Интернет военных вещей ( IoMT ) — это класс Интернета вещей для боевых действий и войны . Это сложная сеть взаимосвязанных объектов или «вещей» в военной сфере, которые постоянно общаются друг с другом для координации, обучения и взаимодействия с физической средой для выполнения широкого спектра действий более эффективным и информированным образом. [1] [2] Концепция IoMT во многом основана на идее о том, что в будущих военных сражениях будут доминировать машинный интеллект и кибервойна и, скорее всего, они будут происходить в городских условиях. [3] [4] Создавая миниатюрную экосистему интеллектуальных технологий, способных перерабатывать сенсорную информацию и автономно управлять несколькими задачами одновременно, IoMT концептуально разработан для снятия большей части физического и психического бремени, с которым бойцы сталкиваются в боевых условиях. [5]
Со временем было введено несколько различных терминов для описания использования технологий Интернета вещей для разведки, наблюдения за окружающей средой, беспилотной войны и других боевых целей. Эти термины включают военный Интернет вещей (MIoT), [6] Интернет боевых вещей, [7] и Интернет вещей поля боя (IoBT). [8]
Интернет военных вещей включает в себя широкий спектр устройств, которые обладают интеллектуальными возможностями физического зондирования, обучения и срабатывания через виртуальные или киберинтерфейсы, интегрированные в системы. Эти устройства включают в себя такие элементы, как датчики , транспортные средства , роботы , БПЛА , носимые человеком устройства, биометрические устройства , боеприпасы , броню , оружие и другие интеллектуальные технологии. [9] В целом устройства IoMT можно отнести к одной из четырех категорий [10] (но устройства должны быть достаточно повсеместными, чтобы формировать структуру данных ): [11] [12] [13]
Помимо подключения различных электронных устройств к единой сети, исследователи также предложили возможность включения в систему неодушевленных и безобидных объектов, таких как растения и камни, оснастив их датчиками, которые превратят их в точки сбора информации. [14] [15] Такие усилия соответствуют проектам, связанным с развитием электронных заводов или электронных растений. [16]
Предлагаемые примеры приложений IoMT включают тактическую разведку , интеллектуальное управление ресурсами, логистическую поддержку (т. е. отслеживание оборудования и поставок), мониторинг умного города и войну данных. [17] [18] Несколько стран, а также официальные лица НАТО выразили интерес к потенциальным военным преимуществам технологии Интернета вещей. [19]
Достижения в технологии IoMT во многом стали результатом усилий военных по поддержке разработки сенсорных сетей и маломощных вычислительных платформ в 1960-х годах для оборонных приложений. [10] [20] Во время Холодной войны американские военные первыми начали использовать технологии беспроводной сенсорной сети для обнаружения и отслеживания советских подводных лодок. Одним из примеров была Система звукового наблюдения (SOSUS) , сеть подводных акустических датчиков, то есть гидрофонов , размещенных по всему Атлантическому и Тихому океанам и выполняющих роль подводных постов прослушивания для наземных объектов. [21] Большая часть сенсорных и сетевых технологий, разработанных Министерством обороны США (DoD) в этот период, в конечном итоге послужила основой для современных систем Интернета вещей. Крайне важно, что Министерство обороны помогло подготовить почву для будущих исследований Интернета вещей в конце 1960-х годов, создав ARPANET , раннего предшественника Интернета, который географически разбросанные военные ученые использовали для обмена данными. [22]
В 1980-х годах Агентство перспективных оборонных проектов (DARPA) официально заключило партнерские отношения с академическими исследователями из Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Карнеги-Меллона для дальнейшей разработки распределенных беспроводных сенсорных сетей. Оттуда исследования в области технологий беспроводных датчиков распространились по всему гражданскому исследовательскому сообществу и в конечном итоге нашли применение в промышленных приложениях, таких как распределение электроэнергии , очистка сточных вод и автоматизация предприятий . [21] [22] В этот период Министерство обороны также вложило значительные средства в миниатюризацию интегральных схем , чтобы встраивать в различные объекты крошечные компьютерные чипы. Благодаря их финансированию коммерческая промышленность микроэлектроники смогла восстановиться, когда в то время она столкнулась с потенциальным спадом. [22]
