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。这一现实使作战人员处于明显的劣势，如果他们不能始终保持态势感知。

当对手在积极移动地面车辆的同时，为自己配备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）对抗许多敌人的必要回应，他们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，军队所有部门的作战人员都需要移动网络，以掌握复杂的威胁环境。

国防部的举动使美国作战人员更加灵活和做好准备。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，致力于利用成熟的商业和政府技术来扩展和增强通信能力。与移动网络设备集成的战车即使在最偏远的环境和具有挑战性的地形中，也能从战场上的任何地方提供可靠的通信、任务指挥和态势感知。

能够应对崎岖的地形

在穿越崎岖的地形时，军用车辆会受到高水平的冲击和振动。移动网络系统必须能够抵御这种滥用，以便通信不会中断。

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成（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，从而确保端到端通信。

满足有限空间内的全部移动需求

移动性最终推动了移动网络的发展，但地面车辆、飞机和船舶的可用空间数量不会改变。随着对通信系统的需求增加，以提供更多功能（如Wi-Fi或LTE）和现场更多的网络安全，不可避免的副作用是：网络系统消耗更多的空间。

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 - 在所有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。

在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符合冲击、振动和温度的高标准环境测试。对地面车辆的要求很严格;飞机的条件更加严格，因为设计不良或制造不良的通信设备会使飞机和作战人员面临巨大风险。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实际操作中可靠运行至关重要。随着国防部越来越多地采用COTS技术来代替专用的军用产品，以便从商业世界的快速技术进步和节省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

调整灵敏、高性能的电子设备以承受网络边缘的条件（无论行业或应用如何）并非易事。这一现实导致了由专业供应商设计和制造的紧凑型坚固型网络模块的开发。这些模块通常使用来自行业领先制造商的 COTS 设备和网络软件，这使得安全连接到企业网络变得容易。然而，从企业级技术开始只是一个开始。

优化的机箱设计

任何坚固耐用的模块的核心都是其机箱。优化SWaP的最佳设计使用各种材料和设计工艺，包括使用铝和铜实现高效传热的机加工散热器和散热器板，用于关键结构元件的机加工钢，用于电磁（EMI）保护的金属板以及用于减轻重量的塑料和复合材料。

设计完成后，应测试模块以验证设计。为了确保坚固耐用的设备能够经得起考验，最好的设计人员遵循经过校准、认证、独立的测试实验室的严格测试方法，并可以提供完整而广泛的测试文档。为了节省成本，一些供应商将在内部执行自己的测试，有些供应商无法完成全部测试。一些供应商只声称他们的系统“旨在满足”标准，但根本不做任何测试。为了获得最终的信心，独立测试是一个昂贵但必要的步骤。一旦构建，应测试系统以确保其在实际条件下符合标准。

传导冷却

由于坚固的设备必须能够承受灰尘和沙子，因此使用冷却风扇驱动气流通过设备外壳的传统方法不是一种选择。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至关重要的作用——在设计时必须仔细注意嵌入式电路板和电源上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实验室中测试极端高温/低温操作。

受保护且可靠的电力系统

坚固耐用的系统面临的另一个环境挑战包括质量差和不可靠的电源 - 特别是对于安装在车辆上，在发电机上运行或部署在电力质量差的国家的海外设备。直流电源系统可以提供电压不一致、间歇性和噪声的电源。这些问题也可能是由连接电源的其他设备引起的。由于用户错误，例如反向连接直流电源线或短路，可能会出现其他问题。

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，并应包括广泛的滤波器和电容器，以保持内部组件的清洁、可靠的电源。在同类最佳交流电源中寻找的一项最新创新是使用单级交流到直流转换，它提供了更高的效率、更少的功率损耗和更少的散热。这些技术的尺寸也比传统的两级转换器小，并且可以在较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驻留在与许多其他计算机和无线电共享的环境中;有些可能安装在雷达设备附近。在此类设置中，至关重要的是对所有车载设备进行设计和测试，以确保它不会导致也不容易受到 – EMI，以确保设备的可靠性能并确保设备不会导致相邻设备故障。

EMI以意外无线电“空中”干扰和通过电源和数据连接的传导干扰的形式发生;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，典型的问题来源是电源。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敏感性。该标准大约是用于数据中心和消费类设备的典型FCC标准的10倍。由于军用标准非常严格，设计和制造中的小问题可能会导致系统无法通过此测试。

100% 在制造过程中进行测试

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，经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，确保在出厂之前识别常见故障。此步骤中的失败率往往约为 5%。公平地说，五次ESS筛选是昂贵和耗时的，但如果供应商吝啬压力测试，失败的风险只会转嫁给设计师和用户。

经过真实世界测试

虽然实验室测试对于确保测试覆盖率完整、标准化和可量化至关重要，但实际测试在评估性能和可靠性方面也起着关键作用 - 使设备暴露于难以在实验室中预测和重现的部署特定环境因素。

此外，除了环境因素之外，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员的观察结果。实际测试还使设计人员和程序确信整个系统实际上可以按预期协同工作。

设计、测试和制造坚固、可靠的网络设备既耗时又昂贵且注重细节。在选择网络设备时，要求供应商进行有效的测试流程意味着国防部可以确保其作战人员能够应对任何威胁。

审核编辑：郭婷