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(dòng)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(dòng)通信流量爆發(fā)式增長(zhǎng)，越來(lái)越多的移動(dòng)應(yīng)用嘗試在終端完成更加復(fù)雜的邏輯計(jì)算功能。雖然終端設(shè)備能夠通過(guò)訪問(wèn)云計(jì)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(shí)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(xiǎn)，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(duì)低時(shí)延、高可靠、隱私保護(hù)的需求，邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。具備邊緣計(jì)算能力的設(shè)備可利用無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出一個(gè)具備高性能、低延時(shí)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(jì)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(jì)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(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)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(zhēng)，態(tài)勢(shì)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(duì)戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)環(huán)境的弱連接鏈路、資源受限、高對(duì)抗、易損毀等特點(diǎn)，構(gòu)建以邊緣計(jì)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(lái)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(jì)算的優(yōu)勢(shì)

邊緣計(jì)算將云服務(wù)中心的計(jì)算、分析、存儲(chǔ)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(jì)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(wèn)題［7-9］。主要具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）低延遲性。邊緣計(jì)算通過(guò)將云服務(wù)中心的部分或全部計(jì)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(shí)性，降低了網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)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(jì)算模型在邊緣設(shè)備和云服務(wù)中心之間分配處理、存儲(chǔ)和應(yīng)用，具備較高的可靠性。

3）高安全性。由于邊緣計(jì)算在本地設(shè)備上完成較多的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，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(xiǎn)。

4）低流量。靠近數(shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備在本地完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、計(jì)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(dòng)戰(zhàn)術(shù)環(huán)境主要依賴超短波、高速電臺(tái)、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(chǎng)信息進(jìn)行處理會(huì)造成很高的傳輸成本和響應(yīng)延遲，可靠性無(wú)法實(shí)時(shí)保障，難以滿足信息系統(tǒng)端節(jié)點(diǎn)近實(shí)時(shí)響應(yīng)需求。因此，可利用邊緣計(jì)算將計(jì)算、分析、存儲(chǔ)等下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，低時(shí)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(jì)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(jì)算、存儲(chǔ)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(shì)是奪取戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的決定性因素，信息的及時(shí)獲取、分發(fā)和共享是取得信息優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)可能在世界的任何一個(gè)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(zhēng)取得勝利的必要條件之一。依靠具備邊緣計(jì)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(dòng)服務(wù)中心、機(jī)動(dòng)指揮所與末端平臺(tái)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(shì)感知、指揮決策、行動(dòng)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(guò)程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生大量的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，指揮決策、武器控制有效時(shí)間也被極大壓縮，戰(zhàn)場(chǎng)呈現(xiàn)低時(shí)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(jì)算模型能夠在靠近數(shù)據(jù)源側(cè)，面向用戶計(jì)算任務(wù)，適配各級(jí)裝備計(jì)算資源條件，提供快速高效的信息計(jì)算處理能力。在信息服務(wù)車等計(jì)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(jì)算資源薄弱的節(jié)點(diǎn)，能用于收發(fā)統(tǒng)一的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖、行動(dòng)計(jì)劃、簡(jiǎn)單的態(tài)勢(shì)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(duì)點(diǎn)通話。

3 邊緣計(jì)算在軍事領(lǐng)域運(yùn)用構(gòu)想

邊緣計(jì)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(zhēng)中的賦能作用，加快構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)全維高效感知共享網(wǎng)絡(luò)、指揮控制敏捷彈性開(kāi)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(wú)人自主的智能化作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)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(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)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(chǎng)偵察和目標(biāo)識(shí)別。準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠的情報(bào)信息是撥開(kāi)戰(zhàn)爭(zhēng)迷霧、明于知彼、料敵在先的前提，也是打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的有力支撐。由于情報(bào)獲取的隱蔽性和高危性，無(wú)人裝備在情報(bào)偵察活動(dòng)中大量被使用。通常情況下，無(wú)人機(jī)、無(wú)人艇等無(wú)人裝備搭載拍照或錄像設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)鏈、短波、超短波等無(wú)線通信手段將獲取的圖像、視頻等資料傳輸給后臺(tái)控制中心，由專業(yè)的情報(bào)業(yè)務(wù)人員進(jìn)行篩選、判讀、分析和標(biāo)注等，以此來(lái)獲取有價(jià)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(chǎng)形勢(shì)對(duì)情報(bào)處理實(shí)時(shí)性的要求。此外，經(jīng)無(wú)人設(shè)備傳輸回后臺(tái)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(chǎng)上有限的帶寬資源。因此，考慮將邊緣計(jì)算應(yīng)用于無(wú)人機(jī)、無(wú)人艇等無(wú)人設(shè)備進(jìn)行偵察目標(biāo)識(shí)別，利用邊緣計(jì)算在數(shù)據(jù)源附近完成對(duì)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(tái)控制中心，能夠極大地降低網(wǎng)絡(luò)資源占用率，同時(shí)減輕了后臺(tái)情報(bào)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(guó)和人民安全的神圣使命，無(wú)論在戰(zhàn)時(shí)還是平時(shí)，均有大量的重要目標(biāo)和機(jī)場(chǎng)、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(shí)間差，可能會(huì)出現(xiàn)紕漏?？稍谥匾繕?biāo)和要害區(qū)域部署具備邊緣計(jì)算能力的智能電子眼，實(shí)時(shí)提取和分析視頻中目標(biāo)的行為特征，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控場(chǎng)景行為感知的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，例如對(duì)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(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵目標(biāo)的定位、識(shí)別、追蹤和異常告警；同時(shí)可協(xié)同具備邊緣計(jì)算能力的小型武器平臺(tái)，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(shí)機(jī)和路徑，確保對(duì)有威脅目標(biāo)進(jìn)行第一時(shí)間的驅(qū)離和打擊，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǎng)物資裝備精準(zhǔn)保障。信息化條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，作戰(zhàn)節(jié)奏加快，戰(zhàn)爭(zhēng)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(duì)戰(zhàn)時(shí)物資保障提出了更高的要求，要求戰(zhàn)場(chǎng)物資保障必須重視速度、突出精度。目前世界各國(guó)正在積極探索戰(zhàn)場(chǎng)物資裝備保障新模式，其中無(wú)人裝備戰(zhàn)場(chǎng)末端保障是各國(guó)的研究熱點(diǎn)。無(wú)人裝備具有不知疲倦、不畏艱險(xiǎn)，使用靈活、適用性好，自主智能、無(wú)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(shí)保障水平。但是戰(zhàn)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境極為復(fù)雜，無(wú)人裝備在運(yùn)輸投送過(guò)程中，需要對(duì)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(shí)感知以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃，還必須對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這必將會(huì)產(chǎn)生大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)于正處于高速機(jī)動(dòng)無(wú)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(wú)法滿足實(shí)時(shí)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(xiǎn)。因此，可以引入邊緣計(jì)算技術(shù)，確保無(wú)人裝備在機(jī)動(dòng)過(guò)程中能夠在本地完成終端計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和共享同步等，從而使無(wú)人運(yùn)輸裝備能夠在復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下完成態(tài)勢(shì)感知、路徑規(guī)劃、自主決策等工作，提高戰(zhàn)場(chǎng)物資準(zhǔn)備保障的智能化水平。