К концу 1990-х годов Министерство обороны объявило о планах «сетецентрической» войны, которая объединила бы физическую, информационную и когнитивную сферы для улучшения обмена информацией и сотрудничества. [22] Примеры проектов, ориентированных на эту цель, включают Nett Warrior (ранее известную как система наземных солдат или система конных солдат ) [23] и коммуникационную платформу Force XXI Battle Command Brigade и Below , обе из которых были распространены в начале 2000-е. [24]
Однако интерес к исследованиям Интернета вещей в вооруженных силах начал угасать, поскольку коммерческая отрасль стремительно продвигалась вперед с новыми технологиями. [3] В то время как Министерство обороны продолжало исследования в области современных датчиков, интеллектуальных систем обработки информации и сетей связи, лишь немногие военные системы в полной мере воспользовались преимуществами стека Интернета вещей, таких как сетевые датчики и технологии автоматического реагирования, в основном из-за проблем безопасности. [22] По состоянию на 2019 год исследования в области современных технологий Интернета вещей в вооруженных силах начали получать значительную поддержку со стороны армии , военно-морского флота и военно-воздушных сил США . [25] [26]
Министерство обороны сформировало несколько инициатив с целью поддержать исследования Интернета вещей в военной сфере, а также сократить текущий разрыв в прогрессе между военными и промышленными приложениями.
Проект Connected Soldier представлял собой исследовательскую инициативу, поддержанную Центром исследований, разработок и инженерии солдат армии США в Натике (NSRDEC), целью которой было создание интеллектуального нательного снаряжения. Целью проекта было создание Интернета вещей для каждого солдата путем интеграции широкополосного радио, биосенсоров и интеллектуальных носимых систем в качестве стандартного оборудования. Эти устройства служили не только для мониторинга физиологического состояния солдата, но также для передачи данных миссии, разведывательных данных и другой важной информации находящимся поблизости военным машинам, самолетам и другим войскам. [27] [28] [29]
В 2016 году Исследовательская лаборатория армии США (ARL) создала проект «Интернет вещей на поле боя» (IoBT) в ответ на оперативный план армии США на 2020–2040 годы под названием «Победа в сложном мире». В общих чертах министерство обороны объявило о своих целях идти в ногу с технологическими достижениями потенциальных противников, отвлекая свое внимание от низкотехнологичных войн и вместо этого сосредотачиваясь на боевых действиях в городских районах. [30] Проект IoBT, выступающий в качестве подробного плана того, что, по подозрениям ARL, может повлечь за собой будущая война, стремился к лучшей интеграции технологий Интернета вещей в военные операции, чтобы лучше подготовиться к таким методам, как электронная война , которые могут быть впереди. [31] [32]
В 2017 году ARL учредила Альянс совместных исследований Интернета вещей на поле боя (IoBT-CRA), чтобы объединить отраслевых, университетских и государственных исследователей для продвижения теоретических основ систем IoBT. [33] [34]
Согласно ARL, IoBT в первую очередь был разработан для взаимодействия с окружающей средой путем сбора информации об окружающей среде, воздействия на нее и постоянного обучения на основе этих взаимодействий. Как следствие, исследовательские усилия были сосредоточены на проблемах восприятия, срабатывания и обучения. [35] Для того, чтобы IoBT функционировал должным образом, сначала должны быть выполнены следующие предварительные условия в отношении технологических возможностей, структурной организации и военного применения.
