随着越来越多的嵌入式系统采用网络架构，以太网交换机发挥着越来越重要的作用。在此，Recab UK技术总监Mark Jeffrey解释了如何为要求苛刻的操作环境选择以太网交换机。

在当今互联的世界中，连接到互联网的设备数量每天都在攀升。根据研究公司麦肯锡的数据，每秒有127台新设备连接到互联网，全球有数十亿台设备连接。当我们考虑局域网 (LAN) 时，这些数字会增加，这些局域网由铁路、军事和国防、工业和海上等行业中的连接的关键嵌入式系统组成。

交换机是网络架构性能的核心，允许数据在连接的计算机和设备之间中继，并通过以太网等协议传输到更大的网络。保护这些开关对于在恶劣环境、车载网络、离散和过程制造等应用中使用的关键应用尤其重要。

确保在苛刻环境中保护以太网交换机需要对交换机进行加固。但是，在考虑将以太网交换机作为加固解决方案的一部分之前，有必要了解交换机的作用和网络要求。Recab UK在开发具有以太网功能的坚固型嵌入式系统方面的经验告诉我们，首先设计网络，然后对其和组件进行加固，可确保获得最佳解决方案。

网络技术特点

在有关该主题的白皮书中，我们值得信赖的合作伙伴Diamond Systems概述了网络应用的几个关键要求。其中包括使用单个物理设备建立和管理多个网络的能力、监控流量的镜像端口、用于本地网络扩展的菊花链交换机、保护网络流量和加固网络组件。

安全是一个相当复杂的领域，但对于关键应用来说却是至关重要的领域。网络安全有两种类型：虚拟安全，主要来自软件系统和数据加密;以及物理安全，其中组件在维护数据完整性方面发挥作用。

网络虚拟安全的一个例子是入侵者检测系统，它检测潜在的安全漏洞，记录有关可能的漏洞的信息，并在控制台上或通过串行端口发出警报。这是由网络的加密标准补充的。

物理安全来自特定交换机的端口，这就是为什么在关键的嵌入式网络项目中与嵌入式专家合作是非常宝贵的。小型可插拔 (SFP) 端口可以将网络的铜介质转换为光纤通道。由于光纤技术是电介质，因此可以保护介质免受电磁 (EM) 窥探和其他恶意攻击。光纤通道还具有能够将数据传输更远距离、信号损失更少的优势。

常见的混合媒体应用程序使用铜线网络进行本地通信，并与光纤网络接口用于更高速的应用、网络到网络连接和长途通信。因此，一些小型以太网交换机制造商在其产品上包含端口组合。在Recab UK，与领先的以太网交换机制造商的合作意味着我们可以开发一种解决方案， 来提供灵活性和更高的网络安全性。

例如，在空间非常宝贵的定制嵌入式系统中，Diamond Systems的EPSM-10GX4以太网交换机模块是理想的选择。EPSM-10GX4基于模块上计算机 (COM) Express Mini 标准外形(84x55 mm)，具有超紧凑的封装和几乎完全封装的开关技术。它提供24个10/100/1000 Mbps 铜缆端口和四个10 Gbps SFI端口。还有EPS-24G4X全功能载板，它将1 Gbps端口引出到锁存连接器，将10 Gbps端口引出到SFP+插槽。

或者，对于使用VPX平台的具有更多可用空间的高功率应用，可以选择使用来自控创的新型 VX6940 6U VPX 以太网交换机。它具有两个前置 QSFP28 收发器，支持高速(高达 100G)光纤或无源铜缆连接，每个都允许四个10GB或SFP+ 端口。这些开关最适合需要许多数据路径的数据密集型应用，例如高清传感器或雷达系统。

Recab UK 在开发包括开关设计的系统方面拥有丰富的经验，无论是通过我们自己的开发还是使用我们合作伙伴Aitech、Kontron、duagon 或 Diamond Systems的开关。解决方案取决于项目的需求以及应用的使用位置。

例如，铁路应用可能需要使用duagon专为恶劣的机车车辆操作环境设计的开关。例如，D510 是一款可配置的六端口以太网交换机，符合EN50155、IEC61375和IEEE802.3。该开关安装在坚固、紧凑的外壳中，并具有集成的 DC/DC 转换功能，无需外部电源。

加固

在许多联网应用中，加固是一个关键的考虑因素。这适用于户外应用、车载网络、离散和流程制造中的工厂车间应用等。

对于这些类型的应用，我们必须考虑环境条件。系统设计人员尤其应注意工作温度范围、工作期间的冲击和振动水平以及电源质量等因素。对于许多关键应用，网络设备的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 也将是一个关键考虑因素。

为要求严苛的应用选择现成的以太网交换机产品需要清楚地了解环境需求并评估每个产品的规格。为了在恶劣的环境中茁壮成长，网络的设计必须考虑到这些需求。对于扩展温度操作，这包括从 PCB 布局和零件规格到严格的环境测试以验证性能的所有内容。

确切的要求因应用而异，因此没有一种适合所有方法的开关选择或加固方法。不幸的是，对于大多数系统设计人员来说，它比指定端口数量或所需的数据速度要复杂得多。这就是与 Recab UK 等嵌入式系统设计专家合作的好处所在。

随着连接在非商业应用中发挥越来越重要的作用，重要的是要考虑这些因素以确保有效、持久的嵌入式系统性能。选择错误的开关或未能针对运营和环境要求进行全面规划是一个代价高昂的错误——但可以通过规划和深谋远虑来避免。