2022年3月，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布了聯(lián)合全域指揮控制（JADC2）戰(zhàn)略，稱其“迫切需要一種各軍種范圍內(nèi)的整體方法”來(lái)整合指揮與控制（C2）能力，并為所有作戰(zhàn)域、戰(zhàn)區(qū)和武器平臺(tái)的指揮官賦能。本文通過(guò)數(shù)據(jù)、人工智能（AI）和邊緣連續(xù)體的視角，將由“感知”（整合多域信息）、“理解”（利用智能來(lái)理解環(huán)境）和“行動(dòng)”（基于智能進(jìn)行決策和傳輸）組成的JADC2決策鏈付諸實(shí)踐，并為國(guó)防部提出了一個(gè)由四層邊緣組成的邊緣人工智能連續(xù)體計(jì)算體系。
感知：近年來(lái)，國(guó)防部在每個(gè)有利位置都部署了傳感器，并通過(guò)部署更多的傳感器來(lái)收集信息，進(jìn)而解決作戰(zhàn)問(wèn)題。隨著部署的傳感器數(shù)量日益增多，收集到的數(shù)據(jù)也越來(lái)越多。例如，機(jī)載傳感器和設(shè)備在一次飛行過(guò)程中就能夠收集高達(dá)1TB的數(shù)據(jù)。然而，由于通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度無(wú)法跟上不斷增加的數(shù)據(jù)量和傳感器，數(shù)據(jù)瓶頸不斷出現(xiàn)，這種情況類似于汽車數(shù)量不斷增加的高速公路。
理解：沒(méi)有適當(dāng)?shù)谋尘靶畔⒑头治?，?shù)據(jù)自身無(wú)法提供可行的行動(dòng)方案。對(duì)數(shù)據(jù)的理解和分析為決策者提供了信息。隨著來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)量、傳輸速度和多樣性（3V）的不斷增長(zhǎng)，這種“理解”的方式也變得越來(lái)越復(fù)雜。美國(guó)國(guó)防部在遠(yuǎn)程和敵對(duì)環(huán)境中的行動(dòng)產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，在有效處理和分析這些數(shù)據(jù)方面，國(guó)防部都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法已被證明是處理這一數(shù)據(jù)難題的最佳解決方案。邊緣人工智能的出現(xiàn)使國(guó)防部能夠從萬(wàn)千數(shù)據(jù)中提取出所需的部分并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)決策。
行動(dòng)：感知和計(jì)算能力遍布整個(gè)戰(zhàn)區(qū)，從地面、空中到地理空間傳感器都能夠提供這些能力。傳感器的可視化連接使得“邊緣連續(xù)體”的概念成為可能?！斑吘夁B續(xù)體”將集中計(jì)算集群與戰(zhàn)區(qū)部署節(jié)點(diǎn)和傳感器之間的資源分配和軟件分配概念化，以此在傳感器與指揮部之間建立連接。通過(guò)在適當(dāng)級(jí)別分析數(shù)據(jù)，并為部隊(duì)單位指揮官、編隊(duì)指揮官和全軍指揮官提供支持，將關(guān)鍵服務(wù)和分析定位在這個(gè)邊緣連續(xù)體上，可以提供顯著的決策優(yōu)勢(shì)，同時(shí)緩解帶寬瓶頸。
邊緣人工智能連續(xù)體計(jì)算體系
美國(guó)國(guó)防部需要在網(wǎng)絡(luò)中斷以及帶寬受限的環(huán)境中進(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)，其間還將收集廣泛的數(shù)據(jù)，而如何基于這些數(shù)據(jù)有效地執(zhí)行由“感知”、“理解”和“行動(dòng)”組成的決策鏈一直是其面臨的難題。邊緣人工智能連續(xù)體計(jì)算體系正是為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。該體系包含四個(gè)邊緣層，分別是戰(zhàn)術(shù)、行動(dòng)、指揮和戰(zhàn)略邊緣。該體系假設(shè)，除戰(zhàn)略層以外所有的邊緣層都在受限制或失效的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行，并且所有邊緣層都易遭受拒絕服務(wù)攻擊（Dos）和欺騙攻擊。這一體系的關(guān)鍵原則是，運(yùn)用分布式計(jì)算能力，在盡可能靠近邊緣的位置執(zhí)行上述的決策鏈，同時(shí)，保留在必要時(shí)將本級(jí)單位無(wú)法解決的難題安全上傳至連續(xù)體的能力。
邊緣人工智能連續(xù)體計(jì)算體系
戰(zhàn)術(shù)邊緣：戰(zhàn)術(shù)邊緣層由各種傳感器組成，這些傳感器能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這些傳感器主要作為平臺(tái)的一部分發(fā)揮作用（例如，無(wú)人機(jī)、無(wú)人潛航器和戰(zhàn)術(shù)攻擊套件（TAK）是“感知”生態(tài)系統(tǒng)的一部分）。該層在帶寬受限模式下運(yùn)行。該層的裝備尺寸小、重量輕且功率低（SWaP）。這些裝備的機(jī)載存儲(chǔ)空間有限，并且能夠基于連接狀態(tài)來(lái)控制通信數(shù)據(jù)傳輸。該層中發(fā)現(xiàn)的任何異常都將快速傳輸給作戰(zhàn)人員和下一層裝備。戰(zhàn)術(shù)邊緣層能夠運(yùn)行準(zhǔn)確且不占用大量?jī)?nèi)存的人工智能模型，同時(shí)快速處理大量數(shù)據(jù)。