物聯網技術的應用分析:以法國海軍為例
2019.06.11
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壹、新聞重點
物聯網技術(Internet of Things, IoT)是運用感測器將各項有形物體串連起來的虛擬網絡,透過網際網路連結並交換資料,達成「萬物聯網」。為了有效掌握船艦狀況,法國國防承包商「海軍集團」(Naval Group)表示將嘗試結合「能源蒐集」(energy harvesting)的方式將物聯網技術應用在其新一代的船艦上,目前相關的研發即將進入概念性驗證(proof of concept)的階段,首艘原型船艦與專用的物聯網技術將在2019年9月於海軍集團在法國布列斯特(Brest)的船廠進行實際環境的測試。[1]
貳、安全意涵
一、軍事物聯網的發展尚在起步階段
隨著感測器、網路、資料儲存與應用軟體效能的不斷提升與成本的不斷降低,民用領域的物聯網技術應用已進入蓬勃發展的階段,在資產追蹤、停車管理、環境監測、住宅自動化等領域都有長足發展。
物聯網技術也有著雄厚的軍事應用發展空間,軍事物聯網(Internet of Military Things, IoMT)就是利用物聯網技術將各式裝備與人員彼此連結,目標在達成將能力與效益提升到最高,成本與風險降至最低的最佳狀態。然而,與民用物聯網的發展相較,軍事物聯網的應用還處於初始階段,但是其發展性已備受各國軍方重視,例如美國已經將感測器、火控系統、通訊技術與後勤管理等四大領域的物聯網技術整合進軍事領域應用中。整體而言,後勤追蹤、建築物安全、環境控制與士兵健康管理是目前軍事物聯網領域內主要的開發項目。
二、海軍船艦保養維修成本的降低
由於科技的發展與任務的繁多使得武器裝備的持有成本不斷增加,如法國對新一代航空母艦一年的運作費用評估需要2億歐元,其中的1.2億即是用於船艦本身的保養上。[2]然而,在今日大多數國家的國防預算受到諸多限制且能夠增加的幅度有限情況下,裝備維修的開支便成為日益龐大的負擔,如法國2016年與2003年的國防總預算相比僅成長了1%,但是這13年間裝備維修的支出卻大幅增加37%,平均年度成長率達到2.27%,無形中排擠了其他重要項目的支出。[3]
因此「海軍集團」希望藉由物聯網的技術來降低保養維修成本,並將節約下來的預算額度投入到諸如裝備購買與研發的重要項目當中。一方面,透過專用的物聯網平台建置,在船艦各處以廣設無線感測器的方式來偵測船艦內部情況,並且於異常狀態時發出警告。無線感測器可以在不進行大規模改建工程的情況下,對既有的船艦進行安裝,快速完成升級投入作戰。另一方面,藉由感測器所蒐集的有關船體船艙之各項數據,相關的維修部門更可以有效掌握相關設施的狀況。在保修方面從被動與較無效率的「預防性維護」(preventive maintenance)走向主動與對症下藥的「預測性維護」(predictive maintenance),除了可以有效降低維修成本,進廠維修時間的減少也使船艦可以有更大的運用空間。
三、以微型能源蒐集的方式作為物聯網裝置的電力來源
由於海上獨立且封閉的特殊作業環境,船艦上所安裝的感測器之電源供應必須要有特別考量,海軍集團嘗試就地利用船艦所處環境周遭的能源以達成自主且長時間的運作。目前初步的計畫將使用船艦運行時產生的機械震動與溫度差異作為能量來源,這些裝置預估可持續運作達到20年以上。
儘管對於船艦運作來說,感測器所消耗之電力佔比不高,以微型能源蒐集取代電池的方式可以節約的電力有限,然而微型能源蒐集在其他方面仍具有許多好處,例如,解決電池無法存放在有爆炸風險空間的限制、免除更換電池所需的人力與技術成本、感測器的微型發電機成本不斷下降,這些因素都使得其在船艦應用上越來越具競爭優勢。
參、趨勢研判
一、資訊安全將是軍事物聯網的發展關鍵
「萬物聯網」意味著「萬物皆可被駭」,安全性問題是國防領域應用的主要挑戰,隨著軍隊逐步大量使用物聯網的設備與應用程式,遭到敵人網路攻擊的風險將不斷增加。例如,大多數物聯網技術所使用的無線網路通訊若被竊取將會使得軍事部隊的位置曝光,軍事健康管理系統若被入侵而使醫療資訊遭到篡改,則可能危害士兵的健康。儘管使用內部網路(Intranet)可以大幅降低資訊外洩的威脅,但如何有效確保物聯網的安全性將是影響其在國防領域發展的關鍵。
二、政府與相關領域新創企業合作力求關鍵問題的突破
有鑒於民用領域的物聯網技術發展較軍用領域成熟許多,將民間產業的技術納為己用將是軍事物聯網的發展趨勢。例如,「海軍集團」自身便不直接投入相關技術的開發之中,而是選擇贊助新創企業(star-up)的研究,特別是通過創新競賽勝出的企業,包括提供最佳化解決方案的公司Storkcom與專精於感測器通訊連結的公司NFC-Interactive都是「海軍集團」的合作對象,目前這些新創企業正努力突破通訊標準建立與資料傳輸等問題,希望能將成果整合進入下一代的軍艦建造當中。
[1] Célia Garcia-Montero, “Pour Naval Group, le déploiement de l'IoT passe par l'energy harvesting,” Journal Du Net, May 6, 2019, https://www.journaldunet.com/ebusiness/internet-mobile/1423762-pour-naval-group-le-deploiement-de-l-iot-passe-par-l-energy-harvesting/
[2] “Le coût faramineux du futur porte-avions français,” Capital, March 27, 2019, https://www.capital.fr/economie-politique/le-cout-faramineux-du-futur-porte-avions-francais-1333167
[3] J. Droff, “Le maintien en condition opérationelle (MCO) des matériels de defense: quelles tendances?” Newsletter Chaire Économie de Défense, No. 4 (2017), p. 7.