美國防部第5100.01號指令要求美陸軍 "進行空中和導彈防御，以支持聯合戰役并協助實現空中優勢"。FM3-01描述了美陸軍專門的AMD部門--ADA對AMD行動的計劃、協調和執行的貢獻，以支持大規模作戰行動中的聯合和陸軍部隊。

防空和導彈防御是直接（主動和被動）的防御行動，以摧毀、消除或降低敵對的空中和彈道導彈對友軍和資產的威脅（JP 3-01）。它包括在陸地、空中、海上以及網絡空間和太空中可能采取的行動。反彈道導彈行動是擊敗空中和導彈威脅的防衛性反空結構的一個關鍵因素。在整個防空框架內，AMD行動通常與其他進攻性和防御性的防空任務相結合。雖然本手冊涉及進攻性反空和被動反空的各個方面，但它側重于主動反空戰術和程序。

FM3-01涉及到今天的作戰環境，它所設想的對美陸軍和聯合部隊的威脅是這些部隊在25年內沒有遇到過的。在這種環境下，反坦克部隊必須適應并準備在一個高度競爭的空域中進行大規模作戰行動。FM3-01為反坦克部隊提供了一個應對未來沖突的理論方法，解釋了反坦克部隊的梯隊如何為陸軍的四個戰略角色做出貢獻：塑造作戰環境、預防沖突、進行大規模地面作戰和鞏固成果。

這個FM3-01版本是以ADA梯隊為單位組織的，而不像以前的版本是以ADA系統的角度來介紹。它介紹了從陸軍航空和導彈防御司令部（AAMDC）到防空空域管理（ADAM）單元的ADA梯隊的作用、功能、基本原則和就業宗旨。它進一步描述了ADA梯隊在當前或近期行動中的AMD部隊行動和交戰行動，并討論了這些行動的持續挑戰。

這個版本引入并定義了新的AMD術語。它還定義了在其他AMD理論出版物中反復使用但從未定義的舊術語。

FM3-01由12章組成：

• 第1章提供了美陸軍AMD的概述。它介紹了一個新的ADA角色聲明，并確定了五個關鍵的ADA基本能力。它介紹了AMD的基本原則和就業宗旨。它總結了支持聯合和統一陸地行動的ADA行動。第1章重新介紹了短程防空（SHORAD），這是保護機動部隊的一個關鍵因素。本章最后討論了ADA士兵和領導人的培訓。本章中提出了大量的定義和術語的擴展解釋，以方便理解適用于所有ADA梯隊的AMD行動和語言。

• 第2章從AMD的角度討論了美陸軍行動過程。AMD部隊行動一般包括支持空中和導彈威脅的交戰所需的計劃和準備行動。AMD交戰行動包括執行和評估交戰的所有行動。

• 第3章涉及作戰環境，重點是空中和導彈威脅，從火箭、火炮、迫擊炮到洲際和潛射彈道導彈，以及它們的通用能力。它還涉及美國部隊可能面臨的來自太空和網絡空間威脅的挑戰。

• 第4章描述了任務指揮以及與陸軍AMD相關的指揮與控制（C2）。它通過AMD的視角討論了任務指揮的原則。它還介紹了適用的權力和C2要素，以及在進行交戰時的駐地。

• 第5章至第10章分別討論了AMD作戰框架以及基礎原則和宗旨在ADA梯隊中的應用，從AAMDC到機動旅編隊的ADAM單元。每一章都介紹了各自梯隊的角色和能力、組成和行動--在C2、部隊行動、交戰行動和維持行動方面。

• 第11章描述了非AMD陸軍部隊對執行AMD行動的貢獻。它總結了C2、計劃和使用以及與空中和火箭彈、大炮和迫擊炮（RAM）威脅有關的交戰考慮。它介紹了關于機動部隊 "毒刺 "小組的使用的理論和行動信息。

• 第12章概述了ADA數據和通信架構以及美陸軍、聯合和多國AMD要素之間的聯系。

• 附錄A和B分別介紹了美陸軍AMD戰略組織和系統以及ADA系統（那些通常支持作戰和戰術層面的系統）。

根據目前的理論變化，FM3-01的某些術語被添加、修改或廢除。這些術語的清單在第9頁的引言表1和2中提出。詞匯表包含了所定義的術語。

第x頁的引言圖-1說明了FM3-01的邏輯圖。第x頁的引言圖-2說明了ADA理論出版物的層次結構。

本出版物包含用于計劃和進行野戰炮兵（FA）反擊行動的技術，以及用于武器定位雷達（WLR）系統的使用和管理。它包含了諸如AN/TPQ-50和AN/TPQ-53 WLRs等設備的技術。本出版物保留了陸軍正在逐步淘汰的AN/TPQ-36系統的信息。該出版物提供了使用師炮兵（DIVARTY）和野戰炮兵旅（FAB）WLRs和攻擊/投送系統的反火力作戰技術。這份陸軍技術出版物（ATP）所包含的材料適用于所有參與反火力行動的FA人員。

ATP 3-09.12包含了計劃、協調、進行FA反擊以及使用FA WLRs所需的基本技術和指導。它提供了關于如何訓練和開展行動的信息，并描述了目前正在使用的和已知有效的技術。該理論與聯合、多軍種和其他陸軍理論是一致的。

ATP 3-09.12包含了計劃、協調、進行反擊戰和使用反擊戰的基本技術和指導。它提供了關于如何訓練和開展行動的信息，并描述了目前正在使用的和已知有效的技術。該理論與聯合、多軍種和其他陸軍理論是一致的。

本出版物描述了當前和新興的火力TA系統。用于反火作戰和TA的主要設備是WLR。ATP 3-09.12解釋了反火作戰的技術，運用和管理WLR，以及目標處理。本出版物描述了TA的技術，以完成作戰命令中所述的任務，并采用、維護和操作WLR來定位敵人的間接武器系統。

ATP 3-09.12分為四章和十一個附錄。 第1章 野戰炮兵反擊和目標定位簡介。 第2章 角色和責任。 第3章 野戰炮兵反火力/武器定位雷達部門和人員。 第4章 武器定位雷達的使用考慮因素。 附錄A 自動化目標數據處理。 附錄B 友軍射擊日志。 附錄C 嵌入式訓練。 附錄D 面具的考慮因素。 附錄E 支持要求。 附錄F 工具和程序。 附錄G 火箭炮迫擊炮（RAM）的警告。 附錄H AN/TPQ-53武器定位雷達系統特性。 附錄I AN/TPQ-50武器定位雷達系統特性。 附錄J AN/TPQ-36武器定位雷達系統特性。 附錄K 目標獲取表。

在談論網絡系統時，研究人員和決策者都廣泛使用 "可防御性（defensibility）"一詞，但沒有一個普遍的定義，也沒有觀察和衡量它的方法。本研究探討了在防御性網絡戰背景下如何定義可防御性，哪些關鍵因素構成了可防御性，以及如何衡量這些因素。為此，首先研究了學說和研究，為可防御性建立了一個意義框架。其次，該研究提出了防御者在防御性網絡戰中需要具備的七種基本能力，以及一套影響這些能力的系統屬性。最后，提出了一套對這些屬性的測量方法，以使可防御性得到觀察和測量。這項研究的結果是對防御性網絡戰背景下的防御性的定義，構成其防御性的系統屬性列表，以及對這些屬性的一套相關測量。利用這些，可以分析一個系統的可防御性，以表明防御者在系統中進行操作時可能有哪些限制，以及系統需要改進的地方。這項工作是將可防御性建設成一個有用的工具的第一步，它強調了在系統中進行動態防御行動的防御者的需求，而不是實施靜態措施以提高網絡安全的行為者的需求。

