10GBASE-T和六類標準的熱點問題

2019-11-03 10:10:28

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供稿：網友

　　2002年11月，IEEE發起成立工作組，討論建立基于100米4對五類以上布線系統的10G以太網標準。參加工作組的有來自結構化布線、芯片開發、部件供應商、系統集成行業和最終用戶的代表。2003年初，IEEE得到了來自TIA TR-42和ISO/IEC SG25/WG3布線標準組織的反饋，支持改善現有布線性能以適應10G網絡應用。經過幾輪會議討論，2003年9月份IEEE確定下來把10GBASE-T的PHY定義為支持100米CLASS F（七類）或55-100米CLASS E（六類）的信道模型，并且把六類的測試帶寬擴展到625MHz。對于CLASS D級別布線系統的支持僅局限于短距離的機房內應用。

　　2004年，工作組802.3an正式成立，10GBASE-T草案同年6月初稿，正式版預計在2006年公布。在2004年6月份的會議上，工作組把PHY的編碼方式從PAM5修訂為PAM8，對CLASS E級別布線系統的帶寬要求也相應地修改至500MHz。

　　與之相對應的是，TIA TR-42正在研發TSB-155和568-B.2-10，前者是是針對現有已安裝的六類布線系統，而后者是新修訂的擴展六類標準。這兩個標準都類似于1999年頒布的TSB-95和568-A-5，區別是一個是面向10G的六類，一個是面向千兆的五類。

　　TSB-155的目標是驗證現有六類布線系統能否在55米的距離上支持10GBASE-T的應用，根據IEEE802.3an的最新要求，各信道和鏈路參數的測試規范擴展到500MHz，但250MHz以內的指標值與六類原有的保持一致。此外還增加了外部串擾參數ANEXT及PS ANEXT的考慮，其它參數如AFEXT和PSAFEXT目前還未引用。

　　568-B.2-10的目標是定義一個新的“擴展六類”標準，包含布線部件和系統的規格指標和測試程序，以支持100米4個連接點的10GBASE-T平衡雙絞線傳輸。此標準同樣把帶寬定義在500MHz，但是與TSB-155相比，提出了更高的性能要求，如外部串擾和插入損耗余量等。此標準預計會先于IEEE 802.3an 10GBASE-T標準發布。

　　ISO/IEC JTC 1/SC 25標準委員會也正在修訂現有標準，在最新的文件N981里，ISO回應了來自IEEE 10GBASE-T工作組的請求，在原有ISO11801:2002 Ed2的基礎上擴展CLASS E/F的帶寬性能，并且從屏蔽外部串擾的角度出發，增加了unbalance attenuation（非平衡衰減）、coupling attenuation（耦合衰減）和PS ANEXT的指標。

　　在面向10G應用的六類布線標準發展過程中，有以下幾個熱點是用戶比較關心的：

　　1．增強五類能夠支持10GBASE-T嗎？

　　IEEE802.3an工作組經過研究認為:

　　五類線纜畢竟存在有需要電子設備容忍或補償的缺陷，包括NEXT、FEXT等，還要考慮外部串音干擾。在網絡設備的物理層芯片上，用于克服五類線纜性能局限性的晶體管數量超過了總數的50%。物理層的集成度高、技術復雜。

　　與增強五類相比，六類系統具有更好的抗噪聲性能，可提供更透明、更全能的傳輸信道。在高頻率上尤其如此；

　　測試表明，10G以太網需要至少500MHz（起初是625MHz）的線性傳輸性能。大多數的增強五類電纜只有150MHz或250MHz，標準也只要求有150MHz。六類雖沒有被強制其性能達到500MHz，但對于高帶寬傳輸是更好的媒質；許多制造商提供的電纜標稱600MHz，正是預計到有應用需要更高的性能；

　　網絡芯片和設備制造商需要某個確定性能級別以使他們能夠生產出在銅纜上傳送10G的產品。六類系統在500MHz上的平均抗噪能力比增強五類高。布線系統基礎的容量越大，網絡器件制造商對其產品就可以做越少的補償。最終產生的結果是更廉價的解決方案，人們也不再依賴電子元件去補償較低級別的布線技術。

