Нажмите "Enter" чтобы переместиться к содержанию
Анализаторы спектра 53 0

СВЧ Суперкомпьютер

Программно-аппаратное моделирование сложного взаимодействия радиочастотных систем

СВЧ Суперкомпьютер – это стенд для программно-аппаратного моделирования взаимодействия сотен радиоустройств в реальном времени для отработки инновационных алгоритмов и интеграционных испытаний систем радиосвязи, радионавигации, мониторинга эфира, радиолокации, РЭБ.

Сценарии с множеством систем

  • Соревнования, хакатоны
  • Командно-штабные игры
  • Интеграционные испытания
  • Системные НИОКР

Основные области

  • Мобильная связь, фиксированный радиодоступ
  • Интеграционные испытания БРЭО
  • Радиолокация и радионавигация
  • Радиоэлектронная борьба

Ключевые особенности

  • Аппаратное реальное время
  • Физические радиосигналы
  • Сотни радиоустройств
  • Повторяемые радиоусловия
  • Моделирование местности, внешних радиосистем
  • Совместное использование моделей, макетов и опытных образцов радиосредств
  • Инфраструктура для удаленного и совместного доступа

Задачи СВЧ Суперкомпьютера

СВЧ Суперкомпьютер создан для моделирования взаимодействия десятков и сотен радиоустройств, систем и радиообстановки в режиме жесткого реального времени.

Системы связи

Тестирование новых протоколов в условиях тысячи абонентов, проверка новых методов разделения каналов для автономных сетей, испытания работы новых подходов и систем вместе с текущим поколением.

Радиолокация

Отладка алгоритмов пассивной и бистатической радиолокации в условиях множественных источников и шумов, имитация 100+ целей с индивидуальным заданием параметров в режиме реального времени.

Радиоэлектронная борьба

Обнаружение, локация и противодействие группировкам ПБЛА, поиск, ведение и постановка помех в условиях перенасыщенного спектра, глобальных и локальных радионавигационных систем.

Радионавигация

Интеграция спутниковых, наземных фиксированных и развертываемых систем позиционирования. Взаимодействие с системами радиосвязи и РЛС, разработка новых систем.

Поле для соревнований

Важнейшей задачей стенда СВЧ Суперкомпьютера является создание в лабораторных условиях максимально реалистичной радиообстановки для испытаний непредсказуемых прорывных систем, использующих арсенал искусственного интеллекта, распределенных систем и других перспективных технологий. Именно такие системы нередко рождаются в рамках хакатонов, олимпиад и других турниров.

Стенд создает все условия для честной борьбы и непредвзятой оценки, с четким разделением систем и полной свободой сценариев и заданий.

Стенд коллективного пользования

СВЧ Суперкомпьютер призван упростить доступ исследовательских групп к программно-аппаратному моделированию радиосистем для различных задач. В стенде предусмотрены возможности удаленного доступа к ресурсам стенда, сегментирования стенда и разграничения прав, система планирования и расписания экспериментов, одновременное проведение нескольких экспериментов.

Ключевые технологии СВЧ Суперкомпьютера

Устройство СВЧ Суперкомпьютера

СВЧ суперкомпьютер состоит из имитаторов устройств – SDR приемопередатчиков, подключенных к серверам с GPU, – и имитатора среды/канала, который принимает сигналы от имитаторов устройств, рассчитывает и излучает сигналы, которые устройства должны принять, обеспечивая полный эффект реальной работы в эфире.

Расчет взаимодействия быстро усложняется с ростом числа устройств. Так, имитатор радио-среды стандартной комплектации на 128 устройств обрабатывает более 65 000 взаимодействий в реальном времени, он занимает львиную долю вычислительных мощностей системы.

Базовая идея имитатора радиоканала: Радиоустройства обмениваются сигналами через ”ящик”, в котором сигналы формируются в соответствии с моделями и сценариями

В СВЧ Суперкомпьютере плотно увязаны SDR приемопередатчики, процессоры, графические ядра и ПЛИС, оборудование для синхронизации радио, управления имитатором, шины данных, сетевое оборудование, хранилища данных.

