物聯網技術在海面作戰統一調度系統中的應用

張建華

(濰坊科技學院,山東 壽光 262700)

物聯網技術在海面作戰統一調度系統中的應用

張建華

(濰坊科技學院,山東 壽光 262700)

摘要：物聯網技術在信息獲取、處理、傳輸、識別都有了全新的定義，它連接了射頻RF、無線傳感器、雷達、紅外線裝置以及全球定位系統，其在現代化海面作戰統一調度系統中受到重視。本文研究基于物聯網的海面作戰統一調度系統，提出一種自動化、自適應及分布式的指揮調度網絡。最后通過實驗表明該方法在對海上戰爭信息的獲取、處理、存儲及傳輸中，實效性有很大提高。

關鍵詞：物聯網；自適應 ；分布式

0引言

在現代信息化戰爭中，對各種信息快速、精確的獲取是戰爭成敗的關鍵。物聯網是連接物與物以及物與其他系統的網絡，集成了射頻技術、傳感器技術、無線通信技術、雷達及全球定位系統，按照約定的通信協議，實現物聯網中所有物體的信息識別、跟蹤以及信息接受處理等功能。其在信息化作戰領域中，以物聯網為核心構建的海面作戰統一調度指揮平臺成為其中較為熱門的研究方向。

本文首先介紹物聯網的基本概念、特點及組成；其次研究海面作戰統一調度系統的結構模型，分析物聯網中的相關技術在其中的應用，提出海面作戰統一調度系統仿真系統模型。最后，提出一種自動化、自適應及分布式的基于物聯網技術的作戰統一調度網絡，給出此種網絡結構的系統模型，并進行仿真試驗。結果表明，其在信息的獲取及處理中，時效性和準確性都得到較大的提升。

1基于物聯網指揮調度系統結構

1.1　物聯網基本原理及結構

物聯網的基礎為傳感網絡，傳統的傳感網絡通過各傳感器的數據采集、信息傳輸等進行網絡內部的信息交換及處理。而物聯網更為廣泛，它除了實現網絡內部的信息處理，同時能夠實現不同通信協議的網絡之間的數據連接。廣義的說，物聯網除了實現互聯網、通信網的功能，同時實現了任何物與物之間的物理感知，達到對物理世界精確的、實時性的管理控制。

物聯網的體系結構一般由以下3部分組成：

1)物理感知層包括各種不同類型的傳感器、RFID、攝像頭、雷達、紅外設備、藍牙、WIFI等。感知層主要完成數據采集及物與物的短距離通信功能。

2)網絡層包括無線通信網絡、互聯網及其他專用網絡，與外界進行信息交換。

3)軍事應用層：包括指揮調度、軍事物流、監測及其他應用。

物聯網架構如圖1所示。

圖1　物聯網架構圖Fig.1　Structure diagram of Internet of things

1.2　海面作戰指揮調度系統

現有的海面作戰指揮系統中，所有的信息處理及指揮調度決策最終都在海上信息融合控制中心進行。如雷達數據、艦船傳感器定位數據、武器裝備數據及兵力部署等，處理完畢后，中心根據統一的決策部署，對海面作戰體系中的各單一節點進行命令分發、武器調度及兵力分配。海面作戰指揮調度系統的結構及流程如圖2所示。

圖2　海面作戰指揮調度系統結構圖Fig.2　Structure diagram of the sea battle command　scheduling system

由圖2可知，物理層面感知設備采集的所有數據通過無線通信組網發送給海上作戰信息指揮調度系統，系統又由數據庫、決策系統以及信息處理組成，經過決策后的指揮調度命令同樣由無線通信網絡發送給作戰中的各分支節點。所以，圖2所示系統僅是一個完整的互聯網結構，其并沒有建立物與物(如單只艦船與艦船)之間的直接聯系。

2基于物聯網的海面作戰指揮調度系統

2.1　分布式指揮調度系統

在第1.2節中，討論了現有的海面作戰指揮調度中心結構。由圖2可知，作戰所有的決策信息完全保存在統一的信息指揮調度中心數據庫中，且對作戰時所有的戰略部署、調度指揮等命令都是由中心統一發送，這已經不能滿足現在戰爭對于實時性的要求。

所謂分布式指揮調度系統，是利用決策信息的分類存放，整個海面戰爭每一環節按照決策信息的分類，進行平行層次的組網方式。在同一網絡結構中，建立物與物之間的信息交換，并且在子網絡內部建立信息決策的子系統，組成子網絡的信息指揮調度分中心，一方面與整個海面作戰總控制平臺進行信息交互，另一方面與網絡內部的節點進行信息交互，從而實現了扁平式的指揮控制系統。在作戰指揮層次上面，呈現出無指揮層次特征。

以艦船編隊單一組網為原型，說明分布式指揮調度系統模型結構。

圖3　分布式作戰指揮調度系統結構圖Fig.3　Structure diagram of the distributed battle command　scheduling system

