תקשורת מאובטחת עם רוחב פס גבוה היא בראש רשימת הצרכים של המחשוב הצבאי

CompactPCI ו-MicroTCA ממלאות תפקיד איתן בתכנונים מבוססי רשת; הסביבה ורוחב הפס עוזרים למתכננים לעדן את בחירת הפלטפורמות

דייויד פרסלי, קונטרון

תקשורת עם רוחב פס גבוה שצריך לנהל בסביבות מאובטחות היא נושא נפוץ במחשוב צבאי. בעיקר בגלל הדרישות של  IN-T, מערכת התקשורת הטקטית שהיא אבן היסוד של הצבא, המתכננים ניצבים בפני אתגרי מחשוב יותר ויותר מגוונים עם דרישות גדולות יותר לגמישות, ניידות והקשחה. ברקע של עימות צבאי מתמשך, העומדים בראש הכוחות המזוינים נדרשים למצוא את האיזון בין השקעה בעתיד ובין שמירת או שיפור היכולות של הכוחות הפרוסים. כדי לתמוך ביעדים אלה, המתכננים חייבים להאיץ את הספקתם של מוצרים מוצלחים במהירות – ובאותה עת למקסם את מה שנלמד בעימותים ממושכים ומגוונים, שיעזור להם לפתח את הכלים הנכונים לקרבות העתידיים.
המתכננים, שמשימתם לבנות גדלים פיזיים קטנים יותר המציעים ביצועים, רוחב פס ואמינות קריטית משופרים, פונים לפלטפורמות בדוקות ומוכחות כמו CompactPCI. אחרי שנים שהם קיימים, היישומים המוכחים של CompactPCI מתאפיינים כיום בטווח רחב של פונקציות לוח מתמחות, תכנונים עם קירור הולכה ואפשרויות של ממשקים מהירים. MicroTCA החדשה יחסית מתבססת כאפשרות של פלטפורמה משלימה, אידיאלית בגלל רבות מאותן הסיבות אבל מספקת ביצועים מוקשחים אופטימליים כשנחוץ רוחב פס גבוה יותר.
העברת נתונים ברשתות צבאיות מאובטחות
אתגרי העיבוד נמצאים בשיתוף מידע בזמן אמת, וחיבור בין לוחמים והפיקוד באמצעות מערכת מידע מבוססת רשת. זה כולל נתונים ממספר כלשהו של מובלעות נפרדות, או תחומי אבטחת רשת. כתוצאה מכך, לנתונים עצמם יש סיווגים שונים. התעבורה ברשת יכולה לכלול נתונים סודיים, נתונים לא סודיים ונתונים שעדיין צריך לסווג, ואת כולם צריך לעבד במהירות ולהוסיף ערך לרשת משולבת שמיועדת לשתף מידע באופן יעיל. זה תהליך מורכב ברשת מאובטחת שמחוברת להרבה מובלעות, אבל עצם הנפח של הנתונים הזמינים מחייב עיבוד שוטף כדי להעביר רק מידע שפוטנציאלית רלבנטי. פעמים רבות, התהליך עתיר המחשוב הזה מתרחש במערכת שגודלה הפיזי קטן, וזה מעצים את אתגרי העיבוד במרחב פיזי מוגבל.

 התמיכה ב-WIN-T מספקת מסגרת אחת לרשת משולבת בשדה הקרב. זה מדגים ביעילות את הצורך בפתרונות עם רוחב פס גבוה המבוססים על תקנים – שמספקים חומרה ותכנות המאפשרים “מערכת של מערכות” אמיתית בתוך רשת המודרניזציה של צוות הקרב החטיבתי (צק”ח). חבילות עם יכולת גדלה והולכת לפעול בשטח שעונות באופן הטוב ביותר על הצרכים של הלוחמים, וגם מחדשות את הרשת כדי לנצל שדרוגים טכנולוגיים, משמען שהמתכננים מתמקדים בטכנולוגיות מסחריות מהמדף שיכולות להביא את הרשתות הצבאיות למצב שיוכלו לטפל בצרכים הגדלים של רוחב הפס והנתונים המאובטחים.

