為了滿足軍方對成本敏感但極其堅固耐用的計算技術(shù)的要求，可以針對惡劣使用的應(yīng)用增強商業(yè)產(chǎn)品。以下案例研究介紹了 Cisco IE-3000 交換機如何加固，以用于要求苛刻的軍事 IP 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

隨著軍事客戶尋求最強大而經(jīng)濟的計算系統(tǒng)，“加固”的商業(yè)產(chǎn)品通常是滿足特定軍事應(yīng)用需求的最佳解決方案。術(shù)語“堅固耐用”和“堅固耐用”通常用于描述能夠承受惡劣環(huán)境的電子設(shè)備;但是，這兩個術(shù)語之間存在很強的區(qū)別，表明用于軍事用途的產(chǎn)品是如何制造的。

“堅固耐用”系統(tǒng)是從頭開始設(shè)計以滿足特定惡劣環(huán)境要求的產(chǎn)品。相反，術(shù)語“加固”是指最初并非用于惡劣用途，但經(jīng)過增強以承受機載，地面車輛和/或船上部署的商業(yè)產(chǎn)品。以下案例研究探討了 Parvus 工程師如何加固思科系統(tǒng)的商用 IE-3000 交換機，以用于要求苛刻的軍事 IP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新應(yīng)用。

思科主導(dǎo)軍事網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

思科首席執(zhí)行官約翰·錢伯斯（John Chambers）今年早些時候向?？怂股虡I(yè)公司報告稱，這家網(wǎng)絡(luò)巨頭在公共部門擁有70%以上的市場份額。思科技術(shù)及其 IOS 軟件在政府領(lǐng)域的普及使這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為加固型產(chǎn)品的理想平臺。此外，思科還幫助定義了當(dāng)今的許多網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準和協(xié)議，為互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)組、IEEE 和其他組織內(nèi)的標(biāo)準委員會做出了積極貢獻。因此，隨著政府廣泛采用思科產(chǎn)品及其全面的功能集，軍事承包商越來越多地尋求基于思科的堅固耐用計算技術(shù)，以部署在空中和陸地車輛上的戰(zhàn)術(shù)軍事應(yīng)用中。

從軍方的角度來看，采用堅固耐用的思科交換機和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品為實施符合嚴格環(huán)境標(biāo)準的最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了一種經(jīng)濟高效的方法。此外，部署加固型思科產(chǎn)品可縮短戰(zhàn)場部署時間，因為許多軍事人員都接受過操作思科網(wǎng)絡(luò)管理軟件的培訓(xùn)。

思科最新的以太網(wǎng)交換機之一IE-3000最近被證明是軍事用途的理想加固候選者，因為該交換機專為工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計，包括工廠自動化，能源和過程控制以及智能運輸系統(tǒng)（ITS）。由于 Cisco IE-3000 交換機的預(yù)期商業(yè)用途已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的商業(yè)環(huán)境，因此它包括擴展的溫度和增強的沖擊/振動和浪涌額定值，而商業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常無法提供。

優(yōu)化 IE-3000 以滿足電磁干擾標(biāo)準

雖然 IE-3000 比商用產(chǎn)品的標(biāo)準產(chǎn)品堅固得多，但軍用級要求要求工程師通過對防塵、防水和 EMI 的侵入保護進行機械增強來進一步優(yōu)化開關(guān)（表 1）。軍用所需的 EMI 合規(guī)性標(biāo)準包括 MIL-STD-461，用于輻射和傳導(dǎo)發(fā)射以及輻射和傳導(dǎo)敏感性。

表 1：比較商用思科 IE-3000 交換機與加固型交換機之間指標(biāo)的表

為滿足這種堅固的 EMI 標(biāo)準，IE-3000 需要根據(jù) MIL-STD-704 和 -1275 提供針對輸入電壓反轉(zhuǎn)、電壓浪涌和過壓尖峰的保護。這是通過實施反向電壓/過壓保護電路來實現(xiàn)的。工程師還實施了幾項改進，例如設(shè)計具有良好EMI墊圈的密封外殼以及創(chuàng)建適當(dāng)?shù)臏y試電纜。此外，適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)和機箱表面之間的良好粘合對于創(chuàng)建充當(dāng)法拉第籠的外殼至關(guān)重要。由于外部電源引線在測試和應(yīng)用中通常是非屏蔽的，因此它們可能是噪聲和敏感性的最大點。堅固耐用的IE-3000在電源進入系統(tǒng)的位置包括一個設(shè)計良好的濾波器，符合EMI要求，因為濾波器可防止內(nèi)部噪聲離開系統(tǒng)，并保護敏感電子設(shè)備免受可能進入系統(tǒng)的外部噪聲的影響。

連接器和電纜：確保可能故障點的穩(wěn)定性

與許多商業(yè)產(chǎn)品一樣，IE-3000 包括 RJ-45 網(wǎng)絡(luò)連接器。雖然這些 RJ-45 連接器足以滿足 IE-3000 的原始用途，但眾所周知，這些連接器在極端振動下容易發(fā)生故障，并且不提供防塵和防水保護。Parvus工程師拆除并用鎖定針座取而代之，這些針座最終以圓形MIL-DTL-38999型連接器端接，不僅可以防止灰塵，水，振動和沖擊，還可以將端口帶到外面的世界。