圖3為艦船位置指揮調度控制子系統，在戰爭初始階段，信息控制融合中心下發艦船編隊及位置坐標決策控制信息到位置指揮調度控制子系統。開始階段，艦船傳感器采集位置信息，通過GPRS網絡發送至內部的控制子系統，控制系統一方面通過初始化得到的坐標決策信息進行位置信息控制處理，發送位置控制命令至各艦船，同時和指揮系統控制融合中心進行交互，以便對決策進行更新。

2.2　自適應指揮調度

在信息化作戰中，海上艦隊一般是和上級指揮單位進行信息溝通，艦隊與艦隊之間，甚至單只艦船之間的信息溝通困難，對友鄰在作戰中的戰況難以及時掌握。如何加強作戰中各兄弟單位之間的聯系，而不是唯一通過指揮調度中心獲取兄弟單位信息，也是要解決的一個重要方向。這里，構建了基于物聯網的信息共享機制，在作戰中，通過自適應指揮方式，在各同級作戰單元之間建立物聯網的實時感知信息，而不再僅僅經過上級成員指揮，獲知同級戰斗單元作戰信息下，也可自適應的調整自身的指揮決策。各作戰主體統一共享的實時作戰態勢，進行“自協同”指揮，作戰結構如圖4所示。

圖4　自適應作戰指揮調度系統結構圖Fig.4　Structure diagram of the adaptive battle command　scheduling system

由圖4可知，整個海面戰爭分為海底作戰單元、海面作戰單元及空中作戰單元。各作戰單位除了自身具有內部的作戰指揮調度中心，對外實現了作戰態勢的數據共享。

3基于物聯網的指揮調度系統仿真

3.1　分布式及自適應調度系統流程

有前面分析可知，整個海面作戰分為海底、海面及空中3個獨立的作戰單元，而每個作戰單元組成一個單獨的組網結構，有各自的指揮調度中心；各自的指揮調度中心在初始化時接受信息控制融合中心分發的決策控制信息，在決策信息跟新前，子網內的戰斗單元根據自身的決策信息進行部署；在3個作戰單元之間建立信息共享機制，每個作戰單元在開始時，可讀取其他單元的作戰態勢，從而調整自身的戰略決策，另一方面接受上級從信息控制融合中心下發的決策信息，從而更新自身的策略信息。具體步驟如下：

1)初始化階段，信息控制融合讀取數據庫，下發決策信息以及戰場模擬環境信息至各作戰單元網絡子系統；

2)開始階段，各子系統接受信息控制融合，同時接受網絡內各單元發送的實際數據，并根據實際數據及決策控制信息對網內個作戰個體進行命令分發；

3)各子系統內節點在戰爭階段，按照子系統分發的決策控制信息及戰爭模擬情景進行部署；

4)各子系統在戰爭階段，發送各自的戰爭態勢信息到共享中心；

5)各子系統接受讀取共享中心的戰爭態勢信息，來調整自己的作戰決策。

系統流程如圖5所示。

圖5　仿真系統軟件工作流程Fig.5　Software flow of simulation system

3.2　仿真實驗

仿真實驗是基于MASON平臺，操作系統為LINUX SUSE。

語言：基于面向對象的C++，支持MASON內置擴展語言，同時支持原語描述。

基于MASON平臺的軟件結構如圖6所示。

圖6　MASON平臺仿真結構圖Fig.6　Simulation structure diagram based on MASON station

海面作戰主體分為海底作戰子系統﹑海面作戰子系統及空中作戰子系統3個子網。初始化策略α1,α2,α3；戰爭過程中策略更新為β1,β2,β3；在戰爭中子系統發送的共享態勢信息為φ1,φ2,φ3。原語描述如下：

init

;; (forMASION,getstrategyα1,α2,α3;)

Begin

;; (forMASION,updatestrategyβ1,β2,β3;)

Share

;; (forMASION,sharewarsituationsφ1,φ2,φ3;)

end

最后給出利用自適應及分布式物聯網結構海面作戰指揮調度系統的各作戰單元接受策略指揮的時效性曲線圖(見圖7)。

由圖7可知，基于物理網的分布式自適應海面指揮調度系統在接收策略信息的時效性上有很大提高。

圖7　仿真結果圖Fig.7　The results of the simulation diagram

4結語

本文研究了現有的物聯網體系結構以及海面作戰指揮調度系統結構。針對現有的指揮調度系統的單中心模式，不利與策略的及時分發，提出了分布式及自反饋式基于物聯網理念指揮調度系統架構。最后給出了此系統的仿真模型，通過實驗驗證了系統的時效性。

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Research on battle command system based on internet of things

ZHANG Jian-hua

(Weifang University of Science and Technology,Shouguang 262700,China)

Abstract：The technology of the internet of things have a new definition for the information acquisition, processing, transmission. It contains RF wireless sensor, radar, infrared device and global positioning system, it′s has great value for the sea battle command scheduling system.This paper develop structure of the sea battle command scheduling system,presents the new distributed and adaptive structure and test it.

Key words：internet of things;adaptive;distributed

作者簡介：張建華( 1971 - ) ，男，副教授，研究方向為計算機網絡與通信工程。

收稿日期：2014-06-17； 修回日期： 2014-12-03

文章編號：1672-7649(2015)02-0228-04

doi：10.3404/j.issn.1672-7649.2015.02.052

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A