Технологии с каждым годом становится все более важным для военных и оборонных операций. Нам нужно только взглянуть на недавний документ командования обороны Великобритании и обзор бюджета, чтобы подтвердить это, поскольку приоритетом страны, по-видимому, является укрепление технологического потенциала на поле боя. Однако военные технологии — это нечто большее, чем просто стаи дронов или новые бронемашины Boxer; речь идет о быстрой и эффективной передаче информации на передовой.
Военный и оборонный сектор имеет давнюю историю нахождения в авангарде технического прогресса. Такие широко распространенные сегодня технологии, как GPS, дроны и даже микроволновые печи, берут свое начало в оборонном секторе. Поэтому неудивительно, что в период непрерывного технологического развития правительство Великобритании нацелилось на модернизацию своих вооруженных сил и внедрение новых технологий.
Однако реальный интерес в новой промышленной стратегии Великобритании в области обороны и безопасности - это не технология, в которую она изначально инвестирует, а сосредоточение внимания на исследованиях и разработках. В частности, ожидается, что Стратегическое командование Великобритании инвестирует 1.5 миллиарда фунтов стерлингов в следующие десять лет, чтобы «построить и поддерживать« цифровую магистраль »для обмена и использования огромных объемов данных через облако и защищенные сети», по словам министра обороны. Бен Уоллес MP.
Встроенные военные системы являются основой этого подхода к защите, основанного на данных. Эти системы жизненно важны для сбора, анализа и передачи данных с поля боя или застав. Это означает, что они должны соответствовать строгим нормативным стандартам, быть физически прочными, чтобы выдерживать суровые условия окружающей среды и поддерживать быструю, надежную и безопасную передачу данных.
Последнее требование представляет собой самую большую проблему для встраиваемых вычислений военного назначения, одновременно обеспечивая максимальную выгоду от увеличения инвестиций в новые технологии. Многие из новейших оборонных приложений, которые возникли на основе передовых технологий, таких как усиленная обработка видео для повышения ситуационной осведомленности, требуют подхода распределенных военных вычислений, который сочетает в себе сети с аппаратно-ускоренными вычислениями с помощью устройств программируемых вентильных матриц (FPGA).
Для эффективности распределенных военных вычислений необходимо обеспечить малую задержку, высокую доступность, взаимодействие между сетевыми устройствами и широкую полосу пропускания. Проблема традиционно возникает из-за широкого использования Ethernet для работы в сети. Несмотря на дешевизну и повсеместность, он, как правило, недетерминирован по своей природе - полезен для надежности, но далеко не идеален для критически важных систем, требующих передачи данных в реальном времени.
Ethernet следующего поколения
Стандартные функции Ethernet отправляют пакеты данных способом, который в значительной степени зависит от нагрузки сети, что не подходит для сетевых устройств, которым требуется высокая степень синхронизации. Возникают новые стандарты, такие как IEC 62439-3 и TSN Time-Sensitive Networking - (набор стандартов, разрабатываемых целевой группой Time-Sensitive Networking рабочей группы IEEE 802.1), которые помогают удовлетворить критически важные сетевые потребности. . Эти стандарты, наряду с развитием в этом технологическом пространстве, стимулируют инновации в военных сетях.
Одна из таких компаний, занимающихся разработкой System-on-Chip Engineering (SoC-e), является экспертом в решениях Ethernet на основе FPGA, с которой Recab UK тесно сотрудничает, предлагая системы высокой доступности для оборонных сетей Ethernet. SoC-e также является активным участником многих ведущих отраслевых и академических групп, которые разрабатывают стандарты для детерминированного Ethernet и управляют ими. Эти группы принимали активное участие в определении и разработке новых протоколов на базе Ethernet, таких как бесшовное резервирование с высокой доступностью (HSR), протокол параллельного резервирования (PRP) и чувствительные ко времени сети (TSN).
HSR
HSR - один из двух протоколов, стандартизированных в IEC 62439-3, наряду с PRP. Ключевое различие между этими двумя протоколами заключается в том, что HSR фокусируется на обеспечении бесшовного резервирования в сетях с ограничениями по времени, в то время как PRP может обеспечивать бесшовное резервирование через две независимые стандартные сети Ethernet. PRP обеспечивает резервирование узлов.
Однако требование кольцевой топологии может ограничивать реализацию HSR в периферийных военных вычислениях. Точно так же HSR требует, чтобы все узлы либо обрабатывали, либо передавали все пакеты данных, что может увеличить требования к обработке и увеличить задержку в сети.
PRP
Протокол PRP работает путем создания параллельных путей в избыточных сетях для прохождения дублирующихся пакетов данных. Узлы с двойным подключением (DAN) подключены к двум независимым и стандартным локальным сетям Ethernet (LAN A и LAN B) с идентичными кадрами, отправляемыми по обеим сетям.
Оперативник PRP обеспечивает получение всей информации, даже если одна из сетей выходит из строя.
Узлы без PRP могут игнорировать кадры, что снижает требования к обработке, а протокол PRP совместим со стандартным оборудованием Ethernet.