CompactPCI מצליחה בתכנון הצבאי
ליישומים מבוססי רשת, מתכננים רבים חושבים ש-CompactPCI המבוססת על תקנים אידיאלית לניהול להבים מרובים המתקשרים על גבי אתרנט גיגה-בייט בלוח אחורי אחד ליישום רשת עצמאי. בדרך כלל חושבים על CompactPCI בתור ארכיטקטורה מבוססת ערוץ. אבל היא תומכת גם בתקשורת אתרנט גיגה-בייט בלוחות אחוריים ובחיבורים וקישורים מרובים של אתרנט גיגה-בייט או 10 גיגה-בייט. הנישה שלה יציבה, על סמך היכולת שלה לספק יכולות עיבוד גבוהות וקצב העברת I/O עצום בגודל פיזי קטן, מדרגי ומוקשח מוכח של Eurocard 3U או 6U. אפילו יישומים זוללי נתונים באופן קיצוני ניתנים לטיפול על ידי שימוש במספר לוחות מעבדים CompactPCI עם ארבע ליבות.

מחברים מבוססי פינים וידיות נעילה מגדילים עוד יותר את ההקשחה והאמינות הטבועות ב-CompactPCI. בניגוד למחברי קצה כרטיס או מבוססי חריצים, CompactPCI כוללת מחברי פינים ושקעים עם צפיפות גבוהה ואטימים לגזים – הפינים האלה מספקים חיבור חזק ואמין בין לוחות והלוח האחורי, וממזערים את החזרות האותות ב-PCI באמצעות השראה נמוכה ועכבה מבוקרת. למחברי CompactPCI יש מספר גדול של פיני הארקה (220), המאפשרים להגדיל עוד את האמינות על בסיס הארקה וסיכוך להקפצת הארקה נמוכה ופעולה בסביבות רועשות. מערכות קצה כרטיס או מבוססות חריצים יכולות להיות אידיאליות במידה שווה ליישומים עתירי ביצועים לא ניידים, אבל הפינים הצפופים של CompactPCI מספקים סבולת גבוה יותר לתנאי סביבה קיצוניים ובסופו של דבר מאפשרים לפלטפורמה לתפקד בסביבות קשוחות יותר.
I/O אחורי הוא תכונה של CompactPCI שמציעה יתרונות תכנון במגוון רחב של יישומים צבאיים, ויש לה ערך במיוחד בגודל הקטן יותר U3. במקום שהמערכות יוגבלו ללוח הקדמי, הן יכולות ליישם ממשקי תקשורת מרובים באמצעות מחברי לוח אחורי, כמו יציאות טוריות, אתרנט או אפיקי שדה כולל כל התקשורת בין הלוחות וגם כל החיבורים החיצוניים. את החיבורים החיצוניים MicroTCA מממשת בדרך כלל באמצעות מודולי מעבר אחוריים או מעגלים גמישים המתחברים אל לוח ה-I/O.

