تكنولوجيا يصبح أكثر أهمية للعمليات العسكرية والدفاعية مع مرور كل عام. وما علينا إلا أن ننظر إلى تقرير قيادة الدفاع الأخير الذي أصدرته حكومة المملكة المتحدة ومراجعة الميزانية لتأكيد هذه الحقيقة، مع إعطاء الأولوية على ما يبدو لتعزيز القدرة التكنولوجية في ساحة المعركة. ومع ذلك، فإن التكنولوجيا العسكرية لا تقتصر على أسراب من الطائرات بدون طيار أو مركبات بوكسر المدرعة الجديدة؛ يتعلق الأمر بالنقل السريع والفعال للمعلومات على خط المواجهة.
يتمتع القطاع العسكري والدفاعي بتاريخ طويل من كونه في طليعة التقدم التكنولوجي. تجد التقنيات الشائعة اليوم ، مثل GPS والطائرات بدون طيار وحتى أجهزة الميكروويف ، أصولها في قطاع الدفاع. ليس من المفاجئ إذن أنه في وقت التطور التكنولوجي المستمر ، وضعت حكومة المملكة المتحدة نصب أعينها تحديث قواتها المسلحة واعتماد تقنيات جديدة.
ومع ذلك ، فإن مجال الاهتمام الحقيقي في الاستراتيجية الصناعية الجديدة للدفاع والأمن في المملكة المتحدة ليس التكنولوجيا التي تستثمر فيها في البداية ، بل التركيز على البحث والتطوير. على وجه الخصوص ، من المتوقع أن تستثمر القيادة الإستراتيجية للمملكة المتحدة 1.5 مليار جنيه إسترليني في السنوات العشر القادمة "لبناء ودعم" عمود فقري رقمي "لمشاركة واستغلال كميات هائلة من البيانات ، من خلال الشبكات السحابية والآمنة" ، وفقًا لوزير الدفاع بن والاس النائب.
الأنظمة العسكرية المدمجة هي أساس هذا النهج القائم على البيانات للدفاع. هذه الأنظمة حيوية في جمع البيانات وتحليلها وإيصالها من ساحة المعركة أو البؤر الاستيطانية. هذا يعني أنه يجب عليهم تلبية المعايير التنظيمية الصارمة ، وأن يكونوا قساة جسديًا لتحمل الظروف البيئية القاسية ودعم اتصالات البيانات السريعة والموثوقة والآمنة.
إنه المطلب الأخير الذي يشكل التحدي الأكبر للحوسبة العسكرية المدمجة ، بينما يقف في نفس الوقت لتحقيق أقصى استفادة من زيادة الاستثمار في التقنيات الجديدة. تتطلب العديد من التطبيقات الدفاعية الأحدث التي نشأت عن التقنيات المتقدمة ، مثل زيادة معالجة الفيديو لتحسين الوعي بالأوضاع ، نهجًا للحوسبة العسكرية الموزعة الذي يجمع بين الشبكات والحوسبة المسرعة بالأجهزة عبر أجهزة مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA).
تتطلب الحوسبة العسكرية الموزعة توفير زمن انتقال منخفض وإتاحة عالية وقابلية التشغيل البيني بين الأجهزة المتصلة بالشبكة وعرض النطاق الترددي العالي لتكون فعالة. نشأ التحدي تقليديًا من الاستخدام الواسع لشبكة إيثرنت للشبكات. على الرغم من أنها رخيصة الثمن ومنتشرة في كل مكان ، إلا أنها بشكل عام غير حتمية بطبيعتها - مفيدة من حيث الموثوقية ، ولكنها أقل من مثالية لأنظمة المهام الحرجة التي تتطلب نقل البيانات في الوقت الفعلي.
الجيل القادم من إيثرنت
يعمل Ethernet القياسي عن طريق إرسال حزم البيانات بطريقة تعتمد إلى حد كبير على أحمال الشبكة ، وهي غير مناسبة للأجهزة المتصلة بالشبكة التي تحتاج إلى درجات عالية من التزامن. تظهر معايير جديدة ، مثل IEC 62439-3 و TSN Time-Sensitive Networking- (مجموعة من المعايير قيد التطوير من قبل مجموعة مهام الشبكات الحساسة للوقت التابعة لمجموعة عمل IEEE 802.1) ، والتي تساعد على تلبية متطلبات الشبكة الحرجة للمهمة . هذه المعايير ، إلى جانب التطور في هذا المجال التكنولوجي ، تقود الابتكار في الشبكات العسكرية.
