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陆军战场物联网国产化芯片之路任重道远

2021-01-28陈功

轻兵器 2021年1期
关键词:国产化战场军事

陈功

战场物联网(IoBT)将加速改变未来作战形式

近年来,以美国为代表的军事强国竞相开展战场物联网(IoBT)的战略规划。从美国陆军研究实验室(ARL)发布的《未来陆战展望》可以看到,美军非常重视利用IoBT来应对未来跨域协同、无人化以及网络化作战环境,以此来保持并增强其战场优势。鉴于此,美陆军于2017年就成立了“战地物联网合作研究联盟”(IoBT CRA),ARL资助研究联盟2500万美元,用于开展“战场物联网演变的智能目标驱动网络”(IoBTREIGN)等相关领域的研究。战地物联网旨在将作战士兵与装备、无线电、武器等智能技术联系起来,为其提供相应的态势感知及预测战场情况,同时提高作戰人员间的协同作战能力。

在IoBT方面,美陆军一方面研究利用现有智慧城市的物联网作为未来城市作战中的战场物联网的能力补充,另一方面也在研发一种能在未来城市作战的新型通信协议,即“远程广域网”。美陆军将低功耗广域网LoRa(Long Range,远距离——编者注)技术引入到远程广域网中,并尝试将该远程广域网部署在智能城市,同时进一步研究如何将智能城市中的传感器及网络生成的信息用于军事用途。据称,以LoRa技术为基础的远程广域网可在距离超过10km的物联网设备中进行数据传输,并且在密集城市中具有高可靠的传输性能。

LoRa技术的起源

战场物联网(IoBT)示意图

美陆军引入IoBT系统的LoRa技术源于一家美国半导体企业Semtech公司,该公司是全球唯一一家拥有该技术的企业。Semtech公司从2012年起就在全球民用市场内大量推广LoRa技术,并且在民用市场上具有众多的客户群体。

据笔者了解,LoRa技术最初是2009年由法国Cycleo公司基于CSS调制技术发明并实现的一种优异的扩频通信技术。相比当时Semtech公司推广的FSK调制技术,LoRa技术在通信距离、组网、性能、功耗、芯片兼容性、成本等方面更具有优势。于是,2012年美国Semtech公司发起了对Cycleo公司的收购,并在不久后将这一调制技术封装到其生产的芯片中,开启了LoRa技术的产品化之路。

不过,仅仅一个基于LoRa调制技术的收发芯片远不足以撬动广阔的广域物联网市场,Semtech公司联合思科、IBM等多家厂商发起的LoRa联盟,推出不断迭代的远程广域网LoRaWAN协议,催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系,从而形成广泛的产业生态。LoRaWAN协议只规定了MAC(Medium Access Control,介质访问控制——编者注)层的规范,但为了最大限度地发挥LoRaWAN协议的优势,在物理层需要采用LoRa调制技术。通过这种设计,既有效推动了物联网产业生态的发展,又保证了作为LoRa技术的唯一拥有者Semtech公司在整个产业中的经济收益。

国内LoRa技术的发展

随着中国物联网及工业物联网等技术的不断发展,越来越多的国内企业注意到美国Semtech公司的LoRa技术,并将其逐步应用在国内民用市场领域。当前,中国作为全球较大的物联网应用市场,几乎承载了全球约50%的LoRa终端部署数量。但在笔者看来,这种通信底层物理层核心技术由美国Semtech公司垄断,其实并不利于LoRa技术在国内的发展,尤其是在面临中美长期全方位对抗的这种背景下。

为了破除LoRa技术及LoRaWAN协议等在中国面临的问题,Semtech公司以及LoRa联盟采取多种合作方式来增加底层芯片及核心技术的供应商。

直接销售晶圆

Semtech公司向固定的客户直接销售晶圆(制作硅半导体电路所用的硅晶片——编者注),如台湾群登科技、翱捷科技、深圳国民技术等公司。这些公司通过芯片SIP技术将其他芯片与LoRa芯片进行合封,并进行销售。

