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工业交换机比普通交换机的优势

发布时间:2017-07-28 发布者:信泓通信 点击量:

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一、衡量设备可靠性的指标

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。任何产品不论是机械、电子,还是机电一体化产品都有一定的可靠性,产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。

衡量可靠性的指标很多,常见的有以下几种:

1.可靠度Rt),即产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率,亦称平均无故障时间MTBF(mean time between failure)

2.平均维修时间MTTR是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间;

3.失效率λ(t),是指产品在规定的使用条件下使用到时刻t后,产品失效的概率。产品的可靠性变化一般都有一定的规律,其特征曲线形状像浴盆,通常称之为“浴盆曲线”。在实验和设计初期,由于产品设计制造中的错误、软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高;通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等,使产品进入稳定的偶然失效期;使用一般时间后,由于器件耗损、整机老化以及维护等原因,产品进入了耗损失效期。这就是可靠性特征曲线呈“浴盆曲线”型的原因。衡量一个电子产品、尤其是工业类产品最常用的是MTBF,也就是平均无故障时间。

二、温度和MTBF的关系

由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高,这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此,热应力已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说,可靠性几乎完全取决于热环境。所以,为了达到预期的可靠性目的,必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。有资料表明:环境温度每提高10℃,元器件寿命约降低1/2。这就是有名的“10℃法则”。

三、热设计

正是由于过高温度对工业网络设备的影响是致命的,所以在设计这类产品时,除了设备的元器件要选择宽温度范围的工业级元器件外,更要充分重视设备的热设计。

电子产品的热设计主要包括散热、加装散热器和制冷三类技术,这里笔者主要讨论工业网络设备中的散热技术和加装散热器技术。

(一)散热应用中常采用的方法

第一种是传导散热方法,可选用导热系数大的材料来制造传热元件,或减小接触热阻并尽量缩短热路径。

第二种是对流散热方式,对流散热方式有自然对流散热和强迫对流散热两种方法。自然对流散热应注意以下几点:

设计印制板和元器件时必须留出多余空间;

安排元器件时,应注意温度场的合理分布;

充分重视应用烟囱拨风原理;

加大与对流介质的接触面积。

强迫对流散热方式可采用风机(如计算机上的风扇)或双输入口推拉方式(如带换热器的推拉方式)。

第三种是利用热辐射特性方式,可以采用加大发热体表面的粗糙度、加大辐射体周围的环境温差,或加大辐射体表面的面积等方法。

(二)加装散热器

工业电子类设备在热设计中,最常采用的方法是加装散热器,其目的是控制半导体的温度,尤其是结温Tj,使其低于半导体器件的最大结温Tjmax,从而提高半导体器件的可靠性。半导体器件和散热器安装在一起工作时包含:半导体器件内热阻RTj、结温Tj、壳温Tc、散热器温度Tf、环境温度Ta及半导体器件的使用功率Pc

3.散热风扇的设计

普通商用交换机的风扇,工作一直处于全速(Full SPD)状态,除其造成电能浪费、增大整机噪音外,还会增加不必要的电源发热,机箱内灰尘过多堆积等。更重要的是风扇在全速状态时其寿命约为2万小时,也就是2.28年(由SANYO FAN DATA SHEET 给出的数据),2万小时后风扇转速会逐渐下降,给整机带来不稳定因素。但由于没有监控单元,这种隐患很难发现:例如当交换机丢包率逐渐上升时,并不容易查到是由于风扇老化转速降低及灰尘堆积太厚导致机箱内关键部件温度升高所致。

工业交换机应使用高速(High SPD)风扇并带有智能监控电路,实时监测和控制网络交换机的运行状况,例如监控机箱风扇、主交换芯片温度、机箱温度,光收发器件温度等,这也就是我们所说的“智能风扇”。

交换机工作过程中智能监控电路会根据被测元件的温度或风扇转速信号自动调节风扇转速,给网络交换机散热。风扇的转速主要与交换机负载和环境温度有关。在环境温度一定时,当交换机数据负载减轻时,功耗减小,风扇转速自动降低,当交换机数据负载加重时,功耗加大,风扇速转速自动上升。在数据负载一定的情况下,当交换机处在低温环境时,风扇转速自动降低,处在高温环境时风扇转速自动升高。在高温高负载情况下,风扇可处在应急高速(High SPD)状态,比全速(Full SPD)状态更能保证网络安全运行。

4.智能风扇控制器运行特性

采用智能风扇控制技术后可延长风扇寿命,减少机内灰尘堆积、降低风扇噪声,节约电量使用,保证系统有效工作。另外控制器不仅能对风扇失效停转、温度超过警戒线提供报警,而且对于由于老化或风道阻力异常增大、转速低于正常值或监测点温度异常升高等前期隐患均能给出相应的中英文语音提示,方便网络管理人员将事故消灭在萌芽阶段。

