Передача 10 Гбит/с по UTP-кабелю становится реальностью

В конце 2002 г. более 100 экспертов, собравшись на заседании комитета IEEE 802.3 (Ethernet), оценивали необходимость формирования рабочей группы с целью стандартизации технологии 10-Gigabit Ethernet для передачи трафика по UTP-кабелю на расстояния до 100 м. Последние достижения в области цифровой обработки сигнала вселяли в них уверенность в то, что это вполне реально. К тому времени стандарт на 10-гигабитовую передачу трафика по оптическому кабелю (IEEE 802.3ae) был уже принят, в стадии разработки находился стандарт IEEE 802.3ak (10GBase-CX4) на передачу 10-гигабитовых потоков по двухосевому кабелю (коаксиальный кабель с двумя проводниками) на короткие расстояния — до 15 м.

Присутствовавшие на собрании решили сформировать исследовательскую группу для подготовки официального предложения институту IEEE. Данный процесс был успешно завершен, и в настоящий момент группа 802.3an разрабатывает стандарт 10-гигабитовой технологии для 100-м витопарных каналов.

Увеличение скорости передачи до 10 Гбит/с требует значительно большую полосу пропускания, чем та, которую могут предоставить существующие системы. Теоретическая пропускная способность канала, называемая шенноновской пропускной способностью (Shannon Capacity), должна быть свыше 18 Гбит/с — с учетом возможных потерь, возникающих из-за активных компонентов сети. Это достигается за счет увеличения максимальной частоты сигнала до 500 МГц, сокращения потерь при передаче и использования более сложной схемы кодирования — PAM-12. Технология PAM-12 (Pulse Amplitude Modulation) позволяет передавать множество информационных битов при каждом изменении уровня сигнала и, как результат, значительно превышает максимальную скорость передачи данных в определенной полосе частот.

Благодаря современным алгоритмам подавления помех можно значительно повысить переходное затухание на ближнем конце (NEXT) и эквивалентный уровень переходного затухания на дальнем конце (ELFEXT), а также снизить возвратные потери (RL), что делает реализацию технологии 10GBase-T вполне реальной. Межкабельные наводки, характеризуемые параметром AXT (Alien crosstalk), как для ближнего, так и для дальнего концов кабеля, являются внешними для него (кабеля) помехами. Они не вызывают особых проблем в менее скоростных сетях, но становятся доминирующим источником помех для сетей 10GBase-T.

Наибольшие наводки возникают от соседних кабелей, при этом зачастую они носят случайный и непредсказуемый характер, поэтому компенсировать их при цифровой обработке сигнала очень трудно. Первоначальное моделирование показало: чтобы технология 10GBase-T работала на расстояния 100 м, необходимо улучшить показатель AXT на 15 дБ относительно этого же показателя типового кабеля категории 6. Из этого следует, что возможностей кабеля категории 5e уж точно недостаточно, чтобы рассматривать его в качестве среды передачи для 10GBase-T.

Основываясь на этой информации, институт IEEE разослал письма в подкомитеты TIA/EIA TR-42 и IEC/ISO 11801 с просьбой разработать новые требования к кабельной системе и ее тестированию. IEEE предоставил четыре модели кабельного канала, отличающиеся друг от друга уровнем AXT и вносимыми потерями. Две модели относились к новым типам кабельных систем, поддерживающих 100-м длину канала, а две — к системам категории 6 с максимальной длиной канала до 55 м и с 55 до 100 м соответственно. Для всех четырех моделей требовалась спецификация параметров передачи на частотах до 500 МГц.

С того момента как подкомитет IEC/ISO 11801 определил для экранированных кабелей (STP) класс F, вносимые потери для каналов этого класса определены как возможная опция и для UTP-систем. Более сильные уровни сигнала могут увеличить допустимый пороговый уровень межкабельных наводок на 2 дБ, при этом необходимо обеспечить требуемое отношение сигнала к помехе. Понятие расширенной категории 6 (Augmented Category 6, 6a) придумали для описания новой кабельной системы UTP с улучшенными характеристиками.

На момент написание этой статьи (осень 2005 г.) еще не были окончательно определены методы измерения параметра AXT для витой пары категории 6a, компонентов СКС и кабельных каналов. Группы по стандартизации лихорадочно работают для завершения данной работы, чтобы успеть к запланированному на 2006 г. выпуску стандарта 802.3an 10GBase-T. Наиболее популярный среди большинства экспертов метод предусматривает тестирование пучка из одного испытуемого и шести расположенных вокруг него воздействующих кабелей. Межкабельные наводки AXT измеряются как суммарное влияние всех 24 воздействующих пар на каждую из четырех испытуемых. Данная конфигурация может использоваться для тестирования только кабеля или всего канала, включая соединительные элементы.

