Wie sorgen Steckverbinder für eine stabile Vernetzung in anspruchsvollen Anwendungen?

Die Konnektivität ist ein wichtiger Faktor für die Übertragungsleistung bei nicht-kommerziellen Anwendungen wie der Unterhaltung an Bord von Zügen oder militärischen UAV-Übertragungssystemen. Aufgrund der vernetzten Architektur eingebetteter Systeme werden zunehmend Ethernet-Switches eingesetzt. Mark Jeffrey, Leiter der Technologieabteilung bei RecabUK, erklärt, wie Ethernet-Switches ausgewählt werden können, um anspruchsvollen Betriebsumgebungen gerecht zu werden. Die heutige vernetzte Welt ist durch eine wachsende Anzahl von Geräten gekennzeichnet, die mit dem Internet verbunden sind. Nach Angaben von Forschungsunternehmen werden jede Sekunde 127 neue Geräte an das Internet angeschlossen, und weltweit gibt es Milliarden von angeschlossenen Geräten. Diese Zahlen steigen, wenn man die lokalen Netzwerke (LANs) berücksichtigt, die aus wichtigen eingebetteten Systemen bestehen, die in den Bereichen Eisenbahn, Militär und Verteidigung, Industrie und Schifffahrt angeschlossen sind. Switches sind das Herzstück der Netzwerkarchitektur, denn sie ermöglichen den Datenaustausch zwischen den angeschlossenen Computern und Geräten sowie die Übertragung von Daten an das größere Netzwerk über Protokolle wie Ethernet. Der Schutz dieser Switches ist besonders wichtig bei Anwendungen in rauen Umgebungen, in Fahrzeugnetzwerken und in der diskreten und verfahrenstechnischen Fertigung. Um sicherzustellen, dass sie in rauen Umgebungen ordnungsgemäß funktionieren, müssen Ethernet-Switches gehärtet werden. Bevor jedoch ein Ethernet-Switch als Teil einer robusten Lösung in Betracht gezogen wird, müssen die Rolle des Switches und die Anforderungen des Netzwerks verstanden werden. Die Erfahrung von RecabUK bei der Entwicklung von robusten eingebetteten Systemen mit Ethernet-Fähigkeit hat uns gelehrt, zuerst das Netzwerk zu entwerfen und dann dieses und seine Komponenten zu verstärken, um eine optimale Lösung zu gewährleisten.

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DiamondSystems listet in einem White Paper zu diesem Thema einige der wichtigsten Anforderungen für Netzwerkanwendungen auf. Dazu gehören die Möglichkeit, mit einem einzigen physischen Gerät mehrere Netzwerke aufzubauen und zu verwalten, gespiegelte Ports zur Überwachung des Datenverkehrs, Daisy-Link-Switches zur Erweiterung lokaler Netzwerke, der Schutz des Netzwerkverkehrs und die Absicherung von Netzwerkkomponenten. Sicherheit ist ein ziemlich komplexer Bereich, der jedoch für kritische Anwendungen sehr wichtig ist. Es gibt zwei Arten von Netzwerksicherheit: die virtuelle Sicherheit, die sich vor allem aus Softwaresystemen und Datenverschlüsselung ergibt, und die physische Sicherheit, die aus Komponenten besteht, die zur Wahrung der Datenintegrität dienen. ① Virtuelle Sicherheit: Systeme zur Erkennung von Eindringlingen finden beispielsweise potenzielle Sicherheitslücken, protokollieren Informationen über mögliche Schwachstellen und senden Warnmeldungen an die Konsole oder die serielle Schnittstelle. Ergänzt wird dies durch Netzwerkverschlüsselungsstandards. ② Physikalische Sicherheit: Spezielle Switch-Ports bieten physische Sicherheit, was die Zusammenarbeit mit Embedded-Experten bei kritischen Embedded-Netzwerkprojekten wertvoll macht. Small Pluggable Ports (SFPs) können Kupfermedien in einem Netzwerk in Glasfaserkanäle umwandeln. Da die Glasfasertechnologie ein Dielektrikum ist, schützt sie das Medium effektiv vor bösartigen Angriffen wie elektromagnetischem (EM) Snooping. Glasfaserkanäle haben außerdem den großen Vorteil, dass sie Daten über große Entfernungen mit weniger Signalverlusten übertragen können. Übliche Mixed-Media-Anwendungen nutzen Kupfernetze für die lokale Kommunikation und Glasfasernetzschnittstellen für höhere Geschwindigkeiten, Netz-zu-Netz-Verbindungen und die Kommunikation über große Entfernungen. Einige der kleineren Hersteller von Ethernet-Switches bieten auf diese Weise Anschlusskombinationen in ihren Produkten an. Durch die Zusammenarbeit von RecabUK mit den großen Herstellern von Ethernet-Switches waren wir in der Lage, eine Lösung zu entwickeln, die Flexibilität und größere Sicherheit bietet. VerstärkungVerstärkung ist ein wichtiger Aspekt bei vielen Netzwerkanwendungen. Sie eignet sich ideal für Anwendungen im Freien, für Netzwerke in Fahrzeugen, für Anwendungen in Produktionshallen in der diskreten und verfahrenstechnischen Fertigung usw. Bei solchen Anwendungen müssen wir die Umgebungsbedingungen berücksichtigen. Insbesondere sollten die Systementwickler auf Faktoren wie den Betriebstemperaturbereich, Stöße und Vibrationen während des Betriebs sowie die Stromqualität achten. Die Größe, das Gewicht, die Leistung und die Kosten (SWaP-C) der Netzwerkausrüstung sind bei vielen wichtigen Anwendungen ebenfalls ein wichtiger Faktor. Die Auswahl eines Standard-Ethernet-Switch-Produkts für anspruchsvolle Anwendungen erfordert ein klares Verständnis der Umgebungsanforderungen und eine Bewertung der Spezifikationen der einzelnen Produkte. Um in rauen Umgebungen erfolgreich zu sein, muss das Netzwerk diesen Anforderungen Rechnung tragen. Zur Überprüfung der Leistung, vom PCB-Design und der Komponentenspezifikation bis hin zu strengen Umwelttests, gehört auch der Betrieb bei hohen Temperaturen. Da die spezifischen Anforderungen je nach Anwendung variieren, gibt es keine einheitliche Methode für die Auswahl von Schaltern oder die Verbesserung von Systemen. Leider ist es für die meisten Systementwickler viel komplizierter, als die Anzahl der Anschlüsse oder die erforderliche Datengeschwindigkeit festzulegen. Da die Konnektivität in nicht-kommerziellen Anwendungen eine immer wichtigere Rolle spielt, müssen diese Faktoren berücksichtigt werden, um eine effiziente und dauerhafte Leistung eingebetteter Systeme zu gewährleisten. Die Wahl des falschen Switches oder eine unzureichende Planung der Betriebs- und Umgebungsanforderungen ist ein kostspieliger Fehler, der jedoch durch Planung und Überlegung vermieden werden kann.

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