Technology 해가 갈수록 군사 및 국방 작전에서 더욱 중요해지고 있습니다. 이를 재확인하려면 영국 정부의 최근 국방 사령부 문서와 예산 검토만 보면 됩니다. 영국의 우선순위는 전장에서 기술 역량을 강화하는 것으로 보입니다. 그러나 군사 기술은 단순한 드론 떼나 새로운 Boxer 장갑차 그 이상입니다. 최전선에서 정보를 빠르고 효과적으로 전달하는 것이 중요합니다.
군사 및 방위 부문은 기술 발전의 최전선에있는 오랜 역사를 가지고 있습니다. GPS, 드론, 심지어 마이크로파와 같이 오늘날 흔하게 사용되는 기술은 방위 부문에서 그 기원을 찾습니다. 따라서 지속적인 기술 개발의시기에 영국 정부가 군대를 현대화하고 새로운 기술을 채택하는 데 목표를두고 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
그러나 영국의 새로운 방위 및 보안 산업 전략에서 실제 관심 분야는 초기에 투자하는 기술이 아니라 연구 개발에 초점을 맞추는 것입니다. 특히 영국 전략 사령부는 "클라우드 및 보안 네트워크를 통해 방대한 양의 데이터를 공유하고 활용하는 '디지털 백본'을 구축하고 유지"하기 위해 향후 1.5 년 동안 XNUMX 억 파운드를 투자 할 것으로 예상됩니다. Ben Wallace MP.
임베디드 군사 시스템은 이러한 데이터 기반 방어 접근 방식의 기반입니다. 이러한 시스템은 전장 또는 전초 기지에서 데이터를 수집, 분석 및 전달하는 데 매우 중요합니다. 즉, 엄격한 규제 표준을 충족하고 열악한 환경 조건을 견디고 빠르고 안정적이며 안전한 데이터 통신을 지원할 수 있도록 물리적으로 견고해야합니다.
군용 임베디드 컴퓨팅에 가장 큰 과제를 제기하는 동시에 새로운 기술에 대한 투자 증가로부터 최대의 이익을 얻는 것은 후자의 요구 사항입니다. 상황 인식을 개선하기위한 향상된 비디오 처리와 같은 고급 기술에서 나온 많은 최신 방어 애플리케이션에는 FPGA (Field-Programmable Gate Array) 장치를 통해 하드웨어 가속 컴퓨팅과 네트워킹을 결합하는 분산 군사 컴퓨팅 접근 방식이 필요합니다.
분산 된 군사 컴퓨팅은 네트워크에 연결된 장치 간의 낮은 대기 시간, 고 가용성, 상호 운용성과 높은 대역폭을 제공해야 효과적입니다. 이 문제는 전통적으로 네트워킹을위한 이더넷의 광범위한 사용에서 발생했습니다. 저렴하고 어디에서나 볼 수 있지만 일반적으로 본질적으로 비 결정적입니다. 안정성에 유리하지만 실시간 데이터 전송이 필요한 미션 크리티컬 시스템에는 적합하지 않습니다.
차세대 이더넷
표준 이더넷은 네트워크 부하에 크게 의존하는 방식으로 데이터 패킷을 전송하여 작동하며, 이는 높은 수준의 동기화가 필요한 네트워크 장치에 적합하지 않습니다. IEC 62439-3 및 TSN Time-Sensitive Networking (IEEE 802.1 작업 그룹의 Time-Sensitive Networking 작업 그룹에서 개발중인 표준 집합)과 같은 새로운 표준이 생겨나 고 있으며 이는 업무에 중요한 네트워크 요구 사항을 충족하는 데 도움이됩니다. . 이러한 표준은이 기술 분야의 개발과 함께 군사 네트워크의 혁신을 주도하고 있습니다.
