2C 布线系统与千兆传输...

I    B    M      A   C    S 先 进 布 线 系 统 技 术 白 皮 书

布 线 系 统 与 千 兆 位 网 络 传 输


I  B   M公 司 不 仅 能 够 在 主 机 类 产 品 , 个 人 电 脑 产 品 等 领 域 领 导 业 界 的 潮 流 , 同 时 IBM ACS 先 进 布 线 系 统 也 使 用 户 在 为 其 数 据 通 讯 系 统 构 筑 铜 缆 和 光 纤 的 布 线 系 统 时 , 拥 有 了 充 分 的 选 择 余 地 .

近 期 内 对 于 布 线 系 统 国 际 标 准 的 修 改 引 起 了 对 于 铜 缆 在 未 来 局 域 网 中 的 应 用 的 广 泛 的 讨 论 .  这 篇 文 章 阐 述 了 新 的 网 络 传 输 技 术 的 开 发 过 程 , 以 及 IBM 的 ACS 先 进 布 线 系 统 是 如 何 满 足 当 前 和 未 来 的 网 络 传 输 需 求 的 .


背 景

1995 年 , ISO/IEC 在 其 11801:1995 国 际 标 准 中 将 布 线 系 统 划 分 为 不 同 的 等 级 , 最 高 为 D 级  (Class D).  标 准 中 指 出 , 5 类 布 线 系 统 适 用 于 传 输 的 信 号 频 率 低 于 100MHz 的 网 络 系 统 , 而 且 在 多 数 情 况 下 , 工 作 在 半 双 工 (half-duplex) 的 2 通 道 模 式 下 .  标 准 中 规 定 的 关 键 的 布 线 系 统 性 能 指 标 包 括 最 高 到 100MHz 频 率 下 的 近 端 串 扰 , 衰 减 及 阻 抗 等 .  这 些 性 能 指 标 一 直 沿 用 到 1997 年 中 .

1997 年 9 月 , ISO 在 慕 尼 黑 作 出 决 定 , 将 在 其 下 一 版 本 的 标 准 中 设 定 6 类 和 7 类 的 性 能 指 标 .  新 一 版 的 标 准 预 计 在 2000 年 推 出 , 而 在 此 之 前 , 业 界 已 经 掀 起 了 紧 跟 新 的 性 能 标 准 的 行 动 .  正 在 讨 论 中 的 6 类 系 统 的 频 率 带 宽 将 达 到 200MHz, 而 7 类 系 统 则 是 600MHz.


千 兆 位 数 据 传 输

在 布 线 系 统 标 准 制 定 的 同 时 , 网 络 应 用 系 统 的 厂 家 正 在 设 计 开 发 应 用 于 5 类 布 线 系 统 上 的 千 兆 位 数 据 传 输 技 术 .  例 如 在 IEEE 802.3ab 开 发 的 1000BaseT 千 兆 以 太 网 协 议 中 , 能 够 在 4 对 双 绞 线 的 每 一 个 线 对 上 以  250Mbit/s 的 速 率 进 行 数 据 传 输 .  这 种 性 能 是 采 用 5 级 PAM (相 位 振 幅 调 制) 编 码 技 术 , 利 用 125MHz 的 频 率 带 宽 在 4 线 对 的 全 双 工 通 道 上 实 现 的 .  在 这 个 系 统 中 , 还 采 用 了 相 应 的 数 字 滤 波 技 术 来 消 除 近 端 串 扰 和 回 波 损 失 .

预 计 千 兆 以 太 网 标 准 的 最 终 出 台 要 等 到 1998 年 底 .  到 那 时 , ATM 论 坛 也 将 开 发 出 利 用 ATM 技 术 的 千 兆 位 数 据 传 输 技 术 .


布 线 系 统 如 何 支 持 千 兆 位 数 据 传 输

为 了 更 好 地 支 持 在 4 个 线 对 上 的 全 双 工 数 据 传 输 , 需 要 对 线 缆 和 接 插 件 考 虑 更 多 的 性 能 指 标 .  这 些 指 标 包 括 :

·        综 合 近 端 串 扰 (Powersum NEXT)
·        综 合 等 值 远 端 串 扰 (Powersum ELFEXT)

近 端 串 扰 衡 量 有 多 少 能 量 被 耦 合 到 与 传 输 信 号 的 线 对 相 邻 的 线 对 的 近 端 (信 号 发 送 端 ), 而 远 端 串 扰 则 是 指 远 端 (远 离 信 号 发 送 端 ).  在 千 兆 以 太 网 中 , 所 有 的 线 对 都 被 用 来 传 输 信 号 , 每 个 线 对 都 会 受 到 其 他 线 对 的 干 扰 , 因 此 近 端 串 扰 和 远 端 串 扰 必 须 进 行 功 率 加 总 , 从 而 获 得 对 于 能 量 耦 合 的 真 实 描 述 .

