מתאימים את טכנולוגיית הרשתות הניידות המסחריות לטובת תקשורת בשדה הקרב

Todd Mersch and
John Long, Radisys

סקירה כללית
רשתות התקשורת הצבאיות היו עד כה קנייניות והשתמשו בתקשורת בקו הראייה ו/או בתקשורת רדיו לוויינית, כדי לספק את השירות המתקדם ביותר והמאובטח ביותר שאפשר. ואולם, פתרונות קנייניים מפגרים אחר חידושי התקשורת המסחריים, המספקים יכולות מתקדמות של נתונים ניידים וחיסכון בהיקף עצום שמקורו בכמויות הגדולות. ראיה לכך אפשר למצוא במבצעים האחרונים שאירעו בעירק ובאפגניסטן, במקום שרשתות צבאיות אמריקניות, המבוססות על תקשורת רדיו קניינית, היו פחות גמישות ופחות אמינות מהתשתית הסלולרית הניידת שבה השתמש האויב.
במבט ראשון, אפשר לחשוב שהפתרון ברור למדי – הצבא יכול פשוט לרכוש מוצרים מסחריים מיצרני ציוד תקשורת (TEMs) ולפרוס אותם במערכות שלו. כאשר החלו לחקור את הגישה הזו, גילו שצומתי התקשורת הממסר היו מסורבלים וללא יכולת ניידות. בנוסף, הפתרון לא יכול היה לתמוך בתקשורת שהייתה קיימת למטרה מסוימת, ומאידך לא פשוט היה לבצע בו התאמה אישית, מן הסתם עובדה שמנעה ממנו לספק את האמינות והאבטחה הדרושים לצבא. בעיות אלו הניעו את הצבא להחליף את רשתות התקשורת שלו המשמשות בזמן מלחמה, שינויים שכללו רשתות קשיחות וקומפקטיות יותר, שהיו עדיין מבוססות על טכנולוגיה של התקנים סלולריים מהדור השישי מבוססת תקנים, תוך כדי פזילה לעבר פריסות עתידיות בטכנולוגיית LTE.
האימוץ של טכנולוגיה מסחרית להתקנים סלולריים המוגדרת באמצעות תקנים, פתר את האתגרים שהיו כרוכים בתכונות כגון גמישות, אמינות ועלות. אך על מנת לספק פתרון להתקן נייד באופן מיוחד, דרושה טכנולוגיה אחרת, כזו שתומכת בהשקה של רשת למשימה ייחודית וגם בעיקרון של רשת של רשתות, אשר שניהם בעלי חשיבות עיקרית ללוחמה הממורכזת ברשת של הדור הבא. חידושים טכנולוגיים מתקדמים נדרשים לצורך מזעור הרשת כולה – החל בתחנות בסיס דרך ליבת הרשת – ועד לפלטפורמה מוקשחת וקטנה. באופן כזה, אפשר לבחור רשת שלמה ולהעביר אותה, או אפילו לשאת אותה בתרמילו של החייל. לרשתות סלולריות ניידות באופן מיוחד מסוג זה של התקנים סלולריים, יש צורך בשילוב של חומרה ותוכנה שהותאמה באופטימיזציה, אשר יענה על הדרישות המחמירות של גודל, משקל והספק (SWaP).
חברת Radisys הוכיחה יכולת כזו, באמצעות שילוב של פרוטוקולי תוכנה בתקן Trillium 3G ו-LTE, עם תוכנת שרת מדיה ועם מודולי המחשב COM Express של Radisys בעלי ממדים פיסיים קטנים, המתמחים ביישומים צבאיים, כולם מספקים את הטכנולוגיה הדרושה עבור רשתות ושירותים לתקשורת של יישומים צבאיים ניידים, הקיימים היום. הפתרון פועל על מעבד יחיד בעל נצילות הספק גבוהה של ®Intel, אשר מסוגל לתמוך ברשת שלמה מסוג EPC (ליבה בחבילות מתפתחות). פתרון זה גם מגיע ליכולות גבוהות יותר, כאשר הוא פועל על פלטפורמות אחרות, כגון מכשיר רשת או (Advanced TCA).

