陸軍戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)國(guó)產(chǎn)化芯片之路任重道遠(yuǎn)

陳功

戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)（IoBT）將加速改變未來(lái)作戰(zhàn)形式

近年來(lái)，以美國(guó)為代表的軍事強(qiáng)國(guó)競(jìng)相開(kāi)展戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)（IoBT）的戰(zhàn)略規(guī)劃。從美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）發(fā)布的《未來(lái)陸戰(zhàn)展望》可以看到，美軍非常重視利用IoBT來(lái)應(yīng)對(duì)未來(lái)跨域協(xié)同、無(wú)人化以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)環(huán)境，以此來(lái)保持并增強(qiáng)其戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。鑒于此，美陸軍于2017年就成立了“戰(zhàn)地物聯(lián)網(wǎng)合作研究聯(lián)盟”（IoBT CRA），ARL資助研究聯(lián)盟2500萬(wàn)美元，用于開(kāi)展“戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)演變的智能目標(biāo)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)”（IoBTREIGN）等相關(guān)領(lǐng)域的研究。戰(zhàn)地物聯(lián)網(wǎng)旨在將作戰(zhàn)士兵與裝備、無(wú)線電、武器等智能技術(shù)聯(lián)系起來(lái)，為其提供相應(yīng)的態(tài)勢(shì)感知及預(yù)測(cè)戰(zhàn)場(chǎng)情況，同時(shí)提高作戰(zhàn)人員間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

在IoBT方面，美陸軍一方面研究利用現(xiàn)有智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)作為未來(lái)城市作戰(zhàn)中的戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)的能力補(bǔ)充，另一方面也在研發(fā)一種能在未來(lái)城市作戰(zhàn)的新型通信協(xié)議，即“遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)”。美陸軍將低功耗廣域網(wǎng)LoRa（Long Range，遠(yuǎn)距離——編者注）技術(shù)引入到遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)中，并嘗試將該遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)部署在智能城市，同時(shí)進(jìn)一步研究如何將智能城市中的傳感器及網(wǎng)絡(luò)生成的信息用于軍事用途。據(jù)稱，以LoRa技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)可在距離超過(guò)10km的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且在密集城市中具有高可靠的傳輸性能。

LoRa技術(shù)的起源

戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)（IoBT）示意圖

美陸軍引入IoBT系統(tǒng)的LoRa技術(shù)源于一家美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)Semtech公司，該公司是全球唯一一家擁有該技術(shù)的企業(yè)。Semtech公司從2012年起就在全球民用市場(chǎng)內(nèi)大量推廣LoRa技術(shù)，并且在民用市場(chǎng)上具有眾多的客戶群體。

據(jù)筆者了解，LoRa技術(shù)最初是2009年由法國(guó)Cycleo公司基于CSS調(diào)制技術(shù)發(fā)明并實(shí)現(xiàn)的一種優(yōu)異的擴(kuò)頻通信技術(shù)。相比當(dāng)時(shí)Semtech公司推廣的FSK調(diào)制技術(shù)，LoRa技術(shù)在通信距離、組網(wǎng)、性能、功耗、芯片兼容性、成本等方面更具有優(yōu)勢(shì)。于是，2012年美國(guó)Semtech公司發(fā)起了對(duì)Cycleo公司的收購(gòu)，并在不久后將這一調(diào)制技術(shù)封裝到其生產(chǎn)的芯片中，開(kāi)啟了LoRa技術(shù)的產(chǎn)品化之路。

不過(guò)，僅僅一個(gè)基于LoRa調(diào)制技術(shù)的收發(fā)芯片遠(yuǎn)不足以撬動(dòng)廣闊的廣域物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，Semtech公司聯(lián)合思科、IBM等多家廠商發(fā)起的LoRa聯(lián)盟，推出不斷迭代的遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)LoRaWAN協(xié)議，催生出一個(gè)全球數(shù)百家廠商支持的廣域組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，從而形成廣泛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。LoRaWAN協(xié)議只規(guī)定了MAC（Medium Access Control，介質(zhì)訪問(wèn)控制——編者注）層的規(guī)范，但為了最大限度地發(fā)揮LoRaWAN協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，在物理層需要采用LoRa調(diào)制技術(shù)。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，既有效推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展，又保證了作為L(zhǎng)oRa技術(shù)的唯一擁有者Semtech公司在整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的經(jīng)濟(jì)收益。