Все объекты в IoBT должны иметь возможность правильно передавать информацию друг другу, даже несмотря на различия в архитектурном дизайне и составе. В то время как будущий коммерческий Интернет вещей может демонстрировать отсутствие единых стандартов у разных брендов и производителей, сущности IoBT должны оставаться совместимыми, несмотря на крайнюю гетерогенность. Другими словами, все электронное оборудование, технологии или другие коммерческие предложения, к которым имеют доступ военные, должны использовать один и тот же язык или, по крайней мере, иметь «переводчики», которые делают возможной передачу и обработку различных типов информации. Кроме того, IoBT должен быть способен временно включать доступные сетевые устройства и каналы, которыми он не владеет, для собственного использования, особенно если это выгодно системе (например, использование существующей гражданской сетевой инфраструктуры в военных операциях в мегаполисе) . ). [7] В то же время IoBT должен учитывать различную степень надежности всех сетей, которые он использует. [33]
Время будет иметь решающее значение для успеха IoBT. Скорость связи, вычислений, машинного обучения, вывода и взаимодействия между объектами жизненно важна для многих задач миссии, поскольку система должна знать, какому типу информации отдавать приоритет. [2] Масштабируемость также будет важным фактором в работе, поскольку сеть должна быть достаточно гибкой, чтобы функционировать при любом размере. [7]
Успех инфраструктуры IoBT часто зависит от эффективности взаимного сотрудничества между людьми и электронными объектами в сети. В тактической среде перед электронными объектами будет поставлен широкий спектр задач: от сбора информации до выполнения кибердействий против вражеских систем. Чтобы эти технологии эффективно выполняли эти функции, они должны быть способны не только определять цели людей-агентов по мере их изменения, но и демонстрировать значительный уровень автономной самоорганизации для адаптации к быстро меняющейся среде. В отличие от коммерческих сетевых инфраструктур, внедрение Интернета вещей в военной сфере должно учитывать крайнюю вероятность того, что окружающая среда может быть намеренно враждебной или нестабильной, что потребует высокого уровня интеллекта для навигации. [36]
В результате технология IoBT должна быть способна включать в себя прогнозирующий интеллект , машинное обучение и нейронную сеть , чтобы понимать намерения пользователей-людей и определять, как реализовать это намерение без процесса микроуправления каждым компонентом системы. . [30]
По мнению ARL, поддержание информационного доминирования будет зависеть от развития автономных систем, которые смогут работать вне нынешнего состояния полной зависимости от человеческого контроля. Ключевым направлением исследований IoBT является развитие алгоритмов машинного обучения, обеспечивающих автономию принятия решений в сети. [36] Вместо того, чтобы иметь одну систему в ядре сети, действующую как центральный интеллектуальный компонент, диктующий действия сети, IoBT будет распределять интеллект по всей сети. Таким образом, отдельные компоненты могут обучаться, адаптироваться и взаимодействовать друг с другом на местном уровне, а также автоматически и динамически обновлять поведение и характеристики в глобальном масштабе, чтобы соответствовать операции по мере постоянного развития ландшафта войны. [35] [36] В контексте Интернета вещей включение искусственного интеллекта в огромный объем данных и объектов, участвующих в сети, обеспечит почти бесконечное количество возможностей поведения и технологических возможностей в реальном мире. [36]
В тактической среде IoBT должен иметь возможность выполнять различные типы обучающего поведения, чтобы адаптироваться к быстро меняющимся условиям. Одной из областей, получившей значительное внимание, является концепция метаобучения, целью которой является определение того, как машины могут научиться учиться. Наличие такого навыка позволило бы системе избежать фиксации на заранее обученных абсолютных представлениях о том, как она должна воспринимать и действовать всякий раз, когда попадает в новую среду. Модели количественной оценки неопределенности также вызвали интерес к исследованиям IoBT, поскольку способность системы определять уровень уверенности в собственных прогнозах на основе алгоритмов машинного обучения может обеспечить столь необходимый контекст всякий раз, когда необходимо принять важные тактические решения. [36]
