5G网络技术在美国国防中的应用(转)
2019-10-09 18:57:38
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【导读】随着全球范围内5G商用的不断加速,美国对于争夺5G领先地位的焦虑感和紧迫感日益强烈。在军事领域,美国国防部正在制定5G战略。国防科学委员会向国防部提供了有关5G网络技术的调查报告,并将不涉密的执行摘要(即本文翻译的内容)于6月24日对外发布。该报告指出,5G技术的集成可以使国防部以较低的成本利用其优势,用来满足作战需求。同时,这也带来了网络安全、频谱管理和网络优化方面的新挑战。通过调查,报告得出了6条结论,给出了10条战略建议。

新兴的5G技术为国防部提供了访问通信网络的先进途径,与现有4G网络相比,它的数据传输速率大大提高,延迟时间更短,并且潜在地节省了更多能源。5G技术的集成可以使国防部有机会以较低的成本利用这些系统的优势满足作战需求。改进的商用5G技术为国防部带来了许多作战优势,但同时也带来了网络安全、频谱管理和网络优化方面的新挑战。国防科学委员会成立了专项工作组,研究5G网络技术在国防中的应用,为国防部未来应用 5G技术寻找方向,从而降低供应链风险,建立频谱管控机制,改进现有的通信基础设施。

国防科学委员会关于5G网络技术在国防中应用的报告得出的结论是:在国防部中使用5G技术可能会带来很多好处,但是固有的供应链、网络、射频(Radio Frequency,RF)/电子战(Electronic Warfare,EW)和虚拟/物理漏洞会产生重大的风险。国防部基础设施中5G的部署必须对任务的关键性和可接受的风险进行权衡。本执行摘要(executive summary)回顾了专项工作组的调查结论和建议,后者是国防部成功部署5G时所必需考虑的。

研究范围

自2018年11月至2019年3月,专项工作组每月举行会议,审议并接收有关5G前景的简报。来自国防部、情报部门(Intelligence Community,IC)、其他政府机构、学术界、智库和工业界等各种背景的专家、从业者分享了他们的见解和信息。

在整个研究过程中,与专项工作组共享广泛和专业的知识,确保了迄今为止可获得的最完整、最准确信息。这些调查结论及相关建议在后文中进行总结,并在专项工作组的秘密报告中进行了详细说明。国防科学委员会认为,如果迅速执行这些建议,国防部可从5G技术应用中受益良多。

美国国防部使用5G技术的调查结果

工作组经过审议,得出以下6个总体结论。

结论1:5G的带宽(Bandwidth,BW)和服务,低功耗和低延迟功能可以增强国防部当前执行任务的能力,并具有创新作战功能的潜力。

·必须考虑采用5G技术的多种策略。

·现有5G的资源和测试平台不足,无法评估当前和所提议的标准、功能、技术。

结论2:尽管5G在很大程度上是从4G演变而来,但已经发生了很大变化——互联网协议(IP)发生了重大变化,标准制定和供应链方面的权威已经改变。

·5G功能与领先的微电子技术紧密地交织在一起。

·观察到很多行动缺乏协调,缺乏战略指导。

·众所周知,中国会在重大标准制定之前影响或协调立场,并试图控制未来的标准。

结论3:固有的供应链、网络、射频/电子战和虚拟/物理漏洞会带来重大的作战风险。

·工业基础缺乏美国集成商和无线接入网(Radio Access Network,RAN)供应商,这带来了挑战。

·持续的测试和实验可以帮助缓解风险,同时创造新机会。

·国防科学委员会早先和当前关于网络研究的结论和建议同样适用。

结论4:网络功能虚拟化、新无线电技术、安全性增强带来了作战先机。

·新的频谱和无线电功能提升了频谱共享能力,具有低拦截概率(Low- Probability-of-Intercept,LPI)/低检测概率(Low-Probability-of-Detection,LPD)/低干扰概率(Low-Probability-of-Jamming,LPJ)特性的高带宽传输创造了作战先机。

·5G增强的安全性能提供了比4G更好的保护。

·5G商业卫星的选项有可能为全球通信创造前所未有的机会。

结论5:新兴技术为重新引领未来的第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)标准提供了机会。

·高度依赖小型、微型和超微型蜂窝网络的超致密化,将创造作战先机。

·协议栈(protocol stack)中的人工智能(Artificial Intelligence,AI)和机器学习将提高性能。

·可以将商业规模的组件设计和制造应用于天线阵列。

结论6:必须根据任务的关键性和可接受的风险来权衡5G的部署。

对国防部5G战略的建议

建议1:在竞争激烈的环境中将5G应用于军事用途。

·负责采办与保障的国防部副部长(USD(A&S))、负责研究与工程的国防部副部长(USD(R&E))应该与国防部首席信息官(CIO)合作,在竞争激烈的环境中采用增强了安全性能的5G网络技术,用于军事用途,并发布国防部关于4G采购/部署和5G应用的政策、指南和路线图。

·国防部应跨越4GLTE服务基础设施的建设,加速全频谱5G的部署。

·国防部对基础设施升级和资本重组应采取“5G优先”的政策,包括无线应用。

·军种采购主管应优先开展5G基础架构部署,而不是其他方式。

·国防部首席信息官要正式制定并应用经验教训流程,告知未来的标准,以及体系结构如何开发和部署。

建议2:为有争议的环境和关键应用开发安全的5G系统。

·负责采办与保障的国防部副部长应引领该计划的规划和执行,启动、开发并强化5G技术和基础架构相关工作,特别要关注供应链。

·国防部应加强对系统安全的重视,必须认识到包括关键任务(例如工业控制和自动驾驶汽车)在内的新兴应用所面临的风险。网络安全是系统安全的重要组成部分,建议采用零信任(zero-trust)网络架构,并增加条款以确保供应链的完整性。