等 值 远 端 串 扰  (Equal Level FEXT, ELFEXT) 是 远 端 串 扰 与 衰 减 之 差 .  在 进 行 远 端 测 试 时 , 必 然 会 引 入 信 号 衰 减 的 因 素 的 影 响 .  等 值 远 端 串 扰 在 数 值 上 排 除 了 信 号 衰 减 的 成 份 .
计 算 多 线 对 传 输 时 的 综 合 近 端 串 扰 的 公 式 如 下 :



其 中 dB 是 测 得 的 近 端 串 扰 值 , n = 线 对 数 减 1.

通 常 综 合 近 端 串 扰 的 数 值 比 单 独 的 近 端 串 扰 值 要 劣 化 2 到 3dB.  在 最 坏 的 情 况 下 , 两 者 之 差 会 达 到 4.77dB.  在 进 行 1000BaseT 传 输 时 , 必 须 使 利 用 综 合 近 端 串 扰 (而 不 是 近 端 串 扰 ) 计 算 出 的 衰 减 串 音 比 (ACR) 值 符 合 5 类 性 能 要 求 , 也 就 是 , ACR = PSNEXT-Attenuation, 其 中 ACR 必 须 大 于 4dB.  因 此 , 为 了 支 持 这 种 协 议, 需 要 使 用 改 进 了 的 线 缆 .  与 加 总 近 端 的 道 理 相 同 , 综 合 等 值 远 端 串 扰 同 样 也 是 系 统 的 重 要 性 能 指 标 .  网 络 设 备 的 信 号 处 理 单 元 不 能 完 全 消 除 这 种 远 端 耦 合 串 音 , 因 此 综 合 等 值 远 端 串 扰 指 标 的 优 劣 也 同 样 极 大 地 影 响 着 网 络 的 性 能 .

虽 然 千 兆 以 太 网 的 目 标 是 应 用 在 5 类 布 线 系 统 上 , 但 是 就 目 前 实 际 安 装 的 基 于 5 类 标 准 的 布 线 系 统 而 言 , 由 于 其 性 能 只 能 满 足 100MHz 的 信 号 传 输 , 对 于 频 率 可 能 高 达 125MHz 的 千 兆 以 太 网 而 言 , 除 少 数 指 标 能 够 刚 好 达 到 性 能 要 求 的 边 缘 外 , 通 常 无 法 正 常 支 持 千 兆 位 数 据 传 输 技 术 .  因 此 , 为 了 能 够 稳 定 地 支 持 这 些 新 的 网 络 协 议 , 必 须 起 草 新 的 布 线 系 统 标 准 .

制 定 布 线 系 统 标 准 的 国 际 组 织 已 经 对 此 作 出 反 映 , 并 将 推 出 新 的 布 线 等 级 以 满 足 千 兆 位 数 据 传 输 的 要 求 .  预 计 在 ISO 11801 的 更 新 版 本 , 即 ISO 11801:1998 中 , 将 添 加 对 增 强 型 5 类 标 准 和 D+ 级 链 路 等 级 的 描 述 .  

用 于 千 兆 位 数 据 传 输 的 线 缆

在 前 述 的 这 些 新 的 标 准 出 台 之 前 , IBM ACS 先 进 布 线 系 统 已 经 能 够 为 用 户 提 供 满 足 千 兆 以 太 网 传 输 要 求 的 铜 缆 解 决 方 案 , 其 最 新 的 Silver Level 线 缆 (频 率 带 宽 200MHz) 和 Gold Level 线 缆 (频 率 带 宽 600MHz) 的 性 能 指 标 如 下 .

Silver Level 系 列 线 缆

频 率 (MHz)        衰 减 (dB)        PSNEXT (dB)        PSELFEXT (dB)        ACR (dB)
100        20.5        44        34        23.5
200        30.3        40        28        9.7

Gold Level 系 列 线 缆

频 率 (MHz)        衰 减 (dB)        NEXT (dB)        ACR (db)
100        18.9        >90        >71.1
300        33        >80        >47
600        48        >75        >27
注 : 由 于 此 类 线 缆 采 用 独 立 线 对 屏 蔽 技 术 , 即 每 个 线 对 外 都 有 独 立 的 屏 蔽 层 , 使 得 其 串 扰 性 能 非 常 出 色 , 均 已 超 出 现 有 测 试 仪 器 的 测 量 范 围 , 因 此 在 表 中 无 法 提 供 具 体 的 NEXT 数 值 .


