Da immer mehr eingebettete Systeme Netzwerkarchitekturen übernehmen, spielen Ethernet-Switches eine immer wichtigere Rolle. Hier erklärte Mark Jeffrey, Technical Director von Recab UK, wie man einen Ethernet-Switch für anspruchsvolle Betriebsumgebungen auswählt.
In der heutigen vernetzten Welt steigt die Zahl der mit dem Internet verbundenen Geräte täglich. Nach Angaben des Forschungsunternehmens McKinsey werden jede Sekunde 127 neue Geräte mit dem Internet verbunden, Milliarden von Geräten weltweit. Diese Zahlen steigen, wenn wir lokale Netze (LANs) betrachten, die aus verbundenen eingebetteten Schlüsselsystemen in Branchen wie Eisenbahnen, Militär und Verteidigung, Industrie und Schifffahrt bestehen.
Der Switch ist der Kern der Leistung der Netzwerkarchitektur, der es ermöglicht, Daten zwischen verbundenen Computern und Geräten weiterzuleiten und über Protokolle wie Ethernet an ein größeres Netzwerk zu übertragen. Der Schutz dieser Schalter ist besonders wichtig für kritische Anwendungen, die in rauen Umgebungen, Fahrzeugnetzwerken, diskreten und Prozessfertigungsanwendungen verwendet werden.
Um den Schutz von Ethernet-Switches in rauen Umgebungen zu gewährleisten, müssen die Switches gehärtet werden. Bevor Sie jedoch Ethernet-Switches als Teil einer gehärteten Lösung betrachten, müssen Sie die Rolle von Switches und Netzwerkanforderungen verstehen. Recab UK's Erfahrung in der Entwicklung robuster eingebetteter Systeme mit Ethernet-Fähigkeiten zeigt uns, dass die beste Lösung gewährleistet werden kann, wenn zuerst das Netzwerk entworfen und dann es und seine Komponenten verstärkt werden.
Eigenschaften der Netzwerktechnologie
In einem Whitepaper zu diesem Thema skizziert unser bewährter Partner Diamond Systems mehrere wichtige Anforderungen an Netzwerkanwendungen. Dazu gehören die Möglichkeit, mehrere Netzwerke mit einem einzigen physischen Gerät aufzubauen und zu verwalten, Spiegelports zur Überwachung des Datenverkehrs, Daisy-Chain-Switches für die lokale Netzwerkerweiterung, den Schutz des Netzwerkverkehrs und die Stärkung von Netzwerkkomponenten.
Sicherheit ist ein sehr komplexes Feld, aber ein entscheidendes Feld für kritische Anwendungen. Es gibt zwei Arten von Netzwerksicherheit: virtuelle Sicherheit, die hauptsächlich von Softwaresystemen und Datenverschlüsselung stammt; und physische Sicherheit, wobei Komponenten eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Datenintegrität spielen.
Ein Beispiel für die virtuelle Netzwerksicherheit ist ein System zur Erkennung von Eindringlingen, das potenzielle Sicherheitslücken erkennt, Informationen über mögliche Sicherheitslücken aufzeichnet und Warnungen an die Konsole oder über den seriellen Port sendet. Dies wird durch die Verschlüsselungsstandards des Netzwerks ergänzt.
Physische Sicherheit kommt von den Ports bestimmter Switches, weshalb es von unschätzbarem Wert ist, in kritischen Embedded-Netzwerkprojekten mit Embedded-Experten zusammenzuarbeiten. SFP-Ports (Small Form Factor Pluggable) können die Kupfermedien des Netzwerks in Fibre Channel umwandeln. Da die Glasfasertechnologie ein Dielektrikum ist, kann sie das Medium vor elektromagnetischen (EM) Snooping und anderen böswilligen Angriffen schützen. Fibre Channel hat auch den Vorteil, Daten mit weniger Signalverlust über größere Entfernungen übertragen zu können.
Gängige Mixed-Media-Anwendungen verwenden Kupferdrahtnetzwerke für die lokale Kommunikation und Schnittstellen mit Glasfasernetzwerken für Anwendungen mit höherer Geschwindigkeit, Netzwerk-zu-Netzwerk-Verbindungen und Fernkommunikation. Daher verwenden einige kleine Hersteller von Ethernet-Switches Portkombinationen in ihren Produkten. Dank der Zusammenarbeit mit führenden Herstellern von Ethernet-Switches bei Recab UK können wir eine Lösung entwickeln, die Flexibilität und mehr Netzwerksicherheit bietet.
