• Новости
• Блоги
• Аналитика
• Новости компаний
• В СНГ и в мире
• Анонсы

СКС категории 8

Завершена стандартизация СКС категории 8, ориентированной на применение в системах внутрирядной связи аппаратных залов ЦОДов. Новый стандарт стимулирует внедрение быстродействующего активного сетевого оборудования со скоростью передачи 25 и 40 Гбит/с.

Минувшим летом технический комитет TR-42 американской Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) утвердил дополнение 1 к стандарту ANSI/TIA-568-C.2-1. Документ, официальная публикация которого намечена на самое ближайшее время, содержит окончательные спецификации симметричных линий категории 8, рассчитанных на передачу информационных потоков со скоростью до 40 Гбит/с.

Работы над кабельной системой класса G/категории 8 начались в США на рубеже первого и второго десятилетий нашего века, с небольшой задержкой к ним подключилась IEC. Прототипами активного сетевого оборудования послужили сетевые интерфейсы 10GBase-T, а на физическом уровне использовался задел, накопленный в процессе создания и совершенствования техники категорий 6а и 7а.

Наряду с выходом на качественно новый уровень быстродействия, сильной стороной СКС категории 8 можно считать возможность без дополнительной доработки поддерживать функционирование менее скоростных сетевых интерфейсов. В частности, это относится к 25-гигабитному оборудованию, предложение о внедрении которого в широкую инженерную практику было выдвинуто несколько позднее.

Основные системные отличия от СКС младших категорий

С системной точки зрения СКС класса G отличается от известной техники своей предельной простотой. В первую очередь это оборудование ориентировано на центры обработки данных. Это выражается, в частности, в том, что максимальная протяженность тракта передачи сигнала ограничена примерно 30 м и зависит от типа применяемых шнуров. Кроме того, допускаются только двухконнекторные тракты простейшей структуры без консолидационной точки и возможности подключения сетевого оборудования по схеме кроссконнекта.

Более чем двукратное уменьшение предельно допустимой протяженности тракта на уровне горизонтальной подсистемы вызвано отнюдь не физическими ограничениями. Еще в конце первого десятилетия нового века была экспериментально подтверждена возможность передачи 100-гигабитного информационного потока по макету 100-метровой симметричной линии. Однако в технике категории 8 учитывается, что на длинных линиях медножильные сетевые интерфейсы энергетически неэффективны. Они теряют свое преимущество в энергопотреблении перед волоконно-оптическими аналогами на расстояниях более 40 м. Определенное значение имеет также простота их схемотехнических решений.

Отдельно отметим, что отказ от схемы кроссконнекта серьезно затрудняет внедрение в 40-гигабитные симметричные линии оборудования интерактивного управления (подробнее об использовании систем интерактивного управления в таких ситуациях см. «ИКС» № 8–9’2014, с. 90).

Предельная протяженность тракта

Интересная особенность техники категории 8 – зависимость предельной протяженности тракта от типа применяемых коммутационных шнуров. Кабель стационарной линии не должен быть длиннее 24 м. Кроме того, он должен содержать по меньшей мере один пленочный экран (исполнение FTP) и токопроводящие жилы калибром от 22 до 24 AWG.

Длина коммутационных шнуров определяется так называемым коэффициентом укорочения (англ. de-rating factor), который зависит от диаметра токопроводящей жилы (см. таблицу). При выборе максимальной длины шнуров разработчики стандарта ориентировались на известные документы и в качестве базовых калибров приняли использовавшиеся ранее значения 24 и 26 AWG.

Уменьшение в 1,5–2,5 раза протяженности коммутационных шнуров, судя по всему, не станет серьезным ограничением при эксплуатации кабельной системы ЦОДов. Дело в том, что 19-дюймовый конструктив – неотъемлемая составная часть системы воздушного охлаждения и потому всегда имеет глухие боковые стенки. Это делает невозможным подключение коммутационных шнуров к коммутационным панелям в соседних шкафах. Формирование же вынесенного вверх группового коммутационного узла, емкости которого достаточно для обслуживания нескольких конструктивов, опять же невозможно из-за значительной высоты его расположения над уровнем фальшпола и связанного с этим неудобством обслуживания.

