Перспективы структурированной кабельной системы класса Fа

Page 1

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

качестве одного из главных качественных
показателей функционирования ЦОД вы-
ступает время его реакции на поступающие
пользовательские запросы. Оно зависит от

целого ряда факторов, в иерархии значимости кото-
рых далеко не последнее место занимает пропуск-
ная способность внутренних каналов связи.

В основу системы внутренней связи современ-

ного ЦОД среднего и тем более крупного масштаба
в основной массе случаев положена 10-гигабитная
техника. Однако уже в самой ближайшей перспек-
тиве её возможности будут исчерпаны полностью и
остро встанет вопрос о переходе на следующую сту-
пень скоростной иерархии. До настоящего времени

в технике построения информационных систем прак-
тиковалось увеличение этого параметра на порядок.
В силу целого ряда причин в этот раз традиция будет
нарушена и следующим значением линейной скоро-
сти станет величина 40 Гбит/с.

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ

СКС В ЦОД

Физический уровень системы передачи ЦОД

реализуется на основе структурированной кабель-
ной системы. Профильные стандарты допускают
применение при построении стационарных линий
и трактов СКС на равных правах симметричных и
оптических линий. При этом использованное здесь
определение «равные права» требует обязательно-
го уточнения. Оно справедливо в том смысле, что
относится только к хорошо освоенному диапазону
скоростей. Выход на принципиально новый уровень
быстродействия обычно начинается с линий опти-
ческой связи. Основная причина выбора именно
такой стратегии заключается в том, что оптические
линии оказываются технически более простыми в
реализации из-за заметно меньшего затухания и
отсутствия сильного влияния между цепями пере-
дачи сигналов. Только затем в новый диапазон
«подтягиваются» симметричные электропровод-
ные решения.

Задача создания оптической техники СКС, обе-

спечивающей скорости передачи в 40 и 100 Гбит/с,
была успешно решена промышленностью ещё в кон-
це первого десятилетия нового века. Необходимость

Перспективы
структурированной кабельной
системы класса Fа

Эффективность деятельности современного предприятия существенно па-

дает, если на нём отсутствует полноценная информационно-вычислительная
система (ИВС). Эволюция развития технических объектов данной разновид-
ности закономерным образом привела нас к тому, что в последние годы функ-
ции её центрального элемента всё чаще возлагаются на центры обработки
данных (ЦОД).

Андрей СЕМЁНОВ,

директор по развитию АйТи-СКС компании «АйТи», д.т.н.

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

обязательного внедрения хотя бы 40-ги-
габитной техники передачи по симме-
тричным кабельным трактам в широкую
инженерную практику построения ЦОД
обусловлена тем, что она имеет целый
ряд значимых преимуществ перед своими
оптическими аналогами. Основные из них
заключаются в следующем:
• возможность прямой стыковки с интер-

фейсами, имеющими скорость переда-
чи не свыше 10 Гбит/с, и техническая
простота реализации этой процедуры
без применения адаптеров;

• большая энергоэффективность на ха-

рактерных для ЦОД коротких линиях,
что имеет особо большое значение в
свете резкого ужесточения требований
в отношении экологичности различных
технических объектов в последнее
время.
Перспективность применения электропроводной

элементной базы для построения сверхвысокоско-
ростных СКС в ЦОД официально признана органа-
ми по стандартизации. Комитетом TIA TR-42.7 нача-
та НИР, названная 100



Next Generation Cabling, со

сроком завершения в 2014 году. Её результаты пред-
полагается опубликовать в форме приложения 1
к недавно ратифицированной обновлённой редак-
ции основного стандарта ANSI/TIA-568-C.2.

В конце первого десятилетия нового века орга-

ны по стандартизации окончательно отработали
спецификации как отдельных компонентов, так и
комплексных объектов на их основе (стационарных
линий и трактов) нового поколения симметричной
электропроводной техники. Они позволяют созда-
вать линии класса Fa с верхней граничной частотой
нормирования параметров 1 ГГц. Основной движу-
щей силой внедрения данной техники была, наряду
со стремлением к увеличению потенциальной про-
пускной способности, необходимость поддержки
очень популярного в странах Центральной Европы
спутникового аналогового телевидения с верхней
граничной частотой спектра линейного сигнала
1,2 ГГц.

В сложившейся ситуации вполне резонным

выглядит постановка вопроса о возможности ис-
пользования или адаптации этой техники под
новую область применения. Данное пожелание
носит далеко не академический характер. По-
тенциально большой и динамично развивающий-
ся рынок построения ЦОД делает применение
техники категории 7а коммерчески весьма при-
влекательным, а наличие хорошо отработанного
прототипа заметно уменьшает время выхода на се-
рийное производство и затраты на конструкторские
работы.

