支持未来应用的万兆布线系统综述

　　面临升级网络基础设施以及处理那些尚未被完全定义的应用的严峻考验，如何为未知应用做准备呢?安装一个保证支持未来应用的布线系统，一个面向集成的万兆布线系统，可以为今日的高端企业用户解决很多问题，使用户可以整合商业功能并传送高级的基于IP的万兆商业服务。

　　企业布线正迅速发展。新兴的高带宽服务及更高速以太网标准正被采纳，例如千兆以太网及现在的万兆以太网，为IP和高端IP服务如 VoIP、IP电视会议和视频监视及安全技术的普遍应用构建了一个良好的环境。语音、数据和视频网络正逐步集成在同一套网络基础设施上，对于服务的可靠性和服务质量的需求也日益增加。一个可靠的高性能的结构化布线系统对于大企业在增加他们的生产力和销售量的同时降低成本是极其重要的，当然它须能处理那些高带宽需求。

　　光纤骨干网

　　局域网骨干网是目前网络的生命线。就在五年前，只有20%的局域网通信到达骨干网。大多数的运算由个人计算机完成，文件也在本地保存和访问，文件共享的情况很少。然而时至今日，情况发生了翻天覆地的变化。据估计，全部通信量的80%到达骨干网。现在的应用采取集中服务，用户的文件被存储在服务器上，文件共享和共用的情况十分普遍。Internet应用需求的成倍增加，以及个人电脑多媒体处理能力的增强，都加大了骨干网的负担。骨干网络必须能处理这一日益增长的需求。

　　城域网是公众网的一部分，它衔接企业和公共网络的核心。目前的城域网骨干网已经能够以SONET/SDH OC-192/STM-64的方式处理万兆服务。随着上世纪90年代末期千兆以太网的引入和目前万兆以太网标准的通过，城域网中以太网技术的应用变得越来越普遍。在城域网的设计中有两种思路，一种是利用现有的结构如SONET OC-48 或 OC-192c来分开传输千兆和万兆以太网;另一种是选用本地以太网的技术进行传输。不管选用哪种方法，在以太网或SONET上运行的IP服务的增长率都发展得非常迅速。值得注意的是，随着802.3ae 万兆以太网标准的确立，以太网第一次可以消化整个信号而不浪费带宽。

　　万兆光纤系统

　　光纤系统在传输光信号时，离不开光收发器和光纤。以万兆为代表的新兴高带宽服务对于光纤系统提出了更新更高的要求，因为传统的多模光纤只能在几十米的距离内支持万兆传输。网络业界推出了一系列的光纤设计和测试标准，如IEC-60793-2-10、TIA-492AAAC和 TIA/EIA 455-220等。为了配合针对万兆应用而采用的新型光信号收发器件，ISO/IEC 11801制定了新的多模光纤标准等级，即OM3类别，并在2002年9月正式颁布。OM3光纤对LED和激光两种带宽模式都进行了优化。采用新标准的光纤布线系统能够在多模方式下至少支持万兆传输至300米，而在单模方式下能够达到10公里以上(1550纳米波长更可支持40公里传输距离)。

　　新的光纤标准对连接器件也提出了新的要求，连接头端面的几何形状设计(包括弯曲半径、顶点偏移和球型切口)直接影响到激光能量的反射。加工工艺的精度，直接关系到避免链路性能下降及收发器的损坏。另外，小型化光纤连接器(SFF)的使用，也改善了传统光纤接口的人性化界面。

　　光收发器的种类主要有两大类：发光二极管(LED)和激光发光器(Laser)。虽然在性能上，激光发光器远远优于发光二极管，但是由于制造成本的问题，使绝大多数局域网用户一直难以负担激光发光器的高昂价格。

　　直到最近，一种新型发光器件垂直腔表面发光器VCSEL的出现，才解决了这个问题。VCSEL吸收了激光发光器件的性能优势(如响应速度高、传输光谱窄)和发光二极管的优势(如藕合效率高及成本低廉)。因此，采用低成本高性能的VCSEL发光器件，配合多模光纤的方式可以传输高达万兆的信号。

