VN‑Matrix combina formación real y virtual por todo el país para el AFRL

El Air Force Research Laboratory – AFRL se enfrentaba a importantes retos técnicos y operacionales cuando decidieron crear una demostración realista en tiempo real de un sistema de simulación para formación por todo el país. Esta demostración requería la distribución y visualización en tiempo real de múltiples fuentes de imagen de alta resolución desde una instalación segura hasta un lugar de exposición público utilizando una red no segura. Para complicar más el reto, existía un ancho de banda limitado entre las ubicaciones. La demostración tendría que realizarse en tiempo real, conservando a la vez la calidad de imágenes críticas. Con el fin de conseguir sus objetivos, AFRL Mesa seleccionó un sistema VN‑Matrix^®, que combina la tecnología de streaming y grabación de imágenes en tiempo real y un procesador de videowall Quantum^® Elite.

Los productos de streaming y grabación VN‑Matrix proporcionaron al AFRL características de colaboración y un ahorro que anteriormente no eran posibles.

Una demostración importante

La dirección de efectividad humana del AFRL, situada en Mesa, Arizona, realiza investigaciones punteras sobre métodos de rendimiento humano y tecnologías de soporte. El AFRL es la única organización de la fuerza aérea de EE.UU. dedicada totalmente a liderar la investigación, desarrollo e integración de tecnologías de guerra para las fuerzas aéreas, espaciales y del ciberespacio.

En verano de 2007, el AFRL tenía la oportunidad de demostrar “en directo” su sistema de simulación aire-tierra durante la exposición de la asociación de la fuerza aérea – AFA en el hotel Marriott Wardman Park en Washington D.C. Esta demostración se diseñó para utilizar recursos de mando y control y aéreos reales en combinación con sistemas virtuales para mejorar la calidad y la eficiencia de la formación.

Retos técnicos

Conectar los elementos reales y virtuales ubicados en EE.UU. en entornos seguros y no seguros presentaba varios retos técnicos. Se utilizaba una red pública, no segura, sin optimizar y con un ancho de banda limitado, por lo que el sistema tendría que superar problemas de calidad de servicio y ser compatible con sistemas de encriptación en red.

Entre los elementos clave de la demostración se incluían dos F‑16 en vuelo sobre Arizona y dos simuladores de F‑16 de alta fidelidad tripulados ubicados en la exposición de la AFA. Un soldado terrestre virtual para seleccionar los objetivos también se integró en la demostración utilizando una cúpula de proyección inmersiva de 5 metros de diámetro. Además, las comunicaciones por tierra y el personal de mando y control contribuían desde ambas ubicaciones.

La solución de streaming, grabación y visualización

Se utilizaron los códecs VN‑Matrix VNC 200 DVI de Extron para transmitir por streaming la información visual de la misión táctica creada en Mesa. Los datos de la misión y la vista del instrumental de la nave capturados a resoluciones VGA y SXGA se transmitían por streaming junto con las transmisiones de radio en dos conexiones T1 proporcionadas por un proveedor de telecomunicaciones de la región.

Las imágenes codificadas del dispositivo de visualización multifunción – MFD Link 16 y el marco de visualización táctico – TDF utilizaban cada una solo 350 kbps en esta conexión de bajo ancho de banda. Los routers de red proporcionaban una encriptación de 128 bits para asegurar los flujos de vídeo y los datos de la misión.

También se empleó la serie VN‑Matrix para codificar y transmitir por streaming el Heads‑Up Display – HUD y las imágenes del panel de instrumentos con una resolución de 1920x1080 desde uno de los formadores del F‑16 que trabajan en la exposición. Un grabador VN‑Matrix se utilizó durante cada experimento para grabar las imágenes del HUD, panel de instrumentos, MFD Link 16 y TDF, todas sincronizadas entre sí. Siguiendo cada experimento, las cuatro imágenes grabadas se reprodujeron para revisar la misión de formación y demostrar las características de evaluación a posteriori – AAR del sistema.