יתר על כן, תוכנה תואמת PCI זמינה באופן נרחב ותכנות מבוסס PCI מוכר להרבה מתכננים משובצים צבאיים. בשילוב רוחב פס גבוה ואמינות, מודל המחשוב המוכר של CompactPCI מזוהה לעיתים קרובות כפתרון אידיאלי ליישומים תובעניים של לכידת ועיבוד נתונים כמו פיקוח על גבולות או מעקב אלקטרוני.
יישומי מעקב מפיקים את המירב מ-CompactPCI.
היתרונות של CompactPCI מודגמים בשימושיות שלה ביישומים צבאיים ספציפיים, לדוגמה מערכת מעקב תקשורת שמשמשת בסביבות ביון בארה”ב. המערכת מבצעת ניתוח ומדידה בקיבולת גבוהה של מערכות אלחוטיות, איסוף מודיעין אותות ואזהרות על איומים עבור גופים כגון משרד ההגנה והמשרד לביטחון פנים. בעבר נדרשו אולי מערכות מרובות כדי להשיג את רוחב הפס הגבוה והעיבוד בזמן אמת שמצריך היישום עתיר החישובים הזה, אבל כיום הם זמינים במוצר נייד אחד המבוסס על CompactPCI U3.
פלטפורמות שמוכנות ליישומים מציעות מודולריות ואורך חיים בתכנון עמיד, ואפשר להגדיר בתצורה שלהן פונקציות ואפשרויות ביצועים ספציפיות כגון אחסון משולב עם נפח גדול ושלמות נתונים. מערכות מעקב עשויות להצריך מערך RAID מהיר המשלב מגוון של דיסקי SATA-II וכונני מצב מוצק (SDD), כולל פונקציות של מדרגיות נתונים, פיקוח והתאוששות עם תמיכה ברמות RAID 0, 1, 5, 10, או “רק קבוצת דיסקים” (JBOD). אם היישום צריך אפילו יותר גמישות, CompactPCI יכולה לתת מענה. לדוגמה, את התצורה של אותה המערכת אפשר במקום זאת להגדיר ל- RAID 5 עם ארבעה נושאי דיסקים כדי לאפשר פונקציות חומרה ספציפיות לפרויקט באמצעות עד ארבעה לוחות CompactPCI ייעודים. לוח אחורי עתיר ביצועים מבטל את הצורך בכבילה פנימית ודיסקים ונושאי SDD עם יכולת החלפה חמה ממזערים את תחזוקת המערכת – סוג זה של זמינות גבוהה חיוני ביישומים תובעניים.
באופן אידיאלי, ניתן להגדיר את תצורת המערכות לפעולה בתחום טמפרטורות מורחב של 40°C- עד +85ºC, ולאפשר ביצועים ללא תקלות בתנאי הסביבה הקיצוניים ששכיחים בפעילות צבאית ללא הפסקה, במיוחד במגוון של יישומים כמו מערכות ניידות שנאבקות בחום, אבק, זעזועים ורטט.
במערכות הסעת חום טהורה ללא מאווררים כגון אלה, לוח המעבד Kontron CP307 CompactPCI יכול לשמש כבקר מערכת עם מעבד Intel® Celeron® M 1.06GHz עם קירור פסיבי ו-512MB של זיכרון RAM מולחם המספק יחס עלות- ביצועים אופטימלי עם צריכת חשמל מינימלית. הגמישות היא שם המשחק, ואפשר להחליף את לוח הבקר לפי הצורך, לדוגמה את Kontron CP305 במעבד
Intel® Atom כשרוצים, ליישומים עם מהירות עיבוד של עד 1.6GHz וזיכרון RAM של עד 1GB. מיתוג אתרנט מובנה מטפל בתקשורת לרכיבים חיצוניים כגון מצלמות טלוויזיה במעגל סגור או ממשקי אדם מכונה (HMI) חכמים מבוססי IP. התקשורת הפנימית במערכת מנוהלת באמצעות נושא 4HP מצויד ברכיבי UMTS, GSM, GPS, LTE ו-WiFi רגילים.
אם יש צורך בעיבוד מהיר יותר או בהקשחה, הפתרון המועדף יהיה מערכת קירור בהולכה עם מעבדי Core i7. זה בדרך כלל יגדיל את כל הפרמטרים של SWaP (גודל, משקל והספק), אבל זאת עשויה להיות בחירת תכנון הכרחית כדי לעמוד ביעדים של היישום והסביבה שלו.

