Разработка новых классов СКС для ЦОД

Институт инженеров электротехники и электроники, Комитет 802.3, 40GBase-T Ethernet

18-22 марта 2013 года Комитет 802.3 Института инженеров электротехники и электроники (ИИЭЭ) одобрил формирование Рабочей группы с целью разработки спецификации 40 Гбит/сек для передачи данных по электропроводным кабельным системам. В течение ближайших 9-12 месяцев рабочая группа должна определить, какая категория кабельной проводки будет необходима для поддержки приложения 40GBase-T Ethernet.

Новый стандарт будет называться IEEE 802.3bq.

Основные параметры:

• диапазон частот 2000 МГц;
• канал связи длиной 30 м;
• битовый коэффициент ошибок не более 10-12;
• не более двух разъемов в канале;
• только экранированные системы;
• решение предназначено для Центров обработки данных (ЦОД).

На данный момент имеется несколько предложений различных организаций стандартизации по разработке новых категорий СКС, которые смогут обеспечить работу данного приложения.

Международная Организация Стандартизации, Подкомитет 25, Рабочая группа 3: класс I и класс II

В марте 2012 году Международная Организация Стандартизации начала разработку стандарта СКС для обеспечения работы сетевого протокола 40 Гбит/сек.
В январе 2013 года Рабочая группа 3 опубликовала Эскизный проект, а в июле 2013 года – Технический отчет ISO/IEC TR11801-99-1 под названием “Информационные технологии – Руководство по сбалансированной кабельной системе по передаче данных не менее 40 Гбит/сек”.

Отчет содержит две основные части:
Первая часть оценивает пригодность каналов, собранных из существующих и уже стандартизованных элементов классов EА и FА, для 40Gbase-T. Для этого отчет вычисляет так называемые пропускную способность по Шеннону (Shannon Capacity) и требуемые параметры для 40 Гбит/с (System Margin for 40G). Согласно этим требованиям для 40 Гбит/с, наводки, которые не могут быть компенсированы цифровым методом, не могут превышать 62 дБ во всем диапазоне частот. Такими наводками являются межкабельные наводки, поэтому экранирование разрабатываемых систем будет обязательным.

Кабельные системы класса EА (категории 6A) не обеспечивают достаточной полосы пропускания для поддержки 40G даже на коротких дистанциях, таких, как 30 м. Класс FА с диапазоном частот до 1000 МГц является основой разработки параметров СКС для 40-гигабитных приложений.

Во второй части указанного отчета описываются каналы, собранные из элементов, которые еще не были стандартизованы и определенно потребуют дополнительных разработок кабельной промышленностью. В данной части содержится две спецификации параметров канала с частотой до 2 ГГц: класс I и класс II.

Международная Организация Стандартизации использует термин классы для определения параметров систем – линий и каналов СКС, и категории – для определения параметров комплектующих – кабелей и разъемов. Линии и каналы перспективного класса I состоят из элементов категории 8.1, класса II – из элементов категории 8.2.

Класс I планируется создать методом улучшения характеристик и расширения диапазона частот существующего класса EA (кабели и разъемы категории 6A, диапазон частот 600 МГц). Класс II планируется создать на основе существующего класса FA (кабели и разъемы категории 7A, диапазон частот 1000 МГц).

Класс I предъявляет существенно более высокие требования к межпарным наводкам (NEXT), отношению сигнал/шум, и межкабельным наводкам, чем категория 6А. Положительное отношение затухания к перекрестным наводкам (ACR-N) категории 6А обеспечено до частоты 250 МГц, класса I – до частоты 1000 МГц. При этом, затухание для класса I равно затуханию категории 6А с интерполяцией до 2000 МГц. Это значит, что отношение затухания к перекрестным наводкам улучшается только благодаря уменьшению межпарных наводок в кабеле. Наиболее эффективный способ решения данной задачи – индивидуальное экранирование каждой пары проводников.

В отличии от категории 6А, кабели которой могут не иметь индивидуальной защиты пар и даже общего экрана, кабели категории 8.1 должны быть защищенными – каждая пара в собственной экранирующей оболочке.

Требования к остальным кабельным параметрам соответствуют категории 6А, но экстраполированы до частоты 2000 МГц.

Вторая спецификация – канал II – базируется на требованиях к улучшенной версии Международной организации стандартизации категории 7A с более высоким отношением сигнал/шум.

Положительное отношение затухания к перекрестным наводкам класса II должно быть обеспечено до частоты 2000 МГц. Для сравнения тот же параметр для класса I составляет чуть более 1000 МГц. На более высоких частотах уровень собственных шумов класса I превышает полезный сигнал. На частоте 2000 МГц перекрестные наводки класса I превышают полезный сигнал в 20 раз.

Главное отличие между двумя вариантами – не в максимальной частоте, а в отношении полезного сигнала к уровню наводок, что влияет на стоимость реализации сети. В то время как канал I потребует разработки более сложных вариантов подавления помех, чем в системах 10GBase-T, канал II позволит упростить архитектуру микросхем за счет меньших требований к подавлению наводок. В свою очередь, это благотворно скажется на энергопотреблении и позволит снизить задержку при обработке данных в микросхемах. Оба этих эффекта находятся в фокусе внимания индустрии центров обработки данных.

