Technologie devient de plus en plus important pour les opérations militaires et de défense d’année en année. Il suffit de consulter le récent document du gouvernement britannique sur le commandement de la défense et la révision du budget pour réaffirmer ce point, la priorité du pays étant apparemment de renforcer la capacité technologique sur le champ de bataille. Cependant, la technologie militaire ne se limite pas à des essaims de drones ou à de nouveaux véhicules blindés Boxer ; il s'agit de relayer rapidement et efficacement les informations sur la ligne de front.
Le secteur militaire et de la défense est depuis longtemps à la pointe du progrès technologique. Les technologies aujourd'hui courantes, comme le GPS, les drones et même les micro-ondes, trouvent leurs origines dans le secteur de la défense. Il n'est donc pas surprenant qu'à une époque de développement technologique continu, le gouvernement britannique se soit fixé comme objectif de moderniser ses forces armées et d'adopter de nouvelles technologies.
Cependant, le véritable domaine d'intérêt de la nouvelle stratégie industrielle de défense et de sécurité du Royaume-Uni n'est pas la technologie dans laquelle elle investit initialement, mais plutôt l'accent mis sur la recherche et le développement. En particulier, le Commandement stratégique britannique devrait investir 1.5 milliard de livres sterling au cours des dix prochaines années pour «construire et maintenir une« épine dorsale numérique »pour partager et exploiter de grandes quantités de données, via le cloud et des réseaux sécurisés», selon le secrétaire à la Défense. Ben Wallace MP.
Les systèmes militaires embarqués sont à la base de cette approche de la défense basée sur les données. Ces systèmes sont essentiels pour collecter, analyser et communiquer les données du champ de bataille ou des avant-postes. Cela signifie qu'ils doivent répondre à des normes réglementaires rigoureuses, être physiquement renforcés pour résister à des conditions environnementales difficiles et prendre en charge une communication de données rapide, fiable et sécurisée.
C'est cette dernière exigence qui pose le plus grand défi pour l'informatique embarquée militaire, tout en bénéficiant au maximum de l'augmentation des investissements dans les nouvelles technologies. Bon nombre des nouvelles applications de défense issues de technologies avancées, telles que le traitement vidéo accru pour améliorer la connaissance de la situation, nécessitent une approche informatique militaire distribuée qui combine la mise en réseau avec l'informatique accélérée par le matériel via des dispositifs FPGA (Field-Programmable Gate Array).
L'informatique militaire distribuée nécessite une faible latence, une haute disponibilité, une interopérabilité entre les périphériques en réseau et une bande passante élevée pour être efficace. Le défi provient traditionnellement de la large utilisation d'Ethernet pour la mise en réseau. Bien que bon marché et omniprésent, il est généralement de nature non déterministe - bénéfique pour la fiabilité, mais loin d'être idéal pour les systèmes critiques qui nécessitent une transmission de données en temps réel.
Ethernet de nouvelle génération
Ethernet standard fonctionne en envoyant des paquets de données d'une manière qui dépend largement des charges du réseau, ce qui n'est pas adapté aux périphériques en réseau qui nécessitent des degrés de synchronisation élevés. De nouvelles normes voient le jour, telles que la CEI 62439-3 et TSN Time-Sensitive Networking- (un ensemble de normes en cours de développement par le groupe de travail Time-Sensitive Networking du groupe de travail IEEE 802.1), qui contribuent à répondre aux demandes des réseaux critiques. . Ces normes, parallèlement au développement de cet espace technologique, sont le moteur de l'innovation dans les réseaux militaires.
L'une de ces sociétés à la pointe de la technologie est System-on-Chip Engineering (SoC-e), un expert en solutions Ethernet FPGA avec lequel Recab UK travaille en étroite collaboration pour offrir des systèmes haute disponibilité pour les réseaux Ethernet de défense. SoC-e participe également activement à de nombreux groupes industriels et universitaires de premier plan qui développent et régissent les normes d'Ethernet déterministe. Ces groupes ont été actifs dans la définition et le développement de nouveaux protocoles basés sur Ethernet tels que la redondance transparente à haute disponibilité (HSR), le protocole de redondance parallèle (PRP) et la mise en réseau sensible au temps (TSN).
HSR
HSR est l'un des deux protocoles normalisés dans la CEI 62439-3, aux côtés de PRP. La principale différence entre ces deux protocoles est que HSR se concentre sur la fourniture d'une redondance transparente dans les réseaux à contraintes de temps, tandis que PRP est capable de fournir une redondance transparente via deux réseaux Ethernet standard indépendants. PRP introduit la redondance aux nœuds.
Cependant, l'exigence d'une topologie en anneau peut être limitante dans la mise en œuvre du HSR dans l'informatique militaire de bord. De même, HSR exige que tous les nœuds traitent ou transmettent tous les paquets de données, ce qui peut augmenter les exigences de traitement et augmenter la latence du réseau.
PRP
Le protocole PRP fonctionne en créant des chemins parallèles dans des réseaux redondants pour les paquets de données en double à traverser. Les nœuds à double connexion (DAN) sont connectés à deux réseaux Ethernet locaux indépendants et standard (LAN A et LAN B), avec des trames identiques envoyées sur les deux réseaux.
L'agent PRP assure la réception de toutes les informations, même en cas de panne d'un réseau.
