為了彌補(bǔ)銅纜雙絞線在40G傳輸應(yīng)用上的空白，IEEE啟動(dòng)了NGBase-T工作小組致力于研究下一代銅纜雙絞線以太網(wǎng)傳輸，同時(shí)，ISO和TIA都在致力于下一代銅纜雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)制定，本文主要總結(jié)了目前IEEE、ISO、TIA關(guān)于NGBase-T的最新動(dòng)向。

關(guān)鍵詞：NGBase-T，銅纜雙絞線，Cat 7A，Cat 8，40G

一.前言：

局域網(wǎng)的帶寬發(fā)展通常每五六年都會(huì)提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，迄今為止采用銅纜雙絞線傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)速率已達(dá)到10Gb/s。隨著40G和100G光傳輸協(xié)議的定案，近兩年關(guān)于“光進(jìn)銅退”的呼聲越來越明顯。雖然10Gbase-T標(biāo)準(zhǔn)在2006年就已經(jīng)完成，但是因?yàn)?0GBase-T體現(xiàn)出的對(duì)于外部串?dāng)_的困擾，以及10Gbase-T持續(xù)不下的耗電量，使得其市場(chǎng)化進(jìn)程緩慢，明顯滯后于預(yù)計(jì)。當(dāng)大家都認(rèn)為銅纜雙絞線以太網(wǎng)已走到尾聲時(shí)，IEEE針對(duì)下一代銅纜雙絞線傳輸標(biāo)準(zhǔn)NGBase-T的動(dòng)向又重新燃起了業(yè)界對(duì)雙絞線的關(guān)注。

二.NGBase-T工作小組啟動(dòng)

在2012年7月16日召開的IEEE802.3全體會(huì)議上，該委員會(huì)批準(zhǔn)了關(guān)于NGBase-T即下一代平衡雙絞線以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的研究小組。有意思的是，在針對(duì)成立該小組的批準(zhǔn)程序上，各代表幾乎全部同意通過，并顯示出比當(dāng)年批準(zhǔn)10G平衡雙絞線以太網(wǎng)傳輸研究小組時(shí)更高的熱情。NGBase-T 研究小組的成立代表了IEEE對(duì)10G以上平衡雙絞線以太網(wǎng)的官方表態(tài)。NGBase-T的一個(gè)重要目標(biāo)是提供自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性以及提供在不改動(dòng)布線基礎(chǔ)架構(gòu)的前提下無縫升級(jí)到40G傳輸速率的升級(jí)途徑，并有機(jī)會(huì)降低能耗。

在此總體目標(biāo)的強(qiáng)烈呼聲下，由TIA TR42和ISO SC25 WG3兩個(gè)線纜標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)專家分別在接下來的多次會(huì)議上分享了自己的數(shù)據(jù)成果。有成果表明平衡雙絞線依然具有充足的容量來實(shí)現(xiàn)40G傳輸，這一結(jié)論的重大意義在于未來的NGBase-T將可以彌補(bǔ)長(zhǎng)距離光纖傳輸和Twinax過短的傳輸距離之間的空白。它將相對(duì)光纜傳輸具有更低的成本，并可以提供比Twinax更遠(yuǎn)的傳輸距離。因此，NGBase-T將是支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的理想解決方案。

IEEE針對(duì)為什么依然設(shè)立銅纜雙絞線傳輸協(xié)議提出以下依據(jù)：首先，銅纜雙絞線傳輸在經(jīng)歷了多次升級(jí)后，已被大家所廣泛接受;其次，銅纜雙絞線的安裝相對(duì)簡(jiǎn)單;最后，對(duì)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部運(yùn)行的諸多RJ45接口的設(shè)備，銅纜雙絞線協(xié)議能提供向下兼容的可行性，不至于激增數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的升級(jí)成本，變動(dòng)和擴(kuò)展時(shí)也更靈活。

縱觀以太網(wǎng)發(fā)展史可知，新的傳輸協(xié)議總是先以光纖開啟，并由銅纜雙絞線迅速追隨，目前最新的銅纜雙絞線傳輸協(xié)議為10GBase-T。以太網(wǎng)最新針對(duì) 40G和100G光纖傳輸?shù)膮f(xié)議802.3ba問世也已經(jīng)有2年多了，于是IEEE自然而然想到也應(yīng)該著手準(zhǔn)備平衡雙絞線傳輸40G的協(xié)議，同時(shí)，ISO/IEC(國(guó)際)和ANSI/TIA(美國(guó))委員會(huì)正在積極研究針對(duì)40G傳輸?shù)你~纜雙絞線的相關(guān)要求。

