推荐！《5G与边缘计算：美国防部（DoD）与JADC2的未来》（中文版）2023最新报告

引言

2020年12月，美国防部长发布了《美国防部5G战略实施计划》。在该计划中，国防部（DoD）描述了将5G和边缘计算整合到军事行动中的重要性，主要是为了其更高的性能、数据驱动的应用以及机器对机器的通信。该战略为5G能力的开发、实验和原型设计提供了基准路线图，同时确保国防部将促进5G技术的发展和采用。该计划强调了该技术的重要性和新兴能力，以及正在进行的具有无限实施可能性的努力。然而，5G和边缘计算可以实现更多。它是军方联合全域指挥与控制（JADC2）概念的关键，可极大改善指挥与控制（C2）、后勤、未来武器能力以及大规模作战行动实施等领域。

随着《美国国防战略》引导联合部队走向大国竞争的环境，并抵御近邻对手，JADC2概念已成为统一网络、传感器和武器系统，在各军种、司令部、决策者和作战人员之间分发信息的基石。JADC2促进了所有领域的统一努力，以利用联合和伙伴国能力的优势，为任务指挥官提供快速开发、执行或在杀伤链之间转换的能力，以压垮对手的防御，使敌人陷入多重困境。图1显示了JADC2布局图，以及所有领域必须如何连接成一个 "作战网络"，以促进决策周期。

图1：JADC2结构图

此外，空军还提出了 "敏捷作战"（ACE）的概念，以应对太平洋战区的威胁和挑战。国家已经进入了远距离的大国竞争领域，指挥官需要有能力根据经验数据实时做出近乎瞬时的决策。更重要的是，作战信息和目标数据必须在不同的单个平台和整个部队之间无缝共享。已经开始开发所需的解决方案，通过作战人员在作战战术边缘的开发，实现不同系统和波形之间的互操作性；事实上，这正是最需要创新的地方。

自动战术瞄准和反火力杀伤链系统等有能力连接不同的传感器和射手，并自主提供近乎即时的目标数据。然而，这些开发中的系统所缺乏的是一个可扩展的集成5G网络，该网络与战场前沿的边缘计算相结合。这种网络不仅能让网络上的所有单位立即共享信息，还能让前线战士之间立即处理数据，而无需将数据传送回作战中心供决策者重新发布。随着指挥权的下放，分布式执行将变得无缝衔接。

5G和边缘计算

目前，军方严重依赖不同的C2系统，如Link-16、Blue Force Tracker、Riverjack Tracker和Situational Awareness Data Link。此外，已开始利用内华达山脉公司的战术无线电应用扩展（TraX）等软件开发连接这些系统的能力，该软件能够理解多种军用标准通信协议并进行通信，从而连接跨域和波形的信息。虽然TraX可以帮助系统 "对话"，但它需要将软件连接到每个网络，以创建一个共同的操作画面，并共享来自不同网络资产的数据。随后需要的是将每个人置于同一网络的前向能力。TraX只是这项技术的开端。

5G是下一代蜂窝网络，速度比4G网络快100倍。它是一种能够创建物联网（IoT）的网络，因为它具有99.999%的可靠性、5毫秒的端到端延迟、10Gb/s的峰值数据传输速率、500公里的移动性、高能效，并且能够维持10Tb/s/km²的移动数据量。物联网本身是一个由联网设备或系统组成的集体网络，其技术可促进这些设备和云之间以及设备本身之间的通信。有了5G网络，美国防部将有能力管理和运营大规模物联网网络，提供单位自主权、终端用户计算、自主系统和更快的延迟速度。

通过5G网络，视频、语音、传感器、目标定位、侦察，甚至步兵武器瞄准镜等数据的访问将变得非常容易，而且对任何需要的人来说都是即时的。前线的士兵可以自主、实时地向后方部队多路广播他们看到的前方情况。为了实现这种能力，美国防部必须找到新的方法来实现数据流边缘计算解决方案，或者建立一个能够提供更多地理分布访问的网络。目标是让军队能够使用边缘计算，而无需重新规划现有的基础设施。采用边缘计算系统的5G将使网络连接速度与5G同步，并提供近乎即时的通信。因此，美国防部必须采用边缘计算技术支持的5G网络，以创建一个能够扩展到其庞大基础设施中的新网络。

这种令人难以置信的网络能力与多接入边缘计算（MEC）相结合，为连接部队并即时共享时间敏感数据和信息提供了无限的技术可能性。MEC使云服务器能够更靠近终端运行，从而减少延迟并加快本地处理速度（图2显示了传统云结构与MEC网络之间的区别）。

