Teknoloji askeri ve savunma operasyonları açısından önemi her geçen yıl daha da artıyor. Bunu yeniden doğrulamak için Birleşik Krallık Hükümeti'nin yakın tarihli Savunma Komutanlığı belgesine ve bütçe incelemesine bakmamız yeterli; ülkenin önceliği görünüşte savaş alanındaki teknolojik kapasiteyi artırmaktır. Ancak askeri teknoloji, yalnızca drone sürülerinden veya yeni Boxer zırhlı araçlardan daha fazlasıdır; bilginin ön saflarda hızlı ve etkili bir şekilde iletilmesiyle ilgilidir.
Askeri ve savunma sektörü, teknolojik ilerlemenin ön saflarında yer alma konusunda uzun süredir devam eden bir geçmişe sahiptir. GPS, drone ve hatta mikrodalga fırın gibi günümüzde yaygınlaşan teknolojilerin kökeni savunma sektöründe bulunmaktadır. Dolayısıyla, teknolojik gelişimin sürekli olduğu bir dönemde, Birleşik Krallık Hükümeti'nin gözünü silahlı kuvvetlerini modernleştirmeye ve daha yeni teknolojileri benimsemeye dikmesi şaşırtıcı değil.
Ancak İngiltere'nin yeni Savunma ve Güvenlik Sanayi Stratejisi'nin asıl ilgi alanı, başlangıçta yatırım yaptığı teknoloji değil, araştırma ve geliştirmeye odaklanmaktır. Savunma Bakanı'na göre, Birleşik Krallık Stratejik Komutanlığının özellikle "bulut ve güvenli ağlar aracılığıyla büyük miktarda veriyi paylaşmak ve kullanmak için bir 'dijital omurga' oluşturmak ve sürdürmek" amacıyla önümüzdeki on yıl içinde 1.5 milyar £ yatırım yapması bekleniyor. Ben Wallace Milletvekili.
Gömülü askeri sistemler, savunmaya yönelik bu veri odaklı yaklaşımın temelini oluşturur. Bu sistemler, savaş alanından veya ileri karakollardan verilerin toplanması, analiz edilmesi ve iletilmesi açısından hayati öneme sahiptir. Bu, bunların sıkı düzenleyici standartları karşılaması, zorlu çevre koşullarına dayanacak şekilde fiziksel olarak sağlamlaştırılması ve hızlı, güvenilir ve emniyetli veri iletişimini desteklemesi gerektiği anlamına gelir.
Askeri gömülü bilgi işlem için en büyük zorluğu oluşturan, aynı zamanda yeni teknolojilere yapılan artan yatırımlardan en fazla faydayı sağlayacak olan da bu ikinci gerekliliktir. Durumsal farkındalığı artırmak için artan video işleme gibi ileri teknolojilerden ortaya çıkan yeni savunma uygulamalarının çoğu, sahada programlanabilir kapı dizisi (FPGA) cihazları aracılığıyla ağ oluşturmayı donanımla hızlandırılmış bilgi işlemle birleştiren dağıtılmış bir askeri bilgi işlem yaklaşımını gerektirir.
Dağıtılmış askeri bilişimin etkili olabilmesi için düşük gecikme süresi, yüksek kullanılabilirlik, ağ bağlantılı cihazlar arasında birlikte çalışabilirlik ve yüksek bant genişliği sağlanması gerekir. Bu zorluk geleneksel olarak Ethernet'in ağ oluşturma amacıyla yaygın kullanımından kaynaklanmaktadır. Ucuz ve her yerde bulunmasına rağmen doğası gereği genellikle belirleyici değildir; güvenilirlik açısından faydalıdır ancak gerçek zamanlı veri iletimi gerektiren kritik görev sistemleri için ideal değildir.
Yeni nesil Ethernet
Standart Ethernet, veri paketlerini büyük ölçüde ağ yüklerine bağlı bir şekilde göndererek çalışır; bu, yüksek derecede senkronizasyona ihtiyaç duyan ağ bağlantılı cihazlar için uygun değildir. Görev açısından kritik ağ taleplerinin karşılanmasına yardımcı olan IEC 62439-3 ve TSN Zamana Duyarlı Ağ Oluşturma (IEEE 802.1 çalışma grubunun Zamana Duyarlı Ağ Oluşturma görev grubu tarafından geliştirilmekte olan bir dizi standart) gibi yeni standartlar ortaya çıkıyor . Bu standartlar, bu teknolojik alandaki gelişmelerin yanı sıra askeri ağlarda yeniliği teşvik ediyor.
