張建華

(濰坊科技學(xué)院,山東 壽光 262700)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海面作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

張建華

(濰坊科技學(xué)院,山東 壽光 262700)

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息獲取、處理、傳輸、識(shí)別都有了全新的定義，它連接了射頻RF、無線傳感器、雷達(dá)、紅外線裝置以及全球定位系統(tǒng)，其在現(xiàn)代化海面作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)中受到重視。本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)的海面作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)，提出一種自動(dòng)化、自適應(yīng)及分布式的指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)。最后通過實(shí)驗(yàn)表明該方法在對(duì)海上戰(zhàn)爭信息的獲取、處理、存儲(chǔ)及傳輸中，實(shí)效性有很大提高。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；自適應(yīng) ；分布式

0引言

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中，對(duì)各種信息快速、精確的獲取是戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)是連接物與物以及物與其他系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，集成了射頻技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、雷達(dá)及全球定位系統(tǒng)，按照約定的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中所有物體的信息識(shí)別、跟蹤以及信息接受處理等功能。其在信息化作戰(zhàn)領(lǐng)域中，以物聯(lián)網(wǎng)為核心構(gòu)建的海面作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度指揮平臺(tái)成為其中較為熱門的研究方向。

本文首先介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、特點(diǎn)及組成；其次研究海面作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，分析物聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)技術(shù)在其中的應(yīng)用，提出海面作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)仿真系統(tǒng)模型。最后，提出一種自動(dòng)化、自適應(yīng)及分布式的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作戰(zhàn)統(tǒng)一調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，給出此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)模型，并進(jìn)行仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明，其在信息的獲取及處理中，時(shí)效性和準(zhǔn)確性都得到較大的提升。

1基于物聯(lián)網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1　物聯(lián)網(wǎng)基本原理及結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)為傳感網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)通過各傳感器的數(shù)據(jù)采集、信息傳輸?shù)冗M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息交換及處理。而物聯(lián)網(wǎng)更為廣泛，它除了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息處理，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)連接。廣義的說，物聯(lián)網(wǎng)除了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)的功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了任何物與物之間的物理感知，達(dá)到對(duì)物理世界精確的、實(shí)時(shí)性的管理控制。

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)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(dá)、紅外設(shè)備、藍(lán)牙、WIFI等。感知層主要完成數(shù)據(jù)采集及物與物的短距離通信功能。

2)網(wǎng)絡(luò)層包括無線通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)及其他專用網(wǎng)絡(luò)，與外界進(jìn)行信息交換。

3)軍事應(yīng)用層：包括指揮調(diào)度、軍事物流、監(jiān)測及其他應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖Fig.1　Structure diagram of Internet of things

1.2　海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)

現(xiàn)有的海面作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中，所有的信息處理及指揮調(diào)度決策最終都在海上信息融合控制中心進(jìn)行。如雷達(dá)數(shù)據(jù)、艦船傳感器定位數(shù)據(jù)、武器裝備數(shù)據(jù)及兵力部署等，處理完畢后，中心根據(jù)統(tǒng)一的決策部署，對(duì)海面作戰(zhàn)體系中的各單一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行命令分發(fā)、武器調(diào)度及兵力分配。海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及流程如圖2所示。

圖2　海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2　Structure diagram of the sea battle command　scheduling system

由圖2可知，物理層面感知設(shè)備采集的所有數(shù)據(jù)通過無線通信組網(wǎng)發(fā)送給海上作戰(zhàn)信息指揮調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)又由數(shù)據(jù)庫、決策系統(tǒng)以及信息處理組成，經(jīng)過決策后的指揮調(diào)度命令同樣由無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給作戰(zhàn)中的各分支節(jié)點(diǎn)。所以，圖2所示系統(tǒng)僅是一個(gè)完整的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其并沒有建立物與物(如單只艦船與艦船)之間的直接聯(lián)系。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)

2.1　分布式指揮調(diào)度系統(tǒng)

在第1.2節(jié)中，討論了現(xiàn)有的海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度中心結(jié)構(gòu)。由圖2可知，作戰(zhàn)所有的決策信息完全保存在統(tǒng)一的信息指揮調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫中，且對(duì)作戰(zhàn)時(shí)所有的戰(zhàn)略部署、調(diào)度指揮等命令都是由中心統(tǒng)一發(fā)送，這已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在戰(zhàn)爭對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求。

所謂分布式指揮調(diào)度系統(tǒng)，是利用決策信息的分類存放，整個(gè)海面戰(zhàn)爭每一環(huán)節(jié)按照決策信息的分類，進(jìn)行平行層次的組網(wǎng)方式。在同一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，建立物與物之間的信息交換，并且在子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部建立信息決策的子系統(tǒng)，組成子網(wǎng)絡(luò)的信息指揮調(diào)度分中心，一方面與整個(gè)海面作戰(zhàn)總控制平臺(tái)進(jìn)行信息交互，另一方面與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，從而實(shí)現(xiàn)了扁平式的指揮控制系統(tǒng)。在作戰(zhàn)指揮層次上面，呈現(xiàn)出無指揮層次特征。

以艦船編隊(duì)單一組網(wǎng)為原型，說明分布式指揮調(diào)度系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)。

圖3　分布式作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3　Structure diagram of the distributed battle command　scheduling system

圖3為艦船位置指揮調(diào)度控制子系統(tǒng)，在戰(zhàn)爭初始階段，信息控制融合中心下發(fā)艦船編隊(duì)及位置坐標(biāo)決策控制信息到位置指揮調(diào)度控制子系統(tǒng)。開始階段，艦船傳感器采集位置信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至內(nèi)部的控制子系統(tǒng)，控制系統(tǒng)一方面通過初始化得到的坐標(biāo)決策信息進(jìn)行位置信息控制處理，發(fā)送位置控制命令至各艦船，同時(shí)和指揮系統(tǒng)控制融合中心進(jìn)行交互，以便對(duì)決策進(jìn)行更新。