一、衡量设备可靠性的指标

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。任何产品不论是机械、电子,还是机电一体化产品都有一定的可靠性,产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。

衡量可靠性的指标很多,常见的有以下几种:

1.可靠度Rt),即产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率,亦称平均无故障时间MTBF(mean time between failure)

2.平均维修时间MTTR是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间;

3.失效率λ(t),是指产品在规定的使用条件下使用到时刻t后,产品失效的概率。产品的可靠性变化一般都有一定的规律,其特征曲线形状像浴盆,通常称之为“浴盆曲线”。在实验和设计初期,由于产品设计制造中的错误、软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高;通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等,使产品进入稳定的偶然失效期;使用一般时间后,由于器件耗损、整机老化以及维护等原因,产品进入了耗损失效期。这就是可靠性特征曲线呈“浴盆曲线”型的原因。衡量一个电子产品、尤其是工业类产品最常用的是MTBF,也就是平均无故障时间。

二、温度和MTBF的关系

由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高,这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此,热应力已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说,可靠性几乎完全取决于热环境。所以,为了达到预期的可靠性目的,必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。有资料表明:环境温度每提高10℃,元器件寿命约降低1/2。这就是有名的“10℃法则”。

三、热设计

正是由于过高温度对工业网络设备的影响是致命的,所以在设计这类产品时,除了设备的元器件要选择宽温度范围的工业级元器件外,更要充分重视设备的热设计。

电子产品的热设计主要包括散热、加装散热器和制冷三类技术,这里笔者主要讨论工业网络设备中的散热技术和加装散热器技术。

(一)散热应用中常采用的方法

第一种是传导散热方法,可选用导热系数大的材料来制造传热元件,或减小接触热阻并尽量缩短热路径。

第二种是对流散热方式,对流散热方式有自然对流散热和强迫对流散热两种方法。自然对流散热应注意以下几点:

设计印制板和元器件时必须留出多余空间;

安排元器件时,应注意温度场的合理分布;

充分重视应用烟囱拨风原理;

加大与对流介质的接触面积。

强迫对流散热方式可采用风机(如计算机上的风扇)或双输入口推拉方式(如带换热器的推拉方式)。

第三种是利用热辐射特性方式,可以采用加大发热体表面的粗糙度、加大辐射体周围的环境温差,或加大辐射体表面的面积等方法。

(二)加装散热器

工业电子类设备在热设计中,最常采用的方法是加装散热器,其目的是控制半导体的温度,尤其是结温Tj,使其低于半导体器件的最大结温Tjmax,从而提高半导体器件的可靠性。半导体器件和散热器安装在一起工作时包含:半导体器件内热阻RTj、结温Tj、壳温Tc、散热器温度Tf、环境温度Ta及半导体器件的使用功率Pc

3.散热风扇的设计

普通商用交换机的风扇,工作一直处于全速(Full SPD)状态,除其造成电能浪费、增大整机噪音外,还会增加不必要的电源发热,机箱内灰尘过多堆积等。更重要的是风扇在全速状态时其寿命约为2万小时,也就是2.28年(由SANYO FAN DATA SHEET 给出的数据),2万小时后风扇转速会逐渐下降,给整机带来不稳定因素。但由于没有监控单元,这种隐患很难发现:例如当交换机丢包率逐渐上升时,并不容易查到是由于风扇老化转速降低及灰尘堆积太厚导致机箱内关键部件温度升高所致。

工业交换机应使用高速(High SPD)风扇并带有智能监控电路,实时监测和控制网络交换机的运行状况,例如监控机箱风扇、主交换芯片温度、机箱温度,光收发器件温度等,这也就是我们所说的“智能风扇”。

交换机工作过程中智能监控电路会根据被测元件的温度或风扇转速信号自动调节风扇转速,给网络交换机散热。风扇的转速主要与交换机负载和环境温度有关。在环境温度一定时,当交换机数据负载减轻时,功耗减小,风扇转速自动降低,当交换机数据负载加重时,功耗加大,风扇速转速自动上升。在数据负载一定的情况下,当交换机处在低温环境时,风扇转速自动降低,处在高温环境时风扇转速自动升高。在高温高负载情况下,风扇可处在应急高速(High SPD)状态,比全速(Full SPD)状态更能保证网络安全运行。

4.智能风扇控制器运行特性

采用智能风扇控制技术后可延长风扇寿命,减少机内灰尘堆积、降低风扇噪声,节约电量使用,保证系统有效工作。另外控制器不仅能对风扇失效停转、温度超过警戒线提供报警,而且对于由于老化或风道阻力异常增大、转速低于正常值或监测点温度异常升高等前期隐患均能给出相应的中英文语音提示,方便网络管理人员将事故消灭在萌芽阶段。

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