Un switch Ethernet TSN durci pour les réseaux embarqués déterministes
Le MIL-10TSN fait partie de notre gamme de solutions Ethernet déterministes SOC-E / RelyUm pour les systèmes nécessitant des communications temporellement maîtrisées, de la redondance et une connectivité Ethernet durcie.
Le MIL-10TSN peut intégrer jusqu’à 26 ports Time-Sensitive Networking configurables. Selon la configuration choisie, il peut proposer jusqu’à 22 interfaces cuivre 10/100/1000BASE-T et jusqu’à 6 interfaces fibre optique 1GbE/10GbE, auxquelles s’ajoute un port Ethernet de service 10/100/1000BASE-T. La répartition exacte dépend de la configuration retenue.
La différence principale avec le MIL-TSN concerne le débit des interfaces fibre : le MIL-TSN est limité au 1GbE, tandis que le MIL-10TSN prend également en charge le 10GbE.
Cette combinaison permet de concentrer dans un équipement compact les fonctions de commutation, de synchronisation et de gestion nécessaires aux réseaux Ethernet embarqués à contraintes temporelles.
IEEE 802.1Qbv, Qav, Qci et FRER : les fonctions TSN au cœur du switch
Le MIL-10TSN implémente plusieurs fonctions Time-Sensitive Networking destinées à maîtriser la transmission des différents flux Ethernet :
- IEEE 802.1AS – Timing and Synchronization ;
- IEEE 802.1Qav – Credit Based Shaper ;
- IEEE 802.1Qbv – Time Aware Shaper ;
- IEEE 802.1Qci – Per-Stream Filtering and Policing ;
- IEEE 802.1CB – Frame Replication and Elimination for Reliability, FRER ;
- IEEE 802.1Qcc – améliorations du Stream Reservation Protocol et de sa configuration.
Le Time Aware Shaper IEEE 802.1Qbv permet d’organiser temporellement l’accès aux files de transmission, tandis que Qav apporte un mécanisme de régulation de certaines classes de trafic. Qci agit au niveau de chaque flux pour appliquer filtrage et policing.
La fonction FRER IEEE 802.1CB peut répliquer un trafic sélectionné sur plusieurs chemins et éliminer les trames dupliquées à la réception. Elle est associée à MSTP dans le MIL-10TSN pour les besoins de redondance réseau.
Pour approfondir ces mécanismes, leur fonctionnement et leurs différences avec l’AFDX, notre guide ECRIN Systems Protocole TSN : définition, fonctionnement et comparaison avec l’AFDX apporte une lecture technique complémentaire.
Synchronisation IEEE 802.1AS et fonctions temporelles optionnelles
Le MIL-10TSN prend en charge la synchronisation IEEE 802.1AS afin de distribuer une référence temporelle à travers le réseau TSN.
Des fonctions Grand Master, time server et clock bridging peuvent également être intégrées en option en fonction de la configuration choisie. Une sortie PPS est disponible et deux lignes d’E/S peuvent être utilisées comme GPIO ou PPS.
Cette maîtrise temporelle est particulièrement importante dans les Systèmes d’Information et de Communication lorsque plusieurs calculateurs, capteurs ou équipements distribués doivent échanger des données sur une référence temporelle commune.
Un réseau Ethernet 1/10GbE configurable
Au-delà des mécanismes TSN, le MIL-10TSN intègre les principales fonctions nécessaires à la gestion d’un réseau Ethernet de niveau 2.
Il prend notamment en charge :
- VLAN IEEE 802.1Q jusqu’à 4K groupes ;
- IEEE 802.1p pour la QoS / Class of Service ;
- LLDP IEEE 802.1AB ;
- limitation de débit par port ;
- contrôle des tempêtes broadcast, multicast et unicast ;
- filtrage multicast ;
- IGMP Snooping jusqu’à 1024 filtres ;
- STP IEEE 802.1D ;
- RSTP IEEE 802.1w ;
- MSTP IEEE 802.1s.
Le MIL-10TSN peut ainsi faire coexister les fonctions Ethernet conventionnelles et les mécanismes TSN dans une même plateforme réseau.
Plateforme MPSoC et fonctions d’edge computing
Le cœur du MIL-10TSN repose sur un Xilinx UltraScale+ MPSoC associant :
- 4 cœurs Arm Cortex-A53 64 bits ;
- 2 cœurs Arm Cortex-R5F 32 bits ;
- un GPU Arm Mali ;
- un FPGA UltraScale+ 16 nm ;
- jusqu’à 4 Go de DDR4 ;
- 32 Go d’eMMC ;
- 512 Mb de mémoire QSPI.
Cette plateforme reconfigurable permet d’intégrer des fonctions réseau et des applications utilisateur directement au niveau du switch.
