2012年3月16日 星期五

下一代網路佈線系統 Cat.6A網路佈線系統是否支援40 Gb/s傳輸速度


下一代網路佈線系統 Cat.6A網路佈線系統是否支援40 Gb/s傳輸速度

許多的電信工業協會(TIA)銅纜佈線系統小組委員會(TR-42.7)正在尋找一個新的技術可行性來支持未來的10GBASE-T應用。正在研究的參數包括理論容量(theoretical Capacity),頻寬要求(bandwidth requirements)與最大範圍和複雜性的物理層接口(PHY)。初步結果顯示,Cat.6A佈線系統可以支持距離在30至50米, 而且將針對性的應用在數據中心(Data Center)的市場。有很多的工作仍然要完成, 特別是定義元件與系統的傳輸性能。本文將提出初步的可行性研究和銅纜系統的未來預估。


光纖纜線分類。

 
銅纜等級分類。


Cat.5e、6、6A網路佈線架構圖。 



銅纜佈線的過去

自1989年以後,銅纜從Cat. 3銅纜佈線和62.5/125 micrometer(μm)多模光纜(第一次定義在TIA 568標準是在1991年),一直到今天的Cat. 6A銅纜佈線與Laser optimized OM3/OM4多模光纜(定義在 TIA 568C,圖一、光纖纜線分類) 。哪些維持不變, 而哪些又在這20年改變了呢 ?

維持不變的部分:
1) Category 3, 5e, 6和6A銅纜佈線(圖二、銅纜等級分類)依然以4對雙絞線, 阻抗100 Ohms與銅纜線徑24 American wire gauge(22-24 AWG)組成。
2) 4對雙絞線仍然安裝於工作區的一個8針連接器(通常被稱為RJ-45)上, 依照標準化的線對分配方式(1-2,3-6,4-5和7-8對),這是最初應用於ISDN網路架構,並一直成為全球標準化的數據應用。
3) 最大的水平佈線距離為90m(295 ft),這是從用戶端資訊插座到電信室內第一個連接點算起。(圖三、Cat.5e, 6 , 6A網路佈線架構圖)
4) 每一個新的佈線標準公告時,它們都是逆向相容( backward compatible),而且與較低階系統性能相通。也就是說 Cat.6佈線系統內,若使用Cat.5的跳線時, 則整個佈線系統只會達到Cat.5性能而已。

改變的部分:佈線系統的傳輸性能,需要支持越來越多要求苛刻的網路應用。

例如, 第一代的10BASE-T Ethernet標準是應用在10 Mb/s,及Cat. 3銅纜佈線傳輸距離到100公尺。接者100BASETX標準適用在100 Mb/s,搭配Cat. 5銅纜佈線傳輸距離到100公尺。後來,Gigabit Ethernet(1000BASE-T)標準需要至少Cat.5e(建議 Cat.6)性能,以取得較佳的抗干擾能力。而最新的10Gigabit Ethernet(10GBASE-T)標準則需要Cat. 6A性能以上來支援100公尺的傳輸距離。

銅纜佈線的現在

Cat. 6A、Cat. 6和 Cat.5e性能的最大差異在哪裡?從網路應用的觀點來看, 主要的差異點在於「更高的信號雜訊比(higher signal-to-noise ratio)」和「可用的頻寬( available bandwidth)」。

1) 相對於Cat.5e 佈線系統應用在Gigabit Ethernet (從 1 MHz 到100 MHz)傳輸,,Category 6 和 6A 佈線系統提供大約 12 decibels (dB) (400 percent) 在信號雜訊比的性能提升(SNR) 。
2) Category 6 和 6A佈線系統提供一個比較低的插入損失(insertion loss),這是相對於Category 5e(大約低3 dB at 100 MHz)的數據。這代表訊號在100公尺接收端還有2倍的強度。
3) 相對於Cat.5e定義傳輸頻率在100MHz,Cat.6 和Cat.6A佈線系統是定義在250MHz和500MHz的傳輸頻寬, 這麼高的頻寬可以用來支援更高速的應用。
4) Category 6和6A元件在阻抗的相容性比Cat.5e更好。例如,在100MHz連接硬體的最差回傳損失(return loss)是Category 6A (+/-4 Ohms)的28 dB、Category 6 (+/-6 Ohms)的24dB和Category 5e(+/-10 Ohms)的20dB 。

這些因素都轉化成為更強大的網路佈線,更可以耐噪訊和可以承受較高的溫度。相對的在抗雜訊能力強的Cat.6佈線系統上,TIA TR42.3電力分離工作小組的研究結果顯示,使用Cat.6佈線的Gigabit Ethernet可以容忍Cat.5e佈線兩倍的雜訊。隨後的研究顯示,Cat.6A佈線的噪訊免疫力更高。

外部雜訊將導致bit錯誤。某些應用程式有較少的frame錯誤,但是在特定的網路應用上,如IP電話或IP視訊是無法容忍frame錯誤的。此外,過多的frame 錯誤率會導致在數據吞吐量的減少,這是造成重複傳輸的主因。

銅纜佈線的未來

在2011年2月TR 42.7會議在聖地亞哥舉行,會中提出開發下一代佈線的數據傳輸率超過10 Gb/s。目標應用為40 Gb/s的數據傳輸速率在數據中心內。IEEE 802.3委員會在2011年3月顯示,82%的Server到 Switch的鏈路長度是少於30米,而92%為少於50米。這些趨勢會隨著數據中心的設計而改變。但是下一代佈線系統的底線是一大部分的Data Center設計最大範圍到50米。而較遠的另外10%可以使用光纖網路來解決。

結論

設計綜合佈線系統來支持40 Gb/s的數據傳輸速率,這對線纜製造廠商是一個巨大的挑戰。因為設計都是獨立的,無法保證所有Cat.6A元件的傳輸頻率可超過2GHz。然而,製造廠商會繼續向極限挑戰,直到有一天銅價與光纖價格趨近一定程度時,銅纜會漸漸離開網路佈線的市場。(作者為3M Volition網路佈線系統─電子、電力暨通訊產品事業群業務經理許家銘,陳毅斌整理)

引用自《企業IT商情

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