為了滿足軍方對(duì)成本敏感但極其堅(jiān)固耐用的計(jì)算技術(shù)的要求，可以針對(duì)惡劣使用的應(yīng)用增強(qiáng)商業(yè)產(chǎn)品。以下案例研究介紹了 Cisco IE-3000 交換機(jī)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(qiáng)大而經(jīng)濟(jì)的計(jì)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(jiān)固耐用”和“堅(jiān)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(gè)術(shù)語之間存在很強(qiáng)的區(qū)別，表明用于軍事用途的產(chǎn)品是如何制造的。

“堅(jiān)固耐用”系統(tǒng)是從頭開始設(shè)計(jì)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(qiáng)以承受機(jī)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(jī)，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(shí)候向福克斯商業(yè)公司報(bào)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(tái)。此外，思科還幫助定義了當(dāng)今的許多網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)委員會(huì)做出了積極貢獻(xiàn)。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(jiān)固耐用計(jì)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(jiān)固耐用的思科交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品為實(shí)施符合嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了一種經(jīng)濟(jì)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(shí)間，因?yàn)樵S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(jī)之一IE-3000最近被證明是軍事用途的理想加固候選者，因?yàn)樵摻粨Q機(jī)專為工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，包括工廠自動(dòng)化，能源和過程控制以及智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）。由于 Cisco IE-3000 交換機(jī)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(kuò)展的溫度和增強(qiáng)的沖擊/振動(dòng)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(zhǔn)

雖然 IE-3000 比商用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品堅(jiān)固得多，但軍用級(jí)要求要求工程師通過對(duì)防塵、防水和 EMI 的侵入保護(hù)進(jìn)行機(jī)械增強(qiáng)來進(jìn)一步優(yōu)化開關(guān)（表 1）。軍用所需的 EMI 合規(guī)性標(biāo)準(zhǔn)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(jī)與加固型交換機(jī)之間指標(biāo)的表

為滿足這種堅(jiān)固的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，IE-3000 需要根據(jù) MIL-STD-704 和 -1275 提供針對(duì)輸入電壓反轉(zhuǎn)、電壓浪涌和過壓尖峰的保護(hù)。這是通過實(shí)施反向電壓/過壓保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)的。工程師還實(shí)施了幾項(xiàng)改進(jìn)，例如設(shè)計(jì)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(jī)箱表面之間的良好粘合對(duì)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(diǎn)。堅(jiān)固耐用的IE-3000在電源進(jìn)入系統(tǒng)的位置包括一個(gè)設(shè)計(jì)良好的濾波器，符合EMI要求，因?yàn)闉V波器可防止內(nèi)部噪聲離開系統(tǒng)，并保護(hù)敏感電子設(shè)備免受可能進(jìn)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(diǎn)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(dòng)下容易發(fā)生故障，并且不提供防塵和防水保護(hù)。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(dòng)和沖擊，還可以將端口帶到外面的世界。

雖然無電纜設(shè)計(jì)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(shí)，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(duì)板接口，并實(shí)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(dòng)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(jìn)一步加固 Cisco IE-3000，還實(shí)施了其他技術(shù)來在沖擊和振動(dòng)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(duì)沖擊和振動(dòng)的保護(hù)。對(duì)于IE-3000的加固，灌封是必不可少的程序，因?yàn)樗_保了敏感設(shè)計(jì)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(gè)關(guān)鍵的工程決策，因?yàn)樗梢源_定系統(tǒng)組件的正常運(yùn)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(hù)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(hù)層。對(duì)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(duì)于設(shè)計(jì)和構(gòu)建堅(jiān)固耐用的計(jì)算系統(tǒng)至關(guān)重要，該系統(tǒng)將持續(xù)整個(gè)產(chǎn)品的使用壽命。

熱管理技術(shù)確保堅(jiān)固耐用的性能

由于熱量問題通常被認(rèn)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(duì)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(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樽钚?a target="_blank">處理器的高工作溫度和環(huán)境堅(jiān)固性所需的密集封裝。思科的標(biāo)準(zhǔn)IE-3000交換機(jī)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(duì)流冷卻將有嚴(yán)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(dòng)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(zhǔn)的思科翅片散熱器，并用傳導(dǎo)冷卻機(jī)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(dòng)，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(jìn)一步識(shí)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(zhǔn)。紅外成像相機(jī)還用于定位任何熱點(diǎn)或熱問題。通過運(yùn)行各種分析，工程師可以快速確定在軍隊(duì)遇到的極端溫度下可能存在潛在故障點(diǎn)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(jìn)步，當(dāng)與經(jīng)過驗(yàn)證的加固技術(shù)相結(jié)合時(shí)，可以提供強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)高效的計(jì)算選擇，以滿足當(dāng)今的軍事需求。

審核編輯：郭婷