תקשורת מתפתחת בהתקנים סלולריים לשדה הקרב
כיום, חיילים מרושתים יותר ובאמתחתם של חיילים הנמצאים בשולי שדה הקרב יש מידע רב יותר מזה אשר היה עד לפני כמה שנים בידי קציני סגל הפיקוד הכללי הנושאים עמדות פיקוד. בזמן שכל אדם וכל דבר מחוברים ברשת (איור 1), לאמצעי לוחמה ממורכזי רשתות יש יעד אולטימטיבי שבא לידי ביטוי בשליטה במידע ובמודעות סביבתית מלאה. לצורך כך נדרשת חישה המקיפה את הסביבה כולה – 360 מעלות סביב כל יחידת לוחמה ידידותית – ושימוש בנתוני החיישן כדי להבין באופן מדויק את הכוונות והפעולות של היריב, ולקשר את כל פלטפורמות כלי הנשק המתקדמות, את מערכות החיישנים ואת מרכזי השליטה והבקרה.

אמצעי לחימה ממורכזי רשתות
מודעות סביבתית הופכת לחיונית על מנת לזכות בשליטה בשדה הקרב. יחידות צבא והמפקדים שלהם חייבים לבחון, להתמצא, להחליט ולפעול בהחלטיות, ואם יוכלו לחדור אל תוך מעגל ההחלטות של האויב, יהיו הם המנצחים בכל אחד מסבבי הקרב. להשגת מטרה זו יש צורך ברשתות בעלות זמן אחזור נמוך ותפוקה גבוהה, בעלות יכולת העברת נתונים בזמן אמת, וכן במנועי מחשוב לביצועים גבוהים, כגון מנועי המחשוב ATCA שקיימים כיום, המספקים אמינות גבוהה בצד זמינות גבוהה.
המספר של החיישנים הפרוסים על הקרקע או מעליה, ממשיך להרקיע, כפי שקורה לנפח הנתונים הנאסף לצורכי מודיעין מעקב וסיור (ISR). לדוגמה, באפגניסטן כיום, יותר מ- 53 טרה בייט של נתונים נאספים בכל יום ויום, רובם על ידי כלי טייס בלתי מאוישים (כטב”ם-UAV). בתחילת המלחמה באפגניסטן, טרה בייט יחיד של מידע היה נחשב לכמות גדולה של נתונים.

רשתות ניידות מאובטחות
“גודל הציוד הנישא על ידי החיילים שלנו הוקטן אף הוא באופן משמעותי, עובדה שבסופו של דבר תאפשר יותר ניידות וגמישות של הרשת כולה בתוך סביבה כלשהי. אנו פועלים עתה לקראת שימוש בלוחם היחיד – בין אם הוא נמצא באוויר, ברכב או רגלי ועם מכשיר רדיו אישי שיפעל כמפעיל יחיד, אשר ינתב וישדר הלאה מידע תוך כדי תנועה במרחב שדה הקרב”, אמר תת-אלוף מיכאל א. ויליאמסון [Michael E. Williamson] – סגן מפקד בתוכנית המשולבת של מערכת תקשורת הרדיו הטקטית. והוא מוסיף “אלו הם הדברים המרחיבים את המודעות הסביבתית ותורמים לשמירה על ביטחונם של הלוחמים שלנו. עם זאת, לא מדובר רק ביצירה של מערכת קטנה יותר ומהירה יותר. מדובר גם ביצירת הגנה בתוך הרשת. אבטחת הרשת חשובה באותה מידה שעומדת עדיפותה של יצירת הרשת”.