ТСН
В настоящее время разрабатывается несколько стандартов IEEE, которые описывают определенные функции TSN, включая синхронизацию (802.1AS), запланированный трафик (802.1Qbv), зарезервированный трафик (802.1Qav), бесшовное резервирование (802.1CB) и приоритет кадра (802.1Qbu). и 802.3br). Хотя не все стандарты требуются для поддержки TSN, сети и коммутаторы, которые могут соответствовать этим стандартам, дают явное преимущество в военной среде. Вышеупомянутые подстандарты являются одними из наиболее актуальных для военных сетей.
Стандарт синхронизации (802.1AS), конечно, является обязательным и, возможно, наиболее важным в военном и оборонном контексте. На основе стандартного протокола точного времени (PTP) IEEE 1588-2008 синхронизация в TSN позволяет устройствам в сети совместно использовать одну и ту же временную привязку в наносекундном временном диапазоне. Это означает, что сети Ethernet могут обеспечивать уровень синхронизации, сравнимый с GPS.
Высокая доступность в TSN может быть достигнута путем добавления репликации и исключения кадров, как определено в IEEE 802.1CB. Подобно тому, как это определено для HSR, кадры включают порядковый номер и реплицируются, причем каждая копия отправляется по разному пути в сети.
Для достижения минимально возможной задержки в спроектированных сетях функция Time Aware Shaper представлена в стандарте планирования трафика IEEE 802.1Qbv. Это работает с приложениями, в которых критичные ко времени данные отправляются через регулярные периодические интервалы, и основано на добавлении временных шлюзов в каждую очередь порта. Это дополняется приоритетом, поддерживаемым IEEE 802.1Qbu и 802.3br. Кадр с более высоким приоритетом может прервать передачу кадра с более низким приоритетом, уменьшая задержку чувствительных ко времени потоков.
Детерминированный военный Ethernet
Реализация этих новых технологий Ethernet в оборонных приложениях требует использования системы, которая обеспечивает гибкость для поддержки правильного протокола для данного приложения. С этой целью Recab заключила партнерские отношения с SoC-e, чья линейка Relyum предлагает идеальное универсальное решение для поддержки производителей оригинального оборудования (OEM) военного и оборонного назначения в Великобритании и Северной Европе. Продукция в этом диапазоне протестирована и сертифицирована в соответствии с военными стандартами, включая MIL-STD-810G и MIL-STD-461G.
Relyum от SoC-e - это линейка готовых к эксплуатации коммерческих готовых (COTS) коммутаторов Ethernet 1 / 10G, маршрутизаторов и периферийных вычислительных устройств. Платформа RELY-MIL-SWITCH-ROUTER поддерживает до 20 медных портов 1 Гбит / с и до 6 волоконно-оптических портов 1/10 Гбит / с, с поддержкой различных типов носителей и их распределением в разъемах MIL-DTL-38999, что обеспечивает полную и экономичную сеть. инфраструктуры.
Продукт, в частности, может похвастаться устройством Xilinx Ultrascale + MPSoC, которое включает в себя шесть процессоров ARM, один графический процессор и FPGA в одной интегральной схеме. Функции коммутации и маршрутизации ускоряются аппаратным обеспечением в секции FPGA, что дает ему гибкость для удовлетворения различных военных требований. Такая гибкость позволяет Relyum поддерживать протоколы HSR / PRP или TSN на одном и том же оборудовании. Фиброоптические кольца, объединяющие эти протоколы, возможны благодаря механизму межкоммутаторной координации, разработанному SoC-e. Кроме того, оборудование Relyum поддерживает широкий набор функций безопасности, чтобы соответствовать самым строгим требованиям в таких приложениях.
Гибкость делает его идеальным вариантом для множества военных приложений, будь то на суше, в воздухе или на море. Например, военная наземная техника выигрывает от времени восстановления с нулевой задержкой, детерминированной связи Ethernet, а также может использовать преимущества оборудования для встраивания аппаратно-программных микросервисов, ориентированных на предварительную обработку данных датчиков. RELY-MIL-SWITCH-ROUTER также соответствует требованиям Generic Vehicle Architecture (GVA), что делает его идеальным для использования в оборонных транспортных средствах.
Именно такие инновации определяют подход, основанный на данных, в вооруженных силах и обороне за счет подключения передовых устройств и поддержки надежной и безопасной передачи критически важных данных. Несмотря на то, что в Промышленной стратегии Великобритании в области обороны и безопасности в некоторой степени омрачены бронетехникой и беспилотными летательными аппаратами, встроенные военные вычисления и сети являются настоящей цифровой основой современных оборонных операций. Непрерывное развитие и инвестиции в эту область помогут вооруженным силам продолжить переходить новые технологические рубежи в ближайшие годы и десятилетия.
Энди Конвей - менеджер по продажам в компании Recab UK, специализирующейся на встраиваемых системах военного назначения.
Изображения: System-on-Chip Engineering (SoC-e)