黑云制域，算力聚优：美军战术级云概念发展探析
源自： 军事高科技在线
根据国内对美军战术级云计算研究情况，结合开源情报，分析美军战术级云概念发展的愿景、举措、支撑技术，探析其未来可能的发展趋势，亦为我军战术级信息系统建设提供发展思路。
摘 要
在复杂、恶劣的电磁环境中，以本地方式生成处理关键态势数据，并能在时断时续的通信状态下实现数据同步，是部署在作战前沿的战术单元任务规划和保持态势实时响应能力的基础。为此，美军近年来将云计算等概念、技术的发展拓展到战术环境，企求更好的实现任务式指挥、分布式作战。在战略层面，从顶层设计上为战术级云计算提供发展空间；在技术层面，军民多方发力，推动战术级云计算从理论和概念向实战应用转化。根据国内对美军战术级云计算研究情况，结合开源情报，分析美军战术级云概念发展的愿景、举措、支撑技术，探析其未来可能的发展趋势，亦为我军战术级信息系统建设提供发展思路。
战术级云概念是战场信息系统和技术发展的前沿理论，其本质是将云计算从国家级、战区级信息服务节点中拓展到前沿作战的战术作战单元（包括人员和装备，简称战术单元，下同）。美军认为，在大国竞争背景下，己方将无法像在伊拉克、阿富汗和叙利亚战场那样持续拥有通信优势，在其所谓的“反介入/区域拒止”环境下，部署在前沿的战术单元将面临无连接、断续相间和频谱冲突等问题。所以，无连接状态下的数据处理、离线数据同步更新和恢复通信后的态势一致性成为提高战术单元自适应能力和战场弹性的重要保证。不难看出，美军旨在通过发展一种规模小、高机动的信息保障体系，利用体系的算力优势，弥补战术单元在态势感知、自主规划、指挥决策等方面的能力不足。
1.发展举措
基于战场信息跨域融合、群组力量分布作战、跨代平台协同增效的思路，美军各军种自2013年以后均把战术级网络现代化建设作为优先发展事项[1]。例如，陆军提出了四大需求领域，即达成战术单元互操作性，促成任务式指挥，解决旧技术、设施与复杂电磁环境的能力匹配问题，实现战术单元资源无缝共享，形成实时进入和退出区域作战网络的能力（如图1所示）；而海军则以实现态势平台级融合为驱动，以提升整体作战效能为目标，在低带宽和通信资源有限的场景中实施数据整合和战场环境实施感知；空军则认为战术级云计算概念类似于云计算，是空中力量采取分散式部署，在数据链、抗干扰系统和新式火控系统支持下，提升多域信息共享，结合各类空中平台和弹药的优势，实现模块组合、弹性作战。
图1 美陆军部署在伊拉克战场云拓扑结构图
各军种在不同的发展思路下，依据现有技术水平提出了各自的发展路线图[2]。并在《国防部云计算战略》指导下，从多个方面开展云能力建设。一是颁布云计算发展指导文件，明确发展规划。在国防部《国防部云计算战略》中，明确了国防部云计算的目标是：实施云计算，使之成为最具创新性、最高效和最安全的信息和IT服务交付平台，支持在任意地点、任意时间、任意认证设备上遂行国防部任务[3][4]。同时明确了能力建设的指导原则，包括技术标准、弹性体系建设、部署模式、网络安全、提高效费比、实现自适应性、低端通信条件下的信息保障、数据冗余消除等。二是制定云计算技术标准，提供关键支撑。早在2011年，美国国家标准技术研究所就颁布了《云计算参考体系架构》，定义了服务类型和部署模式，进一步规范率云计算能力建设的标准。在此基础上，各军种还提出了云计算能力转型的技术构架指南。例如，在2018年8月1日，陆军宣布向混合云环境发展，试图建立一个集可安全访问、弹性、生存性、灵活性、动态、随需应变、人工智能就绪、自动化和自助服务的云架构。三是优化整合数据中心，将信息保障基础设施向云上迁移。考虑到战术单元在网络和电子攻击下通信质量下降问题，美军尝试将部分国家和战区控制的算力和资源部署到战术网边缘，确保前沿作区域内有类似于数据中心的计算、存储和共享能力。四是卸载分配计算资源，夺取战术级算力优势。为战术单元的作战人员配发便携式通信设备，并建设这些设备能访问的小型服务器；利用数据时间标识确保数据传输高精度、低延迟；能够根据任务和服务器变更，智能卸载旧任务，加载新任务。
2.关键支撑技术
受战术单元固有短板影响，当前战术级云概念发展及应用仍旧处于研发和探索中，实质性产品还未出现。目前，研究重点是相关支撑技术各拓展概念的研发试验。根据开源信息，重点有以下几个方面。