Le MIL-10TSN prend notamment en charge DDS et MQTT dans une machine virtuelle KVM et est compatible avec l’extension DDS for TSN de l’OMG. Des interfaces CAN 2.0 et des bus RS-232/RS-422/RS-485 avec Modbus peuvent également être proposés en option.
La reconfigurabilité du FPGA permet également d’accompagner différents profils TSN, notamment les besoins liés à IEEE 802.1DP.
Cybersécurité intégrée aux communications Ethernet
Le MIL-10TSN associe les mécanismes réseau à plusieurs fonctions de cybersécurité. Selon le modèle et la configuration retenus, elles comprennent notamment :
- contrôle d’accès réseau IEEE 802.1X ;
- IEEE 802.1AE MACsec ;
- authentification RADIUS ;
- LDAP ;
- RBAC ;
- désactivation sélective des ports ;
- HTTPS ;
- SSHv2 ;
- TPM 2.0 ;
- Secure Boot ;
- chiffrement, authentification et signature du firmware et du bitstream.
Des fonctions supplémentaires issues des séries MIL-SSR / MIL-10SSR peuvent être proposées en option, notamment VPN, firewall à inspection avec état et IPS/IDS.
Cette combinaison entre Ethernet déterministe et cybersécurité répond directement aux besoins des applications Défense, Aéronautique et Sécurité où communications réseau, maîtrise temporelle et contrôle des accès doivent être considérés au niveau du même équipement.
Administration HTTPS, SSH, SNMP et NETCONF/YANG
La configuration et la supervision peuvent être réalisées depuis une interface web HTTPS ou une interface en ligne de commande SSHv2.
Le MIL-10TSN prend également en charge SNMP v1/v2c/v3 ainsi que NETCONF avec modèles YANG. SNMP over TLS est disponible en option.
Les fonctions de supervision comprennent la sauvegarde et la restauration de configuration, le logging interne, Syslog, les statistiques par port ainsi que plusieurs fonctions de Built-In Test :
- PBIT – Power-on Built-In Test ;
- CBIT – Continuous Built-In Test ;
- IBIT – Initiated Built-In Test.
L’administration peut être réalisée in-band depuis un port du switch ou out-of-band depuis le port Ethernet de service.
Boîtier fanless IP66 et connectique MIL-DTL-38999
Le MIL-10TSN adopte une conception fanless durcie dans un boîtier de 220 × 155 × 98 mm pour un poids d’environ 3 kg.
Les interfaces cuivre, fibre optique, alimentation et E/S auxiliaires utilisent des connecteurs MIL-DTL-38999. Le port de service peut être proposé en RJ45 ou D38999.
L’alimentation nominale est de 28 VDC, avec d’autres alimentations disponibles sur demande. La consommation est comprise entre 20 et 35 W. Le boîtier présente un indice de protection IP66.
Ces caractéristiques facilitent l’intégration du switch dans des plateformes soumises à des contraintes mécaniques, climatiques et électromagnétiques importantes.
Qualifications militaires et environnementales
Le MIL-10TSN couvre un ensemble étendu de qualifications pour les systèmes militaires et embarqués.
Les références publiées comprennent notamment :
MIL-STD-461
CE101, CE102, CS101, CS114, CS115, CS116, RE101, RE102, RS101 et RS103.
MIL-STD-810
Méthodes 500.5, 501.5, 502.5, 504.1, 506.5, 507.4, 508.6, 509.5, 513.6, 514.6 et 516.6.
Alimentation
MIL-STD-704F et MIL-STD-1275E.
Autres références
RTCA DO-160 Section 22, EN 61000-4-2, MIL-DTL-38999, MIL-STD-1474D et IP66.
Le MIL-10TSN est également indiqué comme certifiable DO-254 / DO-178 DAL-D. Cette capacité doit être distinguée d’une certification DAL-D systématiquement acquise pour toutes les configurations du produit.
Pour approfondir le rôle des essais environnementaux dans un équipement durci, découvrez notre guide MIL-STD-810 : systèmes durcis Défense et Aéronautique.
Du switch TSN au réseau embarqué complet
Le choix d’un switch Ethernet déterministe doit être réalisé au niveau de l’ensemble du réseau : nombre et type de ports, cuivre ou fibre, débits 1/10GbE, profils TSN, synchronisation, redondance, cybersécurité, alimentation et environnement.
La gamme SOC-E permet d’aborder ces problématiques avec différentes briques de communication Ethernet déterministe, depuis le switch durci MIL-10TSN jusqu’aux solutions TSN au format XMC.
Nous pouvons intégrer ces équipements dans une plateforme plus large associant calculateurs, serveurs, FPGA, acquisition et réseau. La production et l’intégration permettent de traiter le système comme un ensemble cohérent, et non comme une simple juxtaposition de cartes et d’équipements.