图2：传统云网络与多接入边缘计算（MEC）

这就提供了支持更多时间敏感型应用的能力，并能在战场最前沿与最终用户一起立即处理数据。边缘计算的分散式架构使技术资源更接近数据产生地，减少了响应时间滞后。边缘计算与5G的大带宽、超高速和显著降低的延迟相结合，有望使军队充分发挥人工智能（AI）、物联网、大规模机器型通信（mMTC）、超可靠和低延迟通信（URLLC）、沉浸式现实和自动化等创新的潜力。

联合全域指挥与控制

解决JADC2的概念问题一直处于军事创新的前沿。几乎所有与开发或支持该概念相关的东西都能获得资金和研究批准。每个人都在研究如何将单项技术结合起来支持JADC2。虽然这是发展未来军事C2概念的一大部分，但需要将创新从单个 "管道 "能力扩展到重建网络。5G的真正意义在于其对未来战争网络的影响。更多成本更低、连接性更强、功能更强大的系统能够在瞬息万变的作战场景中运行，这将为该网络提供支持。此外，5G将把分散的网络整合为单一网络，使士兵能够更清楚地了解自己的位置并做出更好的决策。在后勤和维护层面也将产生积极影响。一旦网络开发完成，个人技术和软件就可以重新编程，以便集成到网络中。

实现这一目标将是一个巨大的步骤，需要军方创建一个新的网络基础设施。与Verizon和T-Mobile等私营网络合作，可为5G网络奠定基础，同时开发创新系统，将该网络推向世界任何地方。可在前沿基地建立移动5G塔台，而机载C2平台，如E-3 AWACS、P-3 Orion、RC-135 Rivet Joint或新平台，可提供机载网络扩展或中继，类似于已建立的战场机载通信节点（BACN）。其扩展能力与Link-16类似，在视线范围之外的用户仍可通过它们之间的中继器进行通信。

一旦网络建立起来，所有前向传感器都可以联网并相互通信。该网络将通过所有连接的用户创建一个物联网，先进的人工智能将对从前线传输到后方决策者的大量数据进行优先排序和列表。这一过程将是无缝和近乎同步的。一旦联网，后方作战中心将获得巨大的战场态势感知能力，从完整部队的位置到前线无人机（UAV）的视频画面，甚至是M1艾布拉姆斯坦克的瞄准画面。对射雷达会自动向飞机发送目标数据，飞机可以发布它们看到的目标，这些目标会出现在离它们最近的地面部队中。前方观察员可以标记目标，同时立即将数据推送给在其领空内自主飞行的徘徊弹药。飞机将能够通过与其他飞机的近距离传感器轻松地进行自我冲突。安装在火炮表面的传感器可以在空域内创建禁飞区，因为飞行员将能够看到在空中飞行的单个弹药。5G和边缘计算可创建mMTC和URLLC网络。

无论哪个分支机构、单位或系统，5G都将使一切能够相互 "对话"。只有不兼容的5G系统才需要TraX等系统。TraX可以转换来自不同平台的无线电频率，并将其转化为5G信息，就像它可以将蓝色力量追踪器的位置信息发布到Link-16上一样。这种将传感器无缝、自主地连接到射手的能力将大大缩短军事瞄准和决策过程，从几分钟缩短到几秒钟。联合部队指挥官将全面了解其所有资产和单位的态势。海军驱逐舰将有能力与陆军前线观察员进行通信，空军部队将能够在同一联合作战中心的监督下与海军陆战队炮兵进行通信。前方侦察机将有能力定位纵深目标，并将目标数据传递给途中的多管火箭炮系统（MLRS）。一旦多管火箭炮系统到达ACE机场，就能立即向目标开火。这是JADC2在5G网络上的近期能力。

敏捷作战部署

为支持JADC2，空军正在试验基于5G网络互联的游牧和移动分布式C2车辆的弹性C2。这种移动C2能力经过测试，证明能够为指挥官提供JADC2概念的解决方案。一个关键要求是接收和传输来自任何军事来源的数据，无论平台如何。由第1联合特种作战航空分队（1st JSOAC）开发和测试的多域作战管理小组（MBMT）是一种经过验证的即插即用移动C2系统，可整合不同的网络并创建一个物联网，使不同的平台能够相互 "看见 "并进行通信。此外，该系统还可为指挥官创建一个共同的作战画面，否则，该画面不会包括所有资产，而且延迟时间较长，可能会影响决策者。通过将这一移动C2系统集成到5G网络中，再加上边缘计算，美国防部将拥有强大的JADC2能力，可将其覆盖范围扩展到战场上的任何地方，同时足够灵活，可在威胁时限内执行任务，并通过移动性和较小的占地面积提高生存能力。