Прямой тракт и поддержка РоЕ

Дополнение 1 к стандарту ANSI/TIA-568-C.2-1 вводит новую разновидность конфигурации кабельной системы, получившую название прямого тракта (англ. direct attach channel). Суть этого решения состоит в том, что порты активного сетевого оборудования соединяются напрямую кабелем с установленными на нем вилками модульных разъемов. От известных ранее нормированных конфигураций прямой тракт отличается следующими особенностями:

• кабель может быть как линейным с жесткими однопроволочными проводниками, так и шнуровым с гибкими многопроволочными токопроводящими жилами;
• максимальная длина тракта (фактически кабеля) ограничена 3 м;
• вилки соединителей включаются в состав изделия и учитываются в процессе тестирования его характеристик.

Последнее дает возможность формировать прямой тракт непосредственно в полевых условиях, используя специально разработанные для этой цели вилки.

Увеличенный диаметр токопроводящей жилы витых пар и наличие экранов резко улучшают характеристики линии в случае дистанционного питания оконечных пользовательских устройств. Кабели категории 8 позволяют без проблем передавать по ним мощность вплоть до 100 Вт при размере пакета в 126 кабелей, что заметно расширяет область их применения за пределами ЦОДов.

Категории 8.1 и 8.2

Согласно подходу IEC, в СКС категории 8 допустимо применение двух различных и частично несовместимых между собой видов элементной базы.

Прототипом первой из них явилась техника категории 6а, характеристики которой экстраполируются в частотную область с верхней границей 2 ГГц. Функции соединителя выполняет традиционный разъем модульного типа. Исполнение кабелей, шнуров и соединителей отдельно не оговаривается. Считается, однако, что основная масса изделий будет иметь конструкцию по меньшей мере U/FTP или F/FTP, что позволяет радикально решить проблему межэлементной переходной помехи (межкабельное переходное затухание не хуже 65,5 дБ на частоте 1 ГГц). В соответствии с классификацией, которой пользуется IEC, категории данной техники присвоено обозначение 8.1.

Категория 8.2 опирается на решения категории 7а, хорошо отработанные европейскими кабельными предприятиями. Речь идет о кабельных изделиях с индивидуальным экранированием отдельных витых пар и структурой SF/FTP или F/FTP. Функции соединителя возложены фактически на разъем Tera, который просто пересертифицирован на работу в расширенном частотном диапазоне. Это не составило проблемы, поскольку эта разработка обладает большим запасом по характеристикам.

Элементная база категории 8.2 обладает заметно лучшей пропускной способностью. В соответствии с теорией Шеннона, численной мерой этого параметра можно считать значение площади фигуры, ограниченной сверху и снизу кривыми переходного (NEXT) и рабочего (IL) затухания соответственно (рис. 1). Как видно из рисунка, техника категории 8.2 превосходит свой аналог категории 8.1 (величина выигрыша отмечена на рисунке заливкой). Данное превосходство обусловлено следующими факторами:

• кабели категории 8.2 отличаются несколько большим диаметром медных жил (калибр 22 AWG против типового для категории 8.1 калибра AWG 23), что дает выигрыш по затуханию;
• линейные и шнуровые изделия категории 8.2 изначально обладают большими запасами по переходным затуханиям всех видов за счет индивидуального экранирования витых пар;
• экранированные конструкции имеют меньшую крутизну характеристик NEXT и FEXT (7–10 дБ на декаду против типовых для неэкранированных конструкций 15 дБ на декаду) за счет некоторого увеличения эффективности функционирования пленочного экрана по мере роста частоты;
• в системах категории 8.2 используются более качественные разъемы Tera, которые имеют квадрантную схему расположения пар контактов, что минимизирует их взаимное электромагнитное влияние друг на друга.

Все эти преимущества достигнуты ценой отсутствия механической совместимости с элементами разъемных соединителей предыдущих поколений и необходимости включения в штатную комплектацию кабельной системы переходных шнуров. Обеспечить механическую совместимость можно также с помощью универсального соединителя GG45. Последний, к сожалению, не оправдал первоначально возлагавшихся на него надежд и, хотя не запрещен к применению, широкого распространения не получил.

Несмотря на все различия, кабельные системы категорий 8.1 и 8.2 не являются антагонистами, они, скорее, дополняют друг друга. Воз­мож­ность выбора продуктов категорий 8.1 или 8.2 позволяет в полной мере учесть как технические особенности проектов построения СКС, так и региональные традиции области их реализации.

Особенности элементной базы

Четырехкратное расширение рабочего частотного диапазона по сравнению с прототипом потребовало совершенствования в СКС категории 8 всех компонентов тракта передачи.