Bu konuda ön sıralarda yer alan şirketlerden biri, Recab UK'nin savunma Ethernet ağları için yüksek kullanılabilirlik sistemleri sunmak üzere yakın işbirliği içinde çalıştığı, FPGA tabanlı Ethernet çözümlerinde uzman olan System-on-Chip Engineering (SoC-e)'dir. SoC-e ayrıca deterministik Ethernet standartlarını geliştiren ve yöneten birçok önde gelen endüstri ve akademik grubun aktif bir katılımcısıdır. Bu gruplar, Yüksek Kullanılabilirlik Kesintisiz Artıklık (HSR), Paralel Artıklık Protokolü (PRP) ve Zamana Duyarlı Ağ İletişimi (TSN) gibi yeni Ethernet tabanlı protokollerin tanımlanmasında ve geliştirilmesinde aktif olarak yer almaktadır.
HSR
HSR, PRP ile birlikte IEC 62439-3'te standartlaştırılan iki protokolden biridir. Bu iki protokol arasındaki temel fark, HSR'nin zaman kısıtlamalı ağlarda kesintisiz yedeklilik sağlamaya odaklanması, PRP'nin ise iki bağımsız standart Ethernet ağı aracılığıyla kesintisiz yedeklilik sağlama kapasitesine sahip olmasıdır. PRP, düğümlere artıklık sağlar.
Ancak halka topolojisinin gerekliliği, HSR'nin askeri uç bilişimde uygulanmasında sınırlayıcı olabilir. Benzer şekilde HSR, tüm düğümlerin tüm veri paketlerini işlemesini veya iletmesini gerektirir; bu da işleme gereksinimlerini artırabilir ve ağ gecikmesine katkıda bulunabilir.
PRP
PRP protokolü, yedekli ağlarda yinelenen veri paketlerinin geçmesi için paralel yollar oluşturarak çalışır. Çift bağlı düğümler (DAN'lar), iki bağımsız ve standart yerel Ethernet ağına (LAN A ve LAN B) bağlanır ve her iki ağ üzerinden aynı çerçeveler gönderilir.
PRP operatörü, bir ağ arızalansa bile tüm bilgilerin alınmasını sağlar.
PRP olmayan düğümler çerçeveleri göz ardı ederek işleme gereksinimlerini azaltabilir ve PRP protokolü standart Ethernet donanımıyla uyumludur.
TSN
Senkronizasyon (802.1AS), planlanmış trafik (802.1Qbv), ayrılmış trafik (802.1Qav), kesintisiz yedeklilik (802.1CB) ve çerçeve ön alımı (802.1Qbu) dahil olmak üzere TSN'nin belirli özelliklerini özetleyen geliştirilmekte olan çeşitli IEEE standartları vardır. ve 802.3br). TSN'yi desteklemek için tüm standartlar gerekli olmasa da, bu standartları karşılayabilen ağlar ve anahtarlar askeri ortamlarda açık bir avantaj sunmaktadır. Yukarıdaki alt standartların seçimi, askeri ağ oluşturmayla en alakalı olanlardan bazılarıdır.
Senkronizasyon standardı (802.1AS) elbette zorunludur ve askeri ve savunma bağlamında tartışmasız en önemlisidir. IEEE 1588-2008 standart kesin zaman protokolünü (PTP) temel alan TSN'deki senkronizasyon, ağdaki cihazların nanosaniye zaman aralığı içinde aynı zaman referansını paylaşmasına olanak tanır. Bu, Ethernet ağlarının GPS ile karşılaştırılabilecek düzeyde bir senkronizasyon sağlamasının mümkün olduğu anlamına gelir.
TSN'de yüksek kullanılabilirlik, IEEE 802.1CB'de tanımlandığı gibi çerçeve çoğaltma ve ortadan kaldırma eklenerek elde edilebilir. HSR için tanımlandığı gibi benzer bir şekilde, çerçeveler bir sıra numarası içerir ve her kopya ağdaki farklı bir yoldan gönderilerek çoğaltılır.
