為了彌補銅纜雙絞線在40G傳輸應(yīng)用上的空白，IEEE啟動了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，ISO和TIA都在致力于下一代銅纜雙絞線的標準制定，本文主要總結(jié)了目前IEEE、ISO、TIA關(guān)于NGBase-T的最新動向。

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提升一個數(shù)量級，迄今為止采用銅纜雙絞線傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)速率已達到10Gb/s。隨著40G和100G光傳輸協(xié)議的定案，近兩年關(guān)于“光進銅退”的呼聲越來越明顯。雖然10Gbase-T標準在2006年就已經(jīng)完成，但是因為10GBase-T體現(xiàn)出的對于外部串擾的困擾，以及10Gbase-T持續(xù)不下的耗電量，使得其市場化進程緩慢，明顯滯后于預(yù)計。當大家都認為銅纜雙絞線以太網(wǎng)已走到尾聲時，IEEE針對下一代銅纜雙絞線傳輸標準NGBase-T的動向又重新燃起了業(yè)界對雙絞線的關(guān)注。

二.NGBase-T工作小組啟動

在2012年7月16日召開的IEEE802.3全體會議上，該委員會批準了關(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，在針對成立該小組的批準程序上，各代表幾乎全部同意通過，并顯示出比當年批準10G平衡雙絞線以太網(wǎng)傳輸研究小組時更高的熱情。NGBase-T 研究小組的成立代表了IEEE對10G以上平衡雙絞線以太網(wǎng)的官方表態(tài)。NGBase-T的一個重要目標是提供自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性以及提供在不改動布線基礎(chǔ)架構(gòu)的前提下無縫升級到40G傳輸速率的升級途徑，并有機會降低能耗。

在此總體目標的強烈呼聲下，由TIA TR42和ISO SC25 WG3兩個線纜標準委員會專家分別在接下來的多次會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將可以彌補長距離光纖傳輸和Twinax過短的傳輸距離之間的空白。它將相對光纜傳輸具有更低的成本，并可以提供比Twinax更遠的傳輸距離。因此，NGBase-T將是支持數(shù)據(jù)中心的理想解決方案。

IEEE針對為什么依然設(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)歷了多次升級后，已被大家所廣泛接受;其次，銅纜雙絞線的安裝相對簡單;最后，對于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部運行的諸多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)中心運營的升級成本，變動和擴展時也更靈活。

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 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)該著手準備平衡雙絞線傳輸40G的協(xié)議，同時，ISO/IEC(國際)和ANSI/TIA(美國)委員會正在積極研究針對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)如外部串擾(AXT)，TIA提出的需求與ISO在2002年發(fā)布的Cat 7標準的外部串擾要求相似，而Cat 7標準均采用線對屏蔽(X/FTP) 結(jié)構(gòu)才能滿足，這暗示著TIA認識到40G傳輸中需要用到屏蔽電纜。新線纜等級的一些其他的參數(shù)基本上延續(xù)了Cat 6A的定義公式計算值，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的這個新的標準可能會命名為Cat 8?；蛟S在今年或者明年，TIA會有新的關(guān)于568C的增補來定義Cat 8。

ISO關(guān)于此項目的工作組( ISO/IEC JTC1/SC25 WG3) 同樣將目標設(shè)定在通過銅纜雙絞線傳輸40Gb/s數(shù)據(jù)傳輸。委員會的第一次會議在2012年的9月召開，吸引了行業(yè)內(nèi)各個廠商的廣泛注意，這次會議上將下一代網(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長的傳輸距離，唯有對于新協(xié)議的傳輸帶寬，依然存在爭議。

相比TIA對Cat 8的提案，ISO目前仍在評估用Cat 7A支持40Gb/s的可行性，也可能會采用一種新型的定義在1600Mhz的線纜來傳輸40Gb/s,這個提案與目前的ISO Class FA (超七類)信道相近。目前一些委員會成員可觀察到的結(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、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。當然，我們必須保持相同的線對數(shù)量來保證向下兼容性。當然，要發(fā)展一套比10GBASE-T更復(fù)雜的編碼系統(tǒng)將會是一項重大的挑戰(zhàn)，一些觀察表明這并不是一個可行性很高的方案。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信道長度與頻率的博弈

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

如今，許多分析都集中在不超過50米的線長上。一個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米傳輸長度，而100米長信道很難在數(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的觀點認為，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，并且達到節(jié)能的目的。

綜上所述，NGBase-T標準可能會定在50米傳輸距離左右。

四.RJ45會被沿用嗎?

RJ45連接器不符合現(xiàn)有對Cat 7和Cat 7A的要求，由于其并排安置的8個觸片的結(jié)構(gòu)，RJ45連接器在500MHz以上高頻工作時會觀察到較大的串擾，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。為了避免升級時采用額外的轉(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)標準定義。

五.外部串擾

外部串擾是隨著10GBase-T而來的一個新問題。外部串擾的嚴重性在于它無法通過線對平衡和DSP進行補償。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擾?，F(xiàn)有的Cat 7A布線系統(tǒng)均采用了X/FTP結(jié)構(gòu)的線纜，即線對屏蔽的方式。測試表明PiMF結(jié)構(gòu)(線對屏蔽)結(jié)構(gòu)的線纜觀察到外部串擾的影響接近為零。有理由相信NGBase-T會采用屏蔽來抵御外部串擾。

六.關(guān)于新布線等級的猜測

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)的標準，準備命名為“Cat 8”。ISO針對新布線等級已經(jīng)正式開始編寫技術(shù)報告，暫定為1600MHz并為將來預(yù)留2GHz的帶寬，ISO暫時還未決定到底為這一新的系統(tǒng)取什么名字，只是暫時用“Class I”和“Class II“區(qū)分以上2個不同的等級。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，當然ISO不太可能會和TIA一樣采用Cat 8這個命名。一個原因是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)，因此諸多頻率點上的性能還不如Cat 7和Cat 7A。而根據(jù)ISO標準的規(guī)律，每個新的等級應(yīng)提供比上一等級更好的頻率延展和信噪比，按照這個邏輯，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)定一個新等級，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：

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