רשתות סלולריות קומפקטיות
על מנת להקטין את הגודל ולהפחית את העלויות, כמה יצרני ציוד צבאי חידשו את ארכיטקטורת מערכות התקשורת שלהם, וכיום, מערכת רשת הליבה נתונה בגודל של קופסת נעליים ועלותה נעה סביב אחד חלקי עשרה מעלותם של פתרונות קודמים. כמו כן, מערכות אלו תומכות בדור שלישי ובמעבר קל לטכנולוגיית LTE – טכנולוגיה שהצבא משתוקק עד מאוד לפרוס, על מנת להגדיל את קצבי השידור פי חמשה בערך בהשוואה לקצבים של הדור השלישי.
“השתמשנו בכל היכולות הסלולריות של הטכנולוגיה המסחרית והתמקדנו בפריסה מהירה ובפעולות טקטיות. כיום, חיילים בשדה הקרב יכולים להעביר מידע בזמן אמת, דרך רשתות סלולריות”, אמר אלכס ווטסון [Alex Wotson] – מנכ”ל חברת Battlefield Telecommunications Systems.
על מנת להציע פתרון רשת ליבה מוכן לשימוש עבור מערכות דור שלישי או LTE, יש לדחוס את הפונקציונליות של עד כדי שמונה חלקי רשת תקשורת שונים אל תוך חלק אחד. חלקי רשת LTE הרלוונטיים, שמרכיבים את ה-EPC ואת בקרת המדיניות, מופיעים באיור 2.
חלקי רשת אלו יכולים לפעול במערכת יחידה, שאותה אפשר לתכנן, בתלות בקיבולת הנדרשת, עם מעגל נושא או עם מודול COM Express, עם מכשיר רשת או עם מערכת ATCA. פלטפורמות חומרה אלו גם יתמכו בו-זמנית בפונקציות עיבוד מדיה עבור מגוון יישומים, לרבות העברת קול דרך רשת LTE (), ערבול קול, רצף אותות אודיו או שיחות ועידה בשיתוף עם וידיאו חי. את כל אלו אפשר לקבל באמצעות מפרט תת-מערכות מולטימדיה ברשת (IMS) הפרושות ברשתות דור שלישי ברחבי העולם, וכעת גם ברשתות דור רביעי וברשתות LTE. למרבה המזל, אפשר להשאיר את התשתית הקיימת של IMS כמות שהיא (עם שינויים זעירים), מאחר שהארכיטקטורה הגמישה שלה תוכננה לפעול כמעט עם כל רשת גישה. את מערכות IMS אפשר לממש עם שרת מדיה בתוכנה, שבו נעסוק בהמשך.
ארכיטקטורת COM Express יכולה גם לשמש לצורך תכנון של eNobeB אשר משמש לחיבור מכשירים ניידים של משתמשי קצה לרשת הליבה דרך ממשק רדיו בטכנולוגיית LTE.

תוכנת רשת הליבה
תוכנת הפרוטוקולים Trillium מאפשרת ליצרני הציוד לפתח במהירות רבה מאוד פתרון רשת ליבה מוכן לשימוש עבור תוכנה של רשתות דור שלישי ו-LTE. הפתרון משכפל את הפונקציונליות של חלקי הרשת הנחוצים וממזג אותם לחלק אחד, באופן כזה ש-25 פרוטוקולים בערך פועלים באופן אמין במגוון פלטפורמות חומרה מבית Radisys. פתרון התוכנה של Radisys לתוכנת פרוטוקולים של דור שלישי ושל טכנולוגיית LTE, המוצג באיורים 3a ו-3b, מספק את רוב רובו של הקוד הנדרש.
התוכנה מוקשחת ומוכחת לשימוש בשטח בהינתן העובדה שהיא משמשת שלושה מבין ארבעת היצרנים העולמיים המובילים של ציוד נייד. בנוסף, תוכנת Trillium לדור השלישי ולטכנולוגיית LTE אומצה לשימוש על ידי יותר מ-60 לקוחות מסחריים והיא משמשת כבסיס לרשתות ניידות ברחבי העולם. חברת Radisys מספקת גם תוכנת פרוטוקול LTE עבור תחנות בסיס, כך שאפשר להשתמש ברשת כולה בתוכנה בסיסית מיצרן יחיד, עובדה שמקטינה את הסיכון ומגדילה את האמינות.
הפתרון מספק רמה גבוהה של interoperability ויכולת שדרוג ומאפשר למזג פרוטוקולים רבים בפלטפורמה יחידה בכל גודל כמעט. כל זאת מתאפשר בזכות העובדה שארכיטקטורת התוכנה גמישה ביותר מבחינת האופן שבו היא תואמת לתקנים. נוסף על כך, הפתרון מספק תפוקה גבוהה ביותר מאחר שיכולות הליבה של חברת Radisys כוללות הבנה מעמיקה של האופן שבו התוכנה משודרגת תוך התקדמות בתוך הארכיטקטורה של חברת ®Intel. בנוסף, יצרני ציוד זוכים ליתרון מיכולתה של Radisys לשלב, להתאים באופטימיזציה ולהתאים באופן אישי את התוכנה עבור הלקוחות שלה.
איור 3a. תוכנת הפרוטוקול Trillium לדור השלישי מבית Radisys

