Будущее приходит вместе с 10GBaseT

Во всем мире отдается предпочтение кабельным системам UTP, поскольку их применение позволяет избежать сложностей с экранированием и заземлением, свойственным экранированным кабельным системам. В итоге те, кто сможет воспользоваться преимуществами решения 10GBaseT, получат такие выгоды, как экономия при инсталляции и эксплуатации системы — заметно большую по сравнению с сопоставимыми системами на основе волоконно-оптического кабеля.

Похоже, потребность в увеличении скорости и полосы пропускания вечна. И, задумываясь о будущем, руководители многих компаний понимают, что в ближайшие месяцы и годы имеющаяся инфраструктура не сможет адекватно соответствовать растущим требованиям. В частности, с ростом популярности Ethernet и каждым усовершенствованием технологии скорость передачи данных увеличивается на порядок. Лишь недавно началось массовое развертывание сетей Gigabit Ethernet на базе кабелей UTP (неэкранированная «витая пара»), когда интерфейсы 1000BaseT стали появляться в коммутаторах, серверах и даже портативных ПК, а уже разрабатывается стандарт 10 Gigabit Ethernet для «витой пары» (10GBaseT).

Как и в случае предыдущих «скачков» при изменении скорости передачи данных в сетях Ethernet, нет полной определенности относительно того, каковы будут требования к среде передачи данных и категориям кабельных систем в стандартах 10GBaseT. Это стало предметом дискуссий в отрасли, и, если специалисты не смогут дать четкого разъяснения новых стандартов, они не будут восприняты рынком. Как и прежде, для решения этой задачи предстоит выработать конкретные параметры. Данным проектом занимается рабочая группа Института инженеров по электротехнике и электронике IEEE 802.3an 10GBaseT Task Force, усилия которой сконцентрированы на максимально широком использовании кабеля UTP на базе как для существующей, так и усовершенствованной технологии. В конечном счете стандарт должен позволить создавать экономичные высокопроизводительные решения Ethernet.

ТРЕБОВАНИЯ К КАНАЛУ В РЕШЕНИИ UTP ДЛЯ 10GBaseT

С формированием IEEE Task Force стали реальными подготовка и принятие стандарта на 10 Gigabit Ethernet по неэкранированной медной «витой паре». Он откроет невиданные доселе возможности в части увеличения скорости, пропускной способности и улучшения других характеристик сети.

Чтобы охватить «максимально широкий потенциальный рынок» (а это ключевая цель IEEE Task Force), предстоит решить основную проблему — выработать требования (касающиеся как медной проводки, так и электронных компонентов) для построения полного решения, обеспечивающего пропускную способность 10 Гбит/с. Как ожидается, что в случае кабельной проводки Категории 6 сигналы 10GBaseT будут передаваться на расстояние до 55 м. Однако рабочая группа поставила перед производителями кабельных систем сложную задачу создания решений, способных поддерживать 10GBaseT на расстоянии до 100 м при четырех соединителях на канал с гарантированными характеристиками до 625 МГц. Если задуманное удастся реализовать, то в перспективе при использовании 10GBaseT экономичность и эффективность окажутся еще более значительными, чем изначально предполагалось.

Основные цели для новой спецификации кабельного канала перечислены ниже:

• модель 1 для вносимых потерь (Insertion Loss) и параметра ANEXT для канала протяженностью 100 м с заданными характеристиками и четырьмя соединителями;
• распространение всех требований к каналу Категории 6/Класса E до 625 МГц;
• тестирование полного решения с каналом (трактом) длиной 100 м с четырьмя соединителями посредством усовершенствованных инструментов системного уровня и с возможностью моделирования конфигураций (для всех параметров в наихудшем случае);
• эволюционные усовершенствования в конструкции и спецификациях компонентов;
• разработка полной кабельной системы и инструкций по ее инсталляции;
• удобные в установке компоненты (включая минимальное увеличение диаметра кабеля и традиционную округлую форму его сечения);
• проверка характеристик канала в лабораторных и полевых условиях с помощью инструментов тестирования.

ОБНОВЛЕНИЕ СТАНДАРТОВ ДЛЯ 10GBaseT

Формирование в марте 2004 г. рабочей группы IEEE Task Force стало итогом годовой деятельности исследовательской группы IEEE Study Group, сформулировавшей конечные цели создания стандарта для 10GBaseT. Хотя ее первоначальной задачей была поддержка передачи со скоростью 10 Гбит/с по кабелю Категории 5e, вскоре стало ясно: по своим характеристикам проводка должна соответствовать как минимум требованиям к Категории 6/Класса E. Однако максимальное расстояние, на которое удастся передавать данные со скоростью 10 Гбит/с по кабельной проводке Категории 6/Классу E, до сих пор не определено (минимальная цель — 55 м).

