תעשיות הביטחון והתעופה חוות כיום מהפכה בתחום טכנולוגיות להעברת שעונים וסינכורנם. הופעתם של פרוטוקולי התקשורת החדשים, גורמת לדחיקה הדרגתית של הפרוטוקולים מסורתיים ומעבר לפתרונות מתקדמים וגמישים יותר. פתרונות תקשורת מסורתיים המבוססים על תקנים כגון MIL-STD-1553 ו-ARINC 429, שהיוו את עמוד השדרה של תקשורות רגישות זמן, ושרידות הודות לאמינותם הגבוהה, עומדים כיום בפני דרישות חדשות לתמיכה ברוחבי פס גבוהים, מהירויות מוגברות ויכולת הסתגלות לתנאים משתנים. על רקע התפתחות זו, עולה השאלה אם טכנולוגיות מתקדמות יותר, כמו רשתות זמן-אמת (Real-Time Networking), מבוססות פרוטוקולים כגון TSN יוכלו להוות תחליף הולם, המסוגל לספק את הגמישות והביצועים הנדרשים עבור יישומים רגישי זמן ומבוססי זמן שדורשים בנוסףתעבורת מידע מהירה בתעשיות אלה.
טכנולוגיות חדשות אלה נדרשות לעמוד לא רק באתגרים של מהירות וגמישות, אלא גם בשמירה על אבטחת מידע ושרידות גבוהה במיוחד, והן קריטיות בסביבות עבודה בעלות דרישות מחמירות.
תקןMIL-STD-1553 ומגבלותיו
פרוטוקול MIL-STD-1553, אשר פותח בתחילת שנות ה-70 עבור משרד הביטחון האמריקאי, מספק הגדרות מדויקות לתקשורת נתונים טוריים ואמינים למערכות צבאיות ואזרחיות קריטיות. פרוטוקול זה נודע בעמידותו הגבוהה בסביבות קשות, מה שהפך אותו לבחירה מועדפת במערכות אוויוניקה, כלי רכב קרקעיים ומגוון מערכות תעופתיות נוספות.
למרות היתרונות המבוססים של פרוטוקול זה, הוא מתמודד עם מגבלות משמעותיות בעידן הנוכחי: קצב העברת הנתונים שלו מוגבל ל-1 מגה-ביט לשנייה, והוא אינו עומד בדרישות לתקשורת מהירה ונפח נתונים גבוה. בנוסף, הגמישות במבנה ובקונפיגורציות שלו מוגבלות יחסית, דבר שמקשה על התאמתו לרשתות וליישומים טכנולוגיים חדשים, שבהם יש צורך בקצבים גבוהים וביכולת הסתגלות למערכות מתקדמות יותר.
מה זה TSN?
רשתות רגישות זמן (TSN) הן רשתות בעלות טכנולוגיה חדשנית הכוללת אוסף סטנדרטים שפותחו על ידי קבוצת IEEE 802.1, במטרה להבטיח תקשורת דטרמיניסטית ואמינה בסביבות Ethernet. סטנדרטים אלו מוסיפים שכבת תזמון וסנכרון מדויקת, מה שמאפשר שליטה בהשהיות וקביעות בזמני התגובה ברשתות, המיועדות ליישומים בהם נדרשת תגובה בזמן אמת. TSN מאפשר שמירה על השהייה נמוכה במיוחד וזמינות גבוהה, ולכן הוא מתאים באופן אידיאלי ליישומים בתעשיות הביטחוניות והתעופתיות, בהן נדרשת תקשורת מהירה ואמינה בתנאים קריטיים.
השימוש בפרוטוקולי TSN בתעשייה הביטחונית מעניק גמישות רבה יותר לעומת תקני תקשורת מסורתיים, ומשפר את יכולת ההסתגלות לדרישות ההולכות ומתרחבות של מערכות מתקדמות, המשלבות דרישות תיזמון, דטרמניסטיות, שרידות וכמויות נתונים גדולות בזמן אמת.
המעבר לטכנולוגיות Ethernet
תקן ARINC 664, המכונה גם Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX), הוא תקן תקשורת מבוסס Ethernet, המיועד בעיקר לתחום התעופה האזרחית. תקן זה מאפשר ניצול רוחב פס ייעודי ומתן איכות שירות דטרמיניסטית, דבר החיוני לשמירה על אמינות וביצועים יציבים במערכות אוויוניקה מתקדמות.
