一、简介
能否在通信无连接、时断时续、低带宽（DIL）的战术边缘环境中，以本地方式生成并处理任务关键型数据，以及恢复连接后能否立即实现数据同步，是保障作战部队顺利完成任务的一个关键要素。美军将战术环境中的云计算列为构建下一代战术网计划的重点，部署于战术边缘的模块化数据中心能够更好地实现分布式远征任务指挥。
二、需求背景
为了实现并保持作战优势，协调所部署的部队以及交付新的能力，美国的陆、海、空三大军种都在积极寻求开展新的计划，例如联合全域指挥控制（JADC2），以确保最大限度地提高作战人员的态势感知能力。这些计划将交付各种计算和带宽密集型技术，提高对大数据分析、人工智能/机器学习和视频的利用率，如使用通用技术标准、应用程序接口（API）和数据格式，在作战人员协同行动时，为其提供所需的指挥控制信息。
为实现这些新能力所开发的软件越来越依赖于云，而云本身可能存在于各种数据中心中，包括一些大型商业机构的数据中心（如亚马逊AWS政府云和微软Azure政府云）以及美国国防部的区域网络枢纽节点（RHN）。这些区域网络枢纽节点位于五个独立的战略区域中，美海军陆战队和陆军部队能够利用这些节点，从遍布全球的各战区战术网络上获取所需的信息。
但随着各部队越来越依赖基于云的服务，出现了两个亟需解决的问题：一是由于电子战（EW）的通信对抗而导致对云的广域访问被拒绝；二是由于带宽减少而造成的访问能力降低。在无法访问云的情况下，若要交付先进的新战术能力，并确保其持续可用，关键是要大幅提高战场战术边缘组网和计算的性能、运行速度和机动性。这样才有可能在移动的分布式云中复制关键数据和服务，将信息资源传输到战术网的边缘。
依赖视频、传感器数据以及人工智能/机器学习的计算型和带宽消耗型应用程序数量在不断激增。为了跟上这一趋势，为战场作战提供支援，需要以最大速度在本地进行数据处理。同时，为了实现下一代态势感知能力，美国防部正在寻求在远程计算节点和中央云之间部署分布式处理和数据复制能力，在DIL环境中提供持续作战能力。
三、研发现状和应用解决方案
目前，云复制计划的案例包括美国陆军跨职能团队的指挥所综合基础设施（CPI2），该团队目前正在开发指挥所保障车（CPSV）原型。从本质上讲，指挥所保障车就是一个移动数据中心，由一辆军用卡车携带一个小型数据中心服务器，并可在未来的迭代中支持本地云。同样，美国陆军未来司令部也发布了一份路线图，详细说明了对强大的云计算能力的要求。
指挥所保障车
美国空军正在开发先进作战管理系统（ABMS）。ABMS是一个联合云系统，将通过其已经在亚马逊AWS云和微软Azure政府云中运行的CloudONE安全云提供安全的数据处理。ABMS还定义了一个本地云，即EdgeONE，即便在与CloudONE的通信断开的情况下，仍能提供持续的安全数据处理能力。而美国海军最近发布了一份招标书，以期企业界为其有人-无人机编队的战术云分析提供支持。标书要求即使在战术部队暂时与战术网络断开连接的情况下，远程部署的云仍能提供数据处理服务。
若要实现移动云为战术边缘所带来的能力，企业界将需要坚固耐用且可现场部署的新型网络处理和数据存储解决方案，让战术和远征团队能够访问其所需的所有数据和计算资源。这些系统将需要能够提供与云类似的服务，即便在无法保证WAN连接的DIL环境中，也能保持应用程序和数据的高作战可用性。更为重要的是，移动云系统将需要与先进的公共云、政府云和私有云提供商无缝集成。
在将高性能计算和云服务带入战场之前要做大量的前期铺垫工作，包括尝试部署大量标准数据中心设备，并将这些设备安装在运输集装箱中，例如美国陆军的“Container Express（集装箱快车）”或 CONEX 试验等。但事实证明，这些系统过于庞大，且难以运输，极大地限制了它们的移动性。
此外，这些标准解决方案十分耗电，而这又给移动性增加了额外负担。在战场边缘，燃料运输不但困难危险，且成本十分高昂。而性能更高、体积更小的服务器与分布式处理的新方法相结合，可提供将更小的处理能力移动到更靠近边缘位置的潜力，从而提高了机动性。
