L’importanza dell’integrazione nelle comunicazioni militari

AEREOSPAZIO & DIFESA –

Per sviluppare applicazioni di comunicazione in ambito militare è necessario disporre di soluzioni capaci di assicurare prestazioni elevate e capacità di controllo aggiuntive per le complesse comunicazioni aeree e terrestri, il tutto a un peso contenuto.

Nell'ambito delle missioni belliche, l'approccio incentrato sulla rete, in cui tutti i sistemi (piattaforme) sono nodi interconnessi che trasmettono informazioni cruciali al personale militare, è diventato il requisito di riferimento per i sistemi integrati d'avanguardia. Di fatto, i nuovi sistemi militari si basano sull'integrazione per riuscire a rispondere alle emergenti esigenze di progettazione. L'idea è quella di permettere a ogni singolo veicolo, aereo, Uav (velivolo senza pilota), nave e soldato di condividere informazioni, sia in formato dati che nei formati voce e video, con pressoché tutti i livelli dell'operazione militare. A fondamento dei moderni sistemi militari si pone quindi l'esigenza di far pervenire al campo di battaglia informazioni in tempo reale, fattore determinante per la riuscita della missione e la sopravvivenza delle truppe. Per sviluppare queste applicazioni militari, è necessario disporre di soluzioni capaci di assicurare prestazioni elevate e capacità di controllo aggiuntive per le complesse comunicazioni aeree e terrestri, il tutto a un peso minimale. Un modo per superare le difficoltà derivanti dall'approccio incentrato sulla rete consiste nel progettare sistemi militari basati su Dsp multicore o processori multicore. Questo approccio si sta rilevando utile per ridurre le dimensioni, il peso e il consumo di potenza dei sistemi aumentandone le funzionalità. Nella realizzazione di tali sistemi, i progettisti devono prendere in considerazione diversi fattori e molteplici esigenze connesse alle prestazioni. I cinque principali requisiti che i progettisti tengono presenti per scegliere i processori sono: larghezza di banda della memoria; larghezza di banda per la comunicazione inter-processore; dissipazione di potenza; alto livello di integrazione; elevato numero di funzioni. Le soluzioni multicore Cots (Commercial Off-The-Shelf) e i multiprocessori SoC (System-on-Chip) consentono ai progettisti di scegliere se realizzare le proprie applicazioni tramite un'architettura multiprocessore omogenea (più core Dsp dello stesso tipo in un unico dispositivo) o eterogenea (Arm e Dsp in un singolo dispositivo). Queste due alternative possono fornire allo sviluppatore le prestazioni di elaborazione necessarie per integrare più funzioni in un singolo sistema.

Una soluzione per le infrastrutture di rete
 I multicore inclusi nel SoC possono essere utilizzati come coprocessori per implementare i diversi strati della rete. Il SoC dispone inoltre di una memoria condivisa interna e presenta un'alta velocità di I/O, caratteristiche importanti per garantire le capacità di memoria e la larghezza di banda inter-processore richieste da sistemi quali radar, sensori, dispositivi militari portatili e Uav. L'approccio basato su SoC Dsp multicore consente di potenziare i sistemi radar e i sensori. Queste applicazioni, infatti, sfruttano vantaggiosamente le capacità di elaborazione parallela offerta dai dispositivi multicore. Oltre che per i radar, per l'elaborazione intelligente dei segnali e per la sorveglianza video, i dispositivi multicore possono essere utilizzati in aree applicative che fanno riferimento alla stabilizzazione delle immagini, alla localizzazione degli obiettivi, al controllo del volo e alla telemetria.