שרת מדיה בתוכנה
פתרון תקשורת זה לשדה הקרב כולל יישומי עיבוד מדיה הנפרשים בתשתית IMS, כפי שמוצג בצד הימני של איור 2. חברת Radisys בנתה לעצמה מוניטין חזק של מובילה עולמית בתחום עיבוד המדיה ברמת חברות תשתית עם מוצרי החומרה שלה בתחום שרתי המדיה בתקשורת IP אשר כוללים שרת המדיה בתוכנה של (SWMS).
שרת מדיה SIP זה מבוסס Linux ומתוכנן להיות מותקן בשרתי חומרה מסחריים מהמדף (COTS) ולפעול בהם. כמו כן, יש לו היסטוריה של ביצועים מוכחים בפרישות של רשתות דור שלישי ובטכנולוגיית LTE. היכולות של שרת SWMS מאפשרות תקשורת קולית בזמן אמת ותקשורת ועידת וידיאו בזמן אמת בשדה הקרב, ושירותי תקשורת “לחיצה ודיבור”
(Push-To-Talk) דרך רשתות סלולריות מסוג אד-הוק, וכן גם יישומים נוספים, בהם נכללים:
שיחות ועידה קוליות ברשת IP: שיחות ועידה מכלי רכב אחד אל כלי רכב אחר, וברשת תקשורת מקומית, אשר יכולות לפעול ב”קיבולת העודפת” של מערכות אחרות מבוססות x86 הפרושות בכלי הרכב.
שיחות ועידה באודיו או בוידיאו: עבור פרישות בהיקף נרחב, שרת SWMS של Radisys תומך בדיבור ובשיתוף אותו מידע חזותי (כלומר רצף אותות וידיאו HD) בין משאבים מרובים בתוך אזור נרחב.
הפצת וידיאו: אחסון נתונים לצורך ניתוחים ובדיקות משפטיות נוספים עם יכולות נוספות, כדוגמת “העברה לצורך תיאום עם ארגונים סמוכים” והמרת קוד ישירה (transcoding).

פלטפורמות חומרה
יצרני ציוד יכולים לפתח פתרונות תקשורת צבאיים באמצעות המוצרים של Radisys המוצעים במגוון ארכיטקטורות של פלטפורמות ובמבחר מידות פיסיות לרבות אלו התואמות לתקניCOM Express , ATCA ולהתקנה במסדים (כלומר למכשירי רשתות). מאחר שבכל היישומים משמשים המעבדים של Intel, אנשי הפיתוח יכולים למנף את הפתרון על ידי שימוש בבסיס קוד משותף.

מוקשחות ואמינות
כדי שתוכל לספק פלטפורמות מוקשחות ואמינות, חברת Radisys משתמשת בבדיקות HALT (בדיקות חיי פעולה מואצים ביותר) ובבדיקות HASS (סינון בתנאי מאמץ מואצים ביותר). יסודות הכלים של תהליכי HALT ו-HASS נעוצים בעבר הרחוק, בשנת 1969 כאשר דר’ הובס פיתח דרכי פעולה מתקדמות להגדלת האמינות והמוקשחות של ציוד.
הנחת היסוד היא שחשיפת מוצרים לתנאי סביבה קיצוניים, עד לנקודה שבה יופיעו בהם תקלות, תאפשר לקבוע את נקודות החולשה העיקריות של התכנון. כתוצאה מכך, תקלות ראשוניות, משניות ושלישיות מסולקות על ידי ביצוע של הנדסה מחדש ותכנון מחדש של המוצר, עד אשר מגיעים אל הגבולות הבסיסיים של הטכנולוגיה (כלומר הגבולות הפיסיקליים של התקני המוליכים למחצה). התוצאה היא שיש למוצר שולי תכנון מורחבים מבחינת הפונקציונליות ומבחינת הממדים הפיסיים, אשר מגינים עליו בבטחה מפני תקלות. לאחר שתכנון של Radisys מועבר לייצור, נחשפים 100 אחוזים של המוצרים לסינון בבדיקות HASS אשר מקיפות גבולות בדיקה שאותם אפשר לקבוע מעבר למפרט של המוצר על מנת להבטיח שולי פעולה רחבים. עבור יישומים שהם קריטיים לביצוע הפעולה, בדיקות HALT
ו-HASS הן הכרחיות.

קומפקטי ונייד ביותר: COM Express
כאשר הם משולבים עם מעגל נושא שניתן להתאמה אישית, מודולי COM Express של Radisys מספקים פתרון חומרה מבוסס מוצרים מסחריים מהמדף (COTS). מחשבים מודולריים מוקשחים אלו, המבוססים על הדור השלישי של מעבדי CoreTM i7, CoreTM i5, ו-CoreTM i3 של Intel, תומכים בטווח רחב דרישות ביצועים. הם מתוכננים במיוחד לתמוך בתנאי שטח קיצוניים:
טווח טמפרטורות פעולה שבין – 40 עד +85 מעלות צלזיוס. הם נבדקים על פי מפרט מורחב של הלמים ורעידות.
גודל פיסי של 95 מ”מ 125 מ”מ על פי תקן PICMG, ניתן לשדרוג, מאפשר הוספה של טכנולוגיות.
נבדקים בבדיקות HALT ו-HASS.
זיכרון ECC להשגת אמינות גבוהה יותר של הנתונים.
שימוש בטכנולוגיות של ®Intel על מנת לשפר את האבטחה.