Стандартные конфигурации СВЧ Суперкомпьютера рассчитаны на системы от 16 до 256 приемопередатчиков (от 64 до 512 каналов).

Подсистемы радио-имитатора на 16 или 32 устройства собираются в компактные стойки, которые затем масштабируются благодаря оптоволоконным линиям связи между серверами и модулями ПЛИС, обеспечивая полное mesh-взаимодействие всех устройств.

Так, базовая конфигурация СВЧ Суперкомпьютера рассчитана на 128 устройств и состоит из 4 комплектов радио-имитатора на 32 устройства, а также системного оборудования для управления, визуализации и хранения данных, генерации сценариев, сетевой инфраструктуры и других системных задач.

Подсистемы связаны специальной системой оптоволоконных линий точка-точка, которые связывают серверы и модули вычислителей реального времени на основе ПЛИС. Такая связь обеспечивает минимальные задержки передачи, что позволяет бесшовно использовать полную матрицу вычислителей и рассчитывать попарное взаимодействие всех радиосистем.

Подсистема радио-имитатора на 64 канала, 1 из 4 в стандартной конфигурации
Внешний вид СВЧ Суперкомпьютера на 128 радиоустройств.
Слева и справа видны отдельные подсистемы на 32 устройства каждая.

Колизей – СВЧ Суперкомпьютер для DARPA SC2

Лаборатория Applied Physics Lab Университета Джонса Хопкинса использовала СВЧ суперкомпьютер для программы DARPA Spectrum Collaboration Challenge (SC2). 30 команд – экспертов в области радиосвязи, обработки сигналов и искусственного интеллекта, – в течение трех лет трудились над методами для радиосистем адаптивно уживаться в эфире и коллективно повышать емкость сети, ”договариваясь” с другими пользователями.

Колизей был создан для автономного выполнения экспериментов и обеспечения трех ключевых возможностей:

  1. Испытательная среда, в которой участники SC2 могли бы оценивать свои проекты, используя до 128 радиоузлов одновременно.
  2. Платформа, где соперники могли бы неофициально бороться, получая возможность практиковаться в рамках испытательного стенда и пробовать свои решения с другими участниками и сторонними радиосистемами.
  3. Игровое поле для формальных тестовых мероприятий в конце каждого этапа программы.
Визуализация работы систем участников в
реальном времени в ходе финала соревнований на MWC в Лос-Анджелесе в октябре 2019 г.

Участники соревнований удаленно программировали SDR приемопередатчики, подключенные к имитатору, а эксперименты проводились в реальном времени в модельной среде Колизея, где имитировалась работа устройств участников, внешних систем, атмосферных условий и др.

Архитектура Колизея: Радиоузлы (SRN), веб-сайт участника (Competitor Website), менеджер ресурсов (Resource Manager), система GPS, система эмуляции радио среды (RF Emulation System) и система генерации трафика (Traffic Generation System).

Колизей состоит из 128 независимых радиоузлов SRN (Standard Radio Nodes), каждый содержащий CPU, графический процессор (GPU) и SDR c ПЛИС и модулем GPS. Узлы обмениваются IP трафиком “по эфиру” через систему радиочастотного эмулятора.

Система обеспечивает выполнение реалистичных сценариев, в которых системы действуют в различных типовых и экстремальных условиях, в присутствии внешних систем (радиовещание, РЛС, средства РЭБ), моделируемых внутри имитатора, а также управление ресурсами, автоматическое проведение испытаний, подсчет очков и др.

СВЧ Суперкомпьютер на заказ

СВЧ Суперкомпьютер – это новое слово в проведении практических исследований на радиосетях, выявлении перспективных технологий и решений в формате соревнований команд, интеграционных испытаниях крупных и распределенных систем. Программно-аппаратное моделирование радиосредств и систем такого масштаба обеспечивает ранее немыслимое предельно реалистичное тестирование в безопасном и удобном лабораторном формате.

Стандартные конфигурации рассчитаны на число приемопередатчиков от 16 до 256 (число каналов от 32 до 512 соответственно). Конкретные требования к числу каналов, вычислительной мощности, топологии системы обсуждаются индивидуально в соответствии с задачами стенда.

Источник: https://radiomera.ru/