基于銅纜結構化布線的萬兆以太網傳輸

2019-11-03 10:09:17

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供稿：網友

　　Paul Herbst 在 1989年加入 PANDUIT，是銅連接產品的業務開發經理。擔任多個標準化組織的代表，包括 EIA/TIA，ANSI 和 FOLS。Paul 擁有密爾沃基工程學校的機械工程學學位，同時擁有 Keller 管理研究學校的 MBA 學位。

　　Ron Nordin 在 2002年加盟 PANDUIT，是美國泛達產品線經理。在加盟 PANDUIT 之前，他工作于貝爾實驗室的通訊部門，具有24年的通訊工作經驗。他是 IEEE 標準化組織的萬兆以太網研究組的成員。擁有 Purdue 學院的 BSEE 和北西大學的的 MSEE 和 PhD 學位。

　　1、工作總結

　　近來IEEE正在進行一個新的項目，這個項目就是制定基于目前的銅纜結構化布線系統去運行萬兆以太網（10GbE）傳輸的標準，這個研究小組正在和來自于綜合布線、電氣、測試儀器和系統設計等方面領先的專家進行協作，其中，PANDUIT屬于領先行列中的一員，我們已經預見到，隨著未來傳輸速率的提高，必將要求電纜和連接器件等具有更高的性能。此外，相對于今天的千兆以太網來說，信號的電氣處理技術性能也必將提高。由于需要更加寬的帶寬，信號的電平將變得更加低，在原來的千兆以太網中, 不是一個十分嚴重問題的噪聲源, 在萬兆以太網時，將成為一個重要的問題。

　　其中的一個噪聲源來自于電纜對電纜的串擾 (外來串擾)，研究小組已經最終確認這是一個主要的電氣指標，可以用來衡量基于結構化布線系統的萬兆以太網的性能。目前信號處理電子技術在處理外來串擾的時候，相對于其他來源的噪聲來說，還沒有十分有效的辦法。提高抑制這種噪聲的辦法是提高布線系統的性能，使布線系統本身就具有抑制噪聲的能力。研究小組正在探索一系列的技術來抑制噪聲，或者在目前的這種噪聲環境下，發展系統以進行萬兆以太網的傳輸。他們目前正在關注一種方法，確保安裝的布線系統能夠支持萬兆以太網。

　　然而，時至今日，還沒有基于銅纜結構化布線系統上運行萬兆以太網的標準存在。請小心注意，供應商聲稱他們的產品具有萬兆以太網的性能。目前還沒有那個廠商能夠聲明他們的產品符合萬兆以太網的性能標準，也沒有那個布線供應商能夠聲明和驗證他們產品在六類布線系統上符合現時萬兆以太網的性能標準。

　　到今年年底，研究小組很可能將轉換為一個正式的任務小組，到那時，小組的目標將有明晰的定義，而標準有望在2006年最終確定下來。由于業界還有很多因素確定了銅纜將還是人們選擇傳的一種媒質。隨著標準化組織繼續為提高這些系統的性能而工作，同時一些新的技術進入市場，PANDUIT在這個行業中將繼續保持領先地位。

　　2、當前以太網概況

　　在目前基于銅纜的結構化布線系統中，我們調查在此之上運行萬兆以太網的可行性時，發現了很多有趣的現象。終端用戶、安裝商、承包商和系統集成商都已經發現，在目前現存的系統上，還可以承載更多的信息。標準組織是繼續提高以太網的功能和數據傳輸速率。根據圖一A所示，到2006年，在企業局域網市場中，接入端口的數量將達到十億個，而以太網的數據傳輸速率則按照10倍的速率不斷增長（見圖B）。同時，以太網也開始采用無線和寬帶調制解調器這樣的新設備了。

　　千兆以太網能夠在目前的超五類和六類系統上運行，在六類標準發布以前，一些具有前瞻性和追逐新技術的用戶就購買了最新的六類產品用于他們的系統，以此來驗證其性能。隨著六類標準在2002年六月份面世，人們已經對六類產品有了堅強的信心。而現在那些強調六類特性的用戶已經開始關注是否在他們現存的系統上可以運行萬兆以太網了。

