裝備，如若將數(shù)據(jù)上傳云端進(jìn)行處理和決策，不僅無法滿足實(shí)時性的要求，而且還存在隱私泄露和數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險。因此，可以引入邊緣計算技術(shù)，確保無人裝備在機(jī)動過程中能夠在本地完成終端計算、數(shù)據(jù)處理和共享同步等，從而使無人運(yùn)輸裝備能夠在復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境下完成態(tài)勢感知、路徑規(guī)劃、自主決策等工作，提高戰(zhàn)場物資準(zhǔn)備保障的智能化水平。

4 措施及建議

4.1 緊盯國外邊緣計算軍事化應(yīng)用研究進(jìn)展

美軍在推進(jìn)邊緣計算的軍事化應(yīng)用上處于世界領(lǐng)先地位，值得我國關(guān)注。機(jī)動邊緣服務(wù)能力研發(fā)已經(jīng)成為美國防部重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域之一，其代表性項(xiàng)目包括：聯(lián)合信息環(huán)境、陸軍戰(zhàn)術(shù)薄云/微云、海軍戰(zhàn)術(shù)云、空軍作戰(zhàn)云項(xiàng)目［13-15］，核心是將云計算能力延伸到戰(zhàn)術(shù)邊緣用戶，發(fā)展戰(zhàn)術(shù)級的信息處理節(jié)點(diǎn)，提供面向任務(wù)的信息精準(zhǔn)服務(wù)能力，以及面向移動用戶的信息智能推送與協(xié)同交互能力，全面提升戰(zhàn)術(shù)邊緣用戶的信息共享與態(tài)勢感知。我軍應(yīng)當(dāng)重視美軍在邊緣計算軍事化應(yīng)用的進(jìn)展情況，以及可能對未來作戰(zhàn)概念和戰(zhàn)場形態(tài)帶來的變化，分析研判可能的威脅，加快發(fā)展反制技術(shù)和邊緣計算軍事化應(yīng)用解決方案的研究，在邊緣計算的軍事化應(yīng)用中占據(jù)先機(jī)。

4.2 開展邊緣計算軍事應(yīng)用需求論證

邊緣計算技術(shù)雖然軍事應(yīng)用前景廣闊，但還未形成系統(tǒng)的需求論證與作戰(zhàn)理論支撐，因此，必須深入開展邊緣計算軍事需求的深化研究及相關(guān)概念驗(yàn)證，為邊緣計算的軍事應(yīng)用場景落地提供指導(dǎo)。一是積極探索戰(zhàn)術(shù)邊緣作戰(zhàn)概念與組織運(yùn)用研究，分析梳理戰(zhàn)術(shù)邊緣環(huán)境下軍種內(nèi)部以及跨軍兵種的信息服務(wù)保障需求；二是聚焦邊緣計算在各類軍事應(yīng)用中面臨的重難點(diǎn)問題，分析提出系統(tǒng)的建設(shè)能力需求，為邊緣計算相關(guān)裝備的研制和技術(shù)突破提供軍事指導(dǎo)及需求輸入。

4.3 典型場景演示驗(yàn)證

以邊緣計算軍事應(yīng)用需求為牽引，在深入探索邊緣計算典型軍事應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上，針對戰(zhàn)術(shù)機(jī)動作戰(zhàn)環(huán)境的弱連接鏈路、資源受限、高對抗、易損毀等特點(diǎn)，積極構(gòu)建以邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等技術(shù)為核心的戰(zhàn)術(shù)末端信息服務(wù)演示驗(yàn)證環(huán)境，將網(wǎng)絡(luò)資源帶來的信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)閼?zhàn)場決策優(yōu)勢和行動優(yōu)勢。充分利用演示驗(yàn)證環(huán)境積極探索戰(zhàn)術(shù)邊緣環(huán)境下，各軍種以及跨軍種聯(lián)合面向未來全域作戰(zhàn)情況下，邊緣信息服務(wù)的快速開設(shè)部署模式、組織運(yùn)營模式、運(yùn)維保障模式以及抗毀接替策略等，為推進(jìn)邊緣計算技術(shù)在實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，加速推進(jìn)邊緣計算的軍事應(yīng)用進(jìn)程。

4.4 加強(qiáng)邊緣計算軍用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制度規(guī)范建設(shè)

邊緣計算涉及海量的終端設(shè)備、邊緣節(jié)點(diǎn)，是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)處理的前端，而這些設(shè)備往往存在異構(gòu)性，不同的數(shù)據(jù)接口、不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同的傳輸協(xié)議等，都會對邊緣計算軍事應(yīng)用的大面積推廣產(chǎn)生阻礙，因此，亟需做好邊緣計算軍事應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)頂層設(shè)計，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制度規(guī)范。從作戰(zhàn)運(yùn)用、裝備保障、人才培養(yǎng)等方面做好邊緣計算軍事運(yùn)用準(zhǔn)備。一是針對引入邊緣計算帶來的作戰(zhàn)樣式與信息流轉(zhuǎn)的變化，以及海量用戶隨遇接入帶來的安全隱患，做好作戰(zhàn)規(guī)范及運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)研究。二是做好邊緣計算相關(guān)裝備運(yùn)用維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化研究，建設(shè)平戰(zhàn)一體的邊緣計算相關(guān)裝備保障制度規(guī)范。三是建立邊緣計算相關(guān)人才的培養(yǎng)和管理制度，構(gòu)建完善的專業(yè)技術(shù)人才崗前基礎(chǔ)培訓(xùn)、崗位實(shí)踐鍛煉、軍事職業(yè)教育，積極協(xié)調(diào)推進(jìn)邊緣計算專業(yè)人才培養(yǎng)方案的出臺與實(shí)施。

5 結(jié)論

信息優(yōu)勢是奪取戰(zhàn)爭勝利的決定性因素，信息的及時獲取、分發(fā)和共享是取得信息優(yōu)勢的關(guān)鍵。邊緣計算具備低延遲性、高可靠性、高安全性、低流量等優(yōu)勢，依靠邊緣計算技術(shù)將云服務(wù)中心的計算、存儲等能力下沉到戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，可以提供低延遲、高可靠和隱私保護(hù)的本地計算服務(wù)。結(jié)合恰當(dāng)?shù)耐ㄐ攀侄?，將分析處理過的信息進(jìn)行及時分發(fā)共享，能夠克服云計算時延長、受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境制約等缺點(diǎn)，可為一線部隊(duì)（邊緣作戰(zhàn)力量）按需獲取、靈活共享各類資源、以信息優(yōu)勢達(dá)成決策優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制、末端智能提供有力支撐。但鑒于軍用與民用在需求、環(huán)境等方面具有很大差異，尤其體現(xiàn)在戰(zhàn)場環(huán)境惡劣、不可預(yù)測，通信條件差等方面，還需進(jìn)一步研究完善邊緣計算技術(shù)在高機(jī)動作戰(zhàn)、復(fù)雜電磁環(huán)境、無固定設(shè)施依托等場景下的戰(zhàn)場互聯(lián)互通與協(xié)同計算分析能力。