雖然無電纜設(shè)計是惡劣條件的最佳選擇，但在加固包含電纜的現(xiàn)有商業(yè)產(chǎn)品時，并非所有電纜都可以消除;因此，需要采取其他步驟來確保穩(wěn)定。由于IE-3000包含一些布線，工程師在可能的情況下利用剛性柔性電路和板對板接口，并實施了電纜編織，系緊和其他應(yīng)力消除功能，以最大限度地提高可靠性并防止電纜在振動或沖擊中斷開或被切斷。

加固組件以承受極端環(huán)境

為了進一步加固 Cisco IE-3000，還實施了其他技術(shù)來在沖擊和振動期間穩(wěn)定組件。其中一種技術(shù)包括灌封。灌封可以通過完全封裝電子設(shè)備或?qū)⑵涔潭ㄏ聛韥韴?zhí)行，以提供針對沖擊和振動的保護。對于IE-3000的加固，灌封是必不可少的程序，因為它確保了敏感設(shè)計的安全性，并形成了防止潮濕，真菌，灰塵和腐蝕的屏障。通過消除高壓電路的泄漏來提高電路可靠性，灌封可防止電壓電弧和短路，并防止錫須的形成。

灌封材料有多種品種，其選擇取決于要求，包括熱、除氣、電氣和熱隔離或傳導(dǎo)能力以及制造應(yīng)用要求。選擇正確的灌封材料是一個關(guān)鍵的工程決策，因為它可以確定系統(tǒng)組件的正常運行。

作為最后一步，工程師將保形涂層材料應(yīng)用于IE-3000的電子電路，以保護其免受潮濕，灰塵，化學(xué)品和極端溫度的影響。該過程改善并延長了電路板的工作壽命，并有助于確保安全性和可靠性。這些涂層“符合”電路板及其組件的輪廓，形成既輕巧又柔韌的薄保護層。對于未涂覆保形涂層的電路板，極端環(huán)境條件可能導(dǎo)致腐蝕、霉菌生長和電流泄漏，從而導(dǎo)致電路板故障。采取額外的預(yù)防措施來確保電路板電路能夠承受惡劣的條件，這對于設(shè)計和構(gòu)建堅固耐用的計算系統(tǒng)至關(guān)重要，該系統(tǒng)將持續(xù)整個產(chǎn)品的使用壽命。

熱管理技術(shù)確保堅固耐用的性能

由于熱量問題通常被認為是導(dǎo)致系統(tǒng)故障的最大因素，因此加固系統(tǒng)以應(yīng)對這些熱挑戰(zhàn)是關(guān)鍵的一步。國防應(yīng)用的熱管理一直是一個挑戰(zhàn)，因為最新處理器的高工作溫度和環(huán)境堅固性所需的密集封裝。思科的標(biāo)準IE-3000交換機依靠內(nèi)部散熱器和通風(fēng)外殼，無源氣流通過外殼來冷卻設(shè)備。然而，僅在完全密封的盒子內(nèi)依靠對流冷卻將有嚴重的限制，因此Parvus采用了傳導(dǎo)冷卻技術(shù)以最大化傳熱，而該裝置仍然保持無風(fēng)扇和被動冷卻。

為了減輕重量并加快系統(tǒng)的傳熱速率，工程師拆除了所有標(biāo)準的思科翅片散熱器，并用傳導(dǎo)冷卻機制的散熱器取而代之。在設(shè)備頂部加入導(dǎo)熱器，薄金屬片加入以幫助散熱，大大減少了IE-3000內(nèi)部的熱問題。這些散熱器通過內(nèi)部導(dǎo)軌/桁架系統(tǒng)傳遞熱量，該系統(tǒng)支持所有電路卡組件免受沖擊/振動，并將熱量散發(fā)到鋁制外殼，鋁制外殼在外部采用翅片，以最大化用于冷卻的表面積。

為了進一步識別任何潛在的熱管理問題，工程師使用熱建模軟件來分析潛在的冷卻問題，確保加固型 Cisco IE-3000 迭代（稱為“DuraNET 3000”）中包含的新熱設(shè)備符合特定的軍事標(biāo)準。紅外成像相機還用于定位任何熱點或熱問題。通過運行各種分析，工程師可以快速確定在軍隊遇到的極端溫度下可能存在潛在故障點的位置。

將所有內(nèi)容整合在一起

正如DuraNET 3000的創(chuàng)建所證明的那樣，為軍事用途加固商業(yè)產(chǎn)品的過程并非易事。然而，加固型產(chǎn)品可以利用世界領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)制造商的技術(shù)進步，當(dāng)與經(jīng)過驗證的加固技術(shù)相結(jié)合時，可以提供強大、經(jīng)濟高效的計算選擇，以滿足當(dāng)今的軍事需求。

審核編輯：郭婷