　　LEDVCSELDFB/FP Laser

　　成本低适中高

　　用途多模光纤多模光纤单模光纤

　　最高支持应用1Gb/s12.5Gb/s40Gb/s

　　实际标准最高用途622Mb/s10Gb/s40Gb/s

　　但是，另一个问题又出现在用户面前，即传输距离。使用光纤的用户除了传输速率外，还对传输距离有要求。实验证明，传统多模光纤，不论是50祄还是62.5祄，虽然可以支持万兆网络传输，但其支持距离都在100米以内，这对网络主干的应用是根本无法满足的。

　　由于LED发光器件本身的性能局限，在千兆以上的高速应用中，发光器件主要采用激光发光器件,而传统多模光纤从标准上和设计上均以 LED方式为基础。由于两种发光器件传输方式的不同，必须对光纤本身进行改造，以适应光源的变化。因此，ISO/IEC 11801着手制定了新的多模光纤标准等级，即OM3类别，并在2002年9月正式颁布，以支持万兆应用。

　　由此，ISO标准中对多模光纤进行了重新分类，OM1指目前传统的62.5祄多模光纤，OM2指目前传统50祄多模光纤，OM3是新增的万兆光纤。要注意光纤带宽指标的两种模式，“Overfilled Launch Bandwidth”是针对LED发光器件的匹配指标，而“Laser Bandwidth”是针对新型激光发光器件的匹配指标。OM3光纤同时在两种模式下都进行了优化。

　　多模光纤在传送光脉冲时，光脉冲在传送过程中会发散展宽，当这种发散状况严重到一定程度后，前后脉冲之间会相互叠加，使得接收端根本无法准确分辨每一个光脉冲信号，这种现象称为DMD(Differential Mode Delay)。随着OM3型激光优化多模光纤标准的颁布(TIA 于2002年4月颁布 568-B.3-1，ISO 于2002年9月颁布 11801第 2版)，对其性能测试认证便成为每个厂商乃至用户的问题，由于OM3光纤针对DMD现象的改进，因此只有测试DMD，才能真正区别OM3光纤与普通光纤的差别。为此，国际标准专门制定了一系列测试标准，如TIA/EIA-455-220、IEC 60793-1-49 等等。

　　DMD测试的主要步骤是：采用一根5祄的单模探针与被测OM3光纤相连，通过单模探针不断向被测光纤发生光脉冲，与此同时，探针进行扫描移动，从光纤轴心向边缘移动，每次移动大约1祄。在接收端，每个位置的光脉冲都会被记录并叠加在同一个时域图上以形成DMD指标。到达光脉冲会由于不同路径产生时间差，同时由于光脉冲本身会发散，将这两方面的差异相加，根据标准比对，用以判定OM3光纤是否满足标准。

　　考虑现在支持千兆以太网，而未来升级到万兆以太网，可以有三种不同的选择。

　　选择一：直接选用单模光纤系统来同时支持千兆以太网和万兆以太网。当用户传送距离超过1000米时，这是目前唯一的选择。但在大楼内部网主干系统中，距离短于550米，使用单模光纤的问题是一旦用户铺设单模系统，必须使用1300nm长波网络设备，虽然长波在性能上有优势，但在现阶段应用千兆以太网时，明明可以使用850nm短波长来解决的问题，却使用价格高昂的长波设备，会造成用户投资的增加。

　　选择二：选用现在典型多模光纤系统，当未来升级时，使用波分复用技术(CWDM)，利用四条2.5Gbps波长信道实现万兆以太网的应用。目前，这种CWDM技术尚在实验阶段，即使未来可用，其成本的增加，也是十分巨大的。

　　选择三：选用一些新型多模光纤系统，同时在现在和未来，用价格低廉的850nm信道支持千兆和万兆以太网应用。且支持千兆距离达 1000米，万兆的距离达550米。

　　高带宽IP应用多媒体

　　集成布线

　　目前网络正走向集中化，数据、语音和视频在单个媒质上的传输可节省巨大的花费。基于7类/F级标准开发的STP布线系统，可以在一个连接器和单根电缆中，同时传送独立的视频、语音和数据信号。它甚至支持在单对电缆上传送全带宽的模拟视频(一般为870MHz)，而且在同一护套内的其他双绞线对上同时进行语音和数据的实时传送。