2.2　自適應(yīng)指揮調(diào)度

在信息化作戰(zhàn)中，海上艦隊(duì)一般是和上級(jí)指揮單位進(jìn)行信息溝通，艦隊(duì)與艦隊(duì)之間，甚至單只艦船之間的信息溝通困難，對(duì)友鄰在作戰(zhàn)中的戰(zhàn)況難以及時(shí)掌握。如何加強(qiáng)作戰(zhàn)中各兄弟單位之間的聯(lián)系，而不是唯一通過指揮調(diào)度中心獲取兄弟單位信息，也是要解決的一個(gè)重要方向。這里，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的信息共享機(jī)制，在作戰(zhàn)中，通過自適應(yīng)指揮方式，在各同級(jí)作戰(zhàn)單元之間建立物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)感知信息，而不再僅僅經(jīng)過上級(jí)成員指揮，獲知同級(jí)戰(zhàn)斗單元作戰(zhàn)信息下，也可自適應(yīng)的調(diào)整自身的指揮決策。各作戰(zhàn)主體統(tǒng)一共享的實(shí)時(shí)作戰(zhàn)態(tài)勢，進(jìn)行“自協(xié)同”指揮，作戰(zhàn)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　自適應(yīng)作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4　Structure diagram of the adaptive battle command　scheduling system

由圖4可知，整個(gè)海面戰(zhàn)爭分為海底作戰(zhàn)單元、海面作戰(zhàn)單元及空中作戰(zhàn)單元。各作戰(zhàn)單位除了自身具有內(nèi)部的作戰(zhàn)指揮調(diào)度中心，對(duì)外實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)態(tài)勢的數(shù)據(jù)共享。

3基于物聯(lián)網(wǎng)的指揮調(diào)度系統(tǒng)仿真

3.1　分布式及自適應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)流程

有前面分析可知，整個(gè)海面作戰(zhàn)分為海底、海面及空中3個(gè)獨(dú)立的作戰(zhàn)單元，而每個(gè)作戰(zhàn)單元組成一個(gè)單獨(dú)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有各自的指揮調(diào)度中心；各自的指揮調(diào)度中心在初始化時(shí)接受信息控制融合中心分發(fā)的決策控制信息，在決策信息跟新前，子網(wǎng)內(nèi)的戰(zhàn)斗單元根據(jù)自身的決策信息進(jìn)行部署；在3個(gè)作戰(zhàn)單元之間建立信息共享機(jī)制，每個(gè)作戰(zhàn)單元在開始時(shí)，可讀取其他單元的作戰(zhàn)態(tài)勢，從而調(diào)整自身的戰(zhàn)略決策，另一方面接受上級(jí)從信息控制融合中心下發(fā)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(shù)據(jù)庫，下發(fā)決策信息以及戰(zhàn)場模擬環(huán)境信息至各作戰(zhàn)單元網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)；

2)開始階段，各子系統(tǒng)接受信息控制融合，同時(shí)接受網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各單元發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)及決策控制信息對(duì)網(wǎng)內(nèi)個(gè)作戰(zhàn)個(gè)體進(jìn)行命令分發(fā)；

3)各子系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)在戰(zhàn)爭階段，按照子系統(tǒng)分發(fā)的決策控制信息及戰(zhàn)爭模擬情景進(jìn)行部署；

4)各子系統(tǒng)在戰(zhàn)爭階段，發(fā)送各自的戰(zhàn)爭態(tài)勢信息到共享中心；

5)各子系統(tǒng)接受讀取共享中心的戰(zhàn)爭態(tài)勢信息，來調(diào)整自己的作戰(zhàn)決策。

系統(tǒng)流程如圖5所示。

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

3.2　仿真實(shí)驗(yàn)

仿真實(shí)驗(yàn)是基于MASON平臺(tái)，操作系統(tǒng)為LINUX SUSE。

語言：基于面向?qū)ο蟮腃++，支持MASON內(nèi)置擴(kuò)展語言，同時(shí)支持原語描述。

基于MASON平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6　MASON平臺(tái)仿真結(jié)構(gòu)圖Fig.6　Simulation structure diagram based on MASON station

海面作戰(zhàn)主體分為海底作戰(zhàn)子系統(tǒng)﹑海面作戰(zhàn)子系統(tǒng)及空中作戰(zhàn)子系統(tǒng)3個(gè)子網(wǎng)。初始化策略α1,α2,α3；戰(zhàn)爭過程中策略更新為β1,β2,β3；在戰(zhàn)爭中子系統(tǒng)發(fā)送的共享態(tài)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(yīng)及分布式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的各作戰(zhàn)單元接受策略指揮的時(shí)效性曲線圖(見圖7)。

由圖7可知，基于物理網(wǎng)的分布式自適應(yīng)海面指揮調(diào)度系統(tǒng)在接收策略信息的時(shí)效性上有很大提高。

圖7　仿真結(jié)果圖Fig.7　The results of the simulation diagram

4結(jié)語

本文研究了現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及海面作戰(zhàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。針對(duì)現(xiàn)有的指揮調(diào)度系統(tǒng)的單中心模式，不利與策略的及時(shí)分發(fā)，提出了分布式及自反饋式基于物聯(lián)網(wǎng)理念指揮調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)。最后給出了此系統(tǒng)的仿真模型，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的時(shí)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?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信工程。

收稿日期：2014-06-17； 修回日期： 2014-12-03

文章編號(hào)：1672-7649(2015)02-0228-04

doi：10.3404/j.issn.1672-7649.2015.02.052

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A