ANSI/TIA TR42.7在2011年即成立了新的工作小組來研究適合40G 帶寬應(yīng)用的銅纜雙絞線的傳輸參數(shù)。其中一些參數(shù)如外部串?dāng)_(AXT)，TIA提出的需求與ISO在2002年發(fā)布的Cat 7標(biāo)準(zhǔn)的外部串?dāng)_要求相似，而Cat 7標(biāo)準(zhǔn)均采用線對(duì)屏蔽(X/FTP) 結(jié)構(gòu)才能滿足，這暗示著TIA認(rèn)識(shí)到40G傳輸中需要用到屏蔽電纜。新線纜等級(jí)的一些其他的參數(shù)基本上延續(xù)了Cat 6A的定義公式計(jì)算值，并把頻寬拓展到2GHz，同樣暗示著Cat 6A系統(tǒng)看來無法支持40G。TIA的這個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)命名為Cat 8?；蛟S在今年或者明年，TIA會(huì)有新的關(guān)于568C的增補(bǔ)來定義Cat 8。

ISO關(guān)于此項(xiàng)目的工作組( ISO/IEC JTC1/SC25 WG3) 同樣將目標(biāo)設(shè)定在通過銅纜雙絞線傳輸40Gb/s數(shù)據(jù)傳輸。委員會(huì)的第一次會(huì)議在2012年的9月召開，吸引了行業(yè)內(nèi)各個(gè)廠商的廣泛注意，這次會(huì)議上將下一代網(wǎng)絡(luò)的速率定在40Gigabit/s，許多其他的提案也同時(shí)被審閱，包含新協(xié)議的傳輸距離，設(shè)備的功耗等，協(xié)議的前景已趨于明朗，即最大程度上減少耗電并提供相對(duì)長(zhǎng)的傳輸距離，唯有對(duì)于新協(xié)議的傳輸帶寬，依然存在爭(zhēng)議。

相比TIA對(duì)Cat 8的提案，ISO目前仍在評(píng)估用Cat 7A支持40Gb/s的可行性，也可能會(huì)采用一種新型的定義在1600Mhz的線纜來傳輸40Gb/s,這個(gè)提案與目前的ISO Class FA (超七類)信道相近。目前一些委員會(huì)成員可觀察到的結(jié)論是：用現(xiàn)有的CLASS EA信道(超六類)僅能支持40G傳輸10~15米;CLASS FA(超七類)信道可以支持50米。(參考1)除以上結(jié)論外，ISO同樣在觀察新布線系統(tǒng)參數(shù)上的差異對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來的影響，目前看來CLASS FA的可行性較高。

理論上可以通過提升系統(tǒng)編碼技術(shù)、更多的線對(duì)、更高的工作頻率或少于100米的傳輸距離來支持更快的以太網(wǎng)應(yīng)用。當(dāng)然，我們必須保持相同的線對(duì)數(shù)量來保證向下兼容性。當(dāng)然，要發(fā)展一套比10GBASE-T更復(fù)雜的編碼系統(tǒng)將會(huì)是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)，一些觀察表明這并不是一個(gè)可行性很高的方案。因此，目前的討論集中在提升頻寬和降低傳輸距離上。

三.NGBase-T信道長(zhǎng)度與頻率的博弈

ISO報(bào)告顯示出更高的頻率會(huì)有一些好處，利用1000MHz以上的頻寬可以降低芯片的復(fù)雜程度。不過，頻率提升會(huì)帶來的更高的插入損耗，因此這種優(yōu)勢(shì)是有限的。插入損耗直接與長(zhǎng)度有關(guān)，意味著更長(zhǎng)的距離就需要更多功率來支持。早在2008年，來自美國(guó)賓夕法尼亞州大學(xué)的科學(xué)家宣布他們觀察到100米長(zhǎng)的Cat 7A雙絞線(1000Mhz)的香農(nóng)容量可以達(dá)到50Gb/s，但超過1000Mhz時(shí)，每提升100MHz頻率大約會(huì)帶來2.6dB的額外的插入損耗。假設(shè)工作在1600MHz，則在50米線纜長(zhǎng)度情況下會(huì)比工作在1000Mhz時(shí)增加8dB的插入損耗，而100米這樣的線纜大約會(huì)增加15.8dB (參考2)。由此可知，NGBase-T對(duì)于頻率和長(zhǎng)度之間存在博弈關(guān)系。

如今，許多分析都集中在不超過50米的線長(zhǎng)上。一個(gè)直接的原因是需要用到這么高速的應(yīng)用將僅存在于數(shù)據(jù)中心，一些研究表明數(shù)據(jù)中心內(nèi)將會(huì)有95%的傳輸距離在50米之內(nèi)，通常在數(shù)據(jù)中心內(nèi)僅需要35米傳輸長(zhǎng)度，而100米長(zhǎng)信道很難在數(shù)據(jù)中心內(nèi)找到(參考3)?？紤]了交換設(shè)備上行及下行的各種流量組合后，Nexnas的觀點(diǎn)認(rèn)為，NGBase-T在數(shù)據(jù)中心內(nèi)可行的傳輸距離僅需支持35米就可以了(參考4)。此外，降低芯片復(fù)雜性可以節(jié)約成本，并且達(dá)到節(jié)能的目的。

綜上所述，NGBase-T標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)定在50米傳輸距離左右。

四.RJ45會(huì)被沿用嗎?

