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《5G与边缘计算： 美国防部（DoD）与JADC2的未来》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。

图3：5G网络支持的巡航弹药概念的实现

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。

结论

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。

来源：专知智能防务