　　標準組織繼續支持以太網的需求信息，不論是數據速率還是功能。關于新特性的一個例子是，IEEE最近標準化的一個項目，這是一個關于在結構化布線系統中傳輸直流電源的標準。這個標準(IEEE 802.3af.)1將支持為類似于Voip電話這樣的因特網應用提供可靠的電源。目前集中語音、數據和視頻的網絡變得十分普遍，同時支持在基于銅纜的結構化布線系統上應用。

　　3、關注基于 UTP 銅纜布線系統傳輸萬兆以太網的原因

　　由于包括視頻會議、流媒體視頻、基于因特網的語音電話（VoIP）、CAD和存儲網絡在市場的高速增長，相對于過去幾十年來說，帶寬需求也在飛速的增長。行業需求導致了結構化布線系統的性能要求持續提高。除了帶寬以外，同時要求高可靠的電源分配，保證類似于VoIP等可靠性要求高的IP產品能夠可靠的工作。這些對于帶寬、電源和低成本的需求能夠在基于銅纜的結構化布線系統上表現出來。今天在數據中心的內部連接中，已經實現了萬兆光纖的連接。業界開始關注成本更低的基于銅纜的萬兆解決方案。相對于萬兆光纖產品，基于銅纜布線的萬兆系統的第一個用戶對象將是數據中心，數據中心具有高密度、低成本和高可靠的要求，而到桌面的應用最終可能鎖定在千兆以太網。因此，在未來的幾年內，萬兆產品可能在到桌面的應用中還沒有市場，布線系統的支持是基于技術的價值。

　　4、IEEE 萬兆以太網研究小組的目標

　　在2002年十一月，IEEE標準發布成立一個研究小組開始著手對基于銅纜的萬兆以太網的經濟和技術可行性進行調查研究。IEEE批準這個項目的原因有兩個，第一個原因是目前有一個在2002年4月份公布的萬兆光纖布線的標準，但是還沒有萬兆銅纜的布線標準。另外，在銅纜和光纖解決方案的價格上，有很大的差別，而IEEE標準對寬帶連接采用低成本的方案非常感興趣。對IEEE來說，萬兆以太網的通用標準要成為國際標準，還包括其廣闊的市場潛力，和其他以太網標準的兼容能力，技術可行性和經濟可行性。研究小組的目標是如何實現將這些需求轉換為實際可操作的內容，使之成為一種官方的標準。

　　5、面臨的技術挑戰

　　 IEEE研究小組最近已經認定外來串擾是限制結構化布線系統性能的主要的電氣參數。外來串擾是一種在被擾亂電纜上的耦合信號，來自于相鄰不同的電纜。一個布線系統主要由電纜和連接器組成，兩者均決定了布線系統的性能。圖二描述了外來串擾如何在一個多電纜非屏蔽雙絞線( UTP) 連接系統中進行耦合的。為了支持萬兆以太網，這種串擾必須加以抑制。連接器也必須加以改進，以獲得整個系統的性能提升。耦合串擾的大小取決于以下因素：

　　·電纜之間的距離

　　·線對之間的介電常數和材料的介電系數

　　·耦合源的距離和耦合長度

　　·線對的絞合密度和使用線纜的線規

　　·電纜的絞合密度

　　·產生串擾的電纜的數量

　　·信號源的數量和頻率

　　·縱向線對間的空間距離

　　在布線系統中，這些大量的串擾信號相對于其他噪聲信號來說，占了很大的比例。因為今天驅動以太網布線系統的電子發射器對相鄰電纜間的信號影響很小，僅僅可消除很少的外來串擾。信號處理的電路芯片供應商預測采用電子線路可消除5分貝的串擾噪聲，因此，為了真正的提高帶寬，消除外來串擾必須依靠布線系統本身。圖三A描述了為了在不同的基礎布線結構和線纜長度的假設條件下，為了達到萬兆的數據傳輸速率，必須降低外來串擾信號的情況，圖三B則描述了采用PANDUIT的緩沖跳線獲得的性能提升的情況。請注意在采用長的布線長度時，需要更加多的外來串擾抑制措施。如果六類布線系統 (按 TIA 所制定的線纜耍求水平) 不采用抑制或者緩解措施，那么對于支持萬兆以太網來說，其最大距離不超過44米。對于 Integrity (DT600e) 六類布線來說，則性能會高一些，最大長度接近68米。通常，增強的布線能夠降低衰減，這和提高外來串擾抑制是一樣的效果，這樣能夠增加線纜的長度。為了支持六類電纜上100米的距離，那么大約必須抑制 20分貝的外來串擾。如果采用緩沖跳線，最大的長度還可以增加。在圖三中我們可以看到，布線系統的質量越高，其性能也就越高。如果信號處理的電子線路可以抑制5分貝的外來串擾，那么布線的距離可以再增加10米。