引言

根據美國陸軍理論，成功的防御行動的特點是 "破壞、靈活、機動、大規模和集中、深度作戰、準備和安全"（Department of the Army, 2019a, p. 4-1）。這些原則也可以適用于防御性網絡行動，但其在實踐中的應用還沒有得到廣泛研究。在討論信息技術（IT）系統和網絡能力時，可防御系統和可防御網絡這兩個術語經常被高級管理層用作戰略目標或要求（Cyber Operations，2015；Gorminsky，2014；Shachtman，2012；U.S. Strategic Command，2015；King & Gallagher，2020）。一個系統的可防御性通常包括的部分是與網絡安全領域相關的靜態措施，這個領域獲得了大量的研究。然而，第二部分則不太發達，是由與戰斗空間的準備有關的因素組成的，以實現或支持一個積極的網絡防御者。

本文作者作為一名網絡防御者已經度過了7年，在這期間，作者參與了與技術人員、系統利益相關者和高級管理層關于網絡防御性要求的一系列討論，在這些討論中，理論和研究都明顯缺乏對該術語的明確操作定義。只關注根據網絡安全的原則使系統安全，可能不利于成功利用網絡防御者的能力。流量加密是一個例子，它可以增加系統的安全性，同時也使防御者更難。在這個例子中，如果不采取措施讓防御者以可控的方式破解加密，他們檢查和修改網絡流量的能力就會受到限制，降低了他們的操作效率，使系統更難防御。

建立一個普遍的網絡可防御性定義，并將其操作化，以確定在藍色網絡空間開展行動時，哪些系統特征和相關變量對主動防御者有價值，這對于給防御者和系統利益相關者一個更好的機會來共同完成可防御的系統，從而提高防御行動的有效性并降低風險是非常重要的。例如，當被賦予防御系統的任務時，防御者可以使用這個定義來評估該系統在那里可能采用的能力，并將此傳達給利益相關者和決策者。如果系統的任何屬性阻礙了防御者的能力，這些都可以被指出并傳達。

A 問題與目的

問題是，在防御性網絡行動的背景下，網絡可防御性一詞定義不清，特別是在描述可防御的網絡或系統的特征時。這個詞經常在戰略層面上被用來表示意圖，但網絡防御者對指定系統的要求是什么的知識主要是默示的。此外，網絡防御者本身也缺乏一個共同和既定的詞匯來溝通和衡量這些要求。

這是一個問題，因為如果沒有明確的定義，可防御性就成了網絡安全的同義詞，這最終會阻礙積極網絡防御的全部潛力的實現。如果沒有一個公認的通用詞匯來表達進行防御行動所需的能力，就有可能在防御者在理想條件下的能力與特定指定系統中可能實現的能力之間出現差距。這可能會導致系統無法得到充分的防御，領導層和利益相關者對網絡和系統的狀況產生誤解，以及網絡防御者的利用不足和挫敗感。

本研究的目的是開發一個框架，用于分析和測量網絡領域的系統防御性。這包括定義和操作關鍵因素，因為它們適用于為主動防御者準備戰斗空間。

B 影響

這項研究的主要好處是，它將為網絡防御性提供一個共同的定義，使領導層、網絡防御者和系統利益相關者之間能夠更好地溝通。隨著關鍵能力的操作化，它也提供了一個可觀察變量的框架，在評估網絡或溝通優先級時開始衡量防御性。

這項研究的其他好處包括：促進對網絡防御者的能力和他們在特定的指定系統中實際能夠實現的能力之間存在的差距的理解；創建一個標準的詞匯，以改善網絡防御者和IT系統利益相關者之間的溝通；給網絡防御者提供一個模型，以便在評估系統和向決策者報告防御狀態時使用；為決策者提供防御性的不同方面和因素的明確操作化定義，使其能夠更清晰地與系統利益相關者溝通意圖和優先事項。

C 研究的問題

• 如何在防御性網絡行動的背景下定義網絡防御性？

• 在一個分析框架內，哪些關鍵因素和相關變量構成了防御性網絡行動背景下的系統防御性？

D 定義

網絡空間："信息環境中的一個全球領域，由信息技術基礎設施和駐地數據的相互依賴的網絡組成，包括互聯網、電信網絡、計算機系統以及嵌入式處理器和控制器"（參謀長聯席會議，2021年，第55頁）。

藍色網絡空間："網絡空間中由美國、其任務伙伴保護的區域，以及國防部可能被命令保護的其他區域"（Joint Chiefs of Staff, 2018a, p. I-4）。請注意，雖然本研究是基于美國的理論和定義，但目的是為了讓更多人能夠使用該定義。在本研究中，藍色網絡空間將被用來表示要防御的整個空間，主要是在討論一般概念和廣泛能力時。指定系統將被用來討論藍色網絡空間中的單個系統，在特定情況下要進行防御。

美國國防部（DOD）參謀長聯席會議（2018a）在聯合出版物3-12：網絡空間行動（JP 3-12）中定義了不同類型的網絡任務和活動，這將被用來為本研究提供行動背景。防御性網絡空間行動（DCO），分為內部防御措施（DCO-IDM）和響應行動（DCO-RA）（參謀長聯席會議，2018a）。本論文的重點是DCO-IDM，它被定義為 "授權的防御行動發生在被防御的網絡或網絡空間的一部分 "的任務（Joint Chiefs of Staff, 2018a, p. II-4）。在JP 3-12中，參謀長聯席會議（2018a）也斷言了防御和安全之間的區別。

• 聯合理論使用 "網絡空間安全 "一詞來區分這種戰術層面的網絡空間行動與國防部（DOD）和美國政府（USG）政策中使用的政策和計劃術語 "網絡安全"。為了能夠有效地規劃、執行和評估，理論區分了網絡空間安全和網絡空間防御行動，這是國防部和美國政府的網絡安全政策中沒有的區別，因為網絡安全一詞包括安全和防御的概念。(第II-6頁)

E 局限性

由于全球定義需要廣泛傳播才能產生效果，本研究將保持在非保密級別。這限制了在操作網絡防御性時可以解決的深度，因為它必須關注廣泛的能力而不是具體的技術要求。這樣做的原因是，網絡防御者的具體技術要求將勾勒出他們的能力。

這項研究的重點是網絡防御者和主動防御，而忽略了僅以靜態網絡保護為目的的方面。兩者都是全面防御所需要的，主動防御措施往往建立在健全的靜態保護之上（Fanelli，2016）。

受英國Dstl的委托，這項研究旨在調查關于元宇宙的起源和最新想法，從而創建一個 "軍事元宇宙作戰方案"。CONOPS（行動概念）描述了建立在元宇宙技術、標準和方法基礎上的未來國防建模與仿真（M&S）生態系統，以及好處、用例和要采取的行動。它為國防提供了一個統一的愿景，通過綜合企業方法實現M&S的全部潛力，以支持包括訓練和行動在內的所有國防活動。研究發現，盡管對元宇宙的描述各不相同，但它可以被視為國防所關注的許多技術的總稱，而正是這些技術的整合和融合正在推動元宇宙的發展，反映了計算本身的演變，即從主要是2D到3D互動和存在。元空間技術的發展將主要在國防之外進行，但軍事元空間的關鍵要素包括無處不在的網絡和計算、泛企業對可驗證的M&S數據的訪問，以及對開放式元空間標準的利用。CONOPS方法提供了一個有用的工具，用于溝通為什么以及如何將技術結合起來以獲得國防利益，為M&S政策和M&S研究計劃的未來方向提供信息。