建议3:建立测试平台,探索、创新应用。

·负责研究与工程的国防部副部长应创建一个新应用测试的平台/试验场,以及一系列活动和挑战竞赛,针对无竞争和竞争环境中的国防部任务,开发量身定制的5G应用。

·国防部应进行演习,确定漏洞、攻击媒介以及反击和缓解的时机。

·国防部应与工业合作伙伴、国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)合作,利用测试平台在关键特征、保密和安全性方面建立基于实验的数据,推动未来标准的发布。

建议4:启动电信安全计划。

·负责研究与工程的国防部副部长应与国家情报总监(Director of National Intelligence,DNI)合作,启动一项电信安全计划,主要目的是识别漏洞,寻找战机和缓解措施。

·国防部首席信息官应采用“联邦风险与授权管理项目(Federal Risk and Authorization Management Program,FedRAMP)”内较高或中等的评估基准,补充国防部的“联邦风险与授权管理项目+控件增强功能”,评估核心服务提供商能否获得国防部临时授权。

·国防信息系统局(Defense Information Systems Agency,DISA)/美国网络司令部(United States Cyber Command,USCYBERCOM)应该对5G数据包进行连续、独立的监测,验证系统的可用性、机密性和完整性。

建议5:制定国防部5G供应链管理策略。

·负责研究与工程的国防部副部长应该招募具有丰富知识和经验的工程师、计算机科学家和制造业专家,因为他们对零件设计和嵌入式软件有全面的了解。

·负责采办与保障的国防部副部长和军种采购主管应建立采购流程,做到快速、经常和多样化。采购包括商用现货(commercial off-the-shelf,COTS)和政府现货(Government Off-the-Shelf,GOTS),并寻求掩盖使用目的、制造的替代方法,插入“半导体芯片(dielets)”确保可信赖。

·负责采办与保障的国防部副部长、负责研究与工程的国防部副部长应该为关键系统组件的西方工业基地替代品提供种子资金。例如,无线接入网(RAN)。

·负责研究与工程的国防部副部长应建立并保持与其他实体机构的联系,影响不断发展的技术和标准,改善负担得起的保障。

·国防部首席信息官应与美国国家标准与技术研究所合作,制定供应链标准并在第三代合作伙伴计划(3GPP)工作组中确定其优先级。

建议6:创建一个用于“漏洞分析”的程序。

·负责研究与工程的国防部副部长、国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)应与情报界合作,对新兴的5G电信硬件和软件开展以网络为中心的漏洞研究。

建议7:制定并执行为期3年的5G +科技(S&T)路线图。

·负责研究与工程的国防部副部长应与国家情报总监合作,制定并执行为期3年的5G科技路线图,影响未来的第三代合作伙伴计划版本并开发5G系统、子系统和组件的新用途和特殊用途。

·国防高级研究计划局应该结合正在进行的卫星研究工作,影响第三代合作伙伴计划中 5G卫星标准的研发,并计划在2021年之前部署5G卫星回程线路(backhaul)。

·负责研究与工程的国防部副部长应该增加对5G新兴技术的投资,例如协议栈中的人工智能、雾计算(fog computing)、大规模多天线收发系统(massive Multiple Input Multiple Output,massive MIMO)、毫米波芯片组,以及战术行动和海上作战中的“车路协同(Vehicle to Everything,V2X)”。

·负责研究与工程的国防部副部长、国防高级研究计划局应该与合作伙伴启动无线接入网项目的研发,负责采办与保障的国防部副部长应提供最低限度的采购来吸引企业的参与。

建议8:制定5G +标准的参与计划。

·负责研究与工程的国防部副部长应招募具有丰富知识的工程师、计算机科学家和制造业的专家,他们应具有零件设计和嵌入式软件的全面知识。

·标准协调机构应建立初步的开发标准清单。

建议9:建立新的双向频谱共享模式。

·在国防部首席信息官的支持下,国家电信与信息管理局(National Telecommunications and Information Administration,NTIA)和联邦通信委员会(Federal Communications Commission,FCC)应该制定国家频谱战略。

·国家电信与信息管理局和联邦通信委员会在国防部首席信息官的支持下,应建立一个国家频谱信息技术现代化计划,研发下一代频谱管理工具。

·国防部首席信息官应制定与国家战略相一致的国防部频谱战略、路线图和行动计划,识别即将实施的要求和拟议的法规变更,在一年之内即可支持国家安全任务中灵活地访问和管理电磁频谱。

·国防部首席信息官应制定5G+路线图的行动计划,并在六个月内关注所需变更的政策。应特别注意利用5G的新兴技术,例如带宽部分、可编程资源块、载波聚合、波束成形和自适应置零,开发双向共享方法以及新的频谱共存特征,跨越低、中、高频段。

·国防部首席信息官/国防信息系统局国防频谱局(Defense Spectrum Agency)和负责研究与工程的国防部副部长应申请拨款,促进安全频谱共享的先进技术和工艺的研发,促进国防部对频谱的访问。

建议10:加快毫米波技术的开发和转型。

·负责研究与工程的国防部副部长应优先考虑在28GHz和37GHz频段上加快5G毫米波应用和技术的研发,其次是其他频段。

·国防高级研究计划局应该完善传播模型,研究将5G固定毫米波技术(5G fixed mmWave technology)应用于移动、机载和卫星链路的可行性。

·国防高级研究计划局应该继续跟踪5G毫米波技术的发展,创造新的发展机会。

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