Tasarlanmış ağlarda mümkün olan en düşük gecikmeyi elde etmek için Zamana Duyarlı Şekillendirici işlevi IEEE 802.1Qbv trafik planlama standardına dahil edilmiştir. Bu, zaman açısından kritik verilerin düzenli aralıklarla gönderildiği uygulamalarla çalışır ve bir bağlantı noktasındaki her kuyruğa zaman kapılarının eklenmesine dayanır. Bu, IEEE 802.1Qbu ve 802.3br tarafından desteklenen ön alımla tamamlanmaktadır. Daha yüksek öncelikli bir çerçeve, daha düşük öncelikli çerçeve aktarımını keserek zamana duyarlı akışların gecikmesini azaltabilir.
Deterministik askeri Ethernet
Bu yeni Ethernet teknolojilerinin savunma uygulamalarında hayata geçirilmesi, belirli bir uygulama için doğru protokolü destekleme esnekliği sağlayan bir sistemin kullanılmasını gerektirir. Bu amaçla Recab, Birleşik Krallık ve Kuzey Avrupa'daki askeri ve savunma orijinal ekipman üreticilerini (OEM'ler) desteklemek için Relyum ürün yelpazesi ideal bir hepsi bir arada çözüm sunan SoC-e ile ortaklık kurdu. Bu serideki ürünler, MIL-STD-810G ve MIL-STD-461G dahil olmak üzere askeri standartlara göre test edilmiş ve onaylanmıştır.
Relyum by SoC-e, askeri ticari kullanıma hazır (COTS) yönetilen 1/10G ethernet anahtarı, yönlendirici ve uç bilgi işlem ekipmanı serisidir. RELY-MIL-SWITCH-ROUTER platformu, 20x'e kadar 1G bakır ve 6x'e kadar 1/10G fiber optik bağlantı noktasını destekler; farklı ortam türlerini destekler ve MIL-DTL-38999 konektörlerindeki dağıtımı, eksiksiz ve uygun maliyetli bir ağ sağlar altyapılar.
Ürün özellikle aynı entegre devrede altı ARM CPU, bir GPU ve bir FPGA içeren bir Xilinx Ultrascale+ MPSoC cihazına sahiptir. Anahtarlama ve yönlendirme işlevleri, FPGA bölümündeki donanım tarafından hızlandırılır ve bu da ona çeşitli askeri gereksinimleri karşılama esnekliği sağlar. Bu esneklik, Relyum'un aynı donanımla HSR/PRP veya TSN protokollerini desteklemesine olanak tanır. Bu protokolleri birleştiren fiberoptik halkalar, SoC-e tarafından geliştirilen anahtarlar arası koordinasyon mekanizması sayesinde uygulanabilir. Ek olarak Relyum ekipmanı, bu tür uygulamalarda en katı gereksinimleri karşılamak için çok çeşitli güvenlik işlevlerini destekler.
Esnekliği onu karada, havada veya denizde çok sayıda askeri uygulama için ideal bir seçenek haline getiriyor. Örneğin askeri kara araçları, sıfır gecikmeli kurtarma süresinden, deterministik Ethernet iletişiminden yararlanır ve ayrıca sensör verilerinin ön işlenmesine yönelik donanım-yazılım mikro hizmetlerini yerleştirmek için ekipmandan yararlanabilir. RELY-MIL-SWITCH-ROUTER aynı zamanda Genel Araç Mimarisi (GVA) uyumludur ve bu da onu savunma araçları için ideal kılar.
Ön hat cihazlarını birbirine bağlayarak ve görev açısından kritik verilerin güvenilir, emniyetli iletimini destekleyerek askeriye ve savunmaya veri odaklı bir yaklaşım getiren bunlar gibi yeniliklerdir. Her ne kadar Birleşik Krallık Savunma ve Güvenlik Sanayi Stratejisinde zırhlı araçlar ve insansız hava araçlarının gölgesinde kalsa da, gömülü askeri bilgi işlem ve ağ oluşturma, modern savunma operasyonlarının gerçek dijital omurgasını oluşturmaktadır. Bu alanda devam eden geliştirme ve yatırım, silahlı kuvvetlerin önümüzdeki yıllarda ve onyıllarda yeni teknolojik sınırları aşmaya devam etmesine yardımcı olacaktır.
Andy Conway, askeri gömülü sistem uzmanı Recab UK'de satış müdürüdür
Görseller: Çip Üzerinde Sistem Mühendisliği (SoC-e)