面向军方的思科以太网交换机加固

　　为了满足军方对成本敏感但极其坚固耐用的计算技术的要求，可以针对恶劣使用的应用增强商业产品。以下案例研究介绍了 Cisco IE-3000 交换机如何加固，以用于要求苛刻的军事 IP 网络应用。

　　随着军事客户寻求最强大而经济的计算系统，“加固”的商业产品通常是满足特定军事应用需求的最佳解决方案。术语“坚固耐用”和“坚固耐用”通常用于描述能够承受恶劣环境的电子设备;但是，这两个术语之间存在很强的区别，表明用于军事用途的产品是如何制造的。

　　“坚固耐用”系统是从头开始设计以满足特定恶劣环境要求的产品。相反，术语“加固”是指最初并非用于恶劣用途，但经过增强以承受机载，地面车辆和/或船上部署的商业产品。以下案例研究探讨了 Parvus 工程师如何加固思科系统的商用 IE-3000 交换机，以用于要求苛刻的军事 IP 网络技术更新应用。

　　思科主导军事网络基础设施

　　思科首席执行官约翰·钱伯斯（John Chambers）今年早些时候向福克斯商业公司报告称，这家网络巨头在公共部门拥有70%以上的市场份额。思科技术及其 IOS 软件在政府领域的普及使这种网络技术成为加固型产品的理想平台。此外，思科还帮助定义了当今的许多网络标准和协议，为互联网任务组、IEEE 和其他组织内的标准委员会做出了积极贡献。因此，随着政府广泛采用思科产品及其全面的功能集，军事承包商越来越多地寻求基于思科的坚固耐用计算技术，以部署在空中和陆地车辆上的战术军事应用中。

　　从军方的角度来看，采用坚固耐用的思科交换机和网络产品为实施符合严格环境标准的最新网络技术提供了一种经济高效的方法。此外，部署加固型思科产品可缩短战场部署时间，因为许多军事人员都接受过操作思科网络管理软件的培训。

　　思科最新的以太网交换机之一IE-3000最近被证明是军事用途的理想加固候选者，因为该交换机专为工业以太网应用而设计，包括工厂自动化，能源和过程控制以及智能运输系统（ITS）。由于 Cisco IE-3000 交换机的预期商业用途已经超过了传统的商业环境，因此它包括扩展的温度和增强的冲击/振动和浪涌额定值，而商业网络设备通常无法提供。

　　优化 IE-3000 以满足电磁干扰标准

　　虽然 IE-3000 比商用产品的标准产品坚固得多，但军用级要求要求工程师通过对防尘、防水和 EMI 的侵入保护进行机械增强来进一步优化开关（表 1）。军用所需的 EMI 合规性标准包括 MIL-STD-461，用于辐射和传导发射以及辐射和传导敏感性。

　　表 1：比较商用思科 IE-3000 交换机与加固型交换机之间指标的表

　　

　　为满足这种坚固的 EMI 标准，IE-3000 需要根据 MIL-STD-704 和 -1275 提供针对输入电压反转、电压浪涌和过压尖峰的保护。这是通过实施反向电压/过压保护电路来实现的。工程师还实施了几项改进，例如设计具有良好EMI垫圈的密封外壳以及创建适当的测试电缆。此外，适当的接地技术和机箱表面之间的良好粘合对于创建充当法拉第笼的外壳至关重要。由于外部电源引线在测试和应用中通常是非屏蔽的，因此它们可能是噪声和敏感性的最大点。坚固耐用的IE-3000在电源进入系统的位置包括一个设计良好的滤波器，符合EMI要求，因为滤波器可防止内部噪声离开系统，并保护敏感电子设备免受可能进入系统的外部噪声的影响。

　　连接器和电缆：确保可能故障点的稳定性

　　与许多商业产品一样，IE-3000 包括 RJ-45 网络连接器。虽然这些 RJ-45 连接器足以满足 IE-3000 的原始用途，但众所周知，这些连接器在极端振动下容易发生故障，并且不提供防尘和防水保护。Parvus工程师拆除并用锁定针座取而代之，这些针座最终以圆形MIL-DTL-38999型连接器端接，不仅可以防止灰尘，水，振动和冲击，还可以将端口带到外面的世界。

