美智庫提出基于5G技術(shù)的傳感器飽和理論將為美軍提供新的信息優(yōu)勢

張傳良 龐雪凡

近日，美智庫米切爾航空航天研究所發(fā)布報(bào)告《網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)領(lǐng)域的5G技術(shù)：傳感器飽和理論》，提出5G技術(shù)的進(jìn)步需要美軍重新審視當(dāng)前戰(zhàn)場數(shù)據(jù)搜集的理念，數(shù)以千計(jì)的微型傳感器互連可以更真實(shí)地感知戰(zhàn)場空間;當(dāng)前情報(bào)數(shù)據(jù)浪費(fèi)問題日益嚴(yán)重，基于5G技術(shù)的傳感器飽和理論可提供一個反直覺的解決方案。

產(chǎn)生背景

在數(shù)字革命和數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲技術(shù)發(fā)展的推動下，信息將在戰(zhàn)爭領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

美國擁有遠(yuǎn)程精確打擊的能力，這使其可以任意打擊目標(biāo)而不造成附帶損傷。隨著摧毀敵人的物理手段變得越來越自動化，識別、跟蹤和定位敵對目標(biāo)成為殺傷鏈的關(guān)鍵組成部分，戰(zhàn)場環(huán)境全面感知變得更加必要。

“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”一詞在20世紀(jì)90年代末開始流行，是美軍信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基石。自推行網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念以來，美軍收獲的回報(bào)與挑戰(zhàn)共存。美軍各軍種對此概念的接受和采納程度并不一致。美空軍很早就采用了網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念，并在多次沖突中貫徹運(yùn)用，取得了軍事行動的成功。

當(dāng)前，信息戰(zhàn)的理念主導(dǎo)著軍事行動和技術(shù)獲取的討論。在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念流行的早期，民營部門技術(shù)的發(fā)展反映出信息戰(zhàn)的軍事優(yōu)勢。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的商業(yè)進(jìn)步促使美國軍方思考這些技術(shù)將如何維持未來戰(zhàn)場優(yōu)勢。

5G技術(shù)將徹底改變戰(zhàn)場感知和軍隊(duì)處理數(shù)據(jù)的方式。功能強(qiáng)大的微電子技術(shù)、自動數(shù)據(jù)處理和人工智能以及先進(jìn)的無線連接等因素推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展。這些技術(shù)融合在一起，使先進(jìn)軍事能力成為可能?；谲娛履芰Φ母镄驴商岢鲆环N新的信息優(yōu)勢理論——傳感器飽和理論。

5G技術(shù)對未來戰(zhàn)場的影響

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到了一個關(guān)鍵時期，未來的網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)場將是成千上萬個傳感器的融合。

在審視技術(shù)在戰(zhàn)爭中的應(yīng)用時，有必要提出兩個問題。第一，發(fā)生了什么變化？第二，為什么這種變化是重大的？

對這兩個問題的回答是：第一，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括對這些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理，正在接近一個關(guān)鍵的發(fā)展時刻。具體來說，5G技術(shù)及其催生的傳感器時代已經(jīng)到來，就像20世紀(jì)90年代末的商用網(wǎng)絡(luò)革命一樣，它們無疑將改變民用通信行業(yè)的性質(zhì)。第二，5G技術(shù)蘊(yùn)含著革新未來軍事情報(bào)收集和目標(biāo)定位方式的機(jī)會。

5G技術(shù)融合了多種技術(shù)。第一，它使用能耗較低的微型電池“塔”，利用波束形成的優(yōu)勢，僅在必要時發(fā)送信號;第二，它對電磁頻譜，尤其是高頻和低頻頻譜進(jìn)行了創(chuàng)新利用;第三，它將使用大規(guī)模多輸入多輸出架構(gòu)處理大量流量;第四，它將使用不同的通信協(xié)議使得機(jī)器和節(jié)點(diǎn)輕松地相互連接，并最終連接到“戰(zhàn)斗云”。5G網(wǎng)絡(luò)將具有更低的功率需求、更短的發(fā)送信息的時間、更大的帶寬。

5G技術(shù)及其相應(yīng)傳感器的出現(xiàn)，將改變軍事情報(bào)收集和目標(biāo)定位的方式。第一，5G基站要比前幾代小得多，戰(zhàn)場上的車輛、機(jī)器人和人類均可攜帶小型移動中繼站，形成機(jī)動性強(qiáng)的新型戰(zhàn)斗網(wǎng)絡(luò);第二，5G網(wǎng)絡(luò)將會產(chǎn)生更統(tǒng)一、更簡潔的數(shù)據(jù)，5G網(wǎng)絡(luò)使用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議（IP），可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)兼容;第三，5G技術(shù)的應(yīng)用可以增加戰(zhàn)場傳感器數(shù)量，5G傳感器尺寸的縮小和成本的減少可能會增加戰(zhàn)場上簡單傳感器的數(shù)量，這些體積小、功率低的傳感器可以通過空投方式部署到?jīng)_突地區(qū)，例如，射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)等無線電組件尺寸的縮小，將使戰(zhàn)場上的傳感器變得更小、數(shù)量更多;第四，人工智能將優(yōu)化大型網(wǎng)絡(luò)，可通過操縱傳感器輸入連接，最大化提高效率和搜集能力，通過識別不同類型數(shù)據(jù)并且將其轉(zhuǎn)換為有用的信息，為數(shù)據(jù)融合消除障礙，還能夠基于對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行的大數(shù)據(jù)分析做出預(yù)測。

