美軍戰(zhàn)術(shù)邊緣云分析

美軍認(rèn)為，在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境下，美軍的通信鏈路容易受到干擾和破壞，導(dǎo)致作戰(zhàn)單元之間、作戰(zhàn)單元與后方指揮中心之間的數(shù)據(jù)傳輸中斷或不穩(wěn)定。例如，敵對方的電子戰(zhàn)能力可以對美軍的通信衛(wèi)星、雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)行干擾，使美軍的通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓或降效。在這種情況下，傳統(tǒng)的依賴于集中式數(shù)據(jù)中心和穩(wěn)定通信鏈路的作戰(zhàn)模式將受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

前沿作戰(zhàn)單元需要具備更強(qiáng)的自主決策和作戰(zhàn)能力，能夠獨(dú)立完成任務(wù)規(guī)劃、態(tài)勢感知和火力打擊等作戰(zhàn)行動(dòng)。因此在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境下，美軍推進(jìn)戰(zhàn)術(shù)邊緣云建設(shè)，增強(qiáng)前沿作戰(zhàn)單元的自主性，提高情報(bào)獲取和決策的速度、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，提升美軍在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下的作戰(zhàn)效能。

戰(zhàn)術(shù)邊緣云概念

“邊緣”是指更接近數(shù)據(jù)源或最終用戶的設(shè)備、傳感器和計(jì)算資源，而不是集中式數(shù)據(jù)中心或遠(yuǎn)程云服務(wù)器。戰(zhàn)術(shù)邊緣云計(jì)算是指一種分布式計(jì)算范式，它將云計(jì)算功能擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”，通常在傳統(tǒng)云服務(wù)可能不容易獲得、不實(shí)用的遠(yuǎn)程場景以及具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中。

因?yàn)閼?zhàn)術(shù)邊緣云計(jì)算旨在盡可能靠近數(shù)據(jù)生成位置處理數(shù)據(jù)，所以一般具備減少延遲的特性，支持實(shí)時(shí)或近乎實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序，在軍事行動(dòng)部署和災(zāi)難響應(yīng)等場景中尤為重要。另一方面，戰(zhàn)術(shù)邊緣云計(jì)算相關(guān)設(shè)備往往部署于前線，常受到前線計(jì)算資源的限制，對設(shè)備體積、處理能力、內(nèi)存和存儲(chǔ)等方面均有要求。

而且，在遠(yuǎn)程或敵對環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)連接可能是間歇性的或不可靠的。戰(zhàn)術(shù)邊緣云系統(tǒng)需要在在斷開連接或低帶寬條件下工作，即使網(wǎng)絡(luò)不可用，它們也能繼續(xù)運(yùn)行。

戰(zhàn)術(shù)邊緣云架構(gòu)

戰(zhàn)術(shù)邊緣云系統(tǒng)可以被認(rèn)為是整個(gè)云作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的一部分，但是運(yùn)算節(jié)點(diǎn)距離邊緣用戶更近，更強(qiáng)調(diào)在邊緣設(shè)備之間分配計(jì)算和存儲(chǔ)資源。理想狀態(tài)下，每個(gè)C2節(jié)點(diǎn)都有能力在傳感器、數(shù)據(jù)的使用中提供自主計(jì)算。

從整個(gè)作戰(zhàn)云的架構(gòu)來看，底層是接入網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)平臺(tái)，包括如加油機(jī)、無人機(jī)、移動(dòng)車輛等作戰(zhàn)平臺(tái)，以及士兵攜帶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(例如RFID標(biāo)簽、可穿戴設(shè)備等)。上層是本土的計(jì)算中心和骨干網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，計(jì)算中心負(fù)責(zé)常態(tài)化的全球訪問服務(wù)和復(fù)雜任務(wù)，骨干網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將戰(zhàn)術(shù)邊緣層通過骨干網(wǎng)連接至本土計(jì)算中心。中間的戰(zhàn)術(shù)邊緣層則是由云粒(cloudlet)和“霧”網(wǎng)關(guān)組成的霧計(jì)算子層，與前端作戰(zhàn)平臺(tái)距離近，并且采用分布式架構(gòu)，可以提供低延遲的計(jì)算服務(wù)，例如傳感器融合、人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)、定位服務(wù)或?yàn)樵鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供流媒體內(nèi)容的數(shù)據(jù)緩存。