יתרונו של תקן ARINC 664 הוא בכך שהוא מאפשר קצבי נתונים גבוהים יותר וגמישות מרבית בהשוואה למערכות תקשורת מסורתיות, אך הוא גם מציב אתגרים משמעותיים מבחינת מורכבות ועלות יישום. מערכות מבוססות AFDX דורשות תשתיות מתקדמות ותחזוקה שוטפת, מה שמעלה שאלות בנוגע ליכולתן לעמוד בדרישות הטכנולוגיות והכלכליות המתפתחות בתחום התעופה האזרחית.
TSN – חדשנות פורצת דרך
טכנולוגיית רשתות רגישות זמן (TSN) מהווה פריצת דרך בפתרונות תקשורת לתחומי הביטחון והתעופה, במיוחד במענה לצורך להתגבר על מגבלות הטכנולוגיות המסורתיות. TSN מציע גמישות טופולוגיות רשת וסנכרון שעונים ברמה גבוהה, דבר המאפשר תיאום מדויק של מערכות מבוססות זמן אמת.
מאפייני הליבה של TSN כוללים:
קונפיגורציה דינאמית: מאפשרת הגדרה ושינוי בזמן אמת של קישורי התקשורת, מה שמעניק גמישות מירבית בהתאם לצרכים המשתנים של המערכת.
דיוק סנכרון גבוה: באמצעות פרוטוקול תזמון מדויק (gPTP), TSN ניתן לסנכרן רכיבי קצה ברמת דיוק גבוהה ביותר, פרמטר קריטי לתפעול מערכות מתואמות זמן אמת.
תקשורת דטרמיניסטית: מבטיחה שמירה על רמת השהייה עקבית וידועה מראש, דבר המהותי לנושא חישובי הזמן בתוך הרשת ובתמיכה במשימות קריטיות בתעשיות הביטחוניות והתעופתיות.
יתרונות אלה של ה-TSN משפרים את האמינות והביצועים של מערכות בתנאים קריטיים ומשפיעים על יכולת המערכות לעמוד בדרישות עתידיות.
העתיד החדש של רשתות Ethernet תומכות TSN
לפרוטוקולי ה-TSN יש פוטנציאל רב לחולל מהפכה בתקשורת הדיגיטלית ליישומים בטחוניים ותעופתיים, במיוחד במערכות המבוססות על רשתות Ethernet. יכולתיו של הTSN להתמודד הן עם נתוני רשת סטנדרטיים תוך מתן תמיכה בהעברת נתונים מדויקים מאפשרת שילוב נרחב של יישומים, בהם כלי רכב קרקעיים, משגרי לוויינים קטנים ומסוקים מתקדמים, אשר זקוקים לתמיכה בעומסי מידע גבוהים באופן יעיל אמין ומדוייק.
אחת המגמות החשובות בשוק היא אימוץ תקני ה-TSN בארכיטקטורת הרכב הגנרית של נאט”ו, NGVA שמטרתו לשפר את הגישה והעיבוד של נתונים בזמן אמת, בסביבות קרב קריטיות ובפעילות מבצעית.
כיצד TSN משפר את יכולות התקשורת על פני תקן MIL-STD-1553?
קצבי נתונים מוגברים: TSN מאפשר העברת נתונים בקצבים גבוהים משמעותית בהשוואה לתקן MIL-STD-1553, אשר מתאים יותר ליישומים פשוטים.
גידול וגמישות של רשתות: כטכנולוגיה גמישה, TSN מאפשר להרחיב ולהתאים רשתות לצרכים משתנים, דבר המקנה יתרון בולט בתקשורת המתפתחת על פני הפתרונות המסורתיים.
תאימות בין-ממשקית: TSN מתפקד כתקן פתוח ומשתלב בטבעיות עם טכנולוגיות Ethernet קיימות ופרוטוקולים רבים אחרים, מה שמקל על יישומו בסביבות מגוונות ובמערכות מבוססות Ethernet.
