Teknologi menjadi lebih penting kepada operasi ketenteraan dan pertahanan setiap tahun. Kita hanya perlu melihat kertas Perintah Pertahanan dan semakan bajet baru-baru ini Kerajaan UK untuk mengesahkan ini, dengan keutamaan negara nampaknya adalah untuk meningkatkan kapasiti teknologi di medan perang. Walau bagaimanapun, teknologi ketenteraan adalah lebih daripada sekadar kawanan dron atau kenderaan berperisai Boxer baharu; ia mengenai penyampaian maklumat yang pantas dan berkesan di barisan hadapan.
Sektor ketenteraan dan pertahanan mempunyai sejarah lama berada di barisan hadapan kemajuan teknologi. Teknologi yang biasa dilakukan pada masa kini, seperti GPS, drone dan juga gelombang mikro, menemui asal usulnya di sektor pertahanan. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa pada saat perkembangan teknologi yang berterusan, Pemerintah UK telah menetapkan pandangannya untuk memodenkan angkatan bersenjata dan mengadopsi teknologi yang lebih baru.
Namun, bidang minat sebenarnya dalam Strategi Industri Pertahanan dan Keselamatan baru di UK bukanlah teknologi yang awalnya dilaburkan, melainkan fokus pada penyelidikan dan pembangunan. Khususnya, Komando Strategik UK dijangka melabur £ 1.5 bilion dalam sepuluh tahun ke depan untuk "membangun dan mempertahankan 'tulang belakang digital' untuk berkongsi dan memanfaatkan sejumlah besar data, melalui awan dan jaringan yang selamat", menurut Setiausaha Pertahanan Ahli Parlimen Ben Wallace.
Sistem ketenteraan tertanam adalah asas kepada pendekatan pertahanan berdasarkan data ini. Sistem-sistem ini sangat penting dalam mengumpulkan, menganalisis dan menyampaikan data dari medan perang atau pos-pos. Ini bermaksud mereka mesti memenuhi piawaian peraturan yang ketat, fizikal yang kuat untuk menghadapi keadaan persekitaran yang keras dan menyokong komunikasi data yang cepat, boleh dipercayai dan selamat.
Ini adalah syarat terakhir yang menjadi cabaran terbesar bagi pengkomputeran tertanam ketenteraan, dan pada masa yang sama berdiri untuk mendapatkan keuntungan paling banyak dari peningkatan pelaburan dalam teknologi baru. Sebilangan besar aplikasi pertahanan baru yang muncul dari teknologi canggih, seperti peningkatan pemprosesan video untuk meningkatkan kesedaran situasi, memerlukan pendekatan pengkomputeran ketenteraan terdistribusi yang menggabungkan rangkaian dengan perkakasan dipercepat perkakasan melalui peranti array yang dapat diprogramkan lapangan (FPGA)
Pengkomputeran ketenteraan yang diedarkan memerlukan menyediakan latensi rendah, ketersediaan tinggi, interoperabiliti antara peranti rangkaian dan lebar jalur tinggi agar berkesan. Cabaran secara tradisional timbul dari penggunaan Ethernet yang luas untuk rangkaian. Walaupun murah dan ada di mana-mana, secara amnya sifatnya tidak deterministik - bermanfaat untuk kebolehpercayaan, tetapi kurang sesuai untuk sistem kritikal misi yang memerlukan penghantaran data masa nyata.
Ethernet generasi seterusnya
Ethernet standard berfungsi dengan menghantar paket data dengan cara yang sangat bergantung pada beban rangkaian, yang tidak sesuai untuk peranti rangkaian yang memerlukan tahap penyegerakan yang tinggi. Piawaian baru muncul, seperti IEC 62439-3 dan TSN Time-Sensitive Networking- (satu set standard yang sedang dibangunkan oleh kumpulan tugas Time-Sensitive Networking dari kumpulan kerja IEEE 802.1), yang membantu memenuhi tuntutan rangkaian kritikal misi . Piawaian ini, seiring dengan pengembangan di ruang teknologi ini, mendorong inovasi dalam rangkaian ketenteraan.