國(guó)內(nèi)LoRa技術(shù)的發(fā)展

隨著中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)注意到美國(guó)Semtech公司的LoRa技術(shù)，并將其逐步應(yīng)用在國(guó)內(nèi)民用市場(chǎng)領(lǐng)域。當(dāng)前，中國(guó)作為全球較大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)，幾乎承載了全球約50%的LoRa終端部署數(shù)量。但在筆者看來(lái)，這種通信底層物理層核心技術(shù)由美國(guó)Semtech公司壟斷，其實(shí)并不利于LoRa技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，尤其是在面臨中美長(zhǎng)期全方位對(duì)抗的這種背景下。

為了破除LoRa技術(shù)及LoRaWAN協(xié)議等在中國(guó)面臨的問(wèn)題，Semtech公司以及LoRa聯(lián)盟采取多種合作方式來(lái)增加底層芯片及核心技術(shù)的供應(yīng)商。

直接銷售晶圓

Semtech公司向固定的客戶直接銷售晶圓（制作硅半導(dǎo)體電路所用的硅晶片——編者注），如臺(tái)灣群登科技、翱捷科技、深圳國(guó)民技術(shù)等公司。這些公司通過(guò)芯片SIP技術(shù)將其他芯片與LoRa芯片進(jìn)行合封，并進(jìn)行銷售。

授權(quán)方式

Semtech公司將LoRa的IP授權(quán)給國(guó)內(nèi)廠商翱捷科技，這些廠商根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)、自行增加各種外設(shè)，在一定程度上形成各具特色的LoRa芯片。

據(jù)筆者在翱捷科技（上海）有限公司官網(wǎng)了解到，早在2018年9月，Semtech公司便將LoRa IP授權(quán)給了阿里投資的翱捷科技（上海）有限公司，這是Semtech公司首次向國(guó)內(nèi)企業(yè)授權(quán)LoRa IP。同時(shí)，筆者在ASR官網(wǎng)新聞稿《翱捷科技發(fā)布面向LoRa室內(nèi)應(yīng)用的單通道網(wǎng)關(guān)和LoRaD2D協(xié)議》中了解到，“ASR相繼推出了ASR6501、ASR6502、ASR6505三款LoRa系統(tǒng)芯片集成方案，可支持幾乎全部行業(yè)應(yīng)用及產(chǎn)品解決方案。同時(shí)，還與Semtech、阿里云三方簽署了LoRa IP授權(quán)協(xié)議，成為大中華區(qū)獨(dú)家獲得授權(quán)進(jìn)行LoRa SoC生產(chǎn)和銷售的公司?！?/p>

軍事物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用

國(guó)產(chǎn)化LoRa芯片授權(quán)背后的隱患

軍事物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用

然而，反觀國(guó)際局勢(shì)，隨著中美關(guān)系的變化，華為、?？怠⒋蠼葒?guó)內(nèi)許多公司被列入美國(guó)“實(shí)體清單”，遭受源于美國(guó)相關(guān)技術(shù)的“斷供”，就連ARM（全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）提供商，全世界超過(guò)95%的智能手機(jī)和平板電腦都采用ARM架構(gòu)——編者注）這種源于英國(guó)劍橋的相對(duì)中立的技術(shù)公司也無(wú)法幸免，仍然受到美國(guó)政府的影響。根據(jù)中國(guó)工程院倪光南院士在第十二屆信息安全漏洞分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大會(huì)上的發(fā)言，“根據(jù)美國(guó)法律，如果根源在美國(guó)的技術(shù)發(fā)展，就會(huì)被計(jì)入屬地比重，范圍包括IP與相關(guān)核心技術(shù)，若美國(guó)技術(shù)成分占比超過(guò)25%，就會(huì)受到美國(guó)法律的管轄，這種情況也要在自主可控測(cè)評(píng)中加以考慮?！保〒?jù)外媒報(bào)道，美國(guó)計(jì)劃將源自美國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從25%比重調(diào)降至10%——作者注）筆者認(rèn)為，Semtech公司雖然對(duì)我國(guó)企業(yè)進(jìn)行晶圓銷售和IP授權(quán)等多種合作方式推廣LoRa，但是其作為美國(guó)企業(yè)會(huì)在更大程度上受到美國(guó)政治環(huán)境、出口政策以及法律等制約。如果重要的物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施大量采用LoRa芯片技術(shù)作為通信底層技術(shù)，一旦發(fā)生因?yàn)橹忻狸P(guān)系變化導(dǎo)致相關(guān)芯片斷供或者停止授權(quán)等事件，那將會(huì)造成無(wú)法估量的損失。