作戰(zhàn)云架構(gòu)示意

其中，Cloudlet在戰(zhàn)術(shù)上解決了云計(jì)算的局限性。Cloudlet由部署在戰(zhàn)場上的服務(wù)器和通信設(shè)備組成，是數(shù)據(jù)流向云或其他戰(zhàn)場邊緣節(jié)點(diǎn)的收集節(jié)點(diǎn)。Cloudlet通常托管在部隊(duì)附近的平臺(tái)上，如在運(yùn)輸箱、前方作戰(zhàn)基地(FOBS)、地面控制站和數(shù)據(jù)采集地面車輛、飛機(jī)、船只和其他海上船只附近的戰(zhàn)術(shù)云小站，它們?yōu)橐苿?dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)提供計(jì)算卸載功能，并提供前沿?cái)?shù)據(jù)暫存，為脫機(jī)用戶提供數(shù)據(jù)流提供數(shù)據(jù)過濾。即使與核心網(wǎng)絡(luò)斷開連接，邊緣云也可以繼續(xù)使用，并可以將計(jì)算任務(wù)從資源貧乏的移動(dòng)設(shè)備卸載到附近更強(qiáng)大的機(jī)器上，稱為網(wǎng)絡(luò)覓食。另外，Cloudlet的服務(wù)器是支持虛擬化和動(dòng)態(tài)資源分配的，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)分配計(jì)算和存儲(chǔ)資源，支持動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)的加入和離開，能夠快速響應(yīng)移動(dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)的連接請求，并在動(dòng)態(tài)的、隨時(shí)間變化的自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，從而根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)完成動(dòng)態(tài)組網(wǎng)。

Cloudlet應(yīng)用架構(gòu)示意

網(wǎng)關(guān)方面，一般情況下，邊緣計(jì)算層采用分布式網(wǎng)關(guān)為終端作戰(zhàn)設(shè)備提供連接，根據(jù)需要可以提供如分配計(jì)算密集型任務(wù)服務(wù)，便于終端作戰(zhàn)設(shè)備之間的協(xié)作。邊緣層的網(wǎng)關(guān)可以是單板計(jì)算機(jī)(SBC)或其他類似設(shè)備，具備尺寸小、成本低的特點(diǎn)，并且能夠在戰(zhàn)術(shù)場景中快速部署。

戰(zhàn)術(shù)邊緣云應(yīng)用

戰(zhàn)術(shù)邊緣云支撐戰(zhàn)術(shù)邊緣網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)，主要是可以構(gòu)建各作戰(zhàn)單元之間的無縫連接和信息共享，加強(qiáng)各作戰(zhàn)單元之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力，使他們在行動(dòng)上更加協(xié)調(diào)一致，發(fā)揮出整體作戰(zhàn)效能。

如美國空軍的通用戰(zhàn)術(shù)邊緣網(wǎng)絡(luò)(CTEN)最初將連接目前使用不一致網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)行的空軍空中平臺(tái)，并通過連接傳感器和平臺(tái)，并在所有域之間分發(fā)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合全域指揮和控制。CTEN的數(shù)據(jù)融合將使控制多個(gè)平臺(tái)的作戰(zhàn)人員能夠作為一個(gè)整體進(jìn)行思考和作，從而大大縮短決策周期。

戰(zhàn)術(shù)邊緣云應(yīng)用示意

另外，戰(zhàn)術(shù)邊緣云還能依托動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)資源分配等技術(shù)，快速將任務(wù)區(qū)域內(nèi)平臺(tái)和裝備進(jìn)行組網(wǎng)，根據(jù)任務(wù)需要，快速、靈活的組建起殺傷鏈。

目前已經(jīng)有消息表明，美軍向加油機(jī)上部署邊緣云計(jì)算服務(wù)器，將加油機(jī)作為空中邊緣作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和計(jì)算中心。

在KC-46加油機(jī)上安裝通信“吊艙”，使其成為連接美國空軍F-22和F-35戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)載數(shù)據(jù)中心，以便它們可以實(shí)時(shí)相互通信，并將通過傳感器收集的數(shù)據(jù)中繼到后方指揮控制中心，一方面，增強(qiáng)從戰(zhàn)術(shù)級到戰(zhàn)略級的態(tài)勢感知能力，讓作戰(zhàn)人員更好地了解戰(zhàn)場情況;另一方面，優(yōu)化指揮決策，使指揮官獲得更及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，從而制定出更優(yōu)的作戰(zhàn)方案，實(shí)現(xiàn)決策優(yōu)勢，加快指揮決策過程。

另外，將KC-46加油機(jī)作為邊緣計(jì)算中心，能在A2/AD環(huán)境中建立起具備更強(qiáng)隱蔽性、抗干擾、高帶寬的通信鏈路，確保在復(fù)雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)單元之間的信息交互暢通。(來源：北京藍(lán)德信息科技有限公司)

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