授权方式

Semtech公司将LoRa的IP授权给国内厂商翱捷科技,这些厂商根据自己的需求设计芯片架构、自行增加各种外设,在一定程度上形成各具特色的LoRa芯片。

据笔者在翱捷科技(上海)有限公司官网了解到,早在2018年9月,Semtech公司便将LoRa IP授权给了阿里投资的翱捷科技(上海)有限公司,这是Semtech公司首次向国内企业授权LoRa IP。同时,笔者在ASR官网新闻稿《翱捷科技发布面向LoRa室内应用的单通道网关和LoRaD2D协议》中了解到,“ASR相继推出了ASR6501、ASR6502、ASR6505三款LoRa系统芯片集成方案,可支持几乎全部行业应用及产品解决方案。同时,还与Semtech、阿里云三方签署了LoRa IP授权协议,成为大中华区独家获得授权进行LoRa SoC生产和销售的公司。”

军事物联网的战场应用

国产化LoRa芯片授权背后的隐患

军事物联网的战场应用

然而,反观国际局势,随着中美关系的变化,华为、海康、大疆等国内许多公司被列入美国“实体清单”,遭受源于美国相关技术的“断供”,就连ARM(全球领先的半导体知识产权(IP)提供商,全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构——编者注)这种源于英国剑桥的相对中立的技术公司也无法幸免,仍然受到美国政府的影响。根据中国工程院倪光南院士在第十二届信息安全漏洞分析与风险评估大会上的发言,“根据美国法律,如果根源在美国的技术发展,就会被计入属地比重,范围包括IP与相关核心技术,若美国技术成分占比超过25%,就会受到美国法律的管辖,这种情况也要在自主可控测评中加以考虑。”(据外媒报道,美国计划将源自美国技术标准从25%比重调降至10%——作者注)笔者认为,Semtech公司虽然对我国企业进行晶圆销售和IP授权等多种合作方式推广LoRa,但是其作为美国企业会在更大程度上受到美国政治环境、出口政策以及法律等制约。如果重要的物联基础设施大量采用LoRa芯片技术作为通信底层技术,一旦发生因为中美关系变化导致相关芯片断供或者停止授权等事件,那将会造成无法估量的损失。

同时,从保密安全性考虑来说,LoRa技术是Semtech公司独有的核心技术,其并未将技术细节公开发表,这就造成国内外众多使用者对该技术传输方式完全不了解,通过该技术传输的内容可能缺乏安全保护,这将存在非常大的安全风险。

自主国产化战场物联网技术未来可期

党的十九大报告指出:“加快军事智能化发展,提高基于网络信息体系的联合作战能力、全域作战能力,有效塑造态势、管控危机、遏制战争、打赢战争。”科技是核心战斗力,人工智能是核心军事科技。把握军事智能发展趋势,加速推动军事智能化发展成为我军现阶段重要的战略方向。

对于中国陆军战场物联网而言,由于LoRa技术受制于美国企业,存在非常大的生产风险,不适合直接用于军事用途,因此不能像美陆军一样在IoBT中引入LoRa技术。中国陆军战场物联网需要尽快地在国内寻找类似LoRa那样可以实现远距离广域网的自主可控的无线通信技术。这样的国产化物联网技术不仅可以满足陆域战场一定范围内的人员识别、搜索定位需求,与此同时,还可以将基于远距离无线网的末端感知网络,作为战术后方信息系统战斗损害、物资弹药消耗、人员状态参数等数据采集和传输的前端,通过网关汇聚节点的数据,与战术通信系统对按。通过构建完整的信息传输,将信息传送到各级指挥系统,从而为制定勤务保障计划提供信息支撑。此外,远距离广域网通信技术也可以用于单兵作战、联合一体化作战、战场监测等领域,可提升军队战斗力。

据笔者了解,当前在国内也有众多相对成熟的,并具有自主知识产权的国产化远距离广域网通信技术,如纵行科技ZETA技术,华为参与制定的NB-IoT技术,以及磐启微电子Chirp-IoT技术等。充分利用自主的国产化物联网技术,确保军用系统的国产化芯片及协议的自主研发,才能不断加快推进国内陆军IoBT等军事智能化发展,保证我军未来军事发展的稳定。

编辑/魏开功

陆域战场物联网

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