Equipar torna-se mais importante para as operações militares e de defesa a cada ano que passa. Basta olharmos para o recente documento do Comando de Defesa do Governo do Reino Unido e para a revisão orçamental para reafirmar isto, sendo que a prioridade do país parece ser reforçar a capacidade tecnológica no campo de batalha. No entanto, a tecnologia militar envolve mais do que apenas enxames de drones ou novos veículos blindados Boxer; trata-se da transmissão rápida e eficaz de informações na linha de frente.
O setor militar e de defesa tem uma longa história de estar na vanguarda do avanço tecnológico. Tecnologias que hoje são comuns, como GPS, drones e até micro-ondas, têm suas origens no setor de defesa. Não é surpresa, então, que em um momento de contínuo desenvolvimento tecnológico, o governo do Reino Unido tenha se voltado para a modernização de suas forças armadas e a adoção de novas tecnologias.
No entanto, a área real de interesse na nova Estratégia Industrial de Defesa e Segurança do Reino Unido não é a tecnologia em que está investindo inicialmente, mas sim o foco em pesquisa e desenvolvimento. Em particular, espera-se que o Comando Estratégico do Reino Unido invista £ 1.5 bilhão nos próximos dez anos para “construir e manter um 'backbone digital' para compartilhar e explorar grandes quantidades de dados, por meio da nuvem e de redes seguras”, de acordo com o Secretário de Defesa Ben Wallace MP.
Os sistemas militares integrados são a base dessa abordagem de defesa baseada em dados. Esses sistemas são vitais na coleta, análise e comunicação de dados do campo de batalha ou postos avançados. Isso significa que eles devem atender a padrões regulatórios rigorosos, ser fisicamente robustos para suportar condições ambientais adversas e oferecer suporte à comunicação de dados rápida, confiável e segura.
É o último requisito que representa o maior desafio para a computação militar embarcada, ao mesmo tempo em que se beneficia ao máximo com o aumento do investimento em novas tecnologias. Muitos dos aplicativos de defesa mais recentes que surgiram de tecnologias avançadas, como o aumento do processamento de vídeo para melhorar a consciência situacional, exigem uma abordagem de computação militar distribuída que combine rede com computação acelerada por hardware por meio de dispositivos FPGA (field-programmable gate array).
A computação militar distribuída exige o fornecimento de baixa latência, alta disponibilidade, interoperabilidade entre dispositivos em rede e alta largura de banda para ser eficaz. O desafio tradicionalmente surge do amplo uso de Ethernet para rede. Embora barato e onipresente, geralmente é de natureza não determinística - benéfico para a confiabilidade, mas menos do que ideal para sistemas de missão crítica que requerem transmissão de dados em tempo real.
Ethernet de próxima geração
A Ethernet padrão funciona enviando pacotes de dados de uma forma que depende muito das cargas da rede, o que não é adequado para dispositivos em rede que precisam de altos graus de sincronização. Novos padrões estão surgindo, como IEC 62439-3 e TSN Time-Sensitive Networking- (um conjunto de padrões em desenvolvimento pelo grupo de tarefas Time-Sensitive Networking do grupo de trabalho IEEE 802.1), que estão ajudando a atender às demandas de rede de missão crítica . Esses padrões, juntamente com o desenvolvimento neste espaço tecnológico, estão impulsionando a inovação em redes militares.
Uma dessas empresas na vanguarda disso é a engenharia System-on-Chip (SoC-e), especialista em soluções Ethernet baseadas em FPGA com a qual a Recab UK trabalha em estreita colaboração para oferecer sistemas de alta disponibilidade para redes Ethernet de defesa. O SoC-e também é um participante ativo em muitos grupos líderes da indústria e acadêmicos que estão desenvolvendo e administrando os padrões para Ethernet determinística. Esses grupos têm atuado na definição e desenvolvimento de novos protocolos baseados em Ethernet, como High-Availability Seamless Redundancy (HSR), Parallel Redundancy Protocol (PRP) e Time-Sensitive Networking (TSN).
HSR
HSR é um dos dois protocolos padronizados em IEC 62439-3, junto com o PRP. A principal diferença entre esses dois protocolos é que o HSR se concentra em fornecer redundância contínua em redes com restrições de tempo, enquanto o PRP é capaz de fornecer redundância contínua por meio de duas redes Ethernet padrão independentes. O PRP introduz redundância para os nós.
No entanto, o requisito de uma topologia em anel pode ser limitante na implementação de HSR em computação militar de ponta. Da mesma forma, o HSR exige que todos os nós processem ou transmitam todos os pacotes de dados, o que pode aumentar os requisitos de processamento e aumentar a latência da rede.
PRP
O protocolo PRP funciona criando caminhos paralelos em redes redundantes para a passagem de pacotes de dados duplicados. Os nós de conexão dupla (DANs) são conectados a duas redes Ethernet locais padrão e independentes (LAN A e LAN B), com frames idênticos enviados por ambas as redes.
O operativo PRP garante o recebimento de todas as informações, mesmo que uma rede falhe.