空军的ACE战略是C2的下一个障碍。ACE是一种在威胁时限内执行的主动和被动机动作战方案，在产生战斗力的同时提高生存能力。ACE是一个支持JADC2的作战概念，但需要军方全面重新审视C2、后勤、进攻和防御能力系统。它将作战从集中的有形基础设施和基地转移到由较小的分散地点组成的网络。集中指挥、分布控制和分散执行为ACE的C2提供了框架。通过在每个分散地点建立一个集成的5G网络，这种C2框架是非常容易实现的。

通过5G网络，指挥官可根据具体情况制定一揽子部队计划，并将其从一个基地机动或重新分配到另一个基地，同时将所需的后勤支援任务分配到同一地点。例如，如果一名指挥官需要4架轰炸机和6架攻击机，任务命令将通过5G网络发送，并由每个部队的系统接收，尽管只有那些被委派任务的部队才能看到。在网络中，这些飞机系统有一个配对的后勤包，无论它们飞到哪里都需要。这些后勤包同时被订购到同一地点，5G智能仓库技术自动提供所需的维护和设备支持。与5G网络绑定的运输飞机将不断广播其位置、货舱、路线和运输时间。与之前的步骤同时，所需的设备和支持将被分配到最合适的运输方式，以到达部队包裹的前方基地。

对后勤的影响

ACE概念所需的能力发展和可能被忽视的复杂问题是为分散地点的快速部署部队开发、支持和维持可扩展的后勤包的能力。德怀特-D-艾森豪威尔说过："你不难发现，要证明战斗、战役甚至战争的输赢主要是因为后勤。ACE将对军队现有的后勤系统构成巨大的挑战和压力。转型和自动化后勤将满足ACE概念的要求。除了预先部署物资包和利用商业手段外，军方还必须开发可量身定制的后勤物资包，并将其分配给所支持的一揽子部队。随着分散地点的数量在更广阔的作战区域内不断增加，维持计划和系统也应能够扩大维持行动的规模。一旦建立了5G网络，为多个地点快速移动的部队包提供支持的后勤工作将几乎实现自主化。

实现这一目标的第一步是在军队的维持仓库内建立5G网络。尽管边缘计算和5G在后勤和供应链中的应用还不够广泛，但它们将成为成功组织未来基础设施的一部分，因为它们能提供更强的计算能力、性能和可靠性，以支持仓库自动化和自动物料处理等领域。这种自动化包括资产跟踪和追踪，以避免供应链中的数据盲点，并消除系统停机时间，以避免损失和故障。私人使用情况已经表明，5G在制造业中的应用已经实现了先进的远程工业机器人技术、能耗更低的远程控制工厂运营以及实时数字工厂管理，以确定产能、跟踪生产和优化运营。同样的制造能力也可应用于复杂的军事后勤领域。

海军陆战队已经在试验用于车辆存储和维护的5G智能仓库技术，这种能力可以集成到ACE概念中。据美国防部称，目前的5G仓库实验重点是提高仓库运作的效率，包括接收、存储、库存控制和跟踪、发放和交付。通过物联网以及mMTC和URLLC的功能，JADC2可通过完全自主的后勤系统得到支持。mMTC和URLLC为自动驾驶汽车、智能城市和工业自动化构建了网络框架，所有这些都可用于美国防部的后勤网络。一旦指挥官了解了实现其目标所需的一揽子部队类型和位置，就会向网络发布命令，要求这些资产就位。

特定兵力包的移动将通过机对机通信实时触发后勤和补给包，该通信完全基于发布的命令和输入到领航飞行员航空电子设备中的计划飞行路径。然后，该一揽子计划只需在集中指挥层面上获得批准，但复杂性已经完成，后勤团队和供应系统在获得批准后将自动接收任务命令。在网络内，这些资产将有数据标识符，有一个共享的后勤需求清单。如果清单上的物品在增援地点无法获得，后勤网络就会启动。如果需要更多物品来维持，5G仓库将自动收到通知，仓库内的自动驾驶车辆将开始将物品码垛，并启动装运流程。在订单发布后的几分钟内，支持新部队的所需物资就会被处理并运往新地点。如果单个仓库或单位没有足够的供应，系统会自动向能够提供供应的相邻单位发送信息。在后勤系统中利用这项技术的可能性是无限的。

未来武器能力

除了JADC2的进步和能力之外，5G和边缘计算将为未来武器技术的开发和应用提供极大的优势。5G和边缘计算将推动监视和态势感知技术的发展。无人机可实时传输照片和视频，并利用人工智能创建近乎实时的数字三维地图，从而提高态势感知能力，使领导者能够做出更加明智的决策。指挥官可以使用从现场物联网传感器收集数据的平台，并利用人工智能将数据处理为可操作的见解，为决策提供依据。所有这些都可以与网络武器相结合，在战场上产生立竿见影的效果。