4 措施及建議

4.1 緊盯國(guó)外邊緣計(jì)算軍事化應(yīng)用研究進(jìn)展

美軍在推進(jìn)邊緣計(jì)算的軍事化應(yīng)用上處于世界領(lǐng)先地位，值得我國(guó)關(guān)注。機(jī)動(dòng)邊緣服務(wù)能力研發(fā)已經(jīng)成為美國(guó)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(jì)算能力延伸到戰(zhàn)術(shù)邊緣用戶，發(fā)展戰(zhàn)術(shù)級(jí)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(dòng)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(shì)感知。我軍應(yīng)當(dāng)重視美軍在邊緣計(jì)算軍事化應(yīng)用的進(jìn)展情況，以及可能對(duì)未來(lái)作戰(zhàn)概念和戰(zhàn)場(chǎng)形態(tài)帶來(lái)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(jì)算軍事化應(yīng)用解決方案的研究，在邊緣計(jì)算的軍事化應(yīng)用中占據(jù)先機(jī)。

4.2 開(kāi)展邊緣計(jì)算軍事應(yīng)用需求論證

邊緣計(jì)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(kāi)展邊緣計(jì)算軍事需求的深化研究及相關(guān)概念驗(yàn)證，為邊緣計(jì)算的軍事應(yīng)用場(chǎng)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(jì)算在各類軍事應(yīng)用中面臨的重難點(diǎn)問(wèn)題，分析提出系統(tǒng)的建設(shè)能力需求，為邊緣計(jì)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(chǎng)景演示驗(yàn)證

以邊緣計(jì)算軍事應(yīng)用需求為牽引，在深入探索邊緣計(jì)算典型軍事應(yīng)用場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，針對(duì)戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)環(huán)境的弱連接鏈路、資源受限、高對(duì)抗、易損毀等特點(diǎn)，積極構(gòu)建以邊緣計(jì)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(lái)的信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?zhàn)場(chǎng)決策優(yōu)勢(shì)和行動(dòng)優(yōu)勢(shì)。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(lái)全域作戰(zhàn)情況下，邊緣信息服務(wù)的快速開(kāi)設(shè)部署模式、組織運(yùn)營(yíng)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(jì)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(jì)算的軍事應(yīng)用進(jìn)程。

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

邊緣計(jì)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(huì)對(duì)邊緣計(jì)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(jì)算軍事應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)頂層設(shè)計(jì)，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(jì)算軍事運(yùn)用準(zhǔn)備。一是針對(duì)引入邊緣計(jì)算帶來(lái)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(lái)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(jì)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(jì)算相關(guān)裝備保障制度規(guī)范。三是建立邊緣計(jì)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(jì)算專業(yè)人才培養(yǎng)方案的出臺(tái)與實(shí)施。

5 結(jié)論

信息優(yōu)勢(shì)是奪取戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的決定性因素，信息的及時(shí)獲取、分發(fā)和共享是取得信息優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。邊緣計(jì)算具備低延遲性、高可靠性、高安全性、低流量等優(yōu)勢(shì)，依靠邊緣計(jì)算技術(shù)將云服務(wù)中心的計(jì)算、存儲(chǔ)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(jì)算服務(wù)。結(jié)合恰當(dāng)?shù)耐ㄐ攀侄?，將分析處理過(guò)的信息進(jìn)行及時(shí)分發(fā)共享，能夠克服云計(jì)算時(shí)延長(zhǎng)、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(shì)達(dá)成決策優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)環(huán)境惡劣、不可預(yù)測(cè)，通信條件差等方面，還需進(jìn)一步研究完善邊緣計(jì)算技術(shù)在高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)、復(fù)雜電磁環(huán)境、無(wú)固定設(shè)施依托等場(chǎng)景下的戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)互通與協(xié)同計(jì)算分析能力。