Un procesador de videowall Quantum Elite también se utilizó durante este evento para presentar hasta 12 imágenes de ordenador con datos en directo o grabados de una misión táctica simultáneamente en un videowall con cubos de proyección de 2x2 y una diagonal de 140" (3,5 m) con una resolución combinada de 3840x2160. El AFRL seleccionó el Quantum Elite por su capacidad de presentar un gran número de fuentes de ordenador DVI y RGB a la vez que conserva el rendimiento de imagen en tiempo real que requiere un entorno de simulación.

Características y rendimiento de streaming

El sistema VN‑Matrix permitió que las imágenes producidas por el equipamiento que operaba en una ubicación segura utilizando datos clasificados fueran codificadas, encriptadas, y a continuación distribuidas a través de una conexión de red segura a un evento público en directo. Esto se logró con una latencia muy baja. Una baja latencia es fundamental para los miembros de un equipo que colaboran en un experimento a través de un área geográfica amplia. Les permite operar con la confianza de estar utilizando los mismos datos durante operaciones críticas. Si las imágenes tácticas no se presentasen simultáneamente a todos los participantes, la comunicación se obstaculizaría, las decisiones se retrasarían y el equipo no sería tan efectivo como debería.

Los códecs VN‑Matrix proporcionaron una flexibilidad y rendimiento sin precedentes durante esta demostración. No solo se transmitieron por streaming imágenes en alta resolución de todo el país con tasas de bits muy bajas, sino que también se demostró una solidez increíble durante periodos de mal rendimiento de la red. Durante las pruebas del sistema, las conexiones T1 experimentaron una pérdida de paquetes superior al 20%. El códec PURE3^® de Extron con corrección de errores integrada permitió mantener imágenes fiables y sin artefactos durante esta situación extrema. Una pérdida de paquetes como esta puede resultar catastrófica para algunos productos de codificación de vídeo/gráficos.

La compresión sin pérdidas visuales del códec PURE3 también hizo posible conservar la vista del HUD con los objetivos del formador del F‑16. El detalle de la vista del instrumental preciso y los objetivos en un HUD se mantuvieron sin pérdidas y sin artefactos, incluso cuando se mostraba en fondos con un contraste relativamente bajo. Conservar este nivel de detalle, sin producir artefactos, era una característica que AFRL no había visto en otros códecs de compresión. Mantener el detalle de imagen a nivel de píxel resulta esencial para muchas aplicaciones de simulación.

Grabación de misiones de formación y experimentos

La reproducción de material real y simulado grabado con la serie VN‑Matrix permitió comparar los eventos de la misión y las decisiones del piloto en cada misión. El contenido grabado se puede archivar en el almacenamiento externo o reproducirse a la carta cuando se guarda de forma local en el grabador VN‑Matrix.

Características avanzadas de formación y reducción de los costes de funcionamiento

Los productos de streaming y grabación VN‑Matrix proporcionaron al AFRL características de colaboración y un ahorro que anteriormente no eran posibles. El streaming permitió que los datos de la misión normalmente limitados a la instalación de operaciones de Mesa fuesen visibles en el evento de la AFA en Washington D.C. La grabación de datos de la misión e imágenes del simulador mejoró las características de evaluación a posteriori al proporcionar más datos visuales y un método organizado para revisar y ver los datos de los experimentos. Los costes se redujeron al operar dos aeronaves en directo en lugar de cuatro y al realizar la misión dos veces al día en lugar de cuatro. Esto también disminuyó los riesgos de seguridad asociados a las operaciones de vuelo.

La demostración de la AFA fue tan efectiva que se repitió en la convención I/ITSEC que tuvo lugar el centro de convenciones Orange County de Orlando en noviembre de 2007. Hoy, el AFRL continúa utilizando los productos VN‑Matrix, el grabador VN‑Matrix y Quantum Elite en los programas de formación y simulación que gestiona.