1 引言

1.1 研究背景與路徑

這項研究是為了支持Dstl的轉型培訓、教育和準備（TTEP）研究活動而委托進行的，旨在為Dstl提供信息，以獲得競爭優勢，支持與培訓、教育和準備有關的科學和技術（S&T）活動。它是由Vedette建議的，作為2021年8月模擬和合成環境創新呼吁的一部分，以解決兩個問題：元宇宙對國防意味著什么，通過建立元宇宙技術和方法，是否可以開發一個CONOPS，為英國國防的M&S方法提供一個統一的愿景？這項研究的主要目的是為英國防部為什么以及如何積極探索和討論元宇宙的發展并尋求利用外部驅動的創新的機會提供思考和指導。該研究從2021年12月中旬開始，到2022年2月中旬結束，其成果是 "2035年軍事元宇宙作戰概念 "以及一份輔助報告和演示。本文在該研究的基礎上，納入了該研究的主要元宇宙發展成果。

在研究結構方面，第一階段調查了 "元宇宙 "一詞的起源，掌握了關于元宇宙的最新理念，并形成了對其與國防M&S關系的理解。從這項工作中，我們開發了軍事元空間技術摘要和元空間特征與國防M&S的關系圖，旨在解釋這些技術與國防的相關性。在這項工作的基礎上，下一階段是審查英國國防部（MoD）和國際上關于未來行動的最新政策和想法，以便為軍事元宇宙作戰概念設定場景并提供信息。最后，根據ISO/IEC/IEEE 29148:2018的CONOPSi標準格式，編寫了 "2035年軍事元宇宙作戰概念（CONOPS）"。

2 元宇宙

2.1 起源與歷史

2.1.1 元宇宙起源

元宇宙這個詞最早出現在尼爾-斯蒂芬森1992年的科幻小說《雪崩》中，它是一個 "計算機生成的宇宙，他們的計算機在護目鏡上繪制，并泵入他們的耳機......一個被稱為Metaverse的想象的地方"。它是前綴 "meta"（意為超越）和 "universe"的諧音，是人類居住的未來數字模擬世界的科幻愿景，也是對現實世界的影響。由人類控制的數字化身的屬性是基于他們的社會經濟地位和財富，是物理世界在數字格式中的延伸。這是一本很有影響力的書，從那時起，元宇宙這個詞就一直在使用，盡管它的使用在2021年有了很大的增長。

《雪崩》并非獨一無二。當時的許多科幻作家和電影制作人，無疑受到了當代計算機技術發展的影響，設想了一個現實世界和虛擬世界結合在一起，有時無法區分的未來。例如，威廉-吉布森（William Gibson）的《Neuromancer》小說（1984年）普及了 "網絡空間 "一詞，并提出了 "矩陣 "的概念，即計算機網絡中的 "大眾共識的幻覺"。在《安德的游戲》（1985年）中，主人公認為他們是在一個模擬中，而他們實際上是在戰斗中，而在《黑客帝國》（1999年）中，大多數人類都不知道他們生活在一個模擬中。

2.1.2 元宇宙發展

受Metaverse啟發的概念慢慢地從虛構變成了現實。2003年，在線多媒體平臺 "第二人生 "啟動，允許人類創建自己的化身，并在一個持久的用戶生成的世界中與他人互動，并有一個工作經濟。盡管它早期的快速增長沒有得到維持，但它提供了一個元空間可能是什么樣子的（仍然）工作愿景。事實上，它仍然存在，游戲中的經濟收入為6.5億美元，來自于數字內容的買賣，如化身服裝。2007年，包括索尼和哈佛大學在內的一個跨行業/學術團體發布了《元宇宙路線圖》，承認元空間不僅是一個虛擬空間，而且是 "我們的物理世界和虛擬世界的交界處或連接點"。歐盟ITEA項目Metaverse1（2008-11）項目啟發了ISO/IEC 23005標準，為現實物理世界和虛擬世界之間提供了一個標準接口。

2010年代，在網絡游戲和XR（擴展現實）發展的背景下，metaverse繼續為技術（和社會）的發展提供了一個愿景，支持者如Epic Games的CEO Tim Sweeney說："要有耐心......metaverse會到來......而且它將是開放的"。虛擬世界游戲平臺《Minecraft》和《Roblox》在2010年代穩步增長，因為它們專注于易用性和年輕一代。從2014年到2021年，《Minecraft》增長了6倍，達到1.5億月度用戶，Roblox在同一時期增長了45倍，達到2.25億月度用戶。然而，可以說是COVID-19的大流行幫助點燃了對元空間概念的主流興趣，當今的技術支持了數字遠程工作和社交的逐步改變。這可以從Facebook在2021年將其名稱改為 "Meta"，成為一家 "社會技術公司"，以及微軟和英偉達為工程師和設計師推出元宇宙相關產品中得到說明。截至2022年，由于認識到需要用開放的標準來構建元宇宙，元宇宙標準論壇成立了，成員包括Meta、微軟和英偉達，其使命是將元宇宙所影響的多個標準組織聯合起來。

2.2 目前元宇宙描述

在寫這篇文章的時候，對元宇宙還沒有一個統一的定義，而是有一套大致相似的描述。雖然這在描述元宇宙方面可能會有問題，但這與 "網絡空間 "類似，后者也是以科幻小說術語開始的，也有不同的定義，而互聯網曾經被普遍稱為 "信息高速公路"，所以定義可能是模糊的，并隨著技術和文化的發展而來去。盡管如此，盡管虛擬現實和化身的原始概念仍然存在，但現在一般認為元宇宙也包含了更廣泛的不同成熟度的技術融合，這些技術將物理世界和數字世界結合在一起，并被視為互聯網的下一次迭代，是人類、機器和數字世界之間從2D到3D互動和沉浸的趨勢。下面的表1有一系列當代元宇宙的描述。

表1:目前元宇宙描述的范圍

來源	元宇宙描述	時間
維基百科	"在未來主義和科幻小說中，元宇宙間是互聯網的假設性迭代，是一個單一的、普遍的、沉浸式的虛擬世界，通過使用虛擬現實（VR）和增強現實（AR）頭盔來推動。"	2022.8
微軟CEO - Satya Nadella	"元宇宙使我們能夠將計算嵌入現實世界，并將現實世界嵌入計算之中。"	2021.11
NVIDIA CEO - Jensen Huang	"元宇宙是互聯網的下一個演變......3D的互聯網，一個由連接的、持久的虛擬世界組成的網絡......在這里，人類將通過XR設備進入虛擬世界，而人工智能將作為物理機器人進入我們的世界。"	2022
Matthew Ball （作者）	"一個大規模的、可互操作的實時渲染的三維虛擬世界網絡，可由有效的無限數量的用戶同步和持續地體驗，具有個人的存在感，并具有數據的連續性，如身份、歷史、權利、對象、通信和支付。"	元宇宙：以及它將如何徹底改變一切 - 2022
JP Morgan （公司）	"元宇宙是我們的實際生活和數字生活的無縫銜接，創造了一個統一的虛擬社區，我們可以在這里工作、娛樂、放松、交易和社交。"	2022 年“元宇宙中的機遇”

從這些元宇宙的描述和其他描述中可以看出，大致上有兩派思想，盡管是緊密結合的。一派認為元宇宙主要由持久性的虛擬世界組成，另一派則認為元宇宙也可以深入到現實世界。

2.3 僅僅一個元宇宙？

目前圍繞元宇宙的想法是，它將影響到非常廣泛的人類活動，因此技術公司現在正在進行大規模的投資。例如，Meta公司預計在2021/22年將花費100億美元用于元宇宙相關技術。在游戲中已經有了原生態的元宇宙或類似元宇宙的體驗，但這也將遷移到更廣泛的娛樂和休閑以及工作、商業和工程領域。創建、銷售和購買虛擬資產的能力，如可以在不同的虛擬世界中使用的3D模型，將推動元宇宙的進一步增長和投資。我們也看到一些例子，在虛擬世界中存在的數字孿生幫助設計和優化其在現實世界中的對應物。然而，要將這些技術大規模地結合起來并進行互操作，仍然存在許多挑戰，因此，任何一家公司都不太可能解決元宇宙所有復雜多樣的技術、法律和社會學問題。因此，不太可能只有一個持久的虛擬世界，更有可能是一些相互連接的可互操作的虛擬世界。

