«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.
«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
«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
0
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
«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.
Оригинал статьи: LAN-кабели категории 8 — взгляд МЭК
В реалиях сегодняшнего дня функции опорного элемента информационно-телекоммуникационной инфраструктуры предприятий во всех отраслях народного хозяйства всё чаще возлагаются на центры обработки данных (ЦОД).