在支持移动应用程序方面，坚固性也是一个主要因素。在设计移动数据中心时，应确保其符合军用环境标准，例如 MIL-STD-810，从而确保在处于恶劣温度、振动、冲击和电磁干扰等典型战场环境时，还能够以最佳状态运行。而传统的标准19英寸机架式数据中心设备并非为承受恶劣环境而设计，也无法在移动中运行。为了满足机动性以及与相应安装平台集成的要求，新型移动云解决方案需要在对其外形尺寸按照体积小、重量轻、功率大（SWaP）原则进行优化后，提供高可靠性的计算和存储能力，即专为关键任务应用程序而设计，并能够支持海量数据。目前美国军方以及一些防务公司已经提供了一些解决方案，能够提供高性能计算、存储和网络基础架构，以处理如此大的数据量。这些模块化系统能够针对程序需求进行优化，从而可以根据作战需求，最大限度地增加CPU内核、GPU内核的数量，或提高固态存储的容量大小。
当这些模块化数据中心使用符合行业标准的处理器和NVidia GPU时，它们将与各种应用程序兼容，并能满足大量C5ISR系统的需求，包括数据收集、分析/人工智能和态势感知。这意味着，这种新型的模块化数据中心还能够支持新兴的分布式处理、存储/复制和超融合基础架构软件，从而能够提供移动云服务。
Curtiss-Wright公司的 PacStar模块化数据中心（MDC），是当前可投入实战应用的模块化数据中心之一，可在战术边缘支持移动云应用程序。这是一个基于商用现货、模块化、坚固耐用的战术和远征数据中心，能够托管云/存储、人工智能和分析应用程序。该数据中心使用成熟的小型模块来实现计算、存储和联网功能，并在实现SWaP方面处于行业领先地位。这个系统可以在前沿作战基地、指挥所、地面车辆和飞机以及更高层级的部队中部署——供军事、情报、执法和国土安全部门使用。根据具体的作战需求，PacStar MDC的配置可能包含计算模块、存储模块和GPU模块的组合，以及交换/路由模块。
安装在联合轻型战术车辆（JLTV）上的 PacStar400系列网络套件
PacStar模块化数据中心
四、关键技术
随着技术进步，现在美军已经能够部署新兴的软件基础架构，来实现分布式数据处理和存储、通信以及云复制的自动化，以确保对战场边缘的态势感知优势。大型企业正在迅速开发各种新技术，确保数据和应用程序能够无缝地从云端传输到边缘，然后回传，几乎不需要操作员干预。实现这一目标的几个关键技术包括应用程序虚拟化和容器化、网络虚拟化、超融合存储基础架构。
应用程序虚拟化和容器化，是将应用程序与底层硬件分离的技术，允许多个应用程序在单台服务器上安全运行，通过减少处理应用程序所需的服务器数量来优化SWaP。这两种技术还能够实现将应用程序从一个服务器复制或迁移到另一个服务器，以及从云端复制或迁移到边缘客户端，平衡计算资源的可用性或最大限度地减少网络连接的延迟。对于战术部队而言，这提供了将一些应用程序移动到靠近作战人员位置的潜力，从而减少处理延迟，甚至在通信断开连接时也能提供处理能力。
超融合存储基础架构（HCI）技术将应用程序数据的存储与硬件分离，同时还消除了对传统的网络附加存储（NAS）或存储区域网络（SAN）架构的依赖。这些新技术是在云和边缘处理之间复制数据的基础——使作战人员能够将云数据的副本带入战区，并在适当的时候，能够在DIL环境中对数据进行复制和更改。
对于需要高可靠性的已部署部队而言，HCI还能提供本地数据复制，确保即便在服务器或磁盘发生故障的情况下，也能在战区中使用数据。这些技术的新进展，正在迅速提高战术部队在任何主要云提供商之间复制数据的能力，以及在战场边缘和云之间迁移应用程序的能力，为作战人员提供最大程度的战术机动性。
在网络边缘拥有一个采用现代软件基础架构的融合计算/存储/联网模块化数据中心将带来很多优势。在DIL环境中运行时，该数据中心可以支持各种不同的作战需求，包括托管态势感知、任务指挥和指挥控制应用程序，支持信号情报、人力情报和图像情报数据收集和分析工作负载，以及支持基于物联网和传感器融合的新兴应用程序。这是一种理想方案，将确保由新的全域态势感知驱动的作战条令能够取得成功，同时还能解决战术边缘DIL环境中的通信问题。