2.4 原生元宇宙

已經有一些平臺和技術具有類似于元宇宙的特征，當代評論家稱之為 "原生元宇宙"，標志著元宇宙的早期形式。它們也標志著許多人類已經在體驗類似于元宇宙的經歷，而且元宇宙技術正在找到專業用途。表2中列出了原生元宇宙的例子。

表2:目前原生元宇宙的范圍

來源	原生元宇宙
Microsoft	網格--一個協作和通信平臺，支持跨多個設備的虛擬協作和微軟Metaverse應用程序棧
NVIDIA	Omniverse?是一個可擴展的實時參考開發平臺，用于3D模擬和設計協作，而CloudXR?則提供跨越5G和Wi-Fi網絡的XR。
Varjo	現實云--"Teleport VR"
Epic Games	虛幻引擎--支持移動、XR，直至飛行模擬穹頂
Roblox	2.25億月度活躍用戶，創造和玩3D游戲，2022年有超過50%的美國兒童（<16歲）在玩。
Second Life	2003年推出，一個持久的3D虛擬世界（GDP6.5億美元（2022年））。
Decentraland	開源3D虛擬世界平臺，基于NFT的土地所有權（2020年啟動）

2.5 元宇宙技術

這項研究分析了一些元宇宙的描述（見2.7），并識別和分類了那些支撐元宇宙的技術。它們的技術和商業成熟度各不相同，并且連接著數字世界和物理世界。通過分析，以下技術和方法直接或間接地幫助建立和支持了元宇宙的發展（表3）。

表3：元宇宙相關技術

計算	軟件	網絡與安全	人機接口	數據與數字孿生	AI、數據與分析	自動化與機器人	傳感器	標準
量子技術	協同 3D 軟件	6G	擴展顯示	數字孿生	個人導師和指導	日常機器人	計算機視覺	開源
云計算	游戲引擎	自由空間光通信和 LiFi	全息成像	個人數字孿生	自然語言理解	遠程存在	實時自由視角視頻	行業/專有
邊緣計算	Web 3.0	零信任安全	觸覺反饋	區塊鏈/不可替代的代幣	自動/機器翻譯	事物的超移動性和移動性	物聯網
空間計算			可穿戴設備	合成數據	預測決策支持
DNA數字數據存儲			人類增強		視頻和音頻優化

2.6 元宇宙標準

目前，有影響力的元宇宙主角們的想法是，不會有一個單一的虛擬世界，需要有標準來允許化身和數字資產在世界之間移動。例如，馬克-扎克伯格說："你有你的化身和你的數字產品，你希望能夠傳送到任何地方......你不希望只是停留在一個公司的東西里。"有影響力的作家馬修-鮑爾聲稱 "將有數百個元宇宙，分布在多種類型的宇宙中，供人們互動、生活、開展業務和娛樂。"

一些關鍵的元宇宙互操作性挑戰將是促進：

• 三維世界/模擬之間的三維資產的創建和移動

• 個人數據在三維世界/模擬之間的移動和轉移

有趣的是，對于軍事界來說，目前似乎并沒有動態連接虛擬世界的巨大動力（正如HLA/DIS已經促進的那樣），而是資產和身份的轉移。然而，隨著3D資產在多個虛擬世界的創建和分配變得更加普遍，以及現實世界和數字世界的互動方式的進步（如XR、傳感器），那么國防以外的標準可能會占主導地位。因此，英國防部將需要積極監測元宇宙相關標準的發展，并酌情加以利用。目前的一些主要標準倡議如下（表4）。

表4:與元宇宙相關的標準團體/機構

標準倡議	描述/評論
克羅諾斯集團	一個由150多家行業領先公司（如蘋果、英特爾）組成的開放、非營利、成員驅動的聯盟，為3D圖形、增強和虛擬現實、并行編程、視覺加速和機器學習創建免版稅的互操作標準。Khronos標準中與元宇宙和國防有關的一個很好的例子是OpenXR，它提供了跨平臺訪問多個平臺上不同的XR設備運行機制。
學院軟件基金會 (ASWF)	專注于動畫和視覺效果行業的開源生態系統，使命是降低開發和使用開源軟件的門檻。監督的標準之一是通用場景描述（USD），這是皮克斯開發的開源3D場景描述和文件格式，用于內容創建和不同工具之間的交換。它正在被廣泛采用，不僅在視覺效果界，而且在設計、機器人、制造和其他學科。
元宇宙互操作社區組	作為萬維網聯盟（W3C）的一部分，它的使命是 "通過設計和推廣身份、社交圖、庫存等協議，為虛擬世界搭建橋梁"。新成立的它有103個參與者。
ISO MPEG-V(2020)	提供了 "一個架構......使虛擬世界與現實世界之間的互操作性，如傳感器、視覺，為商品和服務的提供者以及用戶提供一個較低的進入多個虛擬世界的水平"。盡管這個標準是有遠見的，并建立在2000年的互操作性研究之上，但似乎并沒有獲得廣泛的支持。
元宇宙標準論壇	該組織于2022年6月啟動，其成員與Khonos集團相似，其目的不是開發開放標準，而是協調、促進和加速其發展。

2.7 元宇宙與軍事防御的相關性

物理世界的數字化、虛擬世界和物理世界的互操作性，以及元宇宙遠見者所設想的人工智能的日益使用，與國防M&S界多年來所推動的Live-VirtualConstructive（LVC）計劃有很多相似之處。事實上，研究報告的作者以前曾提議對 "軍事元宇宙 "的描述如下：

• "持久的安全網絡化的可操作的現場、虛擬和建設性模擬，與多域作戰系統和企業范圍內的設備、平臺、基礎設施和人員以及更廣泛的人類和自然世界的數字孿生同步。"

從早期的研究中也可以看出，軍事元宇宙對國防的影響超越了M&S。元宇宙將影響到人類和機器與網絡計算互動的更廣泛的方式，并且在數據、網絡、數字孿生和人工智能等方面與國防的網絡空間計劃有很大的交叉。有人建議在更廣泛的國防數字利益相關者中宣傳這項工作，特別是表明國防M&S應該在英國國防部的數字和數據戰略中得到考慮，包括為英國國防數字骨干網設定要求。

為了幫助描述軍事元宇宙，我們生成了一個映射，從一些參考文獻中提取了更廣泛的元宇宙的關鍵屬性，并將這些屬性匯集起來，生成軍事元宇宙的屬性。這項工作的結果可以在下面的表5中看到。

表5:為軍事元宇宙抽象的元宇宙屬性

該研究確定，出于安全考慮，軍事元宇宙很可能需要托管在自己的國防網絡上，并在必要時與更廣泛的元宇宙有一些連接。這與當今許多內聯網/互聯網國防網絡架構相似。

3 軍事元宇宙作戰概念（CONOPS）

3.1 為什么需要CONOPS 和 CONOPS 格式

為了從軍事和國防用戶的角度來看待元宇宙，研究小組著重于為M&S的泛國防利用編寫一個軍事元宇宙的CONOPS。由于元宇宙技術有可能影響整個國防企業，因此決定將M&S的使用范圍從培訓擴大到M&S的所有用途/用戶。CONOPS沒有單一的定義，但在本研究中，它被認為是一份從用戶角度描述擬議系統特征的文件。CONOPS文件結構是基于ISO/IEC/IEEE 29148:2018：包括用戶的操作需求、愿望、愿景和期望，而不是過于技術化或形式化：