　　基于以上考慮，現在IEEE802.3an工作組已經放棄對增強五類布線系統的支持。

　　在面向10G應用的六類布線標準發展過程中，有以下幾個熱點是用戶比較關心的：

　　1．在面向10G的六類解決方案中，屏蔽產品有何優勢？

　　大家都知道在高帶寬應用如10GBase-T的場合中，由于平衡絞和線對結構的雙絞線而帶來外部串擾是影響系統性能的新課題。非屏蔽的布線系統雖然可以抵御一定的外界干擾，但工程中同一線槽內的雙絞線一般均為同廠家產品，這些線纜完全一樣，在傳輸高速網絡信號時，相鄰的線纜間會產生信號的相互耦合，尤其是相同顏色的線對由于絞距與方向完全一樣，耦合的干擾無法依靠平衡結構抵消。

　　屏蔽雙絞線鋁箔內的線對也是精密的雙絞結構，但它們已經不承擔抵抗干擾的主要作用，接地的鋁箔對電磁信號具有非常優異反射、吸收、隔離的性能，它使傳輸數據的雙絞導線與外界的電磁環境完全隔離。屏蔽布線的屏蔽結構使得它對降低線纜間的相互干擾有先天的優勢，不僅可以屏蔽外界的電磁信號，鋁箔也同時阻斷了線纜本身的電磁泄露，不會發射干擾信號影響其它線纜的工作。緊密線槽內部的各個線纜同時運行萬兆以太網，相互間沒有影響。

　　一般采用耦合衰減來衡量線纜抵抗干擾的能力。屏蔽系統一般比同級別非屏蔽系統至少高20dB左右。

　　屏蔽系統具有比非屏蔽系統更大的可用帶寬，一般傳輸萬兆以太網的最低要求布線系統至少具有15.9Gb/s（過去為18Gb/s）的物理層信道傳輸能力，非屏蔽的萬兆布線系統物理層的傳輸能力為17～20GBps，余量不是很大，屏蔽的萬兆布線系統則可以達到35GBps以上的傳輸能力。

　　2．為什么最近TIA把支持10GBase-T的擴展六類標準從625MHz降低到500MHz？

　　在10GBase-T項目啟動初期，IEEE 802.3an 工作組假設網絡應用將采用5級脈沖振幅調制編碼方式（PAM5）來確定信道容量模型。在2004年9月召開的渥太華會議上，IEEE 802.3工作組同意將其調整為PAM12編碼方式。PAM12相比PAM5具有下列有利條件：

　　● 降低波特率

　　● 低輻射

　　● 低功耗

　　● 減少對帶寬的需求

　　與之相對應的是，擴展六類（草案）的帶寬頻率也從625MHz降到了500MHz。在TIA和IEEE之間關于標準草案修訂相關事件時間表如下：

　　● 2004年7月15日（美國俄勒岡州波特蘭市）- IEEE 802.3an工作組將鏈路的頻率上限規范到500MHz；

　　● 2004年8月4日（美國加利福尼亞州舊金山市） - TIA TR-42.7 采用 500 MHz 上限作為TSB155 和擴展六類布線標準草案的規范；

　　● 2004年9月30日（加拿大渥太華市）- TIA TR-42.7 聯絡IEEE 說明500 MHz 會作為頻率上限寫入下一版本的TSB155和擴展六類草案。

　　3．外部串擾參數如何測試？

　　目前測試儀廠商正在研究現場測試安裝系統ANEXT的方法。但是在實驗室里已經可以實現線纜的外部串擾性能測試，最差情況是6根4對線纜包裹一根被測4對線纜，典型情況可以測試兩根相鄰4對線纜的外部串擾，此方法也可以用于鏈路或信道的測試。

　　雖然現場無法測試鏈路或信道的外部串擾性能，但是線纜和連接硬件在設計上已經最大化地考慮了ANEXT的余量，如配線架和工作區插座安裝時的間隔空間等，而且在敷設線纜過程中的隨意性和線纜捆綁的新法則也避免了過量串擾的引入。同時，10G設備廠商們也在考慮把ANEXT評估能力加入到他們的設計中。

----《中國計算機報》