США – ANSI/TIA TR42.7: категория 8

В 2011 году Подкомитет медных кабельных систем TIA 42.7, входящий в состав Ассоциации Телекоммуникационной Промышленности (TIA), сформировал рабочую группу для определения параметров, необходимых для поддержки протокола 40GBase-T. Одним из ее первых шагов стало расширение области рабочих частот до 2000 МГц и ужесточение требований к таких параметрам, как межкабельные наводки (Alien Crosstalk), отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам (PS ACR-F) и межпарное затухание (TCL).

В 2013 году TIA 42.7 принял решение включить международные спецификации класса II ISO/IEC TR 11801-99-1 в проект собственного стандарта ANSI/TIA-568-C.2-1 «Спецификации кабельных систем категории 8, 100 Ом». Рабочей группе поручено внести свой вклад в развитие класса II и категории 8.2.

Такое внимание к спецификациям класса II основано на результатах разработок технологий передачи, необходимых для приложений 40G. Ранее технические эксперты TIA TR-42.7 отклонили предложение о разработке систем категории 7A. Решение о разработке класса II является еще одним подтверждением необходимости более высокой полосы частот и технических усовершенствований по сравнению с категорией 7А для приложений 40G. Решение о расширении диапазона частот до 2000 МГц является признаком того, что Категория 7A с частотным диапазоном до 1000 МГц не обеспечивает работу перспективных приложений Эзернет.

Эксперты целевой группы 802.3bq Института инженеров электротехники и электроники на последней встрече подтвердили, что оптимальная полоса пропускания для 40GBASE-T выходит далеко за пределы 1000 МГц. Последние разработки в стандартах ставят под сомнение пригодность существующего Класса FA для 40GBASE-T.

Это означает, что основным предложением для поддержки 40G станут защищенные экранированные кабельные системы. Другими словами, использование кабельных систем без индивидуального экрана каждой пары исключено. Подкомитет TIA 42.7 быстро продвигается вперед, увеличив частоту своих заседаний, которые сейчас проводятся примерно каждые два месяца.

Новый стандарт кабельной системы Категории 8 планируется к опубликованию в качестве Дополнения 1 к стандарту ANSI/TIA-568-C.2 в 2015-ом году.

Новые классы кабельных систем

Итак, согласно отчету ISO11801-99-1, разработчики сетевого оборудования имеют выбор среды передачи, по меньшей мере, из двух вариантов:

• канал I (2000 МГц);
• канал II (2000 МГц, улучшенный).

Для 40GBase-T потребуется полностью новый класс кабельной системы и существенное расширение частотного диапазона. Это может быть обеспечено введением нового класса кабельной системы. По какому пути пойдет развитие, скорее всего, будет понятно только в 2014 году, когда будут определены требованиями к оборудованию для 40GBase-T.

Рекомендации для будущих пользователей 40GBase-T, инвестирующих в строительство кабельных систем сегодня

На сегодняшний день были изучены несколько новых спецификаций кабельных систем для поддержки 40GBase-T. Системы категории 8 или классов I и II пока не представлены на рынке и, соответственно, их нельзя приобрести. Системы же категории 7A, в том числе, с расширенным частотным диапазоном, предлагают несколько производителей.

Система Nexans LANmark-7A имеет значительный запас по отношению к требованиям последних редакций стандартов для категории 7А. В линейку продуктов LANmark-7A входят кабели с рабочими частотами 1000, 1200 и 1500 МГц. Гнездовой разъем GG45 также поддерживает указанные частоты.

Компания Nexans, Франция, равно как и ни один другой производитель кабельных систем, на сегодняшний день, не может дать четкие заключения или гарантии относительно поддержки кабельными системами будущего протокола 40GBase-T. Но при этом понятно, что кабельные системы категории 6А не смогут поддерживать работу указанного протокола, а потому их придется заменить. Если Вы хотите избежать такой замены в центре обработки данных (и не хотите использовать оптику в силу высокой цены соответствующих трансиверов), системы категории 7А с расширенным частотным диапазоном, такие, как LANmark-7A, на данный момент, являются единственной альтернативой.

Пожалуй, главной новостью отрасли кабельных систем является то, что поддержка 100 метровых длин остается в прошлом. Ни одна кабельная система, рассчитанная на работу 40GBase-T не может быть смонтирована с длиной линий свыше нового предела в 30 м. Теперь именно это ограничение должно закладываться в проекты инфраструктуры любого нового Центра обработки данных.

Перечень действующих и разрабатываемых классов и категорий СКС приведен в таблице 1.

Таблица 1. Действующие и разрабатываемые классы СКС

Автор: Воловодов А.А., ООО «Эколан Тек». Актуацизация – декабрь 2013 г.

Составлено по материалам компаний Nexans (Франция), CommScope Inc. (США), Siemon (США), ISO/IEC PDTR11801-99-1.