Zum Beispiel in kundenspezifischen eingebetteten Systemen, bei denen der Platz knapp ist, Diamond Systems' Das Ethernet-Switch-Modul EPSM-10GX4 ist die ideale Wahl. EPSM-10GX4 basiert auf dem Computer-on-Module (COM) Express Mini Standardformfaktor (84x55 mm), mit einem ultrakompakten Gehäuse und fast vollständig verpackter Switch-Technologie. Es bietet 24 10/100/1000-Mbit/s-Kupfer-Ports und vier 10-Gbit/s-SFI-Ports. Es gibt auch das EPS-24G4X-Trägerboard mit vollem Funktionsumfang, das den 1-Gbit/s-Port zum Riegelanschluss und den 10-Gbit/s-Port zum SFP+-Steckplatz führt.
Oder für High-Power-Anwendungen mit mehr verfügbarem Platz auf der VPX-Plattform können Sie sich für den neuen VX6940 6U VPX Ethernet-Switch von Kontron entscheiden. Es verfügt über zwei an der Vorderseite montierte QSFP28-Transceiver, die Hochgeschwindigkeits-Glasfaser- oder passive Kupferverbindungen (bis zu 100 G) unterstützen, die jeweils vier 10-GB- oder SFP-+-Ports ermöglichen. Diese Switches eignen sich am besten für datenintensive Anwendungen, die viele Datenpfade benötigen, wie beispielsweise hochauflösende Sensoren oder Radarsysteme.
Recab UK verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung von Systemen einschließlich Schalterdesign, sei es durch unsere eigene Entwicklung oder durch die Verwendung von Schaltern unserer Partner Aitech, Kontron, duagon oder Diamond Systems. Die Lösung hängt von den Anforderungen des Projekts und dem Einsatzort der Anwendung ab.
Beispielsweise können Bahnanwendungen die Verwendung von Duagon-Schaltern erfordern, die für die raue Betriebsumgebung von Schienenfahrzeugen ausgelegt sind. D510 ist beispielsweise ein konfigurierbarer Ethernet-Switch mit sechs Ports, der EN50155, IEC61375 und IEEE802.3 entspricht. Der Switch ist in einem robusten, kompakten Gehäuse eingebaut und verfügt über eine integrierte DC/DC-Wandlungsfunktion ohne die Notwendigkeit einer externen Stromversorgung.
Verstärkung
Bei vielen Netzwerkanwendungen ist die Verstärkung ein wichtiger Aspekt. Dies ist für Außenanwendungen, fahrzeuginterne Netzwerke und Fabrikhallenanwendungen in der diskreten und Prozessfertigung geeignet.
Für diese Arten von Anwendungen müssen wir die Umgebungsbedingungen berücksichtigen. Systemdesigner sollten Faktoren wie Betriebstemperaturbereich, Stoß- und Vibrationspegel während des Betriebs und Stromqualität besondere Aufmerksamkeit schenken. Bei vielen kritischen Anwendungen spielen auch Größe, Gewicht, Leistung und Kosten der Netzwerkausrüstung (SWaP-C) eine wichtige Rolle.
Die Auswahl von handelsüblichen Ethernet-Switch-Produkten für anspruchsvolle Anwendungen erfordert ein klares Verständnis der Umgebungsanforderungen und die Bewertung der Spezifikationen jedes Produkts. Um in rauen Umgebungen erfolgreich zu sein, muss das Design des Netzwerks diese Anforderungen berücksichtigen. Für den erweiterten Temperaturbetrieb umfasst dies alles vom PCB-Layout und den Teilespezifikationen bis hin zu strengen Umgebungstests zur Überprüfung der Leistung.
Die genauen Anforderungen variieren von Anwendung zu Anwendung, daher gibt es keine Schalterauswahl oder Verstärkungsmethode, die für alle Methoden geeignet ist. Leider ist es für die meisten Systemdesigner viel komplizierter, als die Anzahl der Ports oder die erforderliche Datengeschwindigkeit anzugeben. Dies ist der Vorteil der Zusammenarbeit mit Experten für das Design von eingebetteten Systemen wie Recab UK.
Da Konnektivität in nicht-kommerziellen Anwendungen eine immer wichtigere Rolle spielt, ist es wichtig, diese Faktoren zu berücksichtigen, um eine effektive und dauerhafte Leistung eingebetteter Systeme zu gewährleisten. Die Wahl des falschen Schalters oder die nicht vollständige Planung der Betriebs- und Umweltanforderungen ist ein kostspieliger Fehler, der jedoch durch Planung und Voraussicht vermieden werden kann.