שרת גמיש בעל ביצועים גבוהים: מכשיר רשת
מכשיר הרשת RMS-220 של Radisys הוא פלטפורמת מכשיר רשת ברמת חברות תשתית בעל עומק של 50.8 ס”מ, שתוכנן מתוך מחשבה על גמישות ועל יכולת שירות. RMS-220 מאפשר שימוש בעד ארבעה מודולים של ממשקי כניסות ויציאות לחיבור מהחזית, חמישה מודולי אחסון (כונני HDD או כונני SSD) לחיבור מהחזית, יחידות יתירות של ספק כוח (PSU) למתח ישר או למתח חילופין ומניפות אוורור שניתנות לשירות מהחזית ואפשר להחליפן בשטח מבלי לשלוף את המערכת מהמסד. התכונות העיקריות הן:
מעבד E5-2600 מסדרת המעבדים ®Xeon של ®Intel (תושבת כפולה)
תאימות לקווי ההנחיה NEBS רמה 3 ולתקני מכון התקנים האירופי (ETSI)
ה-RAID ברמות 0, 1, 5, 10
ספקי כוח כפולים, עם יתירות, המתאימים להחלפה תחת מתח, בעלי נצילות גבוהה, למתח חילופין או למתח ישר.

הביצועים הגבוהים ביותר ברמת חברת תשתית: ארכיטקטורת ATCA
פלטפורמות ATCA בסדרה T של Radisys מספקות את ממשקי הכניסות והיציאות (I/O) בצפיפות הגבוהה ואת התפוקה הגבוהה הנדרשים על מנת לעמוד במהירויות הגישה הגוברות כמו למשל בטכנולוגיית LTE בדור הרביעי. אפשר להתאים את הפלטפורמה באופן אישי על מנת לתמוך ביישומים ייחודיים עבור כל סביבת תקשורת, לרבות פונקציות של בחינה מעמיקה של חבילות (DPI), של אבטחה ושל ליבת EPC. פתרון זה מספק בסיס ברמת חברת תשתית שעליו אפשר לבנות יישומים ברמת חברות תקשורת עם התכונות הבאות:
תפוקה של 10G עד 40G ובעתיד תפוקה גבוהה יותר
יתירות מלאה
חומרה ותוכנה תואמות לתקנים
יכולת שדרוג גבוהה, צפיפות גבוהה
העלות הנמוכה ביותר ל-Bit

לוחמה ממורכזת רשת
הצורך להעביר במהירות מידע לביצוע בין מרכז שליטה, יחידות צבא הנמצאות בשדה הקרב, כלים בלתי מאוישים ונכסים צבאיים אחרים מעודד את ההתפתחות של שדה הקרב והמבצעים הצבאיים ממורכזי רשתות תקשורת. מרכיב פנימי הוא התקשורת הסלולרית בשדה הקרב, אשר נמצאת בעיצומם של מעברים מדור שלישי לטכנולוגיית LTE ומפלטפורמות קנייניות לפלטפורמות מסחריות מהמדף. עבור תקשורת הדור הבא של הלוחמים חברת Radisys מספקת תמיכה מקיפה -הן בחומרה והן בתוכנה – לפתרון מבוסס תקנים הן עבור הרשתות בדור השלישי והן עבור רשת LTE.
יצרני ציוד יכולים לזכות ביתרונות הגלומים בתכנונים מוכנים מהמדף של Radisys עבור תחנות בסיס ורשתות ליבה אשר יכולים לקצר את זמן הפיתוח ולהאיץ את זמן היציאה לשוק. בין אם באמצעות פתרון COM Express, פתרון ATCA או פתרון מבוסס מכשיר רשת, פלטפורמות החומרה של Radisys, המבוססות על מעבדי Intel בעלי נצילות ההספק הגבוהה, מספקות את הביצועים הנחוצים בסביבה קומפקטית.

הכתבה נמסרה באדיבות חברת
מגוון טכנולוגיות