Multicore per velivoli senza pilota
Un'ulteriore area che potrebbe beneficiare dell'integrazione dei sistemi è quella degli Uav (Unmanned Aerial Vehicle). In relazione a un piccolo Uav, ad esempio, la cosa più difficile è riuscire a ridurre le dimensioni, il peso e il consumo aumentando contemporaneamente le funzionalità e l'autonomia in sistemi con carico utile Uav. Con piccolo Uav si riferimento a velivoli senza pilota di classe 2 e classe 3, ovvero apparecchi con un peso al decollo compreso tra meno di 10 kg a meno di 600 kg. Nei sistemi Uav vengono eseguite molteplici applicazioni, ad esempio telemetria, controllo volo, acquisizione obiettivi, sorveglianza, spiegamento armamenti e comunicazione. Gli Uav di oggi sono realizzati in base a un approccio per il carico utile di tipo modulare, che consente di aggiungere in modo rapido le ulteriori capacità eventualmente richieste per le missioni. Gli Uav di prossima generazione, tuttavia, dovranno essere in grado di spostarsi da uno spiegamento all'altro senza che sia necessario modificare il carico utile. Per soddisfare questa esigenza, tuttavia, occorre non solo integrare funzionalità aggiuntive per la gestione del carico utile dell'Uav, ma anche ridurre le dimensioni, il peso e il consumo di potenza dei velivoli stessi.
Mentre gli Uav attuali utilizzano dei sottosistemi per la comunicazione e la computazione, gli Uav di prossima generazione dovranno integrare un numero equivalente di sottosistemi in una scheda o architettura di elaborazione comune. La progettazione degli Uav di prossima generazione può vantaggiosamente sfruttare l'integrazione dei sistemi disponibile nei dispositivi multicore e multiprocessore, che garantiscono le prestazioni di elaborazione e la dissipazione di potenza necessarie per soddisfare i requisiti dei sistemi con vincoli di potenza. Le progettazioni con vincoli di potenza sono sempre più focalizzate sulla velocità in Gflop-per-mW o in Mips-per-mW fornita dalle soluzioni multicore e multiprocessore piuttosto che sulle prestazioni grezze del dispositivo. I dispositivi multiprocessore o multicore Cots disponibili attualmente assicurano il valore Gflop-per-mW o Mips-per-mW necessario per rispondere alle esigenze correlate ai sistemi militari. In aggiunta, gli utenti finali degli Uav desiderano poter godere di maggiore autonomia. In altri termini, si registra una crescente richiesta di capacità potenziate per trasmettere le informazioni dal video di bordo, dal radar, dalla telecamera e dai sensori alla base. La trasmissione dei dati raccolti dal velivolo Uav fino alla base pone i progettisti di fronte a una sfida complessa. Poiché la larghezza di banda del collegamento alla base è limitata, la maggior parte dell'elaborazione per l'acquisizione tramite sensori, radar e video deve essere eseguita sul velivolo. Un sistema video, ad esempio, deve essere in grado di acquisire solo le aree di interesse, ignorando le immagini parassita ed estranee. Una volta acquisito il video, le informazioni devono essere trasmesse tramite codec di alta qualità, capaci di mantenere la migliore qualità possibile per le immagini e di ridurre al minimo l'utilizzo della larghezza di banda. L'implementazione di dispositivi multicore o multiprocessore consente di gestire più sensori e antenne su una singola scheda di elaborazione. Al contempo, riduce il numero di schede elettroniche del velivolo Uav. L'impiego di soluzioni multicore e multiprocessore SoC per l'integrazione di questo tipo di sistemi può essere allargato ad altri sistemi di armi che non richiedono la presenza umana. La flessibilità offerta dai sistemi multicore o multiprocessore fa sì che la stessa piattaforma hardware di base possa essere utilizzata per un'ampia gamma di velivoli.

Multicore e Software Defined Radio
Accanto ai sistemi radar, ai sensori e agli Uav, possono beneficiare dell'integrazione promossa dalla tecnologia multicore o multiprocessore anche altri sistemi militari portatili, in relazione ai quali assume particolare rilevanza la riduzione delle dimensioni, del peso e del consumo di potenza. Questi sistemi devono essere compatti e leggeri perché i soldati devono trasportarli sulla schiena; la relativa dissipazione di potenza deve essere contenuta perché le batterie devono durare dalle sei alle dodici ore. L'integrazione multicore potrebbe risultare di grande utilità anche per i sistemi Sdr (Software Defined Radio) militari portatili. Una delle implementazioni di una radio Sdr consiste nell'utilizzare un processore con un processore Dsp. Per ridurre le dimensioni e il consumo del sistema generale, un sistema Sdr impiega un SoC. Un altro esempio è l'impiego di più Dsp in un unico sistema Sdr per il supporto delle molteplici e complesse forme d'onda utilizzate in ambito militare. Le prossime generazioni di sistemi centrati su rete offrono al mondo dell'elaborazione integrata l'opportunità di compiere progressi straordinari. I sistemi multicore SoC e multiprocessore disponibili oggi forniscono ai progettisti le capacità necessarie per rispondere alle esigenze dei sistemi militari di prossima generazione in termini di potenza di elaborazione e larghezza di banda, di riduzione delle dimensioni, del peso e del consumo e di comunicazioni wireless. Tali capacità garantiranno a tutti i soldati la possibilità di ricevere e utilizzare informazioni a risoluzione più alta, con maggiore accuratezza e in tempi di accesso accelerati, così da prendere decisioni in modo più rapido e su una base di informazioni più estesa, sia ora sia nel prossimo futuro.

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