张建华

(潍坊科技学院,山东 寿光 262700)

物联网技术在海面作战统一调度系统中的应用

张建华

(潍坊科技学院,山东 寿光 262700)

摘要：物联网技术在信息获取、处理、传输、识别都有了全新的定义，它连接了射频RF、无线传感器、雷达、红外线装置以及全球定位系统，其在现代化海面作战统一调度系统中受到重视。本文研究基于物联网的海面作战统一调度系统，提出一种自动化、自适应及分布式的指挥调度网络。最后通过实验表明该方法在对海上战争信息的获取、处理、存储及传输中，实效性有很大提高。

关键词：物联网；自适应 ；分布式

0引言

在现代信息化战争中，对各种信息快速、精确的获取是战争成败的关键。物联网是连接物与物以及物与其他系统的网络，集成了射频技术、传感器技术、无线通信技术、雷达及全球定位系统，按照约定的通信协议，实现物联网中所有物体的信息识别、跟踪以及信息接受处理等功能。其在信息化作战领域中，以物联网为核心构建的海面作战统一调度指挥平台成为其中较为热门的研究方向。

本文首先介绍物联网的基本概念、特点及组成；其次研究海面作战统一调度系统的结构模型，分析物联网中的相关技术在其中的应用，提出海面作战统一调度系统仿真系统模型。最后，提出一种自动化、自适应及分布式的基于物联网技术的作战统一调度网络，给出此种网络结构的系统模型，并进行仿真试验。结果表明，其在信息的获取及处理中，时效性和准确性都得到较大的提升。

1基于物联网指挥调度系统结构

1.1　物联网基本原理及结构

物联网的基础为传感网络，传统的传感网络通过各传感器的数据采集、信息传输等进行网络内部的信息交换及处理。而物联网更为广泛，它除了实现网络内部的信息处理，同时能够实现不同通信协议的网络之间的数据连接。广义的说，物联网除了实现互联网、通信网的功能，同时实现了任何物与物之间的物理感知，达到对物理世界精确的、实时性的管理控制。

物联网的体系结构一般由以下3部分组成：

1)物理感知层包括各种不同类型的传感器、RFID、摄像头、雷达、红外设备、蓝牙、WIFI等。感知层主要完成数据采集及物与物的短距离通信功能。

2)网络层包括无线通信网络、互联网及其他专用网络，与外界进行信息交换。

3)军事应用层：包括指挥调度、军事物流、监测及其他应用。

物联网架构如图1所示。

图1　物联网架构图Fig.1　Structure diagram of Internet of things

1.2　海面作战指挥调度系统

现有的海面作战指挥系统中，所有的信息处理及指挥调度决策最终都在海上信息融合控制中心进行。如雷达数据、舰船传感器定位数据、武器装备数据及兵力部署等，处理完毕后，中心根据统一的决策部署，对海面作战体系中的各单一节点进行命令分发、武器调度及兵力分配。海面作战指挥调度系统的结构及流程如图2所示。

图2　海面作战指挥调度系统结构图Fig.2　Structure diagram of the sea battle command　scheduling system

由图2可知，物理层面感知设备采集的所有数据通过无线通信组网发送给海上作战信息指挥调度系统，系统又由数据库、决策系统以及信息处理组成，经过决策后的指挥调度命令同样由无线通信网络发送给作战中的各分支节点。所以，图2所示系统仅是一个完整的互联网结构，其并没有建立物与物(如单只舰船与舰船)之间的直接联系。

2基于物联网的海面作战指挥调度系统

2.1　分布式指挥调度系统

在第1.2节中，讨论了现有的海面作战指挥调度中心结构。由图2可知，作战所有的决策信息完全保存在统一的信息指挥调度中心数据库中，且对作战时所有的战略部署、调度指挥等命令都是由中心统一发送，这已经不能满足现在战争对于实时性的要求。

所谓分布式指挥调度系统，是利用决策信息的分类存放，整个海面战争每一环节按照决策信息的分类，进行平行层次的组网方式。在同一网络结构中，建立物与物之间的信息交换，并且在子网络内部建立信息决策的子系统，组成子网络的信息指挥调度分中心，一方面与整个海面作战总控制平台进行信息交互，另一方面与网络内部的节点进行信息交互，从而实现了扁平式的指挥控制系统。在作战指挥层次上面，呈现出无指挥层次特征。

以舰船编队单一组网为原型，说明分布式指挥调度系统模型结构。

图3　分布式作战指挥调度系统结构图Fig.3　Structure diagram of the distributed battle command　scheduling system