　　在安全防护方面，商业上保护员工及捍卫知识产权的需求很急迫。然而，传统的安全系统已不能满足快速增长的需求。现在，大多数的安防系统要求一个更专门的网络，与数据网络分离。由于对安全性的更高要求，这些老系统操作起来耗费颇多，而且也不能满足新需求。现在所需的是一个有可编址元件的动态系统，它能够传送高质量的影像、语音和数据，并且使用跟现在的数据系统一样的网络。为了满足这种需要，新的安全系统基于IP协议，每一个安保设备(诸如视网膜扫描器、X射线设备等等)都成为数据网络上可设地址的节点。这些新式的高级安保系统在同一个平台上集成语音、数据和视频。市场对这些产品和系统的需求正以一个不可预知的速度增长。有分析家预测，到2005年将达到400亿美元。显然，这个市场以及对于安全性的强调是驱使万兆以太网这样的高带宽服务的因素之一。

　　7类/F级标准定义的传输媒质是线对屏蔽(也称全屏蔽)的STP线缆，它在传统护套内加裹金属屏蔽层/网的基础上又增加了每个双绞线对的单独屏蔽。7类/F级线缆的特殊屏蔽结构，保证了它既能有效隔离外界的电磁干扰和内部向外的辐射，也可大幅度削弱护套内部相邻线对间的信号耦合串扰，从而在获得高带宽传输性能保障的同时，又增加了并行传输多种类型信号的能力。

　　7类/F级STP布线系统可采用两种模块化接口方式，一种是传统的RJ类接口，其优点是机械上能够兼容低级别的设备，但是由于受其天生结构的制约很难达到标准要求的600MHz带宽;另一种选择是非RJ型接口，它的现场装配也很简单，能够提供高带宽的服务，而且已经被ISO/IEC 11801认可并被批准为7类/F级标准接口。

　　面向桌面的铜缆布线

　　在今天的新装布线市场，6类系统正在迅速成为人们首选的解决方案。然而面对新兴的基于IP的万兆挑战，他们不禁会问，增强5类还能支持万兆服务吗，6类布线肯定能够满足万兆的性能要求吗?

　　要解决这一疑问，我们不妨来关注一下相关标准委员会近期的活动。2002年11月10～15日，在IEEE802全会上，提出了 “万兆base-T的挑战和方案”这一指南，并考虑了基于双绞铜缆布线系统的万兆以太网标准。接下来的会议，包括了许多有关技术可行性的有趣演示、广阔的市场潜力以及经济实用性探讨。几天后，IEEE802.3工作组和IEEE标准执行委员会(SEC)批准了万兆base-T工作组的成立。这个工作组将评估标准的万兆数据速率运行于长达100米距离的水平平衡布线系统(例如从工作区到电信间)的可行性，这个水平布线系统是由TIA568-B及 ISO/IEC11801建筑布线标准所规定的。工作组把标准制定的最后期限定在了2006年。

　　在2003年2月的TIA TR-42.7会议上，29家布线产品制造商同意做另外的工作以支持基于六类/E级而非增强5类布线的万兆应用。负责制定国际布线标准ISO /IEC11801：2002的委员会也有类似的立场，并在2003年2月于新西兰会后与IEEE802.3进行了官方联系。提及他们将很高兴看到六类 /E级或更好的布线系统能用来支持万兆base-T应用，但对增强5类没有兴趣。

　　与增强5类相比，6类布线系统具有更好的抗噪声性能，可提供更透明、更全能的传输信道，在高频率上尤其如此。如果采用 1000BASE-T 中采用的PAM-5编码技术，万兆以太网需要至少625MHz的线性传输性能。大多数的增强5类电缆只有150MHz或250MHz，标准也只要求有 100MHz。6类虽没有被强制其性能达到625MHz，但对于高带宽传输是更好的媒质。许多制造商提供的电缆标称600MHz，正是预计到有应用需要更高的性能。

　　网络芯片和设备制造商需要某个确定性能级别以使他们能够生产出在铜缆上传送万兆的产品。6类系统在625MHz上的平均抗噪能力比增强5类高。利用不同的数字信号处理技术模拟100米平衡布线的实验指出：通过芯片和布线厂家的努力，在六类/E级布线系统上运行万兆 base-T的目标可以达到。通过DSP数字信号处理技术，芯片开发者可以去除或者补偿大多数布线内部的信号损伤，包括回损、近端串扰、等效远端串扰和插入损耗。布线系统基础的容量越大，网络器件制造商对其产品就可以做越少的补偿。

