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万兆以太网编码及传输分析

来源:机房360 作者:周炜 更新时间:2012/4/6 10:54:47

摘要:在2002年末,10GBase-T委员会主席Mr.BradBooth召集了一次会议,提出了发展基于100米双绞线应用的万兆以太网新标准。经过了4年的讨论和发展,最终在2006年颁布了10GBase-T标准。


从图上可以看出外部串扰中ANEXT的影响是最大的。如上图所示,R1收到T3的信号已经经过了IL1的衰落,T2对R1的干扰最强,相比T4对R1的干扰经过IL2衰减以后已经无法造成很大影响,所以实际上传输线的极限容量就取决于IL-PSANEXT,该极限可以用如下公式来描述。

前面提到支持10Gbase-T,系统极限容量至少要有18Gbps,从上面公式可以看出提高极限容量有2个方法,减少插入损耗IL,或者减少PSANEXT。IL与传输距离基本成线性关系。所以Cat5E类线缆在20米之后容量就不能满足系统的要求,同样非屏蔽Cat6也只能满足55米的距离。只有Cat6A类线缆可以在100米的信道上满足容量需求。

七. 10GBase-T的功率控制及其影响
  
进入21世纪,绿色和环保始终是必须要考虑的因素之一。目前1000Base-T一个收发器的功耗小于1W,但早期的10Gbase-T收发器功耗达到15W,改进后现在也需要5W左右。为了节约能耗,降低线缆对外辐射能量的功率,10Gbase-T采用了功率控制技术。可随着线缆的缩短(IL的减少)降低发射功率。如果线缆长度为30米,收发器功耗只有100米状态下的50%。在的数据中心,功耗的降低尤为重要,特别是数据中心平均有60%以上的链路长度小于30米,这大大的减少了交换机的功耗。对节能和降低散热系统的负担都有莫大的好处。

但是功率控制也会带来一个副作用,就是较短的线缆也会面临线外串扰的问题。原因是功率控制的结果就是接收器收到的信号功率始终保持在一定的范围内,不会因为线缆短就高些,也不会因为线缆长就低些。但是附近的线缆未必就是较短的线缆,有可能会是需要满发射功率的长链路,这样对短链路的干扰仍处于最大状态。

八. 10GBase-T线缆的选择
  
前面提到无论是非屏蔽Cat6还是Cat5E都无法支持100米的10GBase-T,所以根据802.3组织的要求TR42.7委员会在2003年开始了新一代线缆的研究,最终在2008年颁布了TIA/EIA568B.2-10标准。标准根据10Gbase-T的要求,全新定义了6A类线缆的要求首先6A类系统的带宽提高到500Mhz,引入了线间串扰的指标要求和测试。6A类系统全面满足了100米10GBase-T的应用。目前来说虽然基于水平双绞线万兆的传输设备并不是很普及,但是考虑到综合布线系统25年的质量保证和至少15年以上的使用时间。重新更换布线系统所带来的成本增加和系统搬迁的费用是非常巨大的。目前10GBase-T网络的成本相比1000Base-T已经从2004年的8-9倍降到目前的2-3倍。随着更多的普及还会进一步降低。相比10G光纤网络的成本,10GBase-T更是只有20%左右。在对流量要求很高的数据中心,基于6A的布线系统更是为将来的扩容和发展打下了良好的基础。

7类虽然也能够支持10Gbase-T但是考虑到成本以及通用性。6A类系统仍然是目前最佳的万兆解决方案。相比7类只有屏蔽解决方案而言,6A类目前有屏蔽与非屏蔽两大类产品。这两种不同的产品采取了截然不同的方法来对抗线缆间串扰:使用屏蔽层或增加线与线之间的距离。

采用屏蔽层的解决方案是利用了屏蔽层的屏蔽作用,在电磁兼容性上有着先天的优势。基本可以不用考虑线缆间串扰的要求,对环境噪声也天然免疫。


  上图是分别采用屏蔽/非屏蔽4根20米的Cat6线缆分别捆扎在一起进行PSANEXT测试。结果表明屏蔽线缆比非屏蔽线缆提高30dB左右的性能。对线缆间串扰基本可以做到忽略不计。

采用增大线缆间距离的方法也可以降低线缆间串扰,因为电磁波的强度和距离的平方成反比。下图是采用40米链路,非屏蔽线缆,分别对Cat5E和Cat6类线做六包一测试。分别测试他们在捆绑和松散状态下,线缆和线缆之间的PSANEXT。


  从结果可以看出,松散比捆绑状态提高了4个的dB左右的余量,Cat6类捆绑状态好与Cat5E类捆绑状态但是差于Cat5E类松散扎状态。同时上图也说明,增加线缆间的距离可以降低线缆间的串扰,但是并不能对线缆间的串扰免疫。因为现场施工中线缆的走向(是否平行走向),线缆的数量,环境,牵拉弯曲导致线对间节距的破坏等因素都会影响到系统的电磁兼容能力。特别是在数据中心,大量密集的布线,线缆间串扰的问题尤其突出。

上面的测试和分析表明,对于Cat6A类屏蔽系统,只要线缆本身性能测试通过,屏蔽层导通,无需进行线缆间串扰的测试。但是对于6A类非屏蔽解决方案,在通过线缆本身性能测试的同时,必须进行线缆间串扰的测试,否则不能保证完好的支持10GBase-T网络。目前主流现场测试仪表声场厂商均推出了线缆间串扰的测试套件。但是完整的测试一个六包一需要15分钟左右的时间,快速测试大约需要6分钟。如果要完整的测试一个Cat6A类24口配线架需要2-4个小时。如果采取抽测的方法,目前还没有可靠的抽样原则和依据。所以综上而言,就10GBase-T网络,更推荐Cat6A类屏蔽布线产品。
(文:罗森伯格亚太地区产品经理 周炜)

责任编辑:Randy

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