В IEEE Task Force констатируют, что во всем мире отдается предпочтение кабельным системам UTP; их применение позволяет избежать сложностей с экранированием и заземлением, свойственным экранированным кабельным системам. К моменту организации группы IEEE Task Force целевые параметры производительности для 100-метрового канала с четырьмя соединителями основывались на экстраполированных на 625 МГц характеристиках Категории 6/Класса E со спецификацией Alien Crosstalk (наводки от соседних кабелей) в качестве дополнения. За последние несколько месяцев достигнут значительный прогресс в «синхронизации требований» к кабельной проводке (в ISO/IEC и EIA/TIA). В результате работа над трансиверами может основываться на вполне жизнеспособных моделях характеристик кабельной проводки.

Обеспечить передачу данных со скоростью 2,5 Гбит/с по каждой из четырех пар — дело непростое. Для этого требуется многоуровневое кодирование, при котором на каждом герце полосы пропускания передается несколько битов информации, однако, несмотря на предполагаемые усовершенствованные схемы кодирования сигнала, минимальная полоса пропускания все равно заведомо будет превышать нынешние 250 МГц и, скорее всего, окажется близка к 625 МГц. Кроме того, для снижения эффекта ухудшения сигнала внутри кабеля из-за возвратных потерь и перекрестных помех (NEXT и FEXT) понадобится применение развитых методов цифровой обработки сигнала (Digital Signal Processing, DSP). Переходные же влияния от соседних кабелей невозможно эффективно уменьшить за счет электроники — их придется снижать до приемлемого уровня иными методами.

Чтобы согласовать требования к каналу, IEEE Task Force исследует эти вопросы и взаимодействует с комитетами, отвечающими за стандарты кабельных систем в ISO и TIA. Уже достигнут определенный прогресс в подготовке стандарта.

На январской встрече комитет IEEE единогласно утвердил минимальные требования к каналу на основе Категории 6 с экстраполяцией на 625 МГц, а в марте Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) подтвердил принятое решение и дополнил требованиями к параметру Alien NEXT.

Как показывают приведенные в Таблице 1 модели, требования к суммарному значению межкабельных наводок (Powersum Alien NEXT) зависят от вносимых потерь в канале.

Соглашение по некоторым начальным моделям стало важной вехой в создании стандарта 10GBaseT. В отрасли существует общее согласие относительно применения модели 1 к разработке новой кабельной проводки UTP для 10GBaseT. Иногда такую проводку называют «улучшенной» (augmented) Категорией 6/Класса E.

Модели 2, 3 и 4 опираются на существующие требования к параметрам канала Категории 6/Класса E, распространенным на 625 МГц. При этом требования к ANEXT основываются на вносимых потерях для конкретных или вычисляемых длин линии. Модели 2 и 4 разработаны для уже имеющихся инсталляций. В настоящее время считается, что кабельная проводка Категории 6/Класса E будет способна поддерживать передачу 10GBaseT на расстояние не менее 55 м. Большие расстояния удастся преодолевать на существующей проводке с более высокими характеристиками. Увеличить расстояние позволяют и такие простые методы, как модернизация соединительных шнуров. Модель 3 является альтернативой модели 1, но может оказаться нереализуемой в случае UTP Категории 6/Класса E даже при дальнейшем смягчении требований.

В комитеты Ассоциации промышленности средств связи (TIA) и Международной организации по стандартизации (ISO) по кабельным стандартам от имени IEEE было направлено письмо с просьбой дальнейшей разработки и стандартизации данных требований. Оба комитета продемонстрировали свою готовность к участию в решении этой задачи и планируют представить более детальные спецификации, процедуры изменений, рекомендации по полевому тестированию и т. д.

ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЗАКАЗЧИКОВ

В определении требований к каналу для поддержки 10GBaseT на базе новой и существующей кабельной проводке удалось достичь немалого прогресса. Хотя снято множество вопросов, связанных с согласованием приведенных выше моделей, однако остается еще масса проблем, требующих своего решения. Лишь после этого можно будет давать какие-то заслуживающие доверия «гарантии». Некоторые компании уже разработали прототипы решений, но из-за сложных взаимодействий между компонентами тестирование выявляет неожиданные эффекты в канале, что еще раз показывает, насколько сложна задача достижения стабильной производительности в 10 Гбит/с при использовании обычных методов проектирования. Кроме того, изолированное решение проблем компонентов не дает уверенности в обеспечении полных характеристик канала. Усовершенствование и оптимизация системы, ее «тонкая настройка» будут продолжаться, и компании в конце концов получат решение UTP, отвечающее всем требованиям 10GBaseT. Пока же конечным пользователям следует критически оценивать заявления о поддержке скорости 10 Гбит/с по проводке UTP (см. врезку «Вопросы к поставщикам о соответствии их продукции требованиям 10GBaseT»).