同時(shí)，從保密安全性考慮來(lái)說(shuō)，LoRa技術(shù)是Semtech公司獨(dú)有的核心技術(shù)，其并未將技術(shù)細(xì)節(jié)公開(kāi)發(fā)表，這就造成國(guó)內(nèi)外眾多使用者對(duì)該技術(shù)傳輸方式完全不了解，通過(guò)該技術(shù)傳輸?shù)膬?nèi)容可能缺乏安全保護(hù)，這將存在非常大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

自主國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來(lái)可期

黨的十九大報(bào)告指出：“加快軍事智能化發(fā)展，提高基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)能力、全域作戰(zhàn)能力，有效塑造態(tài)勢(shì)、管控危機(jī)、遏制戰(zhàn)爭(zhēng)、打贏戰(zhàn)爭(zhēng)?！笨萍际呛诵膽?zhàn)斗力，人工智能是核心軍事科技。把握軍事智能發(fā)展趨勢(shì)，加速推動(dòng)軍事智能化發(fā)展成為我軍現(xiàn)階段重要的戰(zhàn)略方向。

對(duì)于中國(guó)陸軍戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)而言，由于LoRa技術(shù)受制于美國(guó)企業(yè)，存在非常大的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，不適合直接用于軍事用途，因此不能像美陸軍一樣在IoBT中引入LoRa技術(shù)。中國(guó)陸軍戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)需要盡快地在國(guó)內(nèi)尋找類似LoRa那樣可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離廣域網(wǎng)的自主可控的無(wú)線通信技術(shù)。這樣的國(guó)產(chǎn)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可以滿足陸域戰(zhàn)場(chǎng)一定范圍內(nèi)的人員識(shí)別、搜索定位需求，與此同時(shí)，還可以將基于遠(yuǎn)距離無(wú)線網(wǎng)的末端感知網(wǎng)絡(luò)，作為戰(zhàn)術(shù)后方信息系統(tǒng)戰(zhàn)斗損害、物資彈藥消耗、人員狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)那岸?，通過(guò)網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，與戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)對(duì)按。通過(guò)構(gòu)建完整的信息傳輸，將信息傳送到各級(jí)指揮系統(tǒng)，從而為制定勤務(wù)保障計(jì)劃提供信息支撐。此外，遠(yuǎn)距離廣域網(wǎng)通信技術(shù)也可以用于單兵作戰(zhàn)、聯(lián)合一體化作戰(zhàn)、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，可提升軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。

據(jù)筆者了解，當(dāng)前在國(guó)內(nèi)也有眾多相對(duì)成熟的，并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化遠(yuǎn)距離廣域網(wǎng)通信技術(shù)，如縱行科技ZETA技術(shù)，華為參與制定的NB-IoT技術(shù)，以及磐啟微電子Chirp-IoT技術(shù)等。充分利用自主的國(guó)產(chǎn)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，確保軍用系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化芯片及協(xié)議的自主研發(fā)，才能不斷加快推進(jìn)國(guó)內(nèi)陸軍IoBT等軍事智能化發(fā)展，保證我軍未來(lái)軍事發(fā)展的穩(wěn)定。

編輯/魏開(kāi)功

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