　　在布線系統中，有很多的辦法可以降低外來串擾。針對新安裝和已經安裝的布線系統的兩種不同情況加以說明。在新安裝的布線系統中，新推出的提高抗串擾免疫力的電纜可以支持萬兆以太網的傳輸。對支持已經安裝的布線系統, 亦有以下幾點選項可以考慮，這些包括：

　　·從物理上將電纜分離開來，特別從信號源開始的20米內；

　　·將包含萬兆信號的電纜在空間上盡量分開；

　　·采用低衰減和經過串擾抑制處理的緩沖跳線。

　　在萬兆以太網中使用的連接器的特性也是相當重要的。作為一個起始點去了解某些參數的重要性，六類連接器的頻率范圍寬可推高達 625MHZ。請注意在這里, 頻率的上限仍沒有規定，這要根據有關的收發器來決定。對于PAM-10（10級脈沖調幅調制）線路編碼，其頻率上限至少為 500MHZ。這些參數在圖四中所示。一些供應商在聲稱他們的產品如何的好，符合甚至超過這些圖示的參數，甚至試圖說明他們的這些產品就符合萬兆以太網的連接要求。到目前為止，標準組識還沒有討論連接器的規格，和在布線系統中連接器的性能意向。對連接性過早的定義, 將引起很多麻煩，因為業界正在視察不存在于現時六類連接器主要參數規格中的其他重要的參數。六類布線系統的外延性能十分重要，但相對于可以支持萬兆速率以太網的規格仍未足夠。

　　6、可能的解決方案

　　對于新的安裝，推薦采用增強型外來串擾抑止能力的新型設計的電纜，最可能勝任這種要求的電纜為增強型六類非屏蔽雙絞電纜。這種電纜必須向后兼容目前的六類電纜。同時也必須開發新的連接器硬件，以配合這種新型的電纜。對于現存的安裝，將有兩種途徑解決，一個途徑主要是調節數據傳輸速率以達到布線基礎所能支持的最高傳輸速率。另外一個途徑是采用緩沖的辦法以改良現存的己安裝布線基礎, 以支持全部萬兆以太網速率。因為業界正在開發全萬兆以太網的數據傳輸速率，緩沖計劃最具可能性。

　　正在審察的緩沖計劃, 是采用增強型的緩沖跳線和其他連接產品，這種策略和從五類發展到超五類的過程十分相似，典型的五類系統經過測試，如果經過某些要求, 那么就認證為超五類的系統。而今天的己安裝布線系統如果通過某些新要求，就可以認證是增強型的六類系統。如果他沒有通過，但是也超過了一些最低要求，那么用戶就多了一個選擇, 可以為布線系統采用緩沖計劃。一個緩沖計劃的例子就是去安裝新的增強型跳線和配線架連接。一旦安裝以后，布線系統可以重新進行測試, 和認證為增強型六類系統。有了這種策略, 大部分己安裝布線系統都能采用。

　　7、總結和結論

　　在布線業界還沒有打破下一個技術障礙的情況下，UTP銅纜仍然是布線系統的一種選擇方式。人們關注對已經安裝布線系統和新安裝的布線系統是否兼容。值得注意的是，到目前為止，基于銅纜的萬兆以太網還沒有標準頒布。

　　在IEEE為尋求結構化布線系統最好的解決方案中，PANDUIT將繼續扮演著領先者的角色。(美國泛達公司)

摘自千家綜合布線網

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