Les nœuds non PRP peuvent ignorer les trames, ce qui réduit les exigences de traitement, et le protocole PRP est compatible avec le matériel Ethernet standard.
TSN
Il existe plusieurs normes IEEE en cours de développement qui décrivent les fonctionnalités spécifiques de TSN, notamment la synchronisation (802.1AS), le trafic planifié (802.1Qbv), le trafic réservé (802.1Qav), la redondance transparente (802.1CB) et la préémption de trame (802.1Qbu et 802.3br). Bien que toutes les normes ne soient pas requises pour prendre en charge TSN, les réseaux et commutateurs qui peuvent répondre à ces normes offrent un net avantage dans les environnements militaires. La sélection des sous-normes ci-dessus fait partie des plus pertinentes pour le réseautage militaire.
La norme de synchronisation (802.1AS) est, bien entendu, impérative et sans doute la plus importante dans un contexte militaire et de défense. Basée sur le protocole de temps précis (PTP) standard IEEE 1588-2008, la synchronisation dans TSN permet aux périphériques du réseau de partager la même référence de temps dans une plage de temps de la nanoseconde. Cela signifie qu'il est possible pour les réseaux Ethernet de fournir un niveau de synchronisation comparable à celui du GPS.
La haute disponibilité sur TSN peut être obtenue en ajoutant la réplication et l'élimination de trame comme défini dans IEEE 802.1CB. De la même manière que celle définie pour HSR, les trames comprennent un numéro de séquence et sont répliquées, chaque copie étant envoyée via un chemin différent dans le réseau.
Pour obtenir la latence la plus faible possible dans les réseaux techniques, la fonctionnalité Time Aware Shaper est introduite dans la norme de planification du trafic IEEE 802.1Qbv. Cela fonctionne avec les applications où les données critiques en temps sont envoyées à intervalles réguliers et il est basé sur l'ajout de créneaux horaires sur chaque file d'attente sur un port. Ceci est complété par la préemption prise en charge par IEEE 802.1Qbu et 802.3br. Une trame de priorité plus élevée peut interrompre la transmission de trame de priorité inférieure, réduisant la latence des flux sensibles au temps.
Ethernet militaire déterministe
La réalisation de ces nouvelles technologies Ethernet dans les applications de défense nécessite l'utilisation d'un système qui offre la flexibilité nécessaire pour prendre en charge le bon protocole pour une application donnée. À cette fin, Recab s'est associé à SoC-e, dont la gamme Relyum offre une solution tout-en-un idéale, pour soutenir les fabricants d'équipements d'origine (OEM) militaires et de défense au Royaume-Uni et en Europe du Nord. Les produits de cette gamme sont testés et certifiés selon les normes militaires, notamment MIL-STD-810G et MIL-STD-461G.
Relyum by SoC-e est une gamme de commutateurs Ethernet 1 / 10G, de routeurs et d'équipements informatiques de périphérie. La plate-forme RELY-MIL-SWITCH-ROUTER prend en charge jusqu'à 20 ports cuivre 1G et jusqu'à 6 ports fibre optique 1 / 10G, avec prise en charge de différents types de supports et sa distribution dans les connecteurs MIL-DTL-38999 permettant un réseau complet et rentable infrastructures.
Le produit dispose spécifiquement d'un appareil Xilinx Ultrascale + MPSoC qui comprend six processeurs ARM, un GPU et un FPGA dans le même circuit intégré. Les fonctions de commutation et de routage sont accélérées par le matériel dans la section FPGA, ce qui lui donne la flexibilité nécessaire pour répondre à diverses exigences militaires. Cette flexibilité permet au Relyum de prendre en charge les protocoles HSR / PRP ou TSN avec le même matériel. Les anneaux à fibre optique combinant ces protocoles sont réalisables grâce au mécanisme de coordination inter-commutateurs développé par SoC-e. De plus, les équipements Relyum prennent en charge un large éventail de fonctionnalités de sécurité, afin de répondre aux exigences les plus strictes dans ces types d'applications.
La flexibilité en fait une option idéale pour de nombreuses applications militaires, que ce soit sur terre, dans les airs ou en mer. Par exemple, les véhicules terrestres militaires bénéficient d'un temps de récupération sans délai, d'une communication Ethernet déterministe, et peuvent également profiter de l'équipement pour intégrer des microservices matériel-logiciel orientés vers le prétraitement des données des capteurs. Le RELY-MIL-SWITCH-ROUTER est également conforme à l'architecture générique du véhicule (GVA), ce qui en fait un outil idéal pour les véhicules de défense.
Ce sont des innovations comme celles-ci qui favorisent une approche de l'armée et de la défense axée sur les données, en connectant des appareils de première ligne et en soutenant la transmission fiable et sécurisée des données critiques. Bien que quelque peu éclipsés par les véhicules blindés et les drones dans la stratégie industrielle de défense et de sécurité du Royaume-Uni, l'informatique militaire intégrée et la mise en réseau sont la véritable épine dorsale numérique des opérations de défense modernes. Le développement et les investissements continus dans ce domaine aideront les forces armées à continuer de franchir de nouvelles frontières technologiques dans les années et les décennies à venir.
Andy Conway est directeur des ventes chez le spécialiste des systèmes embarqués militaires Recab UK
Images: Ingénierie système sur puce (SoC-e)