受限空间应用设计和测试的最佳实践点_受限空间应用设计和测试的最佳实践

在变幻莫测的战场环境中，战斗不会因为你在移动而停止。如果战斗人员不能始终保持态势感知，这种现实将他们置于明显的劣势。

当对手在积极移动地面车辆时，他们配备了最新的无线技术和智能手机。移动互联网协议(IP)网络是国防部(DoD)针对许多敌人的必要反应，这些敌人可以随时访问这种越来越小的移动技术。

为了保持信息优势，所有军事部门的作战人员都需要移动网络来掌握复杂的威胁环境。

国防部的这一举措使美国作战人员更加灵活，准备更加充分。例如，美国海军陆战队NOTM增量1(Inc1)更新计划是一个集成的战术移动网络，致力于通过使用成熟的商业和政府技术来扩展和增强通信能力。集成了移动网络设备的战车可以在战场上的任何地方提供可靠的通信、任务指挥和态势感知，即使是在最偏远的环境和具有挑战性的地形中。

能够应对崎岖的地形

军用车辆在穿越崎岖地形时，会受到高水平的冲击和振动。移动网络系统必须能够抵抗这种滥用，以便通信不会被中断。

过去，部署战术网络访问的方法包括最初为数据中心环境设计的商用现货(COTS)设备。新一代加固型COTS设备现已上市，使移动战场网络更加可靠，同时继续保持与企业网络设备的互操作性，从而保证端到端的通信。

在有限的空间内满足所有移动需求。

移动性最终促进了移动网络的发展，但地面车辆、飞机和船只的可用空间量不会改变。随着对通信系统提供更多功能(如Wi-Fi或LTE)和现场更多网络安全的需求不断增加，不可避免的副作用是网络系统消耗更多空间。

因此，完全移动性需要创新和现代化，旨在降低尺寸、重量和功耗(SWaP)要求。在这个领域，在其他条件相同的情况下，通信设备永远不会太小、太轻或太节能。

具有挑战性的车辆环境中的可靠性

用于移动战场的产品必须满足冲击、振动和温度的高标准环境测试。对地面车辆的要求非常严格；飞机的条件更加苛刻，因为设计或制造不良的通信设备会使飞机和战斗人员面临巨大的风险。符合MIL-STD-810G和MIL-STD-461F的第三方测试对于确保在远程或关键任务环境中的可靠运行非常重要。随着国防部越来越多地采用COTS技术来取代特种军用产品，以从商业世界的快速技术进步和节约成本的规模经济中受益，这些标准变得越来越重要。

在供应商的设计和测试供应商的最佳实践中寻找什么？

无论是行业还是应用，调整灵敏高性能的电子设备来承受网络边缘的条件都不是一件容易的事情。这一现实导致了由专业供应商设计和制造的紧凑和健壮的网络模块的发展。这些模块通常使用业界领先厂商的COTS设备和网络软件，可以轻松安全地连接到企业网络。然而，从企业级技术开始只是一个开始。

优化的机箱设计

任何耐用模块的核心都是它的机箱。优化SWaP的最佳设计采用了多种材料和设计流程，包括使用铝和铜的机加工散热器和散热器板以实现高效传热，关键结构元件使用机加工钢，金属板用于电磁(EMI)保护，以及塑料和复合材料用于减轻重量。

设计完成后，应测试模块以验证设计。为了确保耐用的设备经得起考验，最好的设计师遵循经过校准、认证和独立测试实验室的严格测试方法，并能提供完整和广泛的测试文件。为了节约成本，有些供应商会在内部自行进行测试，有些供应商无法完成所有测试。一些供应商只声称他们的系统“设计符合”标准，但他们根本不做任何测试。为了获得最终的信心，独立测试是一个昂贵但必要的步骤。一旦建成，就应该对系统进行测试，以确保它符合实际条件下的标准。

传导冷却

使用冷却风扇驱动气流通过设备外壳的传统方法不可行，因为坚固的设备必须能够承受灰尘和沙子。在这种情况下，必须使用其他方法来冷却系统，因为热量是电子产品的死敌。在无风扇设计中，高效的热传递对于确保耐用性至关重要。机箱在散热方面起着重要的作用。在设计中，我们必须密切关注嵌入式电路板和电源上的关键电子元件的最佳传热。设计完成后，这些模块可以在独立的实验室中测试极端的高/低温操作。

受保护且可靠的电源系统

稳健系统面临的另一个环境挑战包括质量差和供电不可靠----特别是安装在车辆上、靠发电机运行或部署在电力质量差的国家的海外设备。DC供电系统可以提供不稳定的电压，间歇性和嘈杂的电源。这些问题也可能是由连接到电源的其他设备引起的。其他问题可能由于用户错误而发生，例如DC电源线的反接或短路。

为了解决这些问题，电源必须设计为接受尽可能宽的输入电压范围(例如，10 V至36 V)，应具有反向电压和短路保护，并应包括各种滤波器和电容，以保持内部元件清洁可靠。在寻找同类最佳交流电源的过程中，最新的创新是使用单级交流到DC转换，它提供了更高的效率、更低的功耗和更少的散热。这些技术的尺寸也比传统的两级转换器更小，并且可以在更低的温度范围内工作。

消除电磁干扰

安装在车辆中的网络设备通常位于与许多其他计算机和无线电设备共享的环境中；有些可能安装在雷达设备附近。在这种设置中，非常重要的是设计和测试所有车载设备，以确保其不会导致或易受EMI影响，确保设备的可靠性能，并确保设备不会导致相邻设备的故障。

EMI以偶然的无线电“空中”干扰和通过电源和数据连接的传导干扰的形式出现；这两种类型都必须通过屏蔽和过滤来最小化。在网络设备中，典型的问题源是电源。对于国防应用，标准MIL-STD 461用于测试EMI，包括辐射和传导发射以及灵敏度。这个标准大约是典型的FCC数据中心和消费设备标准的10倍。由于严格的军事标准，设计和制造中的小问题可能会导致系统无法通过该测试。

制造过程中100%经过测试。

这种严格的测试只能在有限数量的设备上进行，因为它非常昂贵和耗时；更重要的是，通过这些测试的设备不能作为“新设备”运送给客户。但是，新制造的设备必须在整个制造过程中进行测试，以确保新设备符合设计规范。

某些类型的环境应力筛选(ess)测试可以在所有新设备上安全有效地进行，以确保在出厂前识别出常见故障。这一步的失败率往往在5%左右。平心而论，五次ESS筛选费用高，耗时长，但如果供应商吝啬压力测试，失败的风险只会转嫁到设计师和用户身上。

经过真实世界的测试

虽然实验室测试对于确保完整、标准化和可量化的测试覆盖范围至关重要，但实际测试在评估性能和可靠性方面也发挥着关键作用——将设备暴露于部署特定的环境因素中，这些因素难以在实验室中预测和重现。

此外，除了环境因素，实际测试还可以提供提高可用性、可访问性和可维护性的机会，同时收集最终用户和操作人员的观察结果。实际测试也使设计者和程序相信，整个系统实际上可以像预期的那样一起工作。

设计、测试和制造稳定可靠的网络设备既费时又费钱，而且注重细节。在选择网络设备时，要求供应商进行有效的测试程序意味着国防部可以确保其战斗机能够应对任何威胁。

审计郭婷