Os nós não PRP podem ignorar os quadros, reduzindo os requisitos de processamento, e o protocolo PRP é compatível com o hardware Ethernet padrão.
TSN
Existem vários padrões IEEE em desenvolvimento que descrevem recursos específicos do TSN, incluindo sincronização (802.1AS), tráfego agendado (802.1Qbv), tráfego reservado (802.1Qav), redundância contínua (802.1CB) e preempção de quadros (802.1Qbu e 802.3br). Embora nem todos os padrões sejam necessários para dar suporte ao TSN, as redes e os switches que podem atender a esses padrões oferecem uma vantagem clara em ambientes militares. A seleção dos sub-padrões acima está entre alguns dos mais relevantes para redes militares.
O padrão de sincronização (802.1AS) é, obviamente, imperativo e indiscutivelmente o mais importante em um contexto militar e de defesa. Com base no protocolo de tempo preciso padrão IEEE 1588-2008 (PTP), a sincronização no TSN permite que os dispositivos na rede compartilhem a mesma referência de tempo em um intervalo de nanossegundos. Isso significa que é possível que as redes Ethernet forneçam um nível de sincronização comparável ao GPS.
A alta disponibilidade no TSN pode ser alcançada adicionando replicação e eliminação de quadros, conforme definido no IEEE 802.1CB. De forma semelhante à definida para HSR, os quadros incluem um número de sequência e são replicados, com cada cópia enviada por um caminho diferente na rede.
Para atingir a latência mais baixa possível em redes projetadas, a funcionalidade Time Aware Shaper é introduzida no padrão de programação de tráfego IEEE 802.1Qbv. Isso funciona com aplicativos em que dados críticos de tempo são enviados em intervalos periódicos regulares e se baseia na adição de gates de tempo em cada fila em uma porta. Isso é complementado pela preferência suportada pelo IEEE 802.1Qbu e 802.3br. Um quadro de prioridade mais alta pode interromper a transmissão de quadro de prioridade mais baixa, reduzindo a latência de fluxos sensíveis ao tempo.
Ethernet militar determinística
A realização dessas novas tecnologias Ethernet em aplicativos de defesa requer o uso de um sistema que forneça flexibilidade para suportar o protocolo certo para um determinado aplicativo. Para este fim, a Recab fez parceria com a SoC-e, cuja linha Relyum oferece uma solução tudo-em-um ideal, para oferecer suporte aos fabricantes de equipamento original (OEMs) militares e de defesa no Reino Unido e no norte da Europa. Os produtos nesta faixa são testados e certificados de acordo com os padrões militares, incluindo MIL-STD-810G e MIL-STD-461G.
Relyum da SoC-e é uma gama de switches Ethernet 1 / 10G, roteadores e equipamentos de computação de ponta gerenciados para fins comerciais militares. A plataforma RELY-MIL-SWITCH-ROUTER suporta até 20x 1G cobre e até 6x 1 / 10G portas de fibra ótica, com suporte para diferentes tipos de mídia e sua distribuição nos conectores MIL-DTL-38999 permitindo uma rede completa e econômica infraestruturas.
O produto possui especificamente um dispositivo Xilinx Ultrascale + MPSoC que inclui seis CPUs ARM, uma GPU e um FPGA no mesmo circuito integrado. As funções de comutação e roteamento são aceleradas por hardware na seção FPGA, o que lhe dá flexibilidade para atender a vários requisitos militares. Essa flexibilidade permite que o Relyum suporte protocolos HSR / PRP ou TSN com o mesmo hardware. Os anéis de fibra óptica que combinam esses protocolos são viáveis graças ao mecanismo de coordenação entre chaves desenvolvido pela SoC-e. Adicionalmente, os equipamentos Relyum suportam um amplo conjunto de funcionalidades de segurança, de forma a cumprir os requisitos mais restritos neste tipo de aplicações.
A flexibilidade o torna uma opção ideal para inúmeras aplicações militares, seja em terra, no ar ou no mar. Por exemplo, veículos terrestres militares se beneficiam de tempo de recuperação de atraso zero, comunicação Ethernet determinística e também podem aproveitar o equipamento para incorporar microsserviços de hardware-software orientados para pré-processamento de dados de sensor. O RELY-MIL-SWITCH-ROUTER também é compatível com a Arquitetura de Veículos Genéricos (GVA), tornando-o ideal para veículos de defesa.
São inovações como essas que estão conduzindo uma abordagem baseada em dados para militares e defesa, conectando dispositivos de linha de frente e apoiando a transmissão confiável e segura de dados de missão crítica. Embora ofuscado de alguma forma por veículos blindados e drones na Estratégia Industrial de Defesa e Segurança do Reino Unido, a computação militar incorporada e as redes são a verdadeira espinha dorsal digital das operações de defesa modernas. O desenvolvimento e o investimento contínuos nessa área ajudarão as forças armadas a continuar cruzando novas fronteiras tecnológicas nos anos e nas décadas que virão.
Andy Conway é gerente de vendas da especialista em sistemas embarcados militares Recab UK
Imagens: Engenharia System-on-Chip (SoC-e)