一是信息共享[5]，主要包括战术“小云”、基于内容的移动边缘组网、战术地面报告系统等。战术“小云”类似于一种可移动，能够按照任务需求实时搭建的虚拟数据中心，具备移动云计算能力。战术“小云”可部署在营连级指挥车上，在启动前从更高一级的云端获取部分计算资源和存储资源，例如作战区域的地形图、海图、可用的保障资源、基础设置等，供服务半径内的作战人员使用。战术“小云”可以通过车载Ad-hoc网（VANET）进行高一级的组网，增强网络覆盖范围，提高计算和储存能力。基于内容的移动边缘组网主要针对陆军和海军陆战队的小分队，在无法获取高一层级云资源时，可以将分队内每一部移动设备作为服务器，在分队层面或相邻分队之间共享信息，建立了一个安全的前沿云存储服务，而且时延低，可用性好。基于内容的移动边缘组网本质上是利用现有智能移动设备自带的计算和存储能力，在通信范围内实现实时的信息共享服务，可以根据通信范围内己方、友邻分队上传的数据更新态势信息。战术地面报告系统，驱动系统运行的核心是用户信息，用户为连级以下（含）的战术单元，目的是提高协同、共享和数据分析能力，系统不仅具有数据量优势，还加载了可视化模块，提供直观的战场态势，在系统支持下，战术单元之间可以建立直接的对等协作模式（如图2所示）。
图2 小型TIGR逻辑网络示意图
二是信息处理，包括战术级边缘云、雾计算与边缘计算、无中心“云”等。战术级边缘云属于节点类概念，通过与高级分析工具结合，可以实现视频数据的秒级处理，协助战术单元指挥人员迅速进行决策[6]。战术级边缘云技术具有战场大数据处理能力，加速战术单元的作战周期，同时提高战术单元的战场生存能力。雾计算与边缘计算，是针对前沿作战需求对云计算技术的扩展，在这类技术的支持下，可以利用现有的小型云架构，将高度分散的战场信息设备集成到云中，或者按照力量部署自动形成局部云。雾计算与边缘计算主要解决云计算在战场前沿存在的带宽和组网，以及建设成本问题，同时还解决了战术单元使用大型云架构时存在的权限时延问题，该技术涉及到数据处理、应用软件开发、存储技术、算法、情报分析和网络搭建等技术门类，结合了云计算的算力优势和战术单元的机动优势。需要注意的是，雾计算与边缘计算不具有一致性，前者包含后者，边缘计算更贴近前沿作战的战术单元，通过雾计算与云计算进行数据交互。无中心“云”，旨在解决作战实体与后方基地之间信息传输时有限带宽、安全性差和交互时延等问题。这种云的硬件架构部署时间短，一般在战前几周即可完成，依托这种云，美军的战术单元可以进行本地态势分析，可以缩短数据处理节点与冲突节点之间的距离，取得距离优势；从信息处理效果来看，该技术支持并行处理，可以将态势分解、加载到通联范围内的其他云资源上，提高处理效率。
三是信息传输，包括士兵链（SoldierLink System™，SLS）、防御云等。士兵链的建设目标是将战场信息网络拓展至战术前沿，能够支持低级别分队战斗，反映了美军“保护并赋予士兵权力”的作战理念。美军认为现代战争中，一个单兵都可能面临复杂的态势，所以要增加单兵等战术单元的功能密度，这就需要解决在移动式任务指挥方面存在的能力差距，确保战术单元在执行任务时能够有权限访问必要的信息资源[7]。鉴于此，SLS技术可以将各类战术单元与上级的数据库、算法库进行连接，构建一个安全、不依托预设基础设施、基于移动Ad-hoc网络的高速信息传输网络，允许低级别战术单元共享作战数据。士兵链目前在美国陆军的多个战术网络中均有试验，被证明可以提供强大的信息传输能力，可以将士兵与将军“连接在一起”，赋予士兵很高的决策权限。防御云技术始于2018年，目的是提高作战部队在信息保障有限的环境中的行动效率。防御云技术的数据传输量大，且云架构可以按需求迅速扩展，部署周期仅需几小时，而且具有远程部署能力。从系统架构来看，防御云技术适合临时性的战术需求，进入和退出机制比较灵活，网络弹性与安全性高，可确保战术单元将更多时间投入到作战中，而且受益于云架构的可重组性，战术单元可以有效处置更多的威胁和冲突类型。
3.发展趋势
当前，信息化战争日渐成型、智能化战争初见端倪，美军各军种都在经历向数字化转型的高速发展期，而云计算作为军队步入数字化的加速器，是当前寻求战场信息保障连续性、作战效率和提高未来可扩展性战术单元的优先考虑。近几年，美军战术级云概念研发进程加快，未来也会以更多样化的形式助力军队加速数字化转型，从上文分析来看，未来战术级云计算可能有以下几方面的发展趋势。