Salah satu syarikat di barisan hadapan ini adalah kejuruteraan System-on-Chip (SoC-e), pakar dalam penyelesaian Ethernet berasaskan FPGA yang Recab UK bekerjasama untuk menawarkan sistem ketersediaan tinggi untuk rangkaian Ethernet pertahanan. SoC-e juga merupakan peserta aktif dalam banyak industri dan kumpulan akademik terkemuka yang sedang membangun dan mengatur piawaian Ethernet deterministik. Kumpulan-kumpulan ini telah aktif dalam menentukan dan mengembangkan protokol berasaskan Ethernet baru seperti Redundancy Seamless (HSR), Parallel Redundancy Protocol (PRP) dan Network-Sensitive Networking (TSN).
HSR
HSR adalah salah satu daripada dua protokol yang diseragamkan dalam IEC 62439-3, bersama dengan PRP. Perbezaan utama antara kedua protokol ini adalah bahawa HSR berfokus pada penyediaan redundansi yang lancar dalam rangkaian yang dibatasi masa, sementara PRP mampu memberikan redundansi yang lancar melalui dua rangkaian Ethernet standard bebas. PRP memperkenalkan kelebihan pada nod.
Walau bagaimanapun, keperluan topologi cincin boleh menjadi terhad dalam pelaksanaan HSR dalam pengkomputeran kelebihan ketenteraan. Begitu juga, HSR menghendaki semua node memproses atau meneruskan semua paket data, yang dapat meningkatkan keperluan pemprosesan dan menambah latensi rangkaian.
PRP
Protokol PRP berfungsi dengan membuat jalan selari dalam rangkaian berlebihan untuk dilalui paket data pendua. Node yang dilampirkan dua (DAN) disambungkan ke dua rangkaian Ethernet tempatan yang bebas dan standard (LAN A dan LAN B), dengan bingkai yang sama dihantar melalui kedua-dua rangkaian.
Koperasi PRP memastikan penerimaan semua maklumat, walaupun satu rangkaian gagal.
Nod bukan PRP dapat mengabaikan bingkai, mengurangkan keperluan pemprosesan, dan protokol PRP serasi dengan perkakasan Ethernet standard.
TSN
Terdapat beberapa piawaian IEEE yang sedang dikembangkan yang menggariskan ciri-ciri khusus TSN, termasuk penyegerakan (802.1AS), lalu lintas berjadual (802.1Qbv), lalu lintas terpelihara (802.1Qav), redundansi lancar (802.1CB), dan pra-pilihan bingkai (802.1Qbu) dan 802.3br). Walaupun tidak semua standard diperlukan untuk menyokong TSN, rangkaian dan suis yang dapat memenuhi piawaian ini menawarkan kelebihan yang jelas dalam lingkungan ketenteraan. Pemilihan sub-standard di atas adalah antara yang paling relevan untuk jaringan ketenteraan.
Piawaian penyegerakan (802.1AS), tentu saja, penting dan boleh dikatakan paling penting dalam konteks ketenteraan dan pertahanan. Berdasarkan protokol masa tepat (PTP) standard IEEE 1588-2008, penyegerakan dalam TSN membolehkan peranti dalam rangkaian berkongsi rujukan masa yang sama dalam jangka masa nanodetik. Ini bermaksud mungkin untuk rangkaian Ethernet memberikan tahap penyegerakan yang setanding dengan GPS.
Ketersediaan yang tinggi pada TSN dapat dicapai dengan menambahkan replikasi dan penghapusan bingkai seperti yang didefinisikan dalam IEEE 802.1CB. Dengan cara yang sama seperti yang didefinisikan untuk HSR, bingkai termasuk nomor urutan dan ditiru, dengan setiap salinan dikirim melalui jalan yang berbeda dalam jaringan.