空军的新型B-21远程轰炸机是首批在 "系统家族 "中运行的资产之一，该系统将在作战期间伴随飞机运行。尽管目前对其具体内容知之甚少，但它可能包括自主协作平台，如与飞机并肩飞行并为其提供支持的无人机。5G传感器和边缘计算将使该系统能够完全自主，并在其内部和与外部障碍物之间消除冲突。巡航弹药是一种自主平台，其操作类似于无人机，可长时间飞行，唯一目的是发现和打击敌方目标。它们可以在地面发射，也可以搭载在支援飞机上，在需要时发射。空军正在继续投资这种被称为 "协同作战飞机"[24]的能力。

空军正在继续投资这种被称为 "协同作战飞机 "的能力。

除协同作战飞机外，通过mMTC和URLLC，军方还可利用网络弹药实现大规模近瞬时自主打击能力。这些远程弹药将有更长的闲逛时间，并能自主飞到战场前沿附近的空域协调区（ACA），同时与ACA内的其他弹药通话，以保持飞行中的互不干扰。从该协调区，它们将不断接收来自网络内前沿传感器、士兵、无人机、雷达等的目标数据。具备网络功能的武器将允许通过多种类型的平台进行空中或地面发射，并立即攻击目标或进入指定的闲置区域，以备未来交战。

在师和旅的空域内规划的 "ACA "网络化闲置弹药将为地面威胁提供即时的动能响应。从邻近行动区携带这些弹药的机载资产也可将其武器发送到邻近闲置区，供邻近部队使用。该武器的5G自主性还将自动消除与其他跨境弹药的冲突，包括地面火力。炮弹将安装小型传感器，提供炮弹在网络中的位置，并允许同时使用地面和空中火力支援，大大降低自相残杀的风险。

一旦前方目标被传感器识别，数据将立即发布到5G网络。拥有终端用户设备的前沿控制人员，结合瞄准软件和TraX，将立即在地图上看到目标列表，并立即使用可用的闲散弹药。一旦确定了优先目标，控制人员就会批准使用闲散弹药离开ACA。弹药正瞄准正确区域的信息被推送给控制员，并通过按下按钮下达交战的最终命令。目标被摧毁，整个过程在识别目标后几秒钟内完成（图3进一步详细说明了这一过程）。

图3：5G网络支持的巡航弹药概念的实现

协同作战飞机和具备网络功能的巡航弹药仅仅是战场武器无限可能性的开始。未来的战场网络将成为一个有生命的实体，通过其广阔性和成千上万的互联平台提供网络延伸，使其难以被干扰。未来的现代战争将要求在数秒内而不是数小时或数分钟内做出决策，要在C2内实现这种能力，需要分散和近乎自主的执行。军队的物联网将成为其战胜对手的最大优势，并创造出一种联合火力能力，为弥合不同数据链架构上传感器和射手之间的连接差距指明了前进的道路。随着这种新生能力的应用不断完善和发展，它将开始纳入更多的传感器和更多的武器系统。

结论

为了提高JADC2、ACE、自主后勤和未来武器的能力，军方必须开始发展部署系统的能力，以创建前沿5G网络。军方面临着更严峻的技术挑战，因为需要在战场前沿部署5G能力，而战场前沿几乎不存在任何5G基础设施，而且很可能受到敌人的蓄意射频干扰或其他类型的干扰。与私营企业的合作对于在美国防部框架内实施5G网络的各个方面都至关重要。与包括5G微电子制造商、电信公司和应用开发商在内的全球行业领导者合作，对于在前沿和艰苦地区创建新的5G网络至关重要。一旦具备在世界任何地方建立5G网络的能力，该网络所提供的可能性将为当前的任何对手带来巨大的战略和作战优势。

美国防部采用了部分并行的开发流程，其中部分（或全部）开发活动至少有部分重叠。这意味着，当各军种为同一目标进行创新时，他们在设计流程和系统的同时也在开发概念。这增加了创新过程中各军种之间交叉协调的难度，并且由于多个单位花费资源开发相同的系统而增加了成本。为了有效实施JADC2这样的新概念并整合新兴技术，美国防部必须首先重组其开发流程，减少研究重叠和成本。在单位甚至分支机构层面的开发可能会造成能力或组织上的偏差和不足，因为他们对 "全局 "考虑不够。这种新的开发理念将是全面掌握5G和边缘计算能力的第一步。