RJ45連接器不符合現(xiàn)有對(duì)Cat 7和Cat 7A的要求，由于其并排安置的8個(gè)觸片的結(jié)構(gòu)，RJ45連接器在500MHz以上高頻工作時(shí)會(huì)觀察到較大的串?dāng)_，所以RJ45未被選為ISO11801定義的CLASS F/FA的連接器類型，新的連接器規(guī)范在新的ISO/IEC11801:2002 和 EN50173里有定義。為了避免升級(jí)時(shí)采用額外的轉(zhuǎn)接器，可向下兼容RJ45的GG45連接器被IEC 60603-7-7(Cat 7)和IEC 60603-7-71(Cat 7A)標(biāo)準(zhǔn)定義。

五.外部串?dāng)_

外部串?dāng)_是隨著10GBase-T而來的一個(gè)新問題。外部串?dāng)_的嚴(yán)重性在于它無法通過線對(duì)平衡和DSP進(jìn)行補(bǔ)償。Cat 6A線纜通常選擇屏蔽層，或保持非屏蔽結(jié)構(gòu)但是加上中心十字支撐并增大線纜外徑來削弱外部串?dāng)_?，F(xiàn)有的Cat 7A布線系統(tǒng)均采用了X/FTP結(jié)構(gòu)的線纜，即線對(duì)屏蔽的方式。測(cè)試表明PiMF結(jié)構(gòu)(線對(duì)屏蔽)結(jié)構(gòu)的線纜觀察到外部串?dāng)_的影響接近為零。有理由相信NGBase-T會(huì)采用屏蔽來抵御外部串?dāng)_。

六.關(guān)于新布線等級(jí)的猜測(cè)

TIA和ISO都在嘗試通過延展帶寬來提升傳輸性能。TIA近來預(yù)備選取2GHz頻率作為新布線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備命名為“Cat 8”。ISO針對(duì)新布線等級(jí)已經(jīng)正式開始編寫技術(shù)報(bào)告，暫定為1600MHz并為將來預(yù)留2GHz的帶寬，ISO暫時(shí)還未決定到底為這一新的系統(tǒng)取什么名字，只是暫時(shí)用“Class I”和“Class II“區(qū)分以上2個(gè)不同的等級(jí)。而耐克森早在2009年就已經(jīng)發(fā)布了LANmark-7A信道支持40G傳輸?shù)南嚓P(guān)研究資料。在2012年9月，耐克森在 IEEE會(huì)議上發(fā)布了研究表明采用S/FTP結(jié)構(gòu)的Cat 7A信道在60米距離上有能力支持40G傳輸。(參考5)

TIA的Cat 8布線的參數(shù)將和ISO的Class I相似，當(dāng)然ISO不太可能會(huì)和TIA一樣采用Cat 8這個(gè)命名。一個(gè)原因是TIA定義的Cat 8并不具備向下兼容Cat 7和Cat 7A的能力。Cat 8是在Cat 6A基礎(chǔ)上將各項(xiàng)數(shù)據(jù)延展到2GHz，不過這樣的延展并未提供明顯提高的信噪比(SNR)，因此諸多頻率點(diǎn)上的性能還不如Cat 7和Cat 7A。而根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)律，每個(gè)新的等級(jí)應(yīng)提供比上一等級(jí)更好的頻率延展和信噪比，按照這個(gè)邏輯，Cat 8應(yīng)該比現(xiàn)有的Cat 7和Cat 7A更好。由于在TIA里并沒有規(guī)定Cat 7及Cat 7A，所以可以自由規(guī)定一個(gè)新等級(jí)，可是ISO由于有了Cat 7和Cat 7A所以在邏輯上無法接受Cat 8作為這種新線纜的命名。

基于目前NGBase-T的研究，未來存在以下可行性：

ISO方面：

1. 沿用Cat 6A或Cat 7A信道，工作在更高的帶寬

2. 采用部分改善并延展頻寬的Cat 6A信道，定義為Class I

3. 采用部分改善并延展頻寬的Cat 7A信道，定義為Class II

TIA方面：

1. 采用部分改善并延展頻寬的Cat 6A信道，定義為Cat 8

參考文獻(xiàn)：

1. Cat 7A Channel Analysis By Stephen Bates ,IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Jan 2013

2. Impact of Cable Specifications on NGBASE-T Margin to Capacity By Mike Grimwood & Will Bliss,IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Jan 2013

3. Data Centre Link Lengths By Alan Flatman ,IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Nov 2012

4. NGBASE-T, Reach, Density, Power&Throughput relationships By Harry Forbes, Nexans, IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Nov 2012

5. Preliminary Study: Modeled 40G Reach onCategory Cabling By Paul Vanderlaan, Nexans，IEEE 802.3 Next Generation BASE-T Study Group Sept 2012 Geneva