MILTECH918 TSN: מתג קומפקטי לתזמון קריטי וביצועים ללא פשרות
אנרקון גאה להוביל את החדשנות בחזית: יחידת מתג Ethernet קומפקטית ועמידה המשלבת את היתרונות של טכנולוגיית TSN לצד יכולות רשת חזקות. עם שמונה פורטים מהירים של 10/100/1000BT ותמיכה בתזמון מדוייק באמצעות פרוטוקולים מתקדמים כמו SyncE ו- IEEE 1588v2 PTP, היחידה מספקת פתרון אמין ליישומים קריטיים כמו מערכות אוויוניקה, מל”טים ורכבים מאויישים ואוטונומיים בסביבות לחימה.
מעבר לתמיכה בתזמון דטרמיניסטי, היחידה מספקת ניהול מתקדם, בקרת תעבורה ואבטחת מידע מתקדמת – תכונות מהותיות לסביבות מבצעיות. עמידותה בתקנים צבאיים MIL-STD-810 MIL-STD-461 הופכת אותה לפתרון תקשורת אמין ועמיד במיוחד עבור אפליקציות צבאיות מתקדמות.
בנוסף, אנו נשיק בקרוב פתרון TSN במהירות 10G, בהתאם לצורכי השוק והדרישות בסביבות הלחימה. MILTECH9116 הוא מתג המותאם לכל הפרוטוקולים החדשים בתעשייה, והוא מצוייד בשנים-עשר פורטים של Copper של 10Gbps ובארבעה פורטים Fiber באותה מהירות.
היחידה מציעה ביצועים גבוהים ואמינות יוצאת דופן, עם יכולת להתמודד עם עומסים בסביבות קשות. בזכות הטכנולוגיה המתקדמת ופתרונות עמידות שלה, היא מהווה פתרון אופטימלי בעבור סביבות קשות ודינמיות, המשלבות את האתגרים של העולם המודרני.
איור :1 918 M
איור :2 9116 M
האתגרים שבדרך
למרות יתרונותיו הרבים, יישום טכנולוגיית TSN במערכות קיימות מציב אתגרים מורכבים. שילוב TSN ברשתות הנוכחיות דורש התאמות חומרה ותאימות של רוב רכיבי הרשת לפרוטוקולים אלו, ולרוב אף שימוש בפרופילי TSN לשימושים ספציפיים בתעשייה הביטחונית ובתעופה. בנוסף, מכיוון שאבטחת הרשת מהווה דרישה מהותית, השימוש ב- TSN המבוסס על Ethernet יכול להציב איומים חדשים, מה שמחייב פתרונות אבטחה מתקדמים שיהוו מעטפת מגינה שלא תפגע בדיוק סנכרון הנתונים ובקצבי העברתם. תקינה מלאה ושמירה על תאימות עם פרוטוקולים מסורתיים, הקיימים בתעשיות הבטחוניות והתעופתיות הינה מרכיב קריטי, שעלול להוות מכשול בתהליך האימוץ.
סיכום
פרוטוקולים עבור רשתות רגישות זמן (TSN) מציעים פוטנציאל משמעותי להפיכת תשתיות התקשורת בעולם הביטחון והתעופה, לבעלות גמישות, דיוק ויכולת להתמודד עם עומסי נתונים גבוהים הנדרשים ליישומים מתקדמים. המעבר לתשתיות מבוססות,TSN כמו MILTECH918 TSN, מציב את התעשייה על סף עידן חדש שבו פתרונות חדשניים מחליפים טכנולוגיות ישנות, כגון וסוללים את הדרך לעתיד טכנולוגי מבטיח. אימוץ רחב של TSN במערכות מתקדמות, יאפשר תקשורת מתוחכמת ויעילה יותר, אשר תשפר את הביצועים ובטחון המידע בסביבות קריטיות.
אודות כותב המאמר
אהוד פלגי משמש כ-General Manager בחברת Milpower Source בארה”ב וכ-CTO וראש חטיבת מערכות ורשתות בחברת אנרקון טכנולוגיות בישראל. לפלגי ניסיון של למעלה מ-25 שנה בניהול, פיתוח והובלת פתרונות צבאיים מתקדמים עבור התעשיות הביטחוניות, התעופה האזרחית והחלל, הן בישראל והן בעולם. בנוסף,
הוא שותף פעיל בקבוצת SOSA Consortium העולמית, המובילה את פיתוח התקנים בתחום מערכות החישה.