　　从以上的分析可以看出，基于IP的万兆服务正在领导着网络的发展。有数据表明，目前全球90%的网络通信是基于IP协议，其中企业 VPN的比重在2005年会达到32%，而且到2007年75%的话音服务也会转移到VoIP。目前使用千兆以太网技术的用户占总量的31%，到2006 年，预计会有几十万个万兆以太网端口会被订购，整个市场将超过40亿美元。如此庞大的网络市场给布线行业提供了一个非常诱人的机会，传统的布线系统面临全面的升级，能够满足未来应用需求的万兆布线成为了新时期的宠儿。

　　如何选择万兆布线系统

　　今日网络扩展的独特性就像应用它们的企业一样，但是，其基本的原理和跨市场应用是很相似的。一个符合目前市场需要的真正万兆布线系统应该具备以下特性。

　　专为处理目前新兴的基于IP的应用而建;

　　受市场驱动并且是全球范围内的解决方案，包括光纤、屏蔽ScTP和UTP铜缆;

　　品质和创新并保证其稳定性;

　　能非常方便地马上从供应商那里获得一个面向高端的主干和水平解决方案。

　　那么，我们应该怎样来选择一种最合适的万兆布线系统呢?如果你要设计一个距离大于100米的高速局域网主干，与城域网和广域网都有接口，并且有高安全性和抗EMI的要求，比如数据中心、存储中心、服务器集群、VOD点播等，就应该采用基于OM3技术的光纤布线系统。

　　如果你想在高EMI环境中实现在一根传输媒质上集成传输视频、语音、数据或控制信号，并且考虑对未来更高带宽应用的支持，比如智能化大楼集中控制系统、智能家庭、多媒体终端站等，就可以采用7类/F级的STP屏蔽布线系统。

　　如果你正在构造一个强大的内部局域网，需要更快的网络响应时间，减少网络堵塞，支持高端ERP系统，远程供电全双工千兆以太网数据终端设备，应用实时全息技术的3D建模，用于远程教育或雇员/客户培训的交互式点对多点的流式媒体，以及带整体文件协作的宽带电视会议等应用，那么就应该选择6类万兆布线系统。

　　编看编想

　　“母体矩阵”的科学性

　　既然光纤布线已经能够支持万兆，为什么还要继续推行6类布线?这个问题在千兆以太网时代便已存在，看看这次有怎样的新解。

　　以UTP线缆为传输介质的万兆以太网，从某种程度上意味着万兆到桌面，在千兆到桌面尚存争议的今天，“万兆到桌面”似乎有一些哗众取宠的意味。用这种带宽干什么呢，最起码在目前，没有任何普通桌面应用要求这种数据吞吐量，但可以相信，某些专业应用会利用这一带宽，如高端图像和视频应用领域。

　　有人曾提出一个通过人的感官确定的带宽模型，50Mbps的带宽可以涵盖我们的五感，把我们接触最紧密的事情变成真正的虚拟现实。如果实现 10Gbps到桌面，那么你和99个朋友只需要使用一条6类电缆，就可以在所有时间内全部进入虚拟世界。这样看来，《骇客帝国》中“母体矩阵”的科学性要高于虚构性。

　　而且，6类系统支持万兆的现实意义格外分明。虽然新型光纤的设计使其可以处理高达万兆的数据传输率，然而光纤网络设备和安装光纤的劳力花费却高得多(和铜缆相比)。现在大多数的网络设备制造商已拥有或正在开发万兆以太网的解决方案，但是这些中的大多数都使用光纤，而且都是面向骨干的高端产品。和这些产品相比，基于双绞线的万兆产品，不论是从投资成本，还是从实施方便性来讲，都比较容易被桌面用户所接受。而随着VoIP、VOD点播、视频会议、动态数据库访问等新兴高端应用在桌面的普遍应用，支持万兆服务的6类布线系统会在水平安装市场迎来一个新的增长期。