5G技術(shù)將支持網(wǎng)絡(luò)擁有無限的節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)可向多個載體發(fā)送數(shù)據(jù)，從而有效覆蓋一個作戰(zhàn)區(qū)域。谷歌、臉書或亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)信息公司，熟知海量數(shù)據(jù)搜集、處理與分析。5G技術(shù)的軍事應(yīng)用必須緊跟商業(yè)技術(shù)進(jìn)步的步伐。

隨著數(shù)據(jù)的增多，對戰(zhàn)場空間的推斷變得更加困難，基于5G技術(shù)的傳感器飽和理論可提供解決方案。

5G技術(shù)及其催生的傳感器時代已經(jīng)到來

海灣戰(zhàn)爭表明，摧毀目標(biāo)不是軍事勝利的必要條件，找到目標(biāo)才是最重要的。戰(zhàn)場空間數(shù)據(jù)是打敗敵人的關(guān)鍵之所在，而數(shù)據(jù)使用的最簡單的形式是識別、跟蹤和定位敵對目標(biāo)。觀察戰(zhàn)場空間數(shù)據(jù)的使用方式是發(fā)展軍事傳感理論的第一步。

不同戰(zhàn)爭層級的情報(bào)人員關(guān)注戰(zhàn)場信息的重點(diǎn)不同。在戰(zhàn)爭的各個層級，情報(bào)分析都有目的地傾向于整合，即隨著作戰(zhàn)單位層級的逐級上升，情報(bào)分析人員會試圖解析較低層級的報(bào)告，目的是描繪出作戰(zhàn)環(huán)境的綜合圖像。情報(bào)分析人員不僅要描述戰(zhàn)場空間，還要試圖預(yù)測敵人的能力、意圖和未來的行動。

戰(zhàn)場數(shù)據(jù)被用于描述現(xiàn)實(shí)，隨著數(shù)據(jù)的增多，對戰(zhàn)場空間的推斷變得更加困難，分析人員無法使用所搜集到的全部數(shù)據(jù)。

這種情況下，信號變成了噪音。更可怕的問題是，分析人員需要判斷哪些傳感器提供的數(shù)據(jù)是有價(jià)值的，這些數(shù)據(jù)中哪些是最有用的，是做出預(yù)判所必需的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，這是預(yù)判他們需要哪些支撐數(shù)據(jù)來預(yù)測敵人的能力、意圖和行動。在這種情況下，戰(zhàn)場空間情報(bào)變成了由一系列可能性組成的產(chǎn)品，情報(bào)分析流程變得極不穩(wěn)定。

解決這一問題的方法可能不是使用更好、更強(qiáng)大的傳感器，也不是在給定的時間和地點(diǎn)選擇最合適、最精確的傳感器，而是使用更多的傳感器。

未來的變革性技術(shù)將使戰(zhàn)場空間感知發(fā)生革命性的變化，這一假設(shè)是傳感器飽和理論的基礎(chǔ)。

變革性技術(shù)包括5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理和存儲技術(shù)以及包括人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在內(nèi)的高級數(shù)據(jù)分析技術(shù)。這些技術(shù)的融合塑造了一個由小型、廉價(jià)、低功率、多樣化的傳感器組成的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)建立初期，每個節(jié)點(diǎn)的冪和值都遵循梅特卡夫定律。隨著傳感器數(shù)量的不斷增多，整個系統(tǒng)的能力幾乎停滯不前。越來越多的傳感器甚至對情報(bào)搜集網(wǎng)絡(luò)造成了負(fù)擔(dān)。

但是，隨著傳感器數(shù)量達(dá)到飽和，系統(tǒng)能力將呈現(xiàn)指數(shù)躍升。根據(jù)這一理論，在傳感器數(shù)量達(dá)到飽和時，分析人員關(guān)注的是由所有傳感器數(shù)據(jù)共同描繪的整體戰(zhàn)場圖像，而不是單一傳感器數(shù)據(jù)。此時，單個傳感器價(jià)值趨近于零。

傳感器飽和理論對情報(bào)分析人員的預(yù)判將產(chǎn)生兩個方面的影響。一是降低戰(zhàn)場空間預(yù)測的必要性，這是因?yàn)樨S富的數(shù)據(jù)幾乎描繪出戰(zhàn)場空間的全部情況，分析人員能夠很容易地直接掌握敵人的地理位置和具體情況;二是提高戰(zhàn)場空間預(yù)測的準(zhǔn)確性，新型大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)將增加對敵人認(rèn)知的準(zhǔn)確性，基于大量數(shù)據(jù)的對敵預(yù)測也將更加準(zhǔn)確，這種預(yù)判可以填補(bǔ)任何知識差距。

結(jié) 語

報(bào)告認(rèn)為，美國軍方應(yīng)對戰(zhàn)場5G技術(shù)的運(yùn)用做出積極反應(yīng)，以獲得更大的信息優(yōu)勢。

從目前來看，部署覆蓋整個作戰(zhàn)空間的數(shù)據(jù)傳感器，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集和分析，這是非必要的，甚至可能是荒謬的。

但是隨著5G技術(shù)的進(jìn)步，美國必須重新審視當(dāng)前關(guān)于戰(zhàn)場空間情報(bào)的思想體系。傳感器飽和理論可以為戰(zhàn)場空間數(shù)據(jù)利用率不高的問題提供一種反直覺的解決方案。具體落實(shí)則需要一個整體性的方案，不僅應(yīng)關(guān)注技術(shù)收購和研發(fā)，還要做出系統(tǒng)性的改變，包括理論、組織和戰(zhàn)術(shù)上的改變。

美國軍方越早為這種聯(lián)網(wǎng)可能性做好準(zhǔn)備并采取行動，未來相對于競爭對手的優(yōu)勢就越大。

責(zé)任編輯：陳曉芳