이러한 선두 기업 중 하나는 Recab UK가 방어 이더넷 네트워크를위한 고 가용성 시스템을 제공하기 위해 긴밀하게 협력하고있는 FPGA 기반 이더넷 솔루션 전문가 인 SoC-e (System-on-Chip engineering)입니다. 또한 SoC-e는 결정 론적 이더넷 표준을 개발하고 관리하는 많은 선도적 인 산업 및 학술 그룹의 적극적인 참여자입니다. 이 그룹은 HSR (High-availability Seamless Redundancy), PRP (Parallel Redundancy Protocol) 및 TSN (Time-Sensitive Networking)과 같은 새로운 이더넷 기반 프로토콜의 정의 및 개발에 적극적으로 참여해 왔습니다.
HSR
HSR은 PRP와 함께 IEC 62439-3에서 표준화 된 두 가지 프로토콜 중 하나입니다. 이 두 프로토콜의 주요 차이점은 HSR은 시간 제약이있는 네트워크에서 원활한 이중화를 제공하는 데 중점을 두는 반면 PRP는 두 개의 독립된 표준 이더넷 네트워크를 통해 원활한 이중화를 제공 할 수 있다는 것입니다. PRP는 노드에 중복성을 도입합니다.
그러나 링 토폴로지의 요구 사항은 군사 엣지 컴퓨팅에서 HSR 구현을 제한 할 수 있습니다. 마찬가지로 HSR에서는 모든 노드가 모든 데이터 패킷을 처리하거나 전달해야하므로 처리 요구 사항이 증가하고 네트워크 대기 시간이 늘어날 수 있습니다.
PRP
PRP 프로토콜은 중복 데이터 패킷이 통과 할 수 있도록 중복 네트워크에서 병렬 경로를 생성하여 작동합니다. DAN (Dual Attached Node)은 두 개의 독립적 인 표준 로컬 이더넷 네트워크 (LAN A 및 LAN B)에 연결되며 두 네트워크를 통해 동일한 프레임이 전송됩니다.
PRP 운영자는 하나의 네트워크가 실패하더라도 모든 정보를 수신합니다.
비 PRP 노드는 프레임을 무시하여 처리 요구 사항을 줄일 수 있으며 PRP 프로토콜은 표준 이더넷 하드웨어와 호환됩니다.
TSN
동기화 (802.1AS), 예약 된 트래픽 (802.1Qbv), 예약 된 트래픽 (802.1Qav), 원활한 이중화 (802.1CB) 및 프레임 선점 (802.1Qbu)을 포함하여 TSN의 특정 기능을 설명하는 여러 IEEE 표준이 개발 중에 있습니다. 및 802.3br). 모든 표준이 TSN을 지원하는 데 필요한 것은 아니지만 이러한 표준을 충족 할 수있는 네트워크와 스위치는 군사 환경에서 분명한 이점을 제공합니다. 위의 하위 표준 선택은 군사 네트워킹과 가장 관련이있는 일부입니다.
물론 동기화 표준 (802.1AS)은 필수적이며 군사 및 국방 분야에서 가장 중요합니다. IEEE 1588-2008 표준 PTP (정밀 시간 프로토콜)에 기반한 TSN의 동기화를 통해 네트워크의 장치가 나노초 시간 범위 내에서 동일한 시간 참조를 공유 할 수 있습니다. 이것은 이더넷 네트워크가 GPS에 필적하는 수준의 동기화를 제공 할 수 있음을 의미합니다.
TSN에 대한 고 가용성은 IEEE 802.1CB에 정의 된대로 프레임 복제 및 제거를 추가하여 달성 할 수 있습니다. HSR에 대해 정의 된 것과 유사한 방식으로 프레임은 시퀀스 번호를 포함하고 복제되며 각 복사본은 네트워크의 다른 경로를 통해 전송됩니다.