从 以 上 数 据 可 以 看 到 , IBM ACS 先 进 布 线 系 统 的 超 五 类 线 缆 的 性 能 指 标 不 仅 远 远 超 过 了 5 类 标 准 的 性 能 要 求 , 同 时 还 在 100MHz 以 上 的 频 率 上 提 供 了 充 足 的 可 用 带 宽 满 足 高 速 网 络 应 用 的 需 求 .  这 些 线 缆 能 够 在 扩 展 的 频 率 上 支 持 半 双 工 和 全 双 工 的 4 线 对 传 输 .



通 道 链 路 性 能

当 利 用 IBM ACS 先 进 布 线 系 统 的 Silver Level 线 缆 和 RJ45 接 插 件 构 成 一 个 通 道 链 路 时 , 能 够 在 100MHz 的 频 率 上 获 得 21dB 的 ACR 值 (衰 减 串 音 比 ), 这 个 数 值 相 当 于 5 类 标 准 所 要 求 数 值 的 64 倍 .  而 当 使 用 Gold Level 线 缆 和 IBM 新 一 代 的 MiniC 接 插 件 时 , 100MHz 时 的 ACR 值 为 61dB, 约 相 当 于 5 类 标 准 的 600000 倍 !  这 样 的 链 路 性 能 不 仅 提 供 了 对 于 5 类 系 统 的 兼 容 性 , 同 时 更 为 千 兆 位 数 据 传 输 系 统 的 应 用 提 供 了 充 足 的 空 间 , 从 而 使 用 户 的 布 线 系 统 得 到 真 正 的 系 统 应 用 保 证 .



6 类 与 7 类

德 国 在 其 DIN44312-5 标 准 中 , 针 对 高 性 能 布 线 系 统 制 定 了 频 率 带 宽 为 600MHz 的 性 能 指 标 .  在 ISO/IEC 正 在 讨 论 的 国 际 标 准 中 , 此 类 性 能 级 别 被 设 定 为 7 类 系 统 .  7 类 布 线 系 统 将 是 一 个 基 于 4 对 独 立 线 对 屏 蔽 双 绞 线 和 新 一 代 接 插 件 (取 代 原 有 的 RJ45 接 插 件 标 准 ) 的 开 放 式 系 统 , 提 供 600MHz 的 频 率 带 宽 .  使 用 7 类 线 缆 和 接 插 件 组 成 的 链 路 将 被 定 义 为 F 级 链 路 (Class F).

E 级 链 路 , 也 就 是 6 类 链 路 , 由 非 屏 蔽 双 绞 线 或 屏 蔽 双 绞 线 和 RJ45 接 插 件 组 成 , 并 要 求 在 200MHz 的 频 率 上 提 供 大 于 0 的 ACR 值 .  6 类 系 统 的 标 准 同 样 正 在 讨 论 中 .

象 1995 年 制 定 的 5 类 标 准 一 样 , 6 类 和 7 类 布 线 系 统 都 会 在 相 应 的 网 络 应 用 需 求 出 现 以 前 成 为 正 式 的 国 际 标 准 .

小 结

IEEE802.3ab 的 千 兆 以 太 网 将 使 1000BaseT 运 行 于 增 强 型 5 类 系 统 中 , 而 IBM ACS 先 进 布 线 系 统 已 经 能 够 提 供 满 足 用 户 未 来 需 求 的 布 线 系 统 , 这 将 使 用 户 在 投 资 于 他 的 布 线 系 统 时 , 除 了 能 够 得 到 产 品 质 量 的 保 证 外 , 还 能 在 更 长 的 时 期 内 得 到 系 统 先 进 性 的 保 证 , 从 而 保 护 了 用 户 的 投 资 .

下 表 总 结 了 当 前 的 和 即 将 出 台 的 布 线 标 准 , 以 及 用 户 可 以 得 到 的 布 线 产 品 .

布 线 标 准         最 高 频 率 带 宽         支 持 的 协 议         IBM ACS 产 品
ISO 11801:1995        100MHz        最 高 支 持 155Mbps 的 ATM 应 用         Bronze Level 系 列
ISO 11801:1998        125MHz        最 高 支 持 千 兆 以 太 网         Silver Level 系 列
ISO 11801:2000        200MHz                Silver Level 系 列
ISO 11801:2000        600MHz                Gold Level 系 列