• 目的
• 范圍
• 戰略計劃
• 效能
• 整體運作
• 治理結構

3.2 軍事元宇宙作戰概念（CONOPS）的目的

CONOPS的目的是提供一個統一的愿景，并為國防部門現在采取的行動提出建議，以經濟有效地利用元宇宙技術和方法，為2035年的軍事元宇宙（MM2035）做準備。它的目標是M&S社區，但也包括更廣泛的國防數字利益相關者。其目的是，通過在2035年之前利用元宇宙的進展，國防可以通過加強整合、協調和共享，以及將數據作為持久的戰略資產，在其所有活動中充分實現M&S的潛力。其好處包括提高國防從概念研究到行動的準備能力，改善對多域整合的支持，以及以更高的成本效益和獨立的距離進行合作的能力，減少對環境的影響。

3.3 MM2035范圍

由于目前的M&S能力包括許多遺留系統，因此CONOPS的最終狀態被設定為2035年，設想現在可以對當前和計劃中的項目進行必要的路線修正，并且更廣泛的元宇宙技術在整體上已經足夠成熟。如前所述，由于有可能影響到所有的國防活動，該項目面向所有的M&S客戶和用戶，以及整個能力周期內更廣泛的數字利益相關者，如圖1（源自北約C3和Dstl客戶提供的M&S分類法）。

圖1：支持整個能力周期中所有防御活動的軍事元宇宙

3.4 MM2035戰略規劃

M&S與更廣泛的國防信息戰略和技術有著密不可分的聯系，下面列出了關鍵的相關戰略和政策。雖然這些文件是以英國為中心的，但在其他國家也可以看到類似的趨勢。

表 4：主要英國國防部數字和 M&S 相關文件

文檔	關鍵指令	軍事元宇宙的影響
英國國防數字化戰略（2021.5）	(到2030年)一個安全的、單一的、現代的數字主干網正在連接跨軍事和商業領域的傳感器、效應器和決定者，并與合作伙伴一起推動跨領域和平臺的整合和互操作性。	所有的M&S都將位于英國國防部的數字主干上，并與之相連，很可能采用混合云計算平臺。
英國國防數據戰略（2021.9）	數據是經過策劃的，確保它是有保證的、可發現的和可互用的。數據將作為一種資產在單個項目之外繼續存在。	M&S數據也將被策劃、互操作和可發現，并被視為一種戰略資產，其價值超越了單個項目。
英國一體化作戰理念（2021.8）	多域整合（MDI）確保國防的每個部分都能無縫地合作，并與其他政府部門和英國的盟友合作，以實現預期的結果。	M&S需要與國防以外的機構和五個領域（空中、陸地、海洋、太空、網絡）進行互操作，這可能會推動一種聯合的方法，就像更廣泛的元宇宙。
英國 M&S 國防政策 (JSP 939)（2021.4）	DMaSC提供了一個國防范圍內的協調方法，以提供更好的建模和仿真（M&S）能力，并減少對環境的影響，降低成本。	軍事元宇宙將建立在現有的政策和標準之上，但元宇宙驅動的標準將需要被監測并酌情接受。

因此，英國防部最近制定了一些戰略和政策來指導未來的M&S投資。然而，如前所述，過渡只在一段時期內（到2035年）是可行的。國防部現在可以做的是研究并做出任何必要的資金和技術決定，這些決定可以在當前做出。元宇宙背后的商業資金的巨大分量意味著，國防部可能只需要資助極少數需要技術發展的領域，最好是不需要。國防研究可能會專注于技術應用；為國防政策提供信息；幫助產生對M&S的需求；并證明在M&S方面的任何核心投資以實現MM2035。這些課題包括：

表5: 建議的MM2035研究課題

研究主題	示例研究問題
M&S 數據	建立通用的M&S元數據標準，評估并推薦共享工具
連接性	確定MM2035的帶寬和延遲要求以及固定和移動基礎設施之間的平衡（如6G）。
云/邊緣基礎設施	為M&S計算需求設定要求，在云和邊緣之間取得平衡
探索	評估和推薦用于數據和工具/應用程序探索的工具
社區	評估分享和交流工具，培養M&S分享社區文化
安全與隱私	制定采集、存儲和訪問人事數據的政策
標準	與更廣泛的元宇宙標準團體（如Khronos集團）合作。
人員與流程	MM2035需要什么樣的SQEP，什么樣的文化和流程能最大限度地利用和分享M&S？
實驗	在更廣泛地推廣之前，將與用戶一起對技術進行評估

3.5 MM2035效能

MM2035的設計是為了支持所有的國防活動。衡量MM2035的成本效益，需要與利益相關者根據其廣泛的使用情況來確定。表6中提供了這些使用情況的例子。

表6: MM2035用例

防御活動	防御用例	MM2035支持	MM2035效益
行動	為多域任務做準備	在代表最新作戰狀態的單一分布式多域模擬中鏈接作戰人員	戰士們可以在及時和有代表性的模擬中與其他多域的人一起準備。
訓練與教育	培訓模擬器代表最新的系統/平臺	隨著新系統/平臺模型的驗證，模擬器自動更新	戰士們在更新的模擬器中訓練，避免消極訓練
能力支援	將新系統整合到現有平臺	利益相關者訪問傳統的數字M&S和新系統的數字表現。	項目利益相關者可以評估并決定如何以成本效益的方式整合新能力
能力獲取	利益相關者的分布式合作設計	分布在各地的項目利益相關者可以在虛擬空間中與最新和原有的數字模型即時互動	決策是及時的、一致的、可追溯的、合作的，并且減少了時間。
兵力開發	探索和優化人機組合	人類/作戰人員可以在模擬環境中使用自主系統進行操作	人機平衡在各條發展線上得到優化
研究	在一系列用例和環境中對自主系統進行規劃	自主系統在廣泛的模擬環境中進行訓練	自主系統規劃是穩健的、可驗證的，同時在廣泛的場景中運行

MM2035的價值將大于其各部分的總和，因為共享、共同性和互操作性有利于整個M&S和更廣泛的數字生態系統。除了服務于整個國防的使用案例外，MM2035將確保M&S能力始終是最新的、一致的、可驗證的、具有成本效益的，并能惠及所有可以受益的人。

3.6 MM2035整體行動

MM2035將作為一個安全的M&S生態系統運行，支持用戶和供應商，并建立在國防數字主干網上，促進英國防部內部和外部的連接和共享。它的發展和運作將遵循表4的戰略和政策中的設計原則，并在表7中列出。

表7: MM2035設計原則

MM2035設計原則	評論
建立在國防數字骨干網上	M&S是更廣泛的業務和商業信息系統的內在組成部分，并與之融合。
無處不在的計算和傳感器	數字骨干支持整個M&S生態系統的安全云到邊緣計算技術
模擬內聯網	國防模擬是通過一個持久的網絡聯合起來的，以支持多領域的整合和共享，包括為英國和國際合作伙伴。
支持最廣泛的人機交互	用戶可以使用最合適的硬件（如移動設備或XR，直至完全沉浸式）與M&S互動。
"創建一次，全面覆蓋"數據	項目創建/采購和管理其作為戰略資產的M&S數據，并確保其可被發現，可與整個M&S生態系統的項目、用戶和創造者互通有無。
"采集一次，全面覆蓋"的M&S應用	M&S應用被一次性采集，然后在整個M&S生態系統內提供。
M&S應用和數據是可以發現的	M&S應用程序和數據的使用是優化的、一致的和具有成本效益的。
M&S得到驗證，成本效益成為基準	英國防部了解其M&S系統的質量和成本效益，優化其投資平衡
支持的用戶/創造者社區	技術、流程和文化支持充滿活力的支持性用戶/創造者社區，優化M&S的使用。
共同M&S標準	利用商業和軍事標準來提高互操作性，最大限度地提高成本效益
英國防部M&S目錄和庫聯盟	工具和數據的共享、重復使用和一致性將是每個人的責任，并通過全網絡獲取經過驗證的工具和數據來實現。