إحدى هذه الشركات في طليعة هذا هو هندسة النظام على الرقاقة (SoC-e) ، وهو خبير في حلول Ethernet القائمة على FPGA والتي تعمل Recab UK جنبًا إلى جنب لتقديم أنظمة عالية التوفر لشبكات Ethernet الدفاعية. SoC-e أيضًا مشارك نشط في العديد من المجموعات الصناعية والأكاديمية الرائدة التي تطور وتحكم معايير Ethernet الحتمية. كانت هذه المجموعات نشطة في تحديد وتطوير بروتوكولات جديدة قائمة على الإيثرنت مثل التكرار السلس عالي التوفر (HSR) وبروتوكول التكرار المتوازي (PRP) والشبكات الحساسة للوقت (TSN).
HSR
HSR هو أحد البروتوكولين المعياريين في IEC 62439-3 ، جنبًا إلى جنب مع PRP. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين هذين البروتوكولين في أن HSR يركز على توفير تكرار سلس في شبكات محدودة الوقت ، بينما PRP قادر على توفير تكرار سلس عبر شبكتي إيثرنت قياسيتين مستقلتين. يقدم PRP التكرار للعقد.
ومع ذلك ، فإن متطلبات الهيكل الدائري يمكن أن تكون محدودة في تنفيذ HSR في حوسبة الحافة العسكرية. وبالمثل ، تتطلب HSR أن تقوم جميع العقد إما بمعالجة أو تمرير جميع حزم البيانات ، مما قد يزيد من متطلبات المعالجة ويضيف إلى زمن انتقال الشبكة.
العلاج بالبلازما الغنية بالصفائح (PRP)
يعمل بروتوكول PRP عن طريق إنشاء مسارات متوازية في شبكات متكررة لتمرير حزم البيانات المكررة. يتم توصيل العقد المزدوجة المرفقة (DAN) بشبكتي إيثرنت محليتين مستقلتين وقياسيتين (LAN A و LAN B) ، مع إرسال إطارات متطابقة عبر كلتا الشبكتين.
يضمن عامل PRP استلام جميع المعلومات ، حتى في حالة فشل إحدى الشبكات.
يمكن للعقد التي لا تحتوي على PRP تجاهل الإطارات وتقليل متطلبات المعالجة وبروتوكول PRP متوافق مع أجهزة Ethernet القياسية.
TSN
هناك العديد من معايير IEEE قيد التطوير والتي تحدد ميزات محددة لـ TSN ، بما في ذلك المزامنة (802.1AS) ، وحركة المرور المجدولة (802.1Qbv) ، وحركة المرور المحجوزة (802.1Qav) ، والتكرار السلس (802.1CB) ، والإطار المسبق (802.1Qbu) و 802.3 br). على الرغم من أن جميع المعايير ليست مطلوبة لدعم TSN ، إلا أن الشبكات والمفاتيح التي يمكنها تلبية هذه المعايير توفر ميزة واضحة في البيئات العسكرية. يعد اختيار المعايير الفرعية المذكورة أعلاه من بين أكثرها صلة بالشبكات العسكرية.
يعد معيار التزامن (802.1AS) ، بالطبع ، أمرًا ضروريًا ويمكن القول أنه الأهم في السياق العسكري والدفاعي. استنادًا إلى بروتوكول الوقت الدقيق القياسي IEEE 1588-2008 (PTP) ، تسمح المزامنة في TSN للأجهزة في الشبكة بمشاركة نفس المرجع الزمني خلال نطاق زمني نانوثانية. هذا يعني أنه من الممكن لشبكات Ethernet أن توفر مستوى من التزامن يمكن مقارنته بـ GPS.
يمكن تحقيق التوافر العالي على TSN عن طريق إضافة تكرار الإطار والقضاء على النحو المحدد في IEEE 802.1CB. بطريقة مماثلة كما هو محدد لـ HSR ، تشتمل الإطارات على رقم تسلسلي ويتم نسخه ، مع إرسال كل نسخة عبر مسار مختلف في الشبكة.
