LAN-кабели категории 8 — взгляд МЭК

Page 1
background image

Page 2
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2014, www.kabel-news.ru

46

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

В

не зависимости от основного назначения 
ЦОД (корпоративный или коммерческий) 
его эффективное функционирование невоз-
можно без организации большого количе-

ства каналов внутренней связи с быстродействием 
не менее 10 Гбит/с. Такое положение дел определя-
ется однонаправленным действием ряда известных 
факторов [1], обсуждение которых выходит за рамки 
излагаемого далее материала.

Информационное кабельное хозяйство ЦОД в 

соответствии с действующими редакциями основ-
ных нормативных документов реализуется в форме 
структурированной кабельной системы (СКС). СКС 
представляет собой совокупность кабельных линий, 
состоящих из LAN-кабелей с однопроволочными 
медными жилами и/или с оптическими волокнами 
горизонтальной прокладки, которые для формиро-
вания трактов передачи соединяются между собой и 
подключаются к активному сетевому оборудованию 
коммутационными шнурами (LAN-кабели с много-
проволочными жилами) или их функциональными 
аналогами.

НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ НОВЫХ 

КАТЕГОРИЙ LAN-КАБЕЛЕЙ

До последнего времени кабельные тракты СКС 

для ЦОД, поддерживающие скорость передачи 
40 Гбит/с с перспективой её увеличения до 
100 Гбит/с, могли быть реализованы только в воло-
конно-оптическом варианте. На 2015—2016 гг. про-
гнозируется, что количество вновь инсталлируемых 

в ЦОД 40-гигабитных сетевых интерфейсов сравня-
ется с числом 10-гигабитных. Данное обстоятель-
ство потребовало разработки LAN-кабелей с одно- и 
многопроволочными медными жилами новых, более 
высоких категорий, которые по целому ряду параме-
тров заметно превосходят LAN-кабели с оптически-
ми волокнами в случае связи на небольшие рассто-
яния.

Фундаментальные ограничения для LAN-кабелей 

с медными жилами следующего поколения с про-
пускной способностью свыше 10 Гбит/с отсутствуют. 
Единственной серьёзной особенностью становится 
необходимость обязательного рассмотрения линии 
связи как комплекса из активного сетевого и пас-
сивного оборудования. Современная микроэлектро-
ника обеспечивает достаточно высокую степень ап-
паратурного подавления переходного шума и шумов 
обратных отражений. В результате шенноновская 
пропускная способность LAN-кабелей с медными 
жилами намного превышает то значение, которое 
требуется для практического внедрения 40-гигабит-
ных линий.

В начале 2013 года американская компания 

Commscope продемонстрировала полномасштаб-
ный прототип линии, которая штатно рассчитана на 
максимальную скорость 40 Гбит/с и включала в себя 
все необходимые компоненты: LAN-кабель с одно- и 
многопроволочными медными жилами, коммутаци-
онные шнуры и разъёмные соединители. Само со-
бой разумеется, что показанная техника не свобод-
на от многочисленных «детских болезней». Тем не 

LAN-кабели категории 8 –
взгляд МЭК

В реалиях сегодняшнего дня функции опорного элемента информацион-

но-телекоммуникационной инфраструктуры предприятий во всех отраслях 
народного хозяйства всё чаще возлагаются на центры обработки данных 
(ЦОД).  

Андрей СЕМЁНОВ,

 директор по развитию компании RdM Distribution, д.т.н.,

Михаил ШОЛУДЕНКО,

 заведующий лабораторией 2/1 ОАО «ВНИИКП», к.т.н.


Page 3
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2014, www.kabel-news.ru

47

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

менее её технический потенциал огромен. Об этом 
наглядно свидетельствует эксперимент по передаче 
информации со скоростью 100 Гбит/с на расстояние 
100 м с обычной для техники ЛВС вероятностью би-
товой ошибки в 10

-12

, проведённый в одном из аме-

риканских университетов ещё в конце минувшего 
десятилетия.

Стандартизованные электропроводные разъём-

ные соединители Tera, GG45 и ARJ45 генерируют 
шум сравнительно умеренной мощности и не нуж-
даются в серьёзном качественном совершенствова-
нии. Совсем иначе обстоит дело в линейной части, 
т.к. резервов по пропускной способности наиболее 
совершенных стандартных кабелей категории 7

А

 

недостаточно для поддержания передачи 40-гига-
битных информационных потоков с гарантированно 
требуемым качеством в процессе реальной эксплу-
атации [2].

