Tecnología Se vuelve más importante para las operaciones militares y de defensa con cada año que pasa. Sólo necesitamos mirar el reciente documento del Comando de Defensa y la revisión del presupuesto del gobierno del Reino Unido para reafirmar esto, siendo la prioridad del país aparentemente reforzar la capacidad tecnológica en el campo de batalla. Sin embargo, la tecnología militar es algo más que simples enjambres de drones o nuevos vehículos blindados Boxer; se trata de transmitir información de forma rápida y eficaz en primera línea.
El sector militar y de defensa tiene una larga historia de estar a la vanguardia del avance tecnológico. Tecnologías que son habituales en la actualidad, como GPS, drones e incluso microondas, tienen su origen en el sector de la defensa. No es de extrañar, entonces, que en un momento de continuo desarrollo tecnológico, el gobierno del Reino Unido se haya fijado en la modernización de sus fuerzas armadas y la adopción de nuevas tecnologías.
Sin embargo, el área real de interés en la nueva estrategia industrial de defensa y seguridad del Reino Unido no es la tecnología en la que está invirtiendo inicialmente, sino más bien el enfoque en la investigación y el desarrollo. En particular, se espera que el Comando Estratégico del Reino Unido invierta 1.5 millones de libras en los próximos diez años para "construir y mantener una 'columna vertebral digital' para compartir y explotar grandes cantidades de datos, a través de la nube y redes seguras", según el Secretario de Defensa Ben Wallace MP.
Los sistemas militares integrados son la base de este enfoque de defensa basado en datos. Estos sistemas son vitales para recopilar, analizar y comunicar datos del campo de batalla o puestos de avanzada. Esto significa que deben cumplir con rigurosos estándares regulatorios, estar físicamente reforzados para soportar condiciones ambientales adversas y admitir una comunicación de datos rápida, confiable y segura.
Este último requisito es el que plantea el mayor desafío para la informática militar incorporada, al mismo tiempo que se beneficia al máximo de una mayor inversión en nuevas tecnologías. Muchas de las aplicaciones de defensa más nuevas que han surgido de tecnologías avanzadas, como un mayor procesamiento de video para mejorar el conocimiento de la situación, requieren un enfoque de computación militar distribuida que combine redes con computación acelerada por hardware a través de dispositivos de matriz de puertas programables en campo (FPGA).
La computación militar distribuida requiere proporcionar baja latencia, alta disponibilidad, interoperabilidad entre dispositivos en red y alto ancho de banda para ser efectiva. El desafío ha surgido tradicionalmente del amplio uso de Ethernet para redes. Aunque es barato y ubicuo, generalmente es de naturaleza no determinista: beneficioso para la confiabilidad, pero menos que ideal para sistemas de misión crítica que requieren transmisión de datos en tiempo real.
Ethernet de próxima generación
Ethernet estándar funciona enviando paquetes de datos de una manera que depende en gran medida de las cargas de la red, lo que no es adecuado para dispositivos en red que necesitan altos grados de sincronización. Están surgiendo nuevos estándares, como IEC 62439-3 y TSN Time-Sensitive Networking- (un conjunto de estándares en desarrollo por el grupo de trabajo Time-Sensitive Networking del grupo de trabajo IEEE 802.1), que están ayudando a cumplir con las demandas de red de misión crítica. . Estos estándares, junto con el desarrollo en este espacio tecnológico, están impulsando la innovación en las redes militares.
Una de esas empresas a la vanguardia de esto es la ingeniería System-on-Chip (SoC-e), un experto en soluciones Ethernet basadas en FPGA con el que Recab UK trabaja en estrecha colaboración para ofrecer sistemas de alta disponibilidad para redes Ethernet de defensa. SoC-e también es un participante activo en muchos grupos académicos y de la industria líderes que están desarrollando y gobernando los estándares para Ethernet determinista. Estos grupos han participado activamente en la definición y desarrollo de nuevos protocolos basados en Ethernet, como la redundancia sin interrupciones de alta disponibilidad (HSR), el protocolo de redundancia en paralelo (PRP) y las redes sensibles al tiempo (TSN).
HSR
HSR es uno de los dos protocolos estandarizados en IEC 62439-3, junto con PRP. La diferencia clave entre estos dos protocolos es que HSR se centra en proporcionar una redundancia perfecta en redes con limitaciones de tiempo, mientras que PRP es capaz de proporcionar una redundancia perfecta a través de dos redes Ethernet estándar independientes. PRP introduce redundancia en los nodos.
Sin embargo, el requisito de una topología en anillo puede limitar la implementación de HSR en la informática de borde militar. De manera similar, HSR requiere que todos los nodos procesen o pasen todos los paquetes de datos, lo que puede aumentar los requisitos de procesamiento y aumentar la latencia de la red.
PRP
El protocolo PRP funciona creando rutas paralelas en redes redundantes para que pasen paquetes de datos duplicados. Los nodos conectados duales (DAN) están conectados a dos redes Ethernet locales estándar e independientes (LAN A y LAN B), con tramas idénticas enviadas a través de ambas redes.
El operativo PRP asegura la recepción de toda la información, incluso si falla una red.