在該層中的模型能夠分析已知信號(hào)和常見(jiàn)信號(hào)，還能夠?qū)ξ粗獦?biāo)準(zhǔn)和由作戰(zhàn)參數(shù)定義的其他標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行過(guò)濾，并將其傳輸?shù)阶鲬?zhàn)邊緣層。戰(zhàn)術(shù)邊緣層能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)對(duì)機(jī)通信（M2M）和機(jī)對(duì)人通信（M2H）。機(jī)對(duì)人通信將主要由嵌入控制臺(tái)的顯示屏和該層可用的可視化設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。該層中的傳感器到武器平臺(tái)的鏈路是最短的，可以實(shí)現(xiàn)自主（M2M）或人工（M2H）火力控制。
作戰(zhàn)邊緣：作戰(zhàn)邊緣層是戰(zhàn)術(shù)邊緣層和指揮邊緣層之間的橋梁。該層接收的過(guò)濾數(shù)據(jù)大多來(lái)自同一作戰(zhàn)域中的設(shè)備，并且能夠根據(jù)作戰(zhàn)要求，從其他作戰(zhàn)域接收數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)后，該層能夠應(yīng)用預(yù)處理算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]層。該層是傳感器融合的第一層。作戰(zhàn)邊緣層的裝備要滿足尺寸小、重量輕且功率低的要求，且更易于獲得能源。其運(yùn)行時(shí)需要基于戰(zhàn)術(shù)通信的連接。該層中的模型能夠?qū)?zhàn)術(shù)邊緣傳輸數(shù)據(jù)的速度進(jìn)行分析，提供反饋，并在指定的戰(zhàn)術(shù)情況下增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知。該層應(yīng)該能夠傳遞其原始數(shù)據(jù)（已經(jīng)在戰(zhàn)術(shù)邊緣過(guò)濾），或者只傳輸從該層的模型中獲得的感知數(shù)據(jù)。作戰(zhàn)邊緣層可以進(jìn)行機(jī)對(duì)機(jī)通信和機(jī)對(duì)人通信。
指揮邊緣：指揮邊緣被定義為戰(zhàn)術(shù)通信的最后一層。該層可從指定場(chǎng)景中的多個(gè)作戰(zhàn)邊緣裝備收集處理過(guò)的數(shù)據(jù)。該層中的模型正在高速處理來(lái)自不同傳感器的各種數(shù)據(jù)，在這之前，作戰(zhàn)邊緣設(shè)備已經(jīng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。指揮邊緣可以是固定的也可以是機(jī)動(dòng)的，以便獲得更好的生存能力。該層設(shè)備的可選性能夠使尺寸不一的計(jì)算設(shè)備滿足尺寸小、重量輕且功率低的要求。該層應(yīng)主要為作戰(zhàn)人員做出決策（M2H）提供信息。指揮邊緣層應(yīng)該能夠?qū)⒈尘靶畔⑻砑拥綌?shù)據(jù)中，并將其用于新的訓(xùn)練和存儲(chǔ)。
戰(zhàn)略/軍隊(duì)邊緣：戰(zhàn)略或軍隊(duì)邊緣是該體系結(jié)構(gòu)的最后一層，負(fù)責(zé)接收和分析經(jīng)過(guò)指揮邊緣層處理的數(shù)據(jù)。該層由國(guó)防部的中央數(shù)據(jù)中心、國(guó)家指揮和控制系統(tǒng)以及政府站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)組成，其還與其他部分的網(wǎng)絡(luò)相連。戰(zhàn)略或軍隊(duì)邊緣層為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和決策提供了必要的基礎(chǔ)設(shè)施。該層的模型能夠基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)運(yùn)行，以確定當(dāng)前和未來(lái)的戰(zhàn)略需求。該層由人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)模型工廠組成，全權(quán)負(fù)責(zé)訓(xùn)練、優(yōu)化、保護(hù)和提供人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)模型。各作戰(zhàn)司令部的各軍種人員在各邊緣層中專門負(fù)責(zé)根據(jù)戰(zhàn)術(shù)邊緣確定的作戰(zhàn)情報(bào)和數(shù)據(jù)更新模型。
結(jié)論
如上所述，這一四層邊緣計(jì)算體系結(jié)構(gòu)旨在實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)失效和受干擾環(huán)境中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和決策。該體系確保了各種邊緣層之間可靠、安全和獨(dú)立的決策，并可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)中的單個(gè)作戰(zhàn)域和聯(lián)合作戰(zhàn)域。正如JADC2戰(zhàn)略所述，保持信息和決策優(yōu)勢(shì)是指揮和控制能力的關(guān)鍵。
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