В линейных кабелях усовершенствования свелись главным образом к подавлению известного эффекта локального узкополосного увеличения затухания. Он проявляется в верхней части рабочего частотного диапазона, когда при определенных условиях резко возрастает электромагнитная связь соседних пар (рис. 2). Основное средство борьбы с этим эффектом – подбор шагов скрутки отдельных витых пар, осуществляемый с учетом расширенного частотного диапазона. В разъемных соединителях категории 8.1 запасы по характеристикам ее прототипа, категории 6а, позволяют обойтись без глобальных улучшений.

Дальнейшему совершенствованию техники в данной области способствовали некоторые интересные разработки производителей.

Американская компания OCC (Optical Cable Cor­po­ra­tion) в составе своего решения использует вилку, в которой цепи компенсации переходных помех оформлены в виде пассивной микросхемы, устанавливаемой внутри корпуса. Межэлементная помеха подавляется развитым металлическим корпусом.

Компания Panduit предложила отказаться от классического IDC-элемента в оконцевателях в пользу одиночного ножевидного контакта врубового типа. Его особенность в том, что в процессе подключения провод, предварительно уложенный на клиновидное основание, совершает угловое перемещение при повороте технологической головки. В результате этого жила с возрастающим нажимом проводится вдоль ножа контакта, который врезается в него на требуемую глубину без потери герметичности области взаимодействия. Главная цель столь радикального усовершенствования – улучшение частотных свойств контакта и разъема в целом за счет существенного уменьшения реактивности отдельных компонентов цепи передачи сигнала.

Системные решения

В отношении внедрения медножильных кабельных систем класса G/категории 8 компании-производители придерживаются двух диаметрально противоположных стратегий.

Согласно первой стратегии предполагается, что по мере приближения разработки нормативного документа к завершению вероятность появления в нем существенных изменений стремится к нулю. Поэтому еще до утверждения окончательной редакции стандарта производитель выпускает в широкую продажу функционально законченное решение класса 40G Ready. Этот подход реализуют такие известные компании, как Leviton, Commscope, Panduit и Nexans, причем Leviton даже присвоила решению собственную торговую марку Atlas-X1. Считается, что риски несоответствия нормативным требованиям компенсируются возможностью занять определенную долю рынка за счет раннего выхода.

Во втором случае производитель активно проводит НИОКР, но не анонсирует соответствующий продукт до момента окончательного утверждения стандарта. Тем самым устраняется опасность невыполнения требований стандарта, а также связанные с этим репутационные и финансовые потери. Задержка в выходе на рынок минимизируется интенсификацией НИОКР по мере приближения даты ратификации нормативного документа. По такой схеме работает, например, Reichle & De-Massari.

Тестирование

Собранные линии обязательно должны тестироваться на соответствие требованиям стандартов. Однако по состоянию на середину текущего года проблема тестирования далека от решения. Например, одобрение спецификаций тестового адаптера для измерения характеристик стационарной линии задерживается примерно на шесть месяцев.

Тем не менее кабельные сканеры, позволяющие выполнять данную процедуру, давно имеются в продаже. Они предлагаются компанией Psiber под маркой Wire­Xpert 4500 и компанией Viavi под маркой Certi­fiber 40G.

Устройство WireXpert 4500 работает в расширенной до 2500 МГц полосе частот, время измерения характеристик одной линии не превышает 9 с. Точность соответствует уровню V по ISO и IIIe по TIA. Интересной особенностью устройства является возможность с помощью двух комплектов этого оборудования измерить межкабельную переходную помеху.

Изменение параметров, используемых в качестве эталонных, в соответствии с окончательной редакцией стандарта, разработчик предполагает при необходимости осуществить перепрограммированием ОЗУ.

Другой ведущий производитель тестирующего оборудования, компания Fluke Networks, намеревается производить тестирование обращением к модульной платформе. Сильная сторона такого подхода – простота адаптации прибора к решению конкретной задачи и его апгрейда. В качестве платформы предлагается использовать Versiv.

Фактически в области тестирующего оборудования наблюдается такая же картина, какая имела место и в собственно СКС: стандарт не утвержден, но приборы уже доступны. Риски использования нестандартных измерителей невелики, но они существуют и полностью ложатся на потребителя. Кто в этой ситуации прав, покажет время. Ждать осталось недолго.