IoBT также должен продемонстрировать высокий уровень осведомленности о ситуации и искусственный интеллект, которые позволят системе автономно выполнять работу на основе ограниченной информации. Основная цель — научить сеть правильно выводить полную картину ситуации, измеряя относительно небольшое количество переменных. [14] В результате система должна быть способна интегрировать огромное количество и разнообразие данных, которые она регулярно собирает, в свой коллективный разум, функционируя в состоянии непрерывного обучения в различных временных масштабах, одновременно обучаясь на прошлых действиях и действуя в настоящее и предвидение будущих событий. [33] [36]
Сеть также должна учитывать непредвиденные обстоятельства, ошибки или сбои и иметь возможность переконфигурировать свои ресурсы для восстановления хотя бы ограниченного уровня функциональности. [7] Однако некоторые компоненты должны быть расставлены по приоритетам и структурированы так, чтобы быть более устойчивыми к сбоям, чем другие. Например, сети, передающие важную информацию, такую как медицинские данные, никогда не должны подвергаться риску отключения. [37]
Для полуавтономных компонентов когнитивная способность человека служит заметным ограничением для IoBT из-за его ограничений в обработке и расшифровке потока информации, генерируемого другими объектами в сети. Чтобы получить действительно полезную информацию в тактической среде, полуавтономные технологии IoBT должны собирать беспрецедентный объем данных огромной сложности по уровням абстракции , надежности, ценности и другим атрибутам. [2] [7] [14] Из-за серьезных ограничений умственных способностей, внимания и времени человека сеть должна иметь возможность легко сокращать и преобразовывать большие потоки информации, производимые и доставляемые IoBT, в пакеты существенной информации разумного размера. информация, которая имеет большое значение для военнослужащих, например сигналы или предупреждения, относящиеся к их текущей ситуации и миссии. [7]
Ключевым риском IoBT является возможность того, что устройства могут передавать незначительно полезную информацию, которая отнимает драгоценное время и внимание человека, или даже распространять неподходящую информацию, которая вводит людей в заблуждение, заставляя их выполнять действия, которые приводят к неблагоприятным или неблагоприятным результатам. В то же время система будет стагнировать, если люди будут сомневаться в точности информации, предоставляемой технологией IoBT. В результате IoBT должен работать таким образом, чтобы он был чрезвычайно удобен и понятен людям, не ставя под угрозу качество предоставляемой им информации. [7]
«Мозаичная война» — это термин, придуманный бывшим директором Управления стратегических технологий DARPA Томом Бернсом и бывшим заместителем директора Дэном Паттом для описания подхода «систем систем» к военной войне, который фокусируется на реконфигурации оборонных систем и технологий, чтобы их можно было быстро применить. в различных комбинациях для разных задач. [38] [39] Разработанная для имитации адаптируемой природы блоков LEGO и формы мозаичного искусства, Mosaic Warfare рекламировалась как стратегия, позволяющая запутать и сокрушить силы противника путем развертывания недорогих адаптируемых технологических одноразовых систем оружия, которые могут играть несколько ролей и координировать действия друг с другом, усложняя противнику процесс принятия решений. [40] Этот метод ведения войны возник как ответ на нынешнюю монолитную систему в вооруженных силах, которая опирается на централизованную структуру командования и контроля, чреватую уязвимыми одноточечными коммуникациями, и развитие нескольких высокоэффективных систем, которые слишком важно рискнуть проиграть в бою. [39] [41]
Концепция Mosaic Warfare существовала в DARPA с 2017 года и способствовала развитию различных технологических программ, таких как Система системной интеграции технологий и экспериментов (SoSIT), что привело к разработке сетевой системы, позволяющей ранее разъединенным наземным станциям и платформам для передачи и преобразования данных между собой. [42]
В 2017 году DARPA объявило о создании новой программы под названием «Океан вещей», в рамках которой планируется широкомасштабное применение технологии Интернета вещей для обеспечения постоянной осведомленности о морской ситуации на больших территориях океана. [43] Согласно объявлению, проект будет включать в себя размещение тысяч небольших коммерчески доступных поплавков. Каждый поплавок будет содержать набор датчиков, которые будут собирать данные об окружающей среде, такие как температура поверхности моря и состояние моря , а также данные о деятельности, например о движении коммерческих судов и самолетов. [44] Все данные, собранные с этих платформ, затем будут периодически передаваться в облачную сеть для хранения и анализа в реальном времени. [45] С помощью этого подхода DARPA стремилось создать обширную сенсорную сеть, которая сможет автономно обнаруживать, отслеживать и идентифицировать как военные, коммерческие и гражданские суда, так и индикаторы другой морской деятельности. [46]