Сложившееся положение дел формирует потреб-

ность в создании LAN-кабелей с одно- и многопро-
волочными медными жилами нового поколения. 
Работы в данном направлении в настоящее время 
ведутся международным техническим комитетом 
IEC /ТК 46С, которым к середине текущего года под-
готовлены проекты стандартов IEC 61156-9 «Кабели 
для горизонтальной прокладки с параметрами пере-
дачи до 2 ГГц» и IEC 61156-10 «Кабели рабочего 
места с параметрами передачи до 2 ГГц». С учётом 
времени, оставшегося до плановой даты заверше-
ния работы, а также полноты предварительного 
материала появление в нормативных документах 
каких-либо революционных изменений следует счи-
тать маловероятным.

ПОДКАТЕГОРИИ ЛИНЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ

40-гигабитное быстродействие формируемого 

канала связи может быть достигнуто двумя основ-
ными способами. В первом случае заданное значе-
ние информационной пропускной способности обе-

Табл. 1. Коэффициенты аппроксимации частотной характеристики коэффициентов затухания 

симметричных кабелей СКС различных категорий 

Категория

кабеля

Частотный 

диапазон, МГц

Коэффициенты аппроксимации кабелей

С однопроволочными жилами

С многопроволочными жилами

a

b

c

a

b

c

8.1 и 8.2

1—1600 (2000)

1,80

0,005

0,25

2,70

0,0075

0,375

7

А

1—1000

1,80

0,005

0,25

2,70

0,0075

0,300

7

1—600

1,80

0,010

0,20

2,70

0,015

0,30

6

А

1—500

1,82

0,0091

0,25

2,73

0,01365

0,375

6

1—250

1,82

0,0169

0,25

2,73

0,026

0,375

спечивается преимущественно приёмной частью 
аппаратуры за счёт сложной обработки поступаю-
щего на неё сигнала совместно с шумом. Это дости-
гается путём использования сравнительно простых 
конструкций в линейной части тракта.

Во втором случае конструкция приёмника и алго-

ритмы обработки входного сигнала заметно упроща-
ются, а заданные шумовые параметры достигаются 
применением более качественной элементной базы 
в линейной части канала.

Прототипом кабельных изделий первой разно-

видности, относимых к категории 8.1, стали кабели 
категории 6

А

. Во втором случае в категории 8.2 за 

основу взяты кабели категории 7

А

. Дополнительно 

выдвигается требование обеспечения обратной со-
вместимости по категориям.

Проекты стандартов IEC 61156-9 и IEC 61156-10 

распространяются на неэкранированные кабели, 
кабели в общем экране и кабели с отдельно экра-
нированными элементами. Тем самым с учётом воз-
можности обращения к прототипам категории 6

А

 

не исключено внедрение техники, работающей на 
скоростях 40 Гбит/с и не имеющей по крайней мере 
часть экранов.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Кабели категории 8.1 и 8.2 имеют обычное испол-

нение и содержат четыре симметричные пары.

Фокусной областью применения рассматрива-

емых продуктов изначально считались центры об-
работки данных. Поэтому они имеют ряд особенно-
стей.

Из табл. 1 после несложных логических рассуж-

дений следует, что диаметр проволоки витых пар 
придётся увеличить до 0,64 мм, т.е. до предельно 
допустимого значения для кабелей СКС.

Кабели изначально не предназначены для рабо-

ты с малоимпедансными нагрузками, в т.ч. с низ-
ковольтными источниками дистанционного питания 


Page 4
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2014, www.kabel-news.ru

48

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

стандартов PoE и PoE+. Для их подключения необхо-
димо использовать соответствующие адаптеры.

РАСШИРЕНИЕ РАБОЧЕГО ЧАСТОТНОГО 

ДИАПАЗОНА

Пропускную способность 40 Гбит/с предполагает-

ся обеспечить известным в технике подходом «гру-
бой силы» (англ. brutal force), т.е. простым 4-кратным 
наращиванием верхней граничной частоты линейно-
го сигнала. Разрядность линейного кода и количе-
ство цепей передачи формируемого тракта остаются 
без изменения. Таким образом, степень утилизации 
имеющейся полосы пропускания и алгоритмы обра-
ботки его входного сигнала остаются неизменными 
(табл. 2).