הרשתות הצבאיות המתפתחות כוללות את MicroTCA
MicroTCA נכנסת לתמונה ביישומי רשתות מאובטחות המצריכים רוחב פס מאוד גבוה, לדוגמה מערכות ממשלתיות שצריך לשדרג אותן כדי שיטפלו טוב יותר בנתונים שעוברים בין רשתות קרקעיות ואז מתחברים לרשתות לווייניות. המתכננים חייבים תחילה לקבוע את רמת הנתונים הנכנסים והיוצאים, וכן איזה משימות יש לבצע בזמן שהנתונים עוברים ברשת. ברגע שסביבת הביצועים מצביעה על כך שעיבוד הנתונים מתקרב לדרישות של אתרנט 10 גיגה-בייט, MicroTCA יכולה להיות פתרון אידיאלי.
למערכות מבוססות רשת שמשמשות בסביבות צבאיות יש דרישות ומאפיינים רבים שדומים לאלה של יישומי תקשורת מסחריים, מה שהופך את MicroTCA לפלטפורמה קריטית מאוד יעילה המציעה קיבולת עיבוד גבוהה וזמינות גבוהה עם לוח קטן יותר, 2U או U4. מילוי הצורך ברוחב פס גבוה ועיבוד חזק בגודל פיזי קטן ומבוסס תקנים אטרקטיבי למתכננים הצבאיים המחפשים יתרונות בגודל, במדרגיות ובקישוריות רשת מאוד גבוהה. לצמיחה של MicroTCA ביישומים צבאיים מוסיפים מפרטי הרחבות שמפיקים את המיטב מעץ המשפחה המוקשח שלה. המפרטים החדשים האלה, המאושרים על ידי PICMG, לנגזרות מוקשחות עם קירור אוויר וקירור הולכה ממנפים את המפרט ANSI/VITA 47 ומגדירים את הסביבות שבהן הלוחות המאושרים האלה יתפקדו.
MicroTCA ממלאת צורך חשוב מאוד של הקטנת גודל, משקל והספק (SWaP) בתכנונים צבאיים מתקדמים, המאפשרת קיבולת עיבוד גבוהה במערכות שגודלן הפיזי רק U1. תאימות לדרישות של NEBS (מערכות לבניית ציוד רשתות) רמה 3, שמאמתת שולי חום, כיבוי אש, פליטות והיכולת לשמור על תפעוליות במהלך רעידת אדמה חמורה, הופכת את הפלטפורמה הזאת לאידיאלית ליישום מערכות מאובטחות עם רוחב פס גבוה בסביבות קיצוניות כגון יישומי רכב מוקשח. לוחות ומערכות MicroTCA עם אישור NEBS מאומתים לעמידה בחום, לחות וגובה קיצוניים ובזעזוע של רעידת אדמה אזור 4 (7.0 בסולם ריכטר ומעלה) וגם במגוון רחב של תנאי סביבה קיצוניים אחרים.
MicroTCA מספקת בעצם את יתרונות הביצועים של AdvancedTCA בפלטפורמה יותר קטנה ויעילה מבחינה אנרגטית. AdvancedTCA משתמשת בכרטיסי AMC ספציפית בתור כרטיסי ביניים, ואילו CompactPCI מאפשרת פונקציונליות AMC בלוח אחורי משותף ללא לוח נושא, ובאופן אידיאלי תוחבים כרטיסי AMC לתוך הלוח האחורי ללא שינויים. במערכת אחת אפשר ליישם ביצועים משמעותיים – עד 12 כרטיסי AMC, שכל אחד מהם מאפשר עד 21 חיבורים טוריים מהירים בלוח האחורי, וכל אחד מהם מוכן לספק רוחב פס של עד 2.5 ג”ב לשנייה. יתר על כן, כל אחד משנים עשר להבי המחשוב האלה בלוח אחורי אחד יכול פוטנציאלית להשתמש  במעבדים מרובי ליבות. מערכת U3 או U4 יכולה לשלב עד 24 ליבות בתוך הגודל הקטן מאוד של MicroTCA. קיבולות רוחב הפס של התקשורת מאוד מגוונות וגמישות – נעות בין 40Gbps עד 1Tbps – ותלויות בעיקר באופן שבו כל מערכת מיושמת.
התקשורת הצבאית המאובטחת מתקדמת
CompactPCI ו-MicroTCA הן סוסי עבודה מוכחים של מחשוב צבאי, בייחוד כשהמעבר לתקשורת רשתות מאובטחת ונתונים עם רוחב פס גבוה יותר גדל ביציבות ברחבי הפעילות הצבאית. מפקדי הצבא נתונים ללחץ מתמיד לבחור בנתיב הטכנולוגי הנכון – השקעה בעתיד לעומת שמירה והרחבה של המערכות הקיימות. המתכננים, מצידם, חייבים להאיץ את הקצב, ולפתח מערכות שפועלות ללא דופי כיום ובתוך כך לקחת את הידע הקיים הזה כדי לפתח מערכות מתקדמות יותר עבור הקרב של מחר. התפקיד של CompactPCI ו-MicroTCA ממשיך לתרום לתכנונים צבאיים מבוססי רשת מאוד אמינים, ונותן למתכננים את האפשרות לבחור בפלטפורמות שהם צריכים ביישומים הקריטיים האלה.