下圖2匯集了MM2035的關鍵設計原則和國防能力循環。

3.7 MM2035管理

根據設想，MM2035將由最低水平的中央管理，鼓勵創新和靈活地使用M&S，并建立一個全面的充滿活力的M&S生態系統。整體企業級的成本效益和互操作性將通過以下方式實現。一個網絡；支持數據和內容的創建和共享的政策和工具；以及軍事和商業標準。

一個中央協調機構將監督MM2035的發展和演變，制定 "為MM2035做好準備 "的規則和指導，并有權在更高層次上提出任何不足之處，以便解決。它還將有預算用于對工具、數據和網絡的核心投資，以支持MM2035的 "共同利益 "和對MM2035標準的所有權。MM2035協調機構的表現將根據上述的MM2035有效性措施進行評估。MM2035協調機構的近期任務（0-3年）列于表8。

表8: MM2035協調機構近期任務

系列	任務（0-3年）
a	制定國防元宇宙戰略
b	制定MM2035的效能措施
c	制定“為MM2035做好準備”的規則和指導
d	成為英國國防M&S的協調機構
e	建立共同的基于M&S的研究主題并領導其開發
f	對M&S工具、數據和網絡進行核心投資的客戶
g	引導創建和訪問國防M&S工具和數據的聯合方法
h	在國防建模與仿真一致性（DMaSC）M&S標準簡介（DMSP）的基礎上，制定更廣泛的元宇宙相關標準（如Khronos集團）。

4 結論

4.1 研究目標

這項研究旨在調查從國防M&S角度看元宇宙的起源和最新想法。在這項工作的基礎上，撰寫了 "2035年軍事元宇宙CONOPS"，闡述了如果國防的M&S生態系統利用元宇宙技術和方法，可能會是什么樣子，并闡明了好處、用例和要采取的行動。基于英國防部的最新政策文件，該CONOPS為英國所有國防活動提供了一個統一的愿景，以通過采取企業方法實現M&S的全部潛力。

4.2 元宇宙與軍事防御

該研究發現，元空間并不存在單一的觀點，而是象征著許多技術的融合，而且元宇宙并不是一個獨立的實體，它將是互聯網本身演變的一部分，并反映出從主要是2D到3D的互動。元宇宙也是一個總括性的術語，指的是對國防感興趣的、超越M&S的許多技術，而且推動元宇宙發展的是這些技術的整合和融合，而不是每一項技術的成熟度。混亂的根源可能是與國防網絡空間的重疊，但我們認為整個國防應該像對待網絡一樣認真對待元空間，或者至少考慮并將其納入其網絡/數字倡議中。

4.3 M&S研究優先級

在指導這一領域的研究方面，我們提出了可能是研究計劃感興趣的新領域，這些領域與人、過程和標準有關，而不是與技術有關，特別是由于技術的發展將在國防之外推動。我們認為優先研究的領域是M&S數據（例如，建立共同的M&S元數據標準，評估和推薦共享工具）和發現（例如，評估和推薦數據和工具/應用程序發現的工具）。網絡化（在國防數字主干上）和建立工具和文化以支持更多的創造力和分享也是至關重要的。我們已經提出了一些術語，如 "創建M&S數據一次，覆蓋所有 "和 "獲得M&S應用程序一次，覆蓋所有"，作為這種文化變革的一部分。

4.4 M&S標準

商定的標準對于成功開發元宇宙是至關重要的，證據表明，Epic Games和Meta等主要參與者認識到，不會有一個單一的虛擬世界，而是會有一些取決于其使用和支持的社區的虛擬世界。這將需要開放的標準，而我們的研究令人鼓舞地發現有許多團體正在開發開放的元宇宙標準，其中許多是關鍵的技術和游戲公司。英國防部在利用DIS和HLA等標準方面有很好的傳統，我們建議它現在擴大對SISO和NATO之外的M&S標準的審查。

4.5 CONOPS效益與前景方式

我們認為，軍事元宇宙項目已被證明是一個很好的工具，可用于評估技術和交流如何以及為什么它們可以共同為國防服務。因此，我們建議在英國防部的M&S部門和更廣泛的國防數字利益相關者中廣泛傳播該文件。我們還希望它能為國防部的M&S戰略愿景做出貢獻，并為更協調的M&S方法提出理由。我們建議舉行一次 "軍事元宇宙峰會"，以進一步探討元宇宙對國防的意義，并在整個國防領域就下一步行動達成共識。多領域整合是國防的重中之重，似乎是這樣一個活動的一個非常相關的主題。

1 引言

近年來，"蜂群 "和 "構建蜂群"是無機組系統界最普遍的流行語之一，不僅包括航空器，還包括陸地、海洋、水面以及水下的無人系統。然而，什么是蜂群，或者它需要擁有哪些基本能力，還沒有正式定義。北約的無機組飛行器社區最近開始為上述術語制定定義，以最終正式確定各自的術語供官方使用，但由于不同社區對什么是蜂群有不同的解釋和觀點，很快就陷入了困境。因此，以空中為中心的定義可能不太適合于其他領域。

本文旨在概述挑戰，并在討論未來 "蜂群 "的定義及其在無人飛行器背景下的相關術語提供思考素材。

2 定義的目的

每個術語的定義都需要滿足一個目的；否則，它就沒有意義，也不需要被定義。例如，遙控飛機（RPA）被定義為 "由經過培訓和認證的飛行員控制的無人駕駛飛機[......]，其標準與有人駕駛飛機的飛行員相同。"因此，使用RPA一詞表明操作飛機需有一定程度的飛行員資格要求。以同樣的方式，需要同意該定義是為哪些條件和目的服務的，即在哪些情況下需要它。

定義 "蜂群 "所面臨的挑戰是，適用的用途差別很大，一種用途的定義參數可能與另一種用途不相關。為了概述這一挑戰，下面介紹了一些例子。

作業用途。使用蜂群來實現軍事效果是基于需要解決的軍事問題。只有當蜂群功能與其他解決方案相比能帶來軍事利益時才會被采用。所期望的效果在本質上將符合能力要求的定義，因此，需在采購者的法律框架內。實戰化蜂群技術并按照適用的國家和聯盟立法、交戰規則以及戰術、技術和程序進行操作，可能需要一個定義，該定義提供了關于軍事能力、遠程操作模式、指揮和控制手段以及人類互動程度的說明。

開發者用途。需要充分了解潛在的蜂群功能，以便從開發者的角度確定軍事使用的好處。開發蜂群技術和實現蜂群行為的正確執行可能需要復雜的自主性和人工智能應用水平，使人類能夠將蜂群作為一個整體進行操作，但不需要（甚至不允許）控制任何單獨的蜂群實體。因此，這種用途的定義可能集中在自主性水平、其在硬件和軟件中的技術實現以及蜂群功能在其系統中的適應性。