엔지니어링 된 네트워크에서 가능한 가장 낮은 대기 시간을 달성하기 위해 IEEE 802.1Qbv 트래픽 스케줄링 표준에 Time Aware Shaper 기능이 도입되었습니다. 이는 시간이 중요한 데이터가 정기적 인 간격으로 전송되는 애플리케이션에서 작동하며 포트의 각 대기열에 시간 게이트를 추가하는 것을 기반으로합니다. 이는 IEEE 802.1Qbu 및 802.3br에서 지원하는 선점으로 보완됩니다. 우선 순위가 높은 프레임은 낮은 우선 순위 프레임 전송을 중단하여 시간에 민감한 스트림의 지연 시간을 줄일 수 있습니다.
결정 성있는 군용 이더넷
방어 애플리케이션에서 이러한 새로운 이더넷 기술을 실현하려면 주어진 애플리케이션에 적합한 프로토콜을 지원할 수있는 유연성을 제공하는 시스템을 사용해야합니다. 이를 위해 Recab은 Relyum 제품군이 이상적인 올인원 솔루션을 제공하는 SoC-e와 제휴하여 영국과 북유럽의 군사 및 방위 OEM (Original Equipment Manufacturer)을 지원합니다. 이 범위의 제품은 MIL-STD-810G 및 MIL-STD-461G를 포함한 군사 표준에 따라 테스트 및 인증되었습니다.
Relyum by SoC-e는 군용 상용 기성품 (COTS) 관리 1 / 10G 이더넷 스위치, 라우터 및 에지 컴퓨팅 장비의 범위입니다. RELY-MIL-SWITCH-ROUTER 플랫폼은 최대 20x 1G 구리 및 최대 6x 1 / 10G 광섬유 포트를 지원하며, MIL-DTL-38999 커넥터에서 다양한 미디어 유형 및 배포를 지원하므로 완전하고 비용 효율적인 네트워크가 가능합니다. 인프라.
이 제품은 특히 동일한 집적 회로에 XNUMX 개의 ARM CPU, XNUMX 개의 GPU 및 FPGA를 포함하는 Xilinx Ultrascale + MPSoC 장치를 자랑합니다. 스위칭 및 라우팅 기능은 FPGA 섹션의 하드웨어에 의해 가속화되어 다양한 군사 요구 사항을 충족 할 수있는 유연성을 제공합니다. 이러한 유연성 덕분에 Relyum은 동일한 하드웨어로 HSR / PRP 또는 TSN 프로토콜을 지원할 수 있습니다. 이러한 프로토콜을 결합한 광섬유 링은 SoC-e에서 개발 한 스위치 간 조정 메커니즘 덕분에 가능합니다. 또한 Relyum 장비는 이러한 종류의 애플리케이션에서 가장 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 보안 기능을 지원합니다.
유연성 덕분에 육지, 공중 또는 해상에서 다양한 군사 응용 분야에 이상적인 옵션입니다. 예를 들어, 군용 육상 차량은 제로 지연 복구 시간, 결정 론적 이더넷 통신의 이점을 누리고 센서 데이터 사전 처리를위한 하드웨어 소프트웨어 마이크로 서비스를 내장하는 장비를 활용할 수도 있습니다. RELY-MIL-SWITCH-ROUTER는 또한 GVA (Generic Vehicle Architecture)를 준수하므로 방위 차량에 이상적입니다.
이러한 혁신은 최전선 장치를 연결하고 미션 크리티컬 데이터의 안정적이고 안전한 전송을 지원함으로써 군사 및 국방에 대한 데이터 기반 접근 방식을 주도하고 있습니다. 영국 방위 및 보안 산업 전략에서 장갑차와 드론으로 다소 가려졌지만 임베디드 군사 컴퓨팅 및 네트워킹은 현대 방위 작전의 진정한 디지털 백본입니다. 이 분야에 대한 지속적인 개발과 투자는 군대가 향후 수년 및 수십 년 동안 계속해서 새로운 기술 경계를 넘을 수 있도록 도울 것입니다.
Andy Conway는 군용 임베디드 시스템 전문가 Recab UK의 영업 관리자입니다.
이미지 : SoC-e (System-on-Chip Engineering)