لتحقيق أقل زمن انتقال ممكن في الشبكات المهندسة ، تم تقديم وظيفة Time Aware Shaper في معيار جدولة حركة مرور IEEE 802.1Qbv. يعمل هذا مع التطبيقات حيث يتم إرسال البيانات ذات الأهمية الزمنية على فترات دورية منتظمة ويستند إلى إضافة بوابات زمنية لكل قائمة انتظار على منفذ. يُستكمل ذلك من خلال نظام الحماية المسبقة المدعوم من قبل IEEE 802.1Qbu و 802.3br. يمكن أن يقاطع إطار الأولوية الأعلى إرسال الإطار ذي الأولوية المنخفضة ، مما يقلل زمن انتقال التدفقات الحساسة للوقت.
إيثرنت العسكرية الحتمية
يتطلب تحقيق تقنيات Ethernet الجديدة في التطبيقات الدفاعية استخدام نظام يوفر المرونة لدعم البروتوكول المناسب لتطبيق معين. تحقيقا لهذه الغاية ، دخلت Recab في شراكة مع SoC-e ، التي تقدم مجموعة Relyum الخاصة بها حلاً مثاليًا متعدد الإمكانات ، لدعم مصنعي المعدات العسكرية والدفاعية الأصلية (OEMs) في المملكة المتحدة وشمال أوروبا. تم اختبار المنتجات في هذا النطاق واعتمادها وفقًا للمعايير العسكرية بما في ذلك MIL-STD-810G و MIL-STD-461G.
Relyum by SoC-e عبارة عن مجموعة من المحولات التجارية العسكرية الجاهزة (COTS) التي يتم إدارتها 1 / 10G من إيثرنت وجهاز التوجيه ومعدات الحوسبة المتطورة. تدعم منصة RELY-MIL-SWITCH-ROUTER ما يصل إلى 20x 1G من النحاس وما يصل إلى 6x 1 / 10G من منافذ الألياف الضوئية ، مع دعم لأنواع الوسائط المختلفة وتوزيعها في موصلات MIL-DTL-38999 مما يتيح شبكة كاملة وفعالة من حيث التكلفة البنى التحتية.
يتميز المنتج على وجه التحديد بجهاز Xilinx Ultrascale + MPSoC الذي يشتمل على ستة معالجات ARM ووحدة معالجة رسومات و FPGA في نفس الدائرة المتكاملة. يتم تسريع وظائف التحويل والتوجيه بواسطة الأجهزة الموجودة في قسم FPGA ، مما يمنحها المرونة لتلبية المتطلبات العسكرية المختلفة. تسمح هذه المرونة لـ Relyum بدعم بروتوكولات HSR / PRP أو TSN بنفس الجهاز. الحلقات الليفية التي تجمع بين هذه البروتوكولات ممكنة بفضل آلية التنسيق بين المفاتيح التي طورتها شركة SoC-e. بالإضافة إلى ذلك ، تدعم معدات Relyum مجموعة واسعة من وظائف الأمان ، من أجل تحقيق المتطلبات الأكثر صرامة في تلك الأنواع من التطبيقات.
المرونة تجعله خيارًا مثاليًا للعديد من التطبيقات العسكرية ، سواء في البر أو في الجو أو في البحر. على سبيل المثال ، تستفيد المركبات البرية العسكرية من وقت الاسترداد بدون تأخير ، واتصالات Ethernet الحتمية ، ويمكنها أيضًا الاستفادة من المعدات لتضمين خدمات برامج الأجهزة الصغيرة الموجهة للمعالجة المسبقة لبيانات المستشعر. إن RELY-MIL-SWITCH-ROUTER متوافق أيضًا مع هندسة المركبات العامة (GVA) ، مما يجعلها مناسبة تمامًا لمركبات الدفاع.
إن مثل هذه الابتكارات هي التي تقود النهج القائم على البيانات للجيش والدفاع ، من خلال ربط أجهزة الخطوط الأمامية ودعم النقل الموثوق والآمن للبيانات المهمة للمهام. على الرغم من أن المركبات المدرعة والطائرات بدون طيار قد طغت عليها إلى حد ما في استراتيجية الدفاع والأمن الصناعية في المملكة المتحدة ، إلا أن الحوسبة والشبكات العسكرية المدمجة هي العمود الفقري الرقمي الحقيقي لعمليات الدفاع الحديثة. إن استمرار التطوير والاستثمار في هذا المجال سيساعد القوات المسلحة على الاستمرار في عبور الحدود التكنولوجية الجديدة في السنوات والعقود القادمة.
آندي كونواي هو مدير المبيعات في شركة Recab UK المتخصصة في الأنظمة العسكرية
الصور: هندسة النظام على رقاقة (SoC-e)