反蜂群用途。在觀察和防御蜂群時，自主性水平或指揮和控制手段并不那么重要。從這個角度來看，實體的數量、它們的觀察行為以及它們假定的蜂群能力是最相關的問題，因此也是決定性的因素，不管蜂群實體是人工控制還是自主操作。識別一個較大的實體群是否有資格成為蜂群的挑戰隨著展示的蜂群行為的復雜性而增加。

在其他情況下，"蜂群 "一詞的定義可能需要偏離或替代，以達到其目的。為了解決這個難題，有兩個選擇。首先，為每一種用途制定多個定義，其次，找到一個可以服務于所有（或至少是大多數）用途的共同標準。由于多種定義有可能在不同的用戶群體之間造成混淆和誤解，因此第二種選擇更受歡迎。每個用戶群體以后可以將其具體要求作為子類別術語附加到一般定義中，類似于RPA，它是 "非螺旋槳飛機 "這一總體定義下的一個子類別。

3 共同標準

這就給我們帶來了一個挑戰，即為總體的蜂群定義確定一個共同標準。通過觀察蜂群，特別是其行為，可以發現共同點，不管它是由空中、陸地還是海上的無人系統組成，也不管蜂群的行為是實際執行的還是只是被感知的。因此，一個總體的定義應該從蜂群的外部外觀和視覺感知開始，而不是關注其內部運作。后者可以用子類術語來涵蓋和區分。

4 蜂群行為

在開源研究中，有許多關于蜂群行為的定義，但它們主要描述的是同一個概念，通常將蜂群智能作為一個前提條件。例如:

• "蜂群是大量個體組織成協調運動的現象。僅僅利用環境中他們所掌握的信息，他們就能聚集在一起，集體移動或向一個共同的方向遷移"。

• "蜂群智能是對分散的、自組織的系統的研究，這些系統能夠以協調的方式快速移動"。

• "在蜂群機器人學中，多個機器人通過形成類似于在自然系統中觀察到的有利結構和行為來集體解決問題，如蜜蜂群、鳥群或魚群"。

• "蜂群智能源于動物的自然蜂群行為，可以定義為相同大小的動物表現出的集體行為，聚集在一起解決對其生存至關重要的問題。蜂群智能可以被定義為簡單代理群體的新興集體智能"。

上述所有定義的共同點是形成蜂群的個體的 "協調運動"。集體智能也被提到是實現這種行為的關鍵因素；然而，觀察者將無法確定蜂群的協調運動是基于集體智能還是通過其他控制手段。因此，在總體定義中，集體智能是一個需要考慮的次要屬性，需要由后續術語來涵蓋。值得注意的是，未來的技術，包括人工智能和機器學習應用，可能使觀察者能夠確定一大群實體是否擁有可能造成更大威脅的額外蜂群功能。因此，"集體智能"或類似的可識別的蜂群功能可能被納入定義中。

【值得注意的是，"多個蜂群元素 "原則上意味著，任何數量大于1的單位，如果從事蜂群行為以提高整體單位的集體能力，都可以被視為一個蜂群。由于沒有專門的系統，識別蜂群行為幾乎是不可能的，因此，除非另有證明，否則最好將看似一起行動的多個實體視為一個蜂群。更高的數量會放大蜂群行為的好處。另外，各個實體不需要完全相同，只需要兼容，作為蜂群的一部分解決軍事問題。】

5 單個蜂群元素的數量

根據上述定義推斷，蜂群的另一個關鍵要素是參與的實體數量，但沒有明確規定最低數量。是否有一個閾值需要跨越，以脫離傳統的分組方案，如中隊、航班，從而有資格成為蜂群？同樣，我們有幾個選擇：

1.將任何由兩個或更多元素組成的編隊都歸為蜂群。

2.將蜂群定義為超過特定數量的單個元素的群體，其數量高于上述傳統分組。

3.避免任何具體化，將這一細節再次留給后續的分類學層次。

為了避免限制性太強，并允許有子類別，建議采用最后一種方案。術語"多個蜂群實體"很好地表達了建議的 "非特定性"，并將在文章后面為此而使用。

6 空間分布

上述可觀察到的特征，即 "協調運動 "和 "多個蜂群元素"，并不意味著各個蜂群實體之間有最小或最大的距離。已經有了采用廣泛分布的無機組的飛行器來轉播無線電通信或向偏遠地區提供互聯網連接的概念。單個航空器之間的距離可能是數百公里，以提供大面積的覆蓋。即使在較小的規模上，蜂群實體也可以在僅幾百米的距離內以協調的方式運作，以觀察一個地區或攻擊具有多個影響點的較大目標。如果不能對群體（或蜂群）進行整體調查，那么這些實體是否遵循預先確定的和不協調的模式或執行協調行動，對觀察者來說可能仍然是隱蔽的。因此，蜂群的空間分布不是一個總體定義的限定因素，而且會不必要地限制其應用，盡管這些特征可能在反蜂群活動中發揮作用，并在隨后的術語中加以定義。

7 人與人之間的互動

在談論蜂群技術時，人們廣泛討論了不同的自主性水平和相應的人類互動水平。例如，自主性水平越高，在實際任務中對人類投入的要求就越低。顯示出一套完整的蜂群行為的蜂群很可能處于自主性等級的高端，將人類互動的必要性降到最低。也可以假設這種人類互動適用于整個蜂群，以控制總體的蜂群功能，而不是單個的蜂群實體。然而，在觀察由單個空中、陸地、地面或地下飛行器組成的蜂群時，很難確定其自主性和人類互動水平，因此對于總體 "蜂群 "的定義而言，這不是一個相關因素。為了不限制定義的適用性，這些特征應該用一個子術語來描述，如 "智能蜂群"、"自主蜂群 "或類似的措辭，因為它們肯定在研究和開發、蜂群就業方面具有適用性，而且可能用于法律目的。

8 蜂群的能力

人們通常認為，組成一個蜂群可以增強或產生單個系統無法實現的能力。蜂群可以被認為是一個系統簇，它可以執行預先設計的功能并提供一個或多個（軍事）效果。這些效果要么直接受益于蜂群行為，要么間接受益于單個系統能力的組成，作為一個組合的蜂群功能。這種好處需要從能力要求、作業和防御的角度清楚地理解，并且可以與其他軍事用途的定義聯系起來。一般來說，蜂群行為是任何蜂群能力的基礎。然而，蜂群能力可能因使用的系統類型而有很大的不同，而且與蜂群行為相比，不能觀察到，只能在執行前假設。因此，能力聲明被認為不適合作為總體定義，還應該由下屬術語涵蓋。

9 定義提議

一個定義取決于蜂群的預期用途。由于蜂群應用提供了各種用途，本文建議從一個總體定義開始，并在下屬術語中涵蓋各個使用屬性。

以下是一個總體定義建議，涵蓋并支持所有軍事領域及其各自的無機組人員系統，隨后對定義的每個術語進行了解釋。

形成。這應表明蜂群元素之間的空間相關性，同時有意不進一步描述其具體組織。這就為各個蜂群元素之間的各種距離和空間安排留出了分類的空間。

多個。蜂群可能由少數甚至數百個元素組成，但至少要超過一個。不具體的術語 "多個 "允許該定義適用于所有類型的蜂群，無論其參與元素如何。定義一個具體的數字對于任何下屬的術語來說也將是困難的。可以對小型蜂群中的 "可計算的數量 "和大型或大規模蜂群中的 "不可計算的數量 "進行區分，這可能有助于區分人類或技術系統被接近的實體所淹沒時的威脅。

實體。它包括所有類別的無人系統，包括空中、陸地、地面和地下系統。如果計算機程序或衛星系統的協調行動是北約未來的選擇，這個術語也可以適用于網絡和空間領域。可以考慮使用從屬的術語，例如，無人駕駛飛機系統群（UASSw）或無人駕駛地面車輛群（USVSw）。