Дополнительно при определении верхней гранич-

ной частоты 

f

в

 нормирования ключевых характери-

стик новой техники, отвечающих за качественные 
показатели формируемого тракта, в проекте стан-
дартов принимались во внимание следующие сооб-
ражения. 

Во-первых, учитывался финитный характер 

спектра линейного сигнала, частота Найквиста ко-
торого достаточно близка к 1700 МГц (для 10-ги-
габитного сигнала она равна 417 МГц). Во-вторых, 
характеристики наиболее совершенных из извест-
ных уже по меньшей мере полтора десятка лет т.н. 
мультимедиакабелей специфицировались их про-
изводителями до частот 1500—1600 МГц.

Ещё одним фактором становится необходимость 

гармонизации международного стандарта с его ана-
логом, который параллельно разрабатывается сей-
час TIA. Американский подход основан на значении 
2000 МГц.

С учётом этих конкурирующих положений МЭК 

в настоящее время исходит из наименьшего зна-
чения в 1600 МГц, не исключая, впрочем, возмож-
ность увеличения 

f

в

 до 2000 МГц. Данное положение 

уже отражено в документе. В его тексте нормирова-
ние осуществляется в форме 1600 МГц (f.f.s. 2000 
МГц). Более того, в самом наименовании стандарта 
в явном виде указано, что он описывает кабели для 
СКС, работающие в частотном диапазоне до 2 ГГц.

 Табл. 2. Эффективность использования рабочего частотного 

диапазона сигнала различными видами медножильных сетевых 

интерфейсов ЛВС

Тип 

интерфейса

Скорость V,

Гбит/с

Верхняя граничная 

частота 

f

в

, МГц

Величина отношения 

V/

f

в

, (Мбит/с)/МГц 

Fast Ethernet

0,1

100

1

1G Ethernet

1

100/250

10/4

10G Ethernet

10

500

20

40G Ethernet

40

1600/2000

25 (20)

ЧАСТОТНЫЕ 

ХАРАКТЕРИСТИКИ 

КОЭФФИЦИЕНТА 

ЗАТУХАНИЯ И 

ПЕРЕХОДНОГО 

ЗАТУХАНИЯ

Коэффициент затухания и 

переходное затухание явля-
ются теми характеристиками, 
которые оказывают решаю-
щее влияние на пропускную 
способность симметричного 
тракта.

Для коэффициента затухания сохранена тради-

ционная форма описания частотной характеристики 
в виде трёхчленного полинома вида:

   

а

 = 

а

 

f

 = 

bf + c/

f

 

 

 

      (1). 

При этом использованы значения коэффициен-

тов аппроксимации, приведённые в табл. 1.

Пересчёт затухания на 30-метровые тракты осу-

ществляется умножением на 0,3. Сравнение с кон-
струкциями нормированных ранее категорий 7

А

 по-

казывает, что разработчики стандарта вынуждены 
считаться с отсутствием прогресса в последние 
годы. В результате в части обеспечиваемого затуха-
ния изделия категорий 8.1 и 8.2 практически не от-
личаются от своих предшественников.

Вторично после кабелей категории 7

А

 в практике 

стандартизации в неявном виде зафиксирован отказ 
от применявшегося с самых первых шагов развития 
отрасли линейно-логарифмического нормирования 
частотных характеристик отдельных параметров, 
используемых для описания интенсивности элек-
тромагнитной связи цепей передачи сигналов. Она 
была заменена на линейно-ломаное логарифмиче-
ское представление. Характеристики переходного 
затухания на ближнем конце (NEXT), переходного 
затухания суммарной мощности влияния на ближ-
нем конце (PS NEXT), защищённости на дальнем 
конце (ACR-F), защищённости от суммарной мощ-
ности влияния на дальнем конце (PS ACR-F), пере-
ходного затухания суммарной мощности влияния 
на ближнем конце между кабелями (PS АNEXT) и 
защищённости от суммарной мощности влияния на 
дальнем конце между кабелями (PS АACR-F) зада-
ются формулами, указанными в табл. 3. 

Подобный характер частотной зависимости в 

наиболее яркой степени выражен для кабелей кате-
гории 8.2, для которых NEXT считается неизменным 
до частоты 

f

0

 = 68 МГц, т.е. при 

f

 < 

f

принимается 

NEXT

(f)

 = NEXT0 = 78 дБ/100 м. В присутствующих 

на рынке реальных конструкций величина 

f

0

 со-

ставляет от 100 до 300 МГц. Кроме того, для этих 
конструкций величина NEXT0 нередко превышает 


Page 5
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2014, www.kabel-news.ru

49

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

110 дБ. Разницу между нормированным и фактиче-
ским значением следует рассматривать как запас, 
который увеличивает защищённость сигнала от 
помехи и соответственно пропускную способность 
тракта.