ШЕННОНОВСКАЯ ПРОПУСКНАЯ

СПОСОБНОСТЬ СИММЕТРИЧНОГО ТРАКТА

Предельная пропускная способность тракта пе-

редачи информации вне зависимости от принципа
его построения при выполнении достаточно мягких
исходных ограничений определяется известным за-
коном Шеннона. Огромная практическая важность
обращения к этой разновидности математического
аппарата заключается в том, что он связывает вое-
дино шумовые характеристики тракта и энергетиче-
ские параметры приёмо-передающей аппаратуры.

Для рассматриваемого случая четырёхпарного

симметричного тракта шенноновская пропускная
способность ищется как

= 4





log

[

1 +

]

где:

— мощность сигнала на входе приёмника;

— мощность шума на входе приёмника.

Коэффициент 4 перед интегралом учитывает

факт того, что в симметричных трактах использует-
ся параллельная передача по четырём парам одно-
временно. Кроме того, в процессе проведения прак-
тических расчётов верхний предел интегрирования
выбирается конечным.

Необходимость обращения к интегральной фор-

ме записи закона Шеннона обусловлена сильной
зависимостью шума от частоты, что обусловлено
быстрым падением всех без исключения разновид-
ностей переходного затухания по мере её роста. Кор-
ректность применения шенноновского подхода обу-
словлена тем, что ширина полосы, которая требуется
для передачи 40-гигабитного сигнала, превышает
1 ГГц, а сам переходной шум в столь широкой полосе
может вполне рассматриваться как гауссовский.

Достигнутый на данном этапе развития техники

уровень полупроводниковой электроники позволяет

Рис. 1. Зависимость шенноновской пропускной способности

симметричного тракта от его протяжённости и верхней

граничной частоты сигнала

2,5 Гбит/с

2 Гбит/с

1,5 Гбит/с

1,0 Гбит/с

Шеннон

160

140

120

100

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2012, www.kabel-news.ru

создавать удовлетворяющие требованиям практики
приёмопередатчики в том случае, если фактическая
пропускная способность

тракта не превышает 60%

от шенноновской. Иначе говоря, на практике должно
выполняться неравенство



0,6 C

На рис. 1 представлена заимствованная из ли-

тературы

зависимость шенноновской пропускной

способности симметричного тракта с параметра-
ми категории 7а при различных значениях верхней
граничной частоты f. При f > 1 ГГц применялась ли-
нейная экстраполяция частотно-зависимых харак-
теристик за пределы стандартного диапазона. Из
результатов расчёта однозначно вытекает невоз-
можность решения поставленной задачи простой
пересертификацией имеющейся продукции. Кроме
того, необходимо выполнение новых разработок и
существенное (минимум в 1,5—2 раза) наращива-
ние верхней граничной частоты.

ЗАДЕЛ

В ОБЛАСТИ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Практическая реализация кабельного тракта СКС

независимо от типа применяемой элементной базы
требует наличия всего двух компонентов — линей-
ного кабеля и разъёмного соединителя. Шнуровой
кабель отличается от линейного (инсталляционного)
преимущественно использованием в его конструк-
ции гибких многопроволочных проводников. Он мо-
жет рассматриваться как один из вариантов линей-
ного изделия.

Задача удвоения верхней гра-

ничной частоты симметричного
четырёхпарного кабеля традици-
онной конструкции относительно
категории 7а не является абсо-
лютно новой для электротехни-
ческой промышленности. Она
была довольно успешно решена
ещё в середине первого десяти-
летия нового века французской
компанией Acome, которая прак-
тически продемонстрировала
возможность её увеличения до
2,2 ГГц.

Анализ частотной зависимо-

сти шенноновской пропускной
способности показывает, что в
описывающем его аналитиче-
ском соотношении под интегра-
лом находится логарифм извест-
ного в технике СКС параметра
ACR (защищённости). Известно,

что величина ACR независимо от разновидности
защищённости монотонно падает по мере роста ча-
стоты. При этом скорость падения определяется как
ростом затухания, так и уменьшением переходного
затухания. В процессе нормирования второго пара-
метра, который определяет ACR, т.е. переходного
затухания, принимается линейная в логарифмиче-
ском масштабе модель её частотного изменения.
На рис. 2 приведены паспортные частотные зависи-
мости изменения величины переходного затухания
на ближнем конце для четырёх различных серийных
образцов инсталляционных кабелей европейских
производителей, конструкции которых могут быть
использованы в качестве прототипа при разработке
40-гигабитных линейных изделий. Из них следует,
что линейно-монотонная модель для данного случая
оказывается слишком грубой (до частоты примерно
100 МГц все кабельные изделия имеют неизменный
NEXT) и требует замены на более адекватную.