顯示協調的行為。蜂群的內部運作和技術機制可能有所不同，對于某些用途，定義甚至可能不需要審查這些內部特征。本文所確定的共同點是蜂群的行為，包括可以觀察到的協調動作和行動。故意不說明這些協調行動是如何實現的。實現蜂群功能的技術手段可以用隨后的術語來表達，如 "自主蜂群 "或 "智能蜂群"。

朝著一個目標前進。這是為軍事背景服務的，因為可以假設蜂群總是指向一個目標，以實現其特定的任務目標，從簡單的現場調查、情報、監視和偵察，到打擊或自殺任務。這可能與軍事背景以外的情況無關，可以不提。

【蜂群是由多個實體組成的，它們朝著一個目標表現出協調一致的行為。】

10 結論

為 "蜂群 "找到一個一致的定義是一個困難的挑戰，因為在所有的軍事領域和民事應用中都有很多用途。要在北約內部實現對蜂群定義的廣泛接受，唯一的解決辦法是確定所有蜂群特征的共同點，將定義減少到最低限度，并將專門用途的具體細節留給下級術語。

作者

安德烈-海德爾，中校是一名炮兵軍官，在指揮與控制和作戰計劃方面有超過15年的經驗。他是JAPCC的無人駕駛飛機系統主題專家，已有十多年的經驗，并代表JAPCC參加北約聯合能力小組的無人駕駛飛機系統和北約反無人駕駛飛機系統工作組。他撰寫了關于無人機系統和C-UAS的操作和法律問題的多項研究、書籍和文章。

安德烈亞斯-施密特，中校于1993年加入德國空軍。在軍官學校學習后，他在慕尼黑的德國武裝部隊大學學習計算機科學。自1998年以來，他在地基防空方面建立了廣泛的背景，特別是愛國者武器系統。他開始擔任戰術控制官，隨后在不同的 "愛國者 "部隊中擔任偵察官、炮臺執行官和炮臺指揮官。此外，他曾兩次不連續地被派往德克薩斯州的布萊斯堡。在這之間，他曾在前空軍師擔任A3C的任務。目前，他是JAPCC的綜合防空和導彈防御/彈道導彈防御中小企業。

摘要

實時戰略游戲已經成為開發和分析人工智能（AI）和基于深度機器學習的競爭、攻擊者與防御者場景的算法的一個有吸引力的環境。基于計算機的實時戰略游戲和用于軍事訓練的戰爭游戲的特征之間的相似性也提供了一種手段，可以將基于人工智能的實時戰略游戲的結果和教訓過渡到幫助和告知作戰人員的決策能力。我們的論文研究了基于人工智能的實時戰略游戲和軍事決策中的戰略規劃之間的這種交集，這個領域被稱為對抗性人工智能。我們描述了在實時戰略游戲中開發有效的對抗性人工智能的問題和挑戰，我們最近組織了一次對抗性人工智能競賽，使用的是海洋環境中的模擬版奪旗游戲。我們討論了比賽的條目、結果和從競爭者的反饋中獲得的教訓，并為基于人工智能的、復雜的、對立的實時戰略游戲規定了未來的方向和公開的挑戰。

引言

近年來，人工智能（AI）已經成為用于軍事和民用領域的自動化系統背后的主要使能技術。自動化系統必須不斷與環境中的其他實體互動，包括人類、智能設備、計算機和其他人工智能。傳統上，基于人工智能的系統在設計時假定與它們互動的其他實體是良性的。換句話說，互動的實體不會故意做出對抗性的行為來打敗或顛覆人工智能。然而，在現實世界中，隨著基于人工智能的系統變得更加普遍，敵對行為者不斷想出新的方法來迷惑基于人工智能的系統，使其失敗并以不正確、不安全甚至危險的方式運行。我們的論文描述了正在進行的應對這些挑戰的努力，作為 "五眼"（FVEY）技術合作計劃（TTCP）人工智能戰略挑戰（AISC）的一部分，在一個被稱為對立人工智能（OAI）的技術領域。

OAI的目標是更好地理解來自不同利益相關者的基于人工智能的系統在以噪聲和低質量數據為特征的環境中相互作用時出現的問題，這些利益相關者的心態和目標是不一致的，可能是相反的。OAI支柱的一個主要方向是將OAI問題建模為一個防御者與攻擊者的游戲，并使用強化學習技術開發和分析不同的游戲策略。為了實現這一目標，我們正在使用一個名為Aquaticus奪旗（CTF）的多人游戲。游戲編程界面是用Python和OpenAI Gym編寫的，以便與強化學習算法輕松靈活地整合，通過分析可能的攻擊和防御策略空間，智能地學習游戲和贏得比賽。在本文中，我們描述了與開發有效的基于人工智能的技術有關的問題和挑戰，這些技術可以使玩家在OAI場景中獲得決定性的優勢，以及我們在組織首屆OAI Aquaticus CTF比賽中的經驗。最后，我們討論了從比賽中獲得的一些經驗，并確定了未來的方向，這些方向將使人工智能研究普遍化，并使其更適于過渡到戰場上的對立場景中的有效決策。

圖1. MOOS-IvP模擬器內的Aquaticus奪旗游戲截圖（左），以及MOOS-IvP模擬器界面疊加在真實海洋環境中的Aquaticus CTF游戲；每隊有4名玩家（右）

摘要

美國、她的盟國和對手正在為民用和軍事應用擁抱計算環境和技術（以下簡稱AI）的進步。我們的工作建議探討自主和半自主系統中的一個核心矛盾，即無人系統的部署長度（停留時間）與因不定期維護導致的單個系統故障和因對手行動導致的故障之間的基本權衡。本文的獨特之處在于，它將從政策的角度以及應用統計學的角度來探討這個問題，并為更廣泛的無人系統的采購和使用提供見解。

引言

信任一個無人系統意味著什么？這個看似無關緊要的問題是無人駕駛技術的各種民用和軍用應用中的一個核心問題。隨著世界變得越來越自動化，人類看護者的監督越來越少，自主系統將在有限的監控下長期忍受下去。雖然具有長時間續航能力的自主系統可以成為民用和軍用海上監測的寶貴資產，但自主系統群的衰落是一個不可避免的現實。但是，預期的衰減速度和實際速度之間的差異可以為無人系統星座的惡意干擾提供一個早期指標。

上述分析提出了一個重要的問題，那就是當檢測到沒有反應而假定某個系統被摧毀時的故障歸屬。如果無響應是系統失敗的唯一指標，它可能是由各種因素造成的，包括環境、機械故障或最令人擔憂的損耗，我們將其定義為旨在使無人駕駛系統喪失功能并加以摧毀的惡意敵方行動。使用這個定義，損耗與失敗是分開的，因為失敗是由不涉及有目的的敵方行動的情況造成的。對于軍事平臺來說，損耗是最嚴重的情況，因為這些平臺上可能攜帶著操作員不希望落入對手軍隊手中的機密傳感器和有效載荷。

同樣，了解自然退化模式可以使一個國家以一種難以區別于隨機故障的方式使對手的系統退化。這樣的方法可以使一個國家有能力參與進攻性行動，或者在紅方參與軍事行動之前限制藍方對跡象和警告（I&W）的探測。 我們在本說明中的貢獻是在一個統一的結構中考慮無人駕駛系統退化的可靠性和博弈方面。我們的論文結構如下。在第二節中，我們從應用數學和政策的角度回顧文獻。在第三節中，我們對可靠性和博弈論進行了初步的、數學上的統一闡述。在第四節中，我們探討了具體的方案，最后總結了結論并為未來的分析提供建議。