Проект «Океан вещей» сосредоточился в первую очередь на разработке поплавковых датчиков и аналитических методах, которые будут задействованы в организации и интерпретации входящих данных, что является его двумя основными целями. Для конструкции поплавка судно должно было выдерживать суровые океанские условия в течение как минимум года, будучи изготовленным из коммерчески доступных компонентов, общая стоимость каждого из которых составляет менее 500 долларов. Кроме того, поплавки не могли представлять никакой опасности для проходящих судов и должны были быть изготовлены из экологически безопасных материалов, чтобы после выполнения своей миссии они могли безопасно утилизироваться в океане. Что касается анализа данных, проект сосредоточился на разработке облачного программного обеспечения, которое могло бы собирать, обрабатывать и передавать данные об окружающей среде и собственном состоянии с помощью динамического отображения. [46]
Одной из крупнейших потенциальных опасностей технологии IoMT является риск как враждебных угроз, так и системных сбоев, которые могут поставить под угрозу всю сеть. Поскольку суть концепции IoMT заключается в том, чтобы все компоненты сети — датчики, исполнительные механизмы, программное обеспечение и другие электронные устройства — были соединены вместе для сбора и обмена данными, плохо защищенные устройства IoT уязвимы для атак, которые могут раскрыть большие объемы конфиденциальной информации. информация. Более того, скомпрометированная сеть IoMT способна нанести серьезный, непоправимый ущерб в виде поврежденного программного обеспечения, дезинформации и утечки разведданных. [47]
По данным Министерства обороны США, безопасность остается главным приоритетом в исследованиях Интернета вещей. IoMT должен иметь возможность предвидеть, избегать и восстанавливаться после попыток враждебных сил атаковать, нанести ущерб, захватить, манипулировать или уничтожить сеть и информацию, которую она хранит. Использование устройств глушения , электронного подслушивания или кибервредоносных программ может представлять серьезную угрозу конфиденциальности, целостности и доступности информации в сети. Более того, человеческие существа также могут стать объектом кампаний по дезинформации с целью вызвать недоверие к определенным элементам IoMT. [1] [7] Поскольку технология IoMT может использоваться в состязательных условиях, исследователи должны учитывать возможность того, что большое количество источников может быть скомпрометировано до такой степени, что алгоритмы оценки угроз могут использовать некоторые из этих скомпрометированных источников для ложного подтверждения. достоверность потенциально вредоносных объектов. [35]
Минимизация рисков, связанных с устройствами Интернета вещей, вероятно, потребует от сети масштабных усилий по поддержанию непробиваемой защиты кибербезопасности, а также использованию контрразведывательных мер, которые предотвращают, подрывают или сдерживают потенциальные угрозы. Примеры возможных стратегий включают использование «одноразовой» безопасности, при которой устройства, которые, как предполагается, потенциально могут быть скомпрометированы противником, просто выбрасываются или отключаются от IoMT, а также сетей-приманок , которые вводят в заблуждение вражеских перехватчиков. Поскольку ожидается, что силы противника будут адаптировать и развивать свои стратегии проникновения в IoMT, сеть также должна проходить непрерывный процесс обучения, который автономно улучшает обнаружение аномалий , мониторинг закономерностей и другие защитные механизмы. [7]
Безопасное хранение данных является одним из ключевых вопросов исследований IoMT. Поскольку ожидается, что система IoMT будет генерировать огромные объемы информации, внимание было направлено на новые подходы к правильному обслуживанию данных и регулированию защищенного доступа, которые не допускают утечек или других уязвимостей. [48] Одним из потенциальных решений, предложенных Пентагоном, была Comply to Connect (C2C), платформа сетевой безопасности, которая автономно отслеживала обнаружение устройств и контроль доступа, чтобы идти в ногу с экспоненциально растущей сетью объектов. [31]
Помимо рисков цифрового вмешательства и манипуляций со стороны хакеров , также выражалась обеспокоенность по поводу доступности мощных беспроводных сигналов в удаленных местах боевых действий. Было показано, что отсутствие постоянного подключения к Интернету ограничивает полезность и удобство использования некоторых военных устройств, которые зависят от надежного приема. [49]