Untuk mencapai kependaman serendah mungkin dalam rangkaian direkayasa, fungsi Time Aware Shaper diperkenalkan dalam standard penjadualan lalu lintas IEEE 802.1Qbv. Ini berfungsi dengan aplikasi di mana data kritikal masa dihantar pada selang masa berkala dan ia berdasarkan penambahan pintu masa pada setiap barisan di port. Ini dilengkapi dengan pra-pilihan yang disokong oleh IEEE 802.1Qbu dan 802.3br. Rangka keutamaan yang lebih tinggi dapat mengganggu transmisi bingkai dengan keutamaan yang lebih rendah, mengurangkan latensi aliran yang sensitif terhadap masa.
Ethernet ketenteraan deterministik
Menyedari teknologi Ethernet baru ini dalam aplikasi pertahanan memerlukan penggunaan sistem yang memberikan fleksibilitas untuk mendukung protokol yang tepat untuk aplikasi tertentu. Untuk tujuan ini, Recab telah bekerjasama dengan SoC-e, yang rangkaian Relyum menawarkan penyelesaian all-in-one yang ideal, untuk menyokong pengeluar peralatan asli ketenteraan dan pertahanan (OEM) di UK dan Eropah Utara. Produk dalam julat ini diuji dan disahkan mengikut piawaian ketenteraan termasuk MIL-STD-810G & MIL-STD-461G.
Relyum by SoC-e adalah rangkaian peralatan komersial ketenteraan (COTS) terkawal 1 / 10G ethernet switch, router dan peralatan pengkomputeran tepi. Platform RELY-MIL-SWITCH-ROUTER menyokong tembaga 20x 1G dan port fibreoptic hingga 6x 1 / 10G, dengan sokongan untuk pelbagai jenis media dan pengedarannya dalam penyambung MIL-DTL-38999 yang membolehkan rangkaian lengkap dan menjimatkan kos prasarana.
Produk ini secara khusus mempunyai peranti Xilinx Ultrascale + MPSoC yang merangkumi enam CPU ARM, satu GPU dan FPGA dalam litar bersepadu yang sama. Fungsi peralihan dan perutean dipercepat oleh perkakasan di bahagian FPGA, yang memberikannya fleksibilitas untuk memenuhi berbagai keperluan ketenteraan. Fleksibiliti ini membolehkan Relyum menyokong protokol HSR / PRP atau TSN dengan perkakasan yang sama. Cincin Fibreoptic yang menggabungkan protokol ini dapat dilaksanakan berkat mekanisme koordinasi antara-suis yang dikembangkan oleh SoC-e. Selain itu, peralatan Relyum menyokong pelbagai fungsi keselamatan, untuk mencapai keperluan paling ketat dalam jenis aplikasi tersebut.
Fleksibiliti menjadikannya pilihan yang ideal untuk banyak aplikasi ketenteraan, sama ada di darat, di udara atau di laut. Sebagai contoh, kenderaan darat tentera memanfaatkan masa pemulihan sifar-kelewatan, komunikasi Ethernet deterministik, dan juga dapat memanfaatkan peralatan untuk menyematkan peranti mikro-perisian perkakasan yang berorientasi pada pemprosesan data sensor. RELY-MIL-SWITCH-ROUTER juga sesuai dengan Generic Vehicle Architecture (GVA), menjadikannya sesuai untuk kenderaan pertahanan.
Ini adalah inovasi seperti ini yang mendorong pendekatan berdasarkan data kepada ketenteraan dan pertahanan, dengan menghubungkan peranti barisan depan dan menyokong penghantaran data kritikal misi yang dipercayai dan selamat. Walaupun dibayangi oleh kenderaan perisai dan drone dalam Strategi Perindustrian Pertahanan dan Keselamatan UK, pengkomputeran dan rangkaian ketenteraan tertanam adalah tulang belakang digital sebenar operasi pertahanan moden. Pembangunan dan pelaburan yang berterusan di kawasan ini akan membantu angkatan bersenjata untuk terus melintasi sempadan teknologi baru pada tahun dan dekad yang akan datang.
Andy Conway adalah pengurus jualan di pakar sistem embedded militer Recab UK
Imej: Kejuruteraan System-on-Chip (SoC-e)