В итоге те, кто сможет воспользоваться преимуществами решения 10GBaseT, получат такие выгоды, как экономия при инсталляции и эксплуатации системы — заметно большую по сравнению с сопоставимыми системами на основе волоконно-оптического кабеля. Кроме того, коммутаторы 10 Гбит/с существенно дешевле оборудования SONET/SDH. Предполагается, что первоначально решения 10GBaseT найдут применение в центрах обработки данных, учебных заведениях, сетях хранения (SAN) и в финансовых организациях.

Люк Адрианссенс — вице-президент SYSTIMAX Solutions по исследованиям и разработкам и руководитель SYSTIMAX Labs. Являясь признанным экспертом по характеристикам кабелей, он готовил спецификации, положенные в основу требований к кабелям Категории 5, принимал участие в формировании требований к Категории 6 и продолжает участвовать в разработке новых стандартов, таких, как 10GBaseT. Люк Адрианссенс зарегистрировал в США и за рубежом 27 патентов и подал еще пять заявок на патенты в области конструкции кабелей, соединителей и EMC.

Вопросы к поставщикам о соответствии их продукции требованиям 10GBaseT

Пользователям следует критически подходить к заявлениям о поддержке скоростей 10 Гбит/с. Гарантировать сквозные (из конца в конец) параметры канала, необходимые для 10GBaseT, способен только тот, кто обладает ресурсами и экспертизой для проведения самых передовых исследований и разработок, строгого тестирования и моделирования для выявления всех возможных источников помех и влияний. Для обеспечения надежного функционирования канала в целом при наихудших условиях потребуется не одна крупная разработка. Поэтому любому потенциальному поставщику решений на 10 Гбит/с следует задать множество вопросов, включая следующие:

• доступны ли в настоящее время для заказа все компоненты, составляющие канал?
• можно ли приобрести кабели, соответствующие самым строгим нормам пожаростойкости?
• являются ли компоненты полностью совместимыми с текущими требованиями к Категории 6, включая обратную совместимость соединителей?
• гарантируются ли параметры производительности для канала длиной 100 м с четырьмя соединителями?
• отвечает ли канал длиной 100 м с четырьмя соединителями требованиям к возвратным потерям Класса F, распространенным на 625 МГц, а также соответствующим требованиям к параметру Powersum Alien NEXT согласно модели 1 (а именно 6—10log(f/100) для 1—100 МГц и 6—15log(f/100) для 100—625 МГц)?

Альтернативные вопросы

• Отвечает ли канал длиной 100 м с четырьмя соединителями требованиям к вносимым потерям для Класса E, распространенным на 625 МГц, а также соответствующим требованиям к Powersum Alien NEXT согласно модели 3 (а именно 62—10log(f/100) для 1—100 МГц и 62—15log(f/100) для 100—625 МГц)?
• Соответствует ли канал длиной 100 м с четырьмя соединителями требованиям к возвратным потерям Категории 6/Класса E, требованиям к NEXT, PSNEXT, ELFEXT и PSELFEXT, экстраполированным на 625 МГц?
• Достижима ли экстраполированная производительность канала в конфигурации с короткими длинами?
• Спецификации Alien NEXT соблюдаются только для кабеля или для полного канала длиной 100 м с четырьмя соединителями?
• Гарантируются ли спецификации Alien NEXT для инсталлированных каналов (тракта)?
• Приводится ли для всех перечисленных выше результатов четкая тестовая конфигурация?
• Отвечают ли допустимые радиусы изгиба нового кабеля требованиям к маршрутам прокладки кабеля?
• Подходит ли кабель для применения в панелях, рамах и стойках с высокой плотностью монтажа оборудования?
• Предлагаются ли конкретные требования или рекомендации по инсталляции с целью достижения заявленных параметров производительности?
• Проводились ли тесты на множестве различных конфигураций каналов?
• Осуществлялось ли тестирование для наихудшего сценария в окружении пучка кабелей?
• Насколько адекватны реальности нормы заполнения коробов и кабельных каналов, плотности монтажа оборудования в шкафах и стойках, отвечают ли они стандартам?
• Предусмотрена ли возможность проверки экстраполируемых на 625 МГц параметров канала Категории 6 с помощью тестового оборудования (когда оно будет доступно)?