Несколько производителей уже выпустили кабельные продукты, “обещающие” поддержку технологии 10GBase-T. Присматривающимся к данным продуктам покупателям нужно убедиться, что сопроводительная информация включает в себя четкие данные о результатах измерений межкабельных наводок и методах тестирования. Существующие СКС категории 6, вероятно, обеспечат поддержку технологии 10GBase-T на расстояния не более 55 м. Для более точного определения предельного расстояния работы сетей 10GBase-T на кабельных системах категории 6 необходимо дополнительное моделирование.

Подкомитет TIA/EIA TR-42.7 в настоящее время разрабатывает документ TSB-155, в котором будут определены требования к кабельным продуктам категории 6. Первый вариант его уже представлен на голосование, как и стандарт для кабельных компонентов категории 6a. Если его одобрят, то он будет выпущен под названием TIA-568-B.2-10.

Витая пара навеки?

Системы хранения информации дешевеют, а скорость ее обработки постоянно повышается. По закону Мура, производительность микропроцессоров удваивается каждые 18 месяцев, и, вполне вероятно, описанная данным законом тенденция сохранится. В 1967 г. для хранения терабайта данных необходимо было занять оборудованием площадь в сотни тысяч квадратных метров, т. е. территорию большого завода. Сегодня этот же объем информации можно разместить на одной десятой квадратного метра. Возможность быстро и дешево хранить и перемещать данные будет способствовать развитию все новых приложений, интенсивно “эксплуатирующих” различный контент.

Наш вопрос в том, как долго характеристики медного кабеля смогут соответствовать все возрастающим скоростям передачи данных? Технологии цифровой обработки сигналов будут все совершенствоваться, и станет возможным еще лучшая компенсация различных видов помех, таких, как NEXT, ELFEXT, RL и, может быть, AXT. Усовершенствование кабельной технологии позволит использовать более высокие частоты. Увеличение диаметра медной жилы сократит вносимые потери; однако в предварительном проекте требований к кабелю категории 6a указана жила AWG 22 (диаметр 0,643 мм), а ее размер практически предельный.

Плотная укладка пучков кабелей снижает влияние помех и повышает теоретическую емкость. Витая пара категории 6a также устанавливает новый предел плотности скрутки — до трех шагов на дюйм (2,5 см). Кабельные разработки, которые последуют за категорией 6a, будут характеризоваться еще более высокой пропускной способностью, улучшенными средствами подавления помех, также, возможно, возрастет степень использования средств экранирования. Но более тугое переплетение медных жил или увеличение толщины кабеля свыше максимально разрешенных сегодня 0,8 см не желательны.

Вполне вероятно, что в течение 10 лет произойдет удвоение (до 20 Гбит/с), пропускной способности ЛВС, построенных на 100-м каналах UTP. Данное предсказание основано на предположениях о том, что появятся дополнительные способы подавления помех и произойдут некоторые усовершенствования характеристик кабеля. Развитие STP- и коаксиальных кабелей также позволит увеличить пропускную способность медных сетей.

Ненасытный аппетит

Трудно себе представить, что в ближайшие пять лет технологию 10-Gigabit Ethernet станут массово использовать для подключения настольных систем. Однако в течение срока жизни создаваемых сегодня сетевых инфраструктур мы, вполне вероятно, увидим широкое использование 10-гигабитового Ethernet в коммерческих зданиях. На сегодняшний день эта технология уже востребована в центрах обработки данных (ЦОД), и именно в них, скорее всего, и будет в первую очередь устанавливаться оборудование 10GBase-T.

Фактом остается то, что до тех пор пока нам требуется быстрый доступ к информации (не имеет значения где: на работе, дома или в любом другом месте), сохранится потребность во все более скоростных сетях. Мы уже привыкли оперативно находить нужную информацию “по первому запросу”, а запросы наши будут только расти.

Не имеет значения, чьи информационные потребности вы обслуживаете — финансовых институтов, медицинских учреждений, сферы бизнеса, транспорта, правительственных учреждений или других организаций, ваши клиенты будут требовать получения все большего объема информации за меньшее время. Вот несколько примеров, иллюстрирующих данную тенденцию.

• Медицинские изображения, которые в недавнем прошлом передавались из рук в руки только на пленках, теперь пересылаются по сетям в реальном масштабе времени.

• Изображения систем автоматизированного проектирования (CAD), бывшие когда-то простыми схемами, сегодня стали трехмерными, полноцветными, с высоким разрешением.

• Сотрудники call-центров имеют доступ к множеству баз данных с миллионными записями, число которых постоянно растет, тогда как время ожидания клиентов сокращается.

• Системы безопасности объектов недвижимости (домов, квартир и т. п.) требуют возможности использовать в одной сети системы сигнализации и видеонаблюдения.

Не сомневайтесь, запросы будут только расти, и через 10 лет скорости передачи информации намного “перегонят” все наши прогнозы. Но я полностью убежден в том, что предсказать развитие технологий, которые обеспечат наши будущие потребности, можно..

Источник: http://www.ccc.ru/magazine/depot/06_02/read.html?1101.htm