Практическая необходимость выполнения подоб-

ной коррекции объясняется сочетанием следующих
двух факторов:
• шенноновская пропускная способность в случае

симметричных четырёхпарных кабелей опреде-
ляется в первую очередь низкочастотной частью
ACR, т.е. той областью спектра, где постоянство
NEXT не учитывается моделями действующих
стандартов;

• корректное измерение NEXT на уровне свыше

100 дБ превращается в достаточно сложную за-
дачу.
В рамках иллюстрации последнего положения

вполне допустимо сослаться на компанию Datwyler,
которая в технических данных своей кабельной про-

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

Suitability of Category 7A/Class FA As A “Future Proofing”

Media For 40 Gbps Applications. Commscope. White

Paper. April 2012. — 13 p.

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

дукции категории 7а указывает на ча-
стотах до 250 МГц значение NEXT в
форме > 103 дБ.

В области разъёмных соедини-

телей, как показали результаты по-
следних экспериментов, требуемые
параметры вполне обеспечиваются
обоими стандартными типами изде-
лий: Tera — компании Siemon и GG45
— компании Nexans. Кроме того, для
решения данной задачи может быть
задействован разъём ARJ45 компа-
нии Bel Fuse, который вполне может
считаться одним из вариантов GG45.
Характеристики всех упомянутых из-
делий таковы, что в данной области
вполне может быть задействован ме-
ханизм пересертификации.

Tera, как изделие, технологически более отрабо-

тан. Его большим преимуществом является то, что,
кроме разработчика, это изделие серийно выпуска-
ют по лицензии несколько других производителей.
На стороне GG45 находится возможность прямого
подключения вилки RJ45 без применения адаптера
в корпусном или шнуровом исполнении. Последнее
свойство весьма ценно с учётом больших объёмов
применения в ЦОД оборудования со скоростями 1 и
10 Гбит/с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стандартное оборудование информационных ка-

бельных систем категории 7а не в полной мере от-
вечает требованиям, предъявляемым к линиям сле-
дующего поколения скоростей, и в первую очередь
из-за недостаточной дальности действия.

При достигнутом уровне техники возможность пе-

рехода на новую ступень скоростей с использовани-
ем электропроводных кабелей является доказанным

фактом, хотя и потребует проведения определённо-
го объёма НИОКР.

В качестве основы 40-гигабитных линий следу-

ет использовать только полностью экранированную
элементную базу, отвечающую на сегодняшний день
требованиям улучшенной категории 7а. Основным
направлением работы по её адаптации на новый
диапазон скоростей должно являться наращивание
верхней граничной частоты нормирования характе-
ристик до значений примерно 2—2,5 ГГц, что при-
ведёт к достижению требуемой пропускной способ-
ности.

С учётом технических сложностей определе-

ния величин переходного затухания заметно выше
100 дБ современными измерительными приборами
и характера зависимости пропускной способности
тракта от верхней граничной частоты в процессе
нормирования не исключён отход от традиционной
линейной аппроксимации частотной характеристи-
ки допустимых переходных влияний в пользу более

сложных моделей, например, применение для
этой цели линейно-ломаных шаблонов.

В симметричных линиях СКС со скоростью

передачи 40 Гбит/с технически оправдан ча-
стичный или полный отказ от задания предель-
ной протяжённости тракта в 100 м в пользу
более умеренного значения, например, уже
апробированной на категории 6а величины
55 м.

Переход на медножильные решения для

реализации линий протяжённостью не выше
30 м в случае правильной реализации проекта
не приводит к существенному усложнению си-
стемы кондиционирования и увеличению энер-
гопотребления на перспективных скоростях 40
и 100 Гбит/с, т.е. не ухудшает ключевой пока-
затель энергоэффективности ЦОД, которым
является коэффициент PUE.

Corning
Datwyler

Nexans

Draka

140

120

100

10 16 32 62 100 300 600 1000 1200 1500

Рис. 2. Частотная зависимость параметра NEXT для серийных

симметричных горизонтальных кабелей с повышенной

граничной частотой, выпускаемых европейскими

производителями

Частота, МГц

NEXТ, дБ

Оригинал статьи: Перспективы структурированной кабельной системы класса Fа

Читать онлайн

В качестве одного из главных качественных показателей функционирования центра обработки данных выступает время его реакции на поступающие пользовательские запросы. Оно зависит от целого ряда факторов, в иерархии значимости которых далеко не последнее место занимает пропускная способность внутренних каналов связи.