Los nodos que no son PRP pueden ignorar las tramas, lo que reduce los requisitos de procesamiento, y el protocolo PRP es compatible con el hardware Ethernet estándar.
TSN
Hay varios estándares IEEE en desarrollo que describen las características específicas de TSN, incluida la sincronización (802.1AS), el tráfico programado (802.1Qbv), el tráfico reservado (802.1Qav), la redundancia sin interrupciones (802.1CB) y la anticipación de tramas (802.1Qbu y 802.3br). Aunque no se requieren todos los estándares para admitir TSN, las redes y conmutadores que pueden cumplir con estos estándares ofrecen una clara ventaja en entornos militares. La selección de subestándares anteriores se encuentra entre algunos de los más relevantes para las redes militares.
El estándar de sincronización (802.1AS) es, por supuesto, imperativo y posiblemente el más importante en un contexto militar y de defensa. Basado en el protocolo de tiempo preciso (PTP) estándar IEEE 1588-2008, la sincronización en TSN permite que los dispositivos en la red compartan la misma referencia de tiempo dentro de un rango de tiempo de nanosegundos. Esto significa que es posible que las redes Ethernet proporcionen un nivel de sincronización comparable al GPS.
La alta disponibilidad en TSN se puede lograr agregando replicación y eliminación de cuadros como se define en IEEE 802.1CB. De manera similar a la definida para HSR, las tramas incluyen un número de secuencia y se replican, y cada copia se envía a través de una ruta diferente en la red.
Para lograr la latencia más baja posible en redes diseñadas, la funcionalidad Time Aware Shaper se introduce en el estándar de programación de tráfico IEEE 802.1Qbv. Esto funciona con aplicaciones en las que se envían datos de tiempo crítico a intervalos periódicos y se basa en agregar puertas de tiempo en cada cola de un puerto. Esto se complementa con la preferencia admitida por IEEE 802.1Qbu y 802.3br. Una trama de mayor prioridad puede interrumpir la transmisión de tramas de menor prioridad, reduciendo la latencia de las transmisiones sensibles al tiempo.
Ethernet militar determinista
La realización de estas nuevas tecnologías Ethernet en aplicaciones de defensa requiere el uso de un sistema que proporcione la flexibilidad para admitir el protocolo correcto para una aplicación determinada. Con este fin, Recab se ha asociado con SoC-e, cuya gama Relyum ofrece una solución todo en uno ideal, para apoyar a los fabricantes de equipos originales (OEM) militares y de defensa en el Reino Unido y el norte de Europa. Los productos de esta gama se prueban y certifican según los estándares militares, incluidos MIL-STD-810G y MIL-STD-461G.
Relyum de SoC-e es una gama de conmutadores, enrutadores y equipos de computación de borde de Ethernet de 1 / 10G administrados de manera comercial y militar. La plataforma RELY-MIL-SWITCH-ROUTER admite hasta 20 puertos de cobre 1G y hasta 6 puertos de fibra óptica 1 / 10G, con soporte para diferentes tipos de medios y su distribución en los conectores MIL-DTL-38999 que permiten una red completa y rentable Infraestructuras.
El producto cuenta específicamente con un dispositivo Xilinx Ultrascale + MPSoC que incluye seis CPU ARM, una GPU y una FPGA en el mismo circuito integrado. Las funciones de conmutación y enrutamiento son aceleradas por hardware en la sección FPGA, lo que le da la flexibilidad para cumplir con varios requisitos militares. Esta flexibilidad permite que Relyum admita protocolos HSR / PRP o TSN con el mismo hardware. Los anillos de fibra óptica que combinan estos protocolos son factibles gracias al mecanismo de coordinación entre interruptores desarrollado por SoC-e. Además, los equipos Relyum admiten un amplio conjunto de funcionalidades de seguridad, con el fin de lograr los requisitos más estrictos en ese tipo de aplicaciones.
La flexibilidad lo convierte en una opción ideal para numerosas aplicaciones militares, ya sea en tierra, aire o mar. Por ejemplo, los vehículos terrestres militares se benefician del tiempo de recuperación sin demora, la comunicación Ethernet determinista y también pueden aprovechar el equipo para integrar microservicios de hardware y software orientados al preprocesamiento de datos de sensores. El RELY-MIL-SWITCH-ROUTER también cumple con la arquitectura de vehículo genérico (GVA), lo que lo convierte en un ajuste ideal para vehículos de defensa.
Son innovaciones como estas las que están impulsando un enfoque basado en datos para el ejército y la defensa, al conectar dispositivos de primera línea y respaldar la transmisión confiable y segura de datos de misión crítica. Aunque eclipsados un poco por vehículos blindados y drones en la Estrategia Industrial de Defensa y Seguridad del Reino Unido, la informática y las redes militares integradas son la verdadera columna vertebral digital de las operaciones de defensa modernas. El desarrollo continuo y la inversión en esta área ayudarán a las fuerzas armadas a seguir cruzando nuevas fronteras tecnológicas en los años y décadas venideros.
Andy Conway es gerente de ventas del especialista en sistemas integrados militares Recab UK
Imágenes: Ingeniería de sistema en chip (SoC-e)