　　虽然无电缆设计是恶劣条件的最佳选择，但在加固包含电缆的现有商业产品时，并非所有电缆都可以消除;因此，需要采取其他步骤来确保稳定。由于IE-3000包含一些布线，工程师在可能的情况下利用刚性柔性电路和板对板接口，并实施了电缆编织，系紧和其他应力消除功能，以最大限度地提高可靠性并防止电缆在振动或冲击中断开或被切断。

　　加固组件以承受极端环境

　　为了进一步加固 Cisco IE-3000，还实施了其他技术来在冲击和振动期间稳定组件。其中一种技术包括灌封。灌封可以通过完全封装电子设备或将其固定下来来执行，以提供针对冲击和振动的保护。对于IE-3000的加固，灌封是必不可少的程序，因为它确保了敏感设计的安全性，并形成了防止潮湿，真菌，灰尘和腐蚀的屏障。通过消除高压电路的泄漏来提高电路可靠性，灌封可防止电压电弧和短路，并防止锡须的形成。

　　灌封材料有多种品种，其选择取决于要求，包括热、除气、电气和热隔离或传导能力以及制造应用要求。选择正确的灌封材料是一个关键的工程决策，因为它可以确定系统组件的正常运行。

　　作为最后一步，工程师将保形涂层材料应用于IE-3000的电子电路，以保护其免受潮湿，灰尘，化学品和极端温度的影响。该过程改善并延长了电路板的工作寿命，并有助于确保安全性和可靠性。这些涂层“符合”电路板及其组件的轮廓，形成既轻巧又柔韧的薄保护层。对于未涂覆保形涂层的电路板，极端环境条件可能导致腐蚀、霉菌生长和电流泄漏，从而导致电路板故障。采取额外的预防措施来确保电路板电路能够承受恶劣的条件，这对于设计和构建坚固耐用的计算系统至关重要，该系统将持续整个产品的使用寿命。

　　热管理技术确保坚固耐用的性能

　　由于热量问题通常被认为是导致系统故障的最大因素，因此加固系统以应对这些热挑战是关键的一步。国防应用的热管理一直是一个挑战，因为最新处理器的高工作温度和环境坚固性所需的密集封装。思科的标准IE-3000交换机依靠内部散热器和通风外壳，无源气流通过外壳来冷却设备。然而，仅在完全密封的盒子内依靠对流冷却将有严重的限制，因此Parvus采用了传导冷却技术以最大化传热，而该装置仍然保持无风扇和被动冷却。

　　为了减轻重量并加快系统的传热速率，工程师拆除了所有标准的思科翅片散热器，并用传导冷却机制的散热器取而代之。在设备顶部加入导热器，薄金属片加入以帮助散热，大大减少了IE-3000内部的热问题。这些散热器通过内部导轨/桁架系统传递热量，该系统支持所有电路卡组件免受冲击/振动，并将热量散发到铝制外壳，铝制外壳在外部采用翅片，以最大化用于冷却的表面积。

　　为了进一步识别任何潜在的热管理问题，工程师使用热建模软件来分析潜在的冷却问题，确保加固型 Cisco IE-3000 迭代（称为“DuraNET 3000”）中包含的新热设备符合特定的军事标准。红外成像相机还用于定位任何热点或热问题。通过运行各种分析，工程师可以快速确定在军队遇到的极端温度下可能存在潜在故障点的位置。

　　将所有内容整合在一起

　　正如DuraNET 3000的创建所证明的那样，为军事用途加固商业产品的过程并非易事。然而，加固型产品可以利用世界领先的网络制造商的技术进步，当与经过验证的加固技术相结合时，可以提供强大、经济高效的计算选择，以满足当今的军事需求。

　　审核编辑：郭婷