一是战术级云模式多样化。美军近年来发展了多种战术级云概念，例如“薄云”“战术小云”“微云”以及类似于云架构的综合战术网络、城区环境通信和自生成、自愈的多层网络等。这说明单一的云模式无法适应多样的战场环境和不同的作战任务场景。未来作战中，大概率会出现多云并用或混合云架构，包括虚拟云、超融合云、防御云、私有战术云、混合云等。其中虚拟云是提高战术级云计算能力的优选方案，这得益于其灵活性和即时运行的特征，可以形成分布式集成和互操作环境、在没有操作员情况下产生数据的自动化互操作性、以虚拟形式显示的用户界面统一性、直观性、简洁性等，还可以提高人机协同效能（如图3）。
图3 未来人机协同作战构想[8]
二是战术级云功能全面化。战术云可以有效提升战术单元信息利用率，在最小化资源利用的同时提高信息安全性。美军意图通过发展战术级云计算提高战术单元的功能密度，从战场感知、交互成本、信息安全等方面夺取战场优势。战场感知领域，未来战术级云计算将服务信息回传、处理、决策、分发、反馈这一动态闭环的各个环节，确保战术单元对战场态势的实时、精准掌控，同时能够高效处理海量态势信息，及时提报本单元的状态和需求。交互成本方面，美军可能在投入建设大数据的同时，推进多功能战术云计算的标准研究与修订，通过统一技术体制、数据格式，实现不同战术云之间的兼容和互联，可以让前沿作战的战术单元根据需求，实时选择使用不同的战术云，减少数据换算、端口搭建等环节。信息安全方面，通过运用战术级云计算，对本地数据进行临时存储，在安全指数达到要求时，再回传给上级指挥机构，一方面便于本地数据的管理和监管，另一方面提高了与上级数据互传过程中的信息安全。
三是战术级云架构精简化。战术单元高机动的战术特征，决定了战术级云架构不能像企业云一样平台庞大、网络复杂。这要求未来战术级云架构在信息传输、处理与分发、利用层面趋向精简。信息传输层，通过整合战术通信设施，构建扁平、实时、动中通、简约的核心网络，解决战术单元设备不兼容问题，提升在高电磁威胁下的生存能力和互操作能力。例如，发展“可移动战术指挥通信”系统（T2C2），用充气天线取代用于卫星通讯的重金属天线。信息处理层，未来主要的信息处理工作将由战术单元完成，通过开发智能算法，加快情报处理重心向战术边缘漂移，通过信息处理工具的小型化，信息处理算法的轻量化，实现战术级数据访问、分布式数据处理和本地数据分发。信息利用层，重点发展移动中态势共享技术，包括态势信息互通和多域态势感知；此外，通过系统规模可变性、云架构灵活性实现态势信息的无缝集成，提高战术级云架构的抗干扰能力与耐用性。
四是战术级云单元单兵化。把单兵能力发挥到极致，是美军相比于其他国家军队的一个显著特征。在可通信范围和协同内，尽可能分散作战人员，是未来战争的制胜原则之一。特别是各类前沿性、颠覆性技术（包括动态传输、边缘传感器、数据到决策、认知增强技术、无人装备、网络安全和弹性等）的加持，单兵可以发挥班排级战术单元的作战效能。战术级云单元是指战术级云的组成部分，可以通过本地网络按需组合、分解，战术级云单元单兵化，可以发挥单兵的敏捷优势和空间上的分布优势，拓展战术单元的感知范围和火力射界。鉴于此，美军在战术级云计算发展过程中，尤为重视单兵信息装备的研发，为单兵信息协同提供信息支撑环境。例如，针对单兵应用，主要采用虚拟技术和模块化技术，并通过综合集成和虚拟应用，进一步减少硬件设备数量，设备小型化，降低重量与功耗。
4.结束语
2013年至今，美军战术级云概念研发引起了战场信息保障模式的巨大变革，也给未来战争形态提供了场景设计。一流军队设计战争，换言之，设计好战场信系统，是预应信息化战争的关键，也是提升未来体系作战能力的“倍增器”。我军各军种均在进行转型建设，学习外军经验，有利于筹划指导自身发展、调整改进发展模式。从上文可以看出，在10余年的发展中，美军战术级云概念研发建设是不断迭代提升的，从顶层设计、发展思路和发展方向上，有很多可以借鉴的经验教训。我军应根据自身发展，结合未来作战需求，强化战术级云计算建设的顶层设计，避免与美军形成算法劣势、算力劣势；要打破军种、兵种，乃至不同单位之间的信息烟囱，从信息共享层面实现一体化作战能力跃迁；要把握好战场信息系统建设的重心，从信息传输、分析、分发、利用等层面提高战术云的核心能力。