图3为舰船位置指挥调度控制子系统，在战争初始阶段，信息控制融合中心下发舰船编队及位置坐标决策控制信息到位置指挥调度控制子系统。开始阶段，舰船传感器采集位置信息，通过GPRS网络发送至内部的控制子系统，控制系统一方面通过初始化得到的坐标决策信息进行位置信息控制处理，发送位置控制命令至各舰船，同时和指挥系统控制融合中心进行交互，以便对决策进行更新。

2.2　自适应指挥调度

在信息化作战中，海上舰队一般是和上级指挥单位进行信息沟通，舰队与舰队之间，甚至单只舰船之间的信息沟通困难，对友邻在作战中的战况难以及时掌握。如何加强作战中各兄弟单位之间的联系，而不是唯一通过指挥调度中心获取兄弟单位信息，也是要解决的一个重要方向。这里，构建了基于物联网的信息共享机制，在作战中，通过自适应指挥方式，在各同级作战单元之间建立物联网的实时感知信息，而不再仅仅经过上级成员指挥，获知同级战斗单元作战信息下，也可自适应的调整自身的指挥决策。各作战主体统一共享的实时作战态势，进行“自协同”指挥，作战结构如图4所示。

图4　自适应作战指挥调度系统结构图Fig.4　Structure diagram of the adaptive battle command　scheduling system

由图4可知，整个海面战争分为海底作战单元、海面作战单元及空中作战单元。各作战单位除了自身具有内部的作战指挥调度中心，对外实现了作战态势的数据共享。

3基于物联网的指挥调度系统仿真

3.1　分布式及自适应调度系统流程

有前面分析可知，整个海面作战分为海底、海面及空中3个独立的作战单元，而每个作战单元组成一个单独的组网结构，有各自的指挥调度中心；各自的指挥调度中心在初始化时接受信息控制融合中心分发的决策控制信息，在决策信息跟新前，子网内的战斗单元根据自身的决策信息进行部署；在3个作战单元之间建立信息共享机制，每个作战单元在开始时，可读取其他单元的作战态势，从而调整自身的战略决策，另一方面接受上级从信息控制融合中心下发的决策信息，从而更新自身的策略信息。具体步骤如下：

1)初始化阶段，信息控制融合读取数据库，下发决策信息以及战场模拟环境信息至各作战单元网络子系统；

2)开始阶段，各子系统接受信息控制融合，同时接受网络内各单元发送的实际数据，并根据实际数据及决策控制信息对网内个作战个体进行命令分发；

3)各子系统内节点在战争阶段，按照子系统分发的决策控制信息及战争模拟情景进行部署；

4)各子系统在战争阶段，发送各自的战争态势信息到共享中心；

5)各子系统接受读取共享中心的战争态势信息，来调整自己的作战决策。

系统流程如图5所示。

图5　仿真系统软件工作流程Fig.5　Software flow of simulation system

3.2　仿真实验

仿真实验是基于MASON平台，操作系统为LINUX SUSE。

语言：基于面向对象的C++，支持MASON内置扩展语言，同时支持原语描述。

基于MASON平台的软件结构如图6所示。

图6　MASON平台仿真结构图Fig.6　Simulation structure diagram based on MASON station

海面作战主体分为海底作战子系统﹑海面作战子系统及空中作战子系统3个子网。初始化策略α1,α2,α3；战争过程中策略更新为β1,β2,β3；在战争中子系统发送的共享态势信息为φ1,φ2,φ3。原语描述如下：

init

;; (forMASION,getstrategyα1,α2,α3;)

Begin

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

Share

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

end

最后给出利用自适应及分布式物联网结构海面作战指挥调度系统的各作战单元接受策略指挥的时效性曲线图(见图7)。

由图7可知，基于物理网的分布式自适应海面指挥调度系统在接收策略信息的时效性上有很大提高。

图7　仿真结果图Fig.7　The results of the simulation diagram

4结语

本文研究了现有的物联网体系结构以及海面作战指挥调度系统结构。针对现有的指挥调度系统的单中心模式，不利与策略的及时分发，提出了分布式及自反馈式基于物联网理念指挥调度系统架构。最后给出了此系统的仿真模型，通过实验验证了系统的时效性。

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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

作者简介：张建华( 1971 - ) ，男，副教授，研究方向为计算机网络与通信工程。

收稿日期：2014-06-17； 修回日期： 2014-12-03

文章编号：1672-7649(2015)02-0228-04

doi：10.3404/j.issn.1672-7649.2015.02.052

中图分类号：TP393

文献标识码：A