基于军事物联网的武器装备智能监管体系架构
时间：2021-05-29 12:00:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
0 引言
物联网（Internet of things）是一种通过射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）、红外感应器、传感器、定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。它主要解决物品到物品（Thing to Thing, T2T），人到物品（Human to Thing, H2T），人到人（Human to Human, H2H）之间的互连。作为信息技术的第三次浪潮，物联网不仅使“感知中国”成为了可能，而且其许多独特的优势可满足军事多业务应用的实时性、准确性和全面性等需求[2]。因此，军事物联网作为物联网的一种延伸和扩展，将在促进军队的现代化建设中发挥重要的作用[3]。
21世纪的战争是以信息为主导、以信息化武器精确打击和信息战为特征的战争。其中，武器装备是军队战斗力的物质基础，是军队履行职能的基本条件[4]。武器装备管理是军队经常性管理中的一项重要内容。由于目前军队的武器装备在使用和监管上具有动用数量大、出入库频繁、安全管理任务重、库房管理人员较少、工作量大等特点[5]，因此急需提高武器装备的精确化、信息化和远程化管理水平，满足对于武器装备灵活调度和武器使用管理安全的要求。
目前，军事物联网还没有一个严格的定义。其中，文献[6]指出军事物联网是一个以现有军用网络为基础，将其末端延伸到具体武器装备，以现实战场环境及实时后勤保障，从而实现物物相连的智能化网络。以之为基础，我们定义军事物联网是一种在网络架构上具有抗干扰、数字化、加密传送特征的特殊物联网。作为物联网的一个新分支，军事物联网不仅可以支持Intranet（内部网），而且能有条件地支持Internet（互联网）。也可以说，军事物联网是物联网技术在军事上的应用，比如战场态势感知、武器装备管理、综合保障、及时通讯、战争系统互联等，从而提升信息化条件下作战打击的精确度和自动化程度。
军队武器装备体系的创新发展能力已成为战斗力生成模式转变的核心要素之一[7,8]，物联网技术在体系建设方面有着十分重要的应用需求[9]，也有一些公司或企业、院校开始了这方面的研究，也开发了一些枪械智能管理原型系统[10-15]，但是这些系统主要实现了对单个大区域或多个独立区域的本地监管，实现多级远程监管功能较困难，从而无法进行全局的调度和管理。
因此，本文在阐述军事物联网基本内涵的基础上，设计基于军事物联网的武器装备智能监管体系，具体包括分层体系结构、智能节点设计、出入库自动化管理、专用电子标签设计、多级远程监管机制等关键技术的解决方案，最后对今后需重点解决的问题进行了展望。
1 多层次高柔性的武器装备智能监管体系结构
体系结构就是指一个系统的基本组织，系统组件、组件之间的相互关系、组件和环境之间的相互关系以及设计和进化的原则[16]。在利用军事物联网技术和军队武器装备分级管理特点的基础上，本文提出了一种如图1所示的多层次高柔性的武器装备智能监管体系结构，以便实现多层次、高效灵活的通信和管理。
图1 武器装备智能监管体系结构
多层次包括两个方面的含义:一方面体系结构涵盖了感知层、网络层和应用层，并且体系结构中监管策略的设计考虑了多个不同层次实体或用户的协作和协同；另一方面，感知层也以分层分簇的形式设计。同时，高柔性一方面是指体系结构中通过有效融合RFID技术与传感器网络技术，引入智能节点，可实现两者的优势互补；另一方面高柔性是指体系结构的自适应能力强，通过使用标准接口，屏蔽了具体应用的差异，可实现与现有其它系统的有效融合。体系结构模型中各层次的设计说明如下：
1.1感知层
图2所示是一种引入了智能节点的感知层体系构架，感知层根据分簇形式设计，包括RFID标签、传感器节点、智能节点等设施。其中，RFID标签完成对所附着对象的标识功能；传感器节点主要完成现场环境数据或监测对象信息的实时感知、采集智能节点收集来自标签节点和传感器节点的信息，然后发送到上位机或内部网络的网关节点上。根据应用场景的不同，智能节点可分为固定式智能节点和可移动式智能节点，固定式智能节点可安装在存放武器装备的库房内，可移动式智能节点可用于库房外武器装备的临时清点等场合。同时，智能节点间可以协作通信。这种引入智能节点的感知层体系架构具有如下优势：第一，解决了传统阅读器之间不能协作通信的问题，可有效实现负载平衡，提高了敏感数据传输的有效性和可靠性；第二，无须单独布置RFID读写器和传感器网关节点，可在一定程度上节省开发成本；第三，由于智能节点可构成无线自组织协作网络，因此网络中可采用密钥管理、安全路由、认证、入侵检测、DoS攻击与访问控制等安全技术[17]来提高感知网络的安全性。
图2 引入智能节点的感知层体系架构
1.2 网络层
网络层一般建立在军事内部网的基础上，即通过各种接入设备与内部网相连，实现感知数据在内部网络之间的安全有效传输，如内部有线通信网、内部卫星通信网络及专用移动通信网络等。
1.3 系统应用层
系统应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，如武器装备出入库自动化管理、多级远程监管、报警管理、统计报表输出、用户权限管理等。另外，该层需要提供外部接口，以便将来其它现有系统互连互通。下面，将对体系结构中涉及的智能节点设计、出入库自动化管理、专用电子标签设计、多级远程监管机制等关键技术的解决方案进行描述。
2 智能节点设计
智能节点有效融合了RFID技术与传感器网络技术，本设计的智能节点的功能结构图如图3所示，包括电源模块、微处理器、RFID读写模块、传感器模块、网络通信协议模块、传感节点射频通信模块、天线与接口模块。其中，各模块的作用如下：
图3 智能节点功能结构图
(1) 电源模块负责为智能节点供电；
(2) 微处理器完成对信息数据的处理、计算以及各模块的相互协调等功能；
(3) RFID读写模块完成对RFID标签的读写；
(4) 传感器模块负责采集温度、声音、压力等各种现场或对象的信息；
(5) 网络通信协议模块负责与RFID标签、传感器节点和上位机设备之间通信协议的制定；
(6) 传感节点射频通信模块完成与传感器节点之间的通信；
(7) 天线与接口模块主要完成无线信号的发送与接收，并且提供与外围设备输入输出接口的管理。
3 基于物联网RFID技术的武器装备出入库自动化管理
武器装备出入库自动化是实现智能监管的关键。基于物联网RFID技术的武器装备出入库自动化管理方案主要包括快速出库、快速入库、快速盘点三个主要环节。
3.1 快速出库
在武器装备快速出库中，RFID读写器自动感知使用人员和武器装备信息，并根据武器装备使用规程和使用人员的级别等作为出库的判定条件。若满足出库条件，则允许出库，并更新相应的状态信息，否则产生报警信号。
3.2快速入库
与快速出库类似，在武器装备使用完成或维修完成后，RFID读写器同样会自动感知归还人员和武器装备信息，并根据武器装备的使用规程、使用时间期限、归还人员与借用人员信息一致性等作为入库的判定条件。若满足入库条件，则允许入库，并更新武器装备状态信息，并收回相关人员的标签，否则产生报警信号。