Одновременно, вероятно, из соображений под-

держания единообразия для диапазона 

f

 > 

f

0

 крутиз-

на частотной характеристики NEXT для изделий ка-
тегории 8.1 и 8.2 установлена одинаковой и равной 
традиционным 15 дБ. С учётом роста эффективно-

Табл. 3. Требования к минимальным величинам параметров взаимных влияний 

цепей передачи сигналов 

Категория 

кабеля

Частотный 

диапазон, МГц

NEXT,*

дБ/100 м

ACR-F,

*

дБ/100 м

PS-ANEXT,

**

дБ/100 м

PS-AACR-F,**

дБ/100 м

8.1

1—1600 (2000) 

75,3 — 15

log(f)

76,8 — 20

log(f)

112,5 — 15

log(f)

97,2 — 20

log(f)

8.2

1—1600 (2000) 

105,4 — 15

log(f)

105,3 — 20

log(f)

117,5 — 15

log(f)

102,2 — 20

log(f)

Примечание. 

*

 Для частот, при которых расчётное значение более 78 дБ/100 м, требованием должно быть 

не менее 78 дБ/100 м.

**

 Для частот, при которых расчётное значение более 80 дБ/100 м, требованием должно быть не менее 

80 дБ/100 м.

  Значения PS NEXT и PS ACR-F на 3 дБ/100 м менее чем NEXT и ACR-F соответственно.

сти индивидуальных плёночных экранов витых пар 
на высоких частотах для кабелей категории 8.2 та-
кое значение представляется завышенным. Тем не 
менее наличие превышения обеспечивает этим из-
делиям дополнительные запасы по защищённости 
от внутрикабельной переходной помехи.

Интересной особенностью доступных версий про-

екта нормативного документа является то, что он не 
нормирует внутрикабельные переходные влияния в 
суммарном варианте. Такой подход основан на нали-
чии довольно жёсткой корреляционной связи между 
этими характеристиками, отличие между которыми 
согласно стандарту не может превышать 3 дБ. На-
против, для характеристик межкабельных переход-
ных воздействий нормирование осуществляется 
только в суммарном виде, что отражает специфиче-
скую природу этих наводок.

ВЫВОДЫ

Процесс стандартизации электропроводных сим-

метричных кабелей СКС категории 8 вышел на за-
вершающий этап.

Кабели категории 8.1 могут не иметь индивиду-

ального экранирования отдельных витых пар.

Диаметр проволоки проводников витых пар дол-

жен подниматься до 0,64 мм.

Особый характер описания частотной характе-

ристики NEXT в относительно низкочастотной части 
области рабочего диапазона даёт основание наде-
яться на то, что реально внедряемые кабели кате-
гории 8.2 обеспечат заметный запас по пропускной 
способности.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Семёнов  А.Б.  Структурированные  кабельные 

системы для центров обработки данных. — М.: 
ДМК-Пресс. — 2014. — 232 с.

2.    Семёнов А.Б. Перспективы структурированной ка-

бельной системы класса Fa. — КАБЕЛЬ-news. — 
2012. — № 6, ноябрь-декабрь, с. 56—59.


Читать онлайн

В реалиях сегодняшнего дня функции опорного элемента информационно-телекоммуникационной инфраструктуры предприятий во всех отраслях народного хозяйства всё чаще возлагаются на центры обработки данных (ЦОД).

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(75), ноябрь-декабрь 2022

Надежность цифровых решений в электроэнергетике

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Релейная защита и автоматика Подготовка кадров
ГК «ИнфоТеКС», Центр НТИ ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(74), сентябрь-октябрь 2022

Развитие технологии полупроводниковых устройств регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой для цифровых трансформаторных подстанций 6–10/0,4 кВ

Управление сетями / Развитие сетей Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Асташев М.Г. Панфилов Д.И. Рашитов П.А. Красноперов Р.Н. Горчаков А.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(74), сентябрь-октябрь 2022

Повышение эффективности регулирования напряжения в районных электрических сетях

Управление сетями / Развитие сетей Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Королев В.М. Ванин А.С. Гоенко Р.Ю. Тульский В.Н.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»