NGBase-T标准的制定动向

ZDNET网络频道 08月20日 综合消息：为了弥补铜缆双绞线在40G传输应用上的空白，IEEE启动了NGBase-T工作小组致力于研究下一代铜缆双绞线以太网传输，同时，ISO和TIA都在致力于下一代铜缆双绞线的标准制定，本文主要总结了目前IEEE、ISO、TIA关于NGBase-T的最新动向。

关键词：NGBase-T，铜缆双绞线，Cat 7A，Cat 8，40G

一.前言：

局域网的带宽发展通常每五六年都会提升一个数量级，迄今为止采用铜缆双绞线传输的以太网速率已达到10Gb/s。随着40G和100G光传输协议的 定案，近两年关于“光进铜退”的呼声越来越明显。虽然10Gbase-T标准在2006年就已经完成，但是因为10GBase-T体现出的对于外部串扰的 困扰，以及10Gbase-T持续不下的耗电量，使得其市场化进程缓慢，明显滞后于预计。当大家都认为铜缆双绞线以太网已走到尾声时，IEEE针对下一代 铜缆双绞线传输标准NGBase-T的动向又重新燃起了业界对双绞线的关注。

二.NGBase-T工作小组启动

在2012年7月16日召开的IEEE802.3全体会议上，该委员会批准了关于NGBase-T即下一代平衡双绞线以太网传输协议的研究小组。有 意思的是，在针对成立该小组的批准程序上，各代表几乎全部同意通过，并显示出比当年批准10G平衡双绞线以太网传输研究小组时更高的热情。NGBase- T 研究小组的成立代表了IEEE对10G以上平衡双绞线以太网的官方表态。NGBase-T的一个重要目标是提供自适应的网络传输特性以及提供在不改动布线 基础架构的前提下无缝升级到40G传输速率的升级途径，并有机会降低能耗。

在此总体目标的强烈呼声下，由TIA TR42和ISO SC25 WG3两个线缆标准委员会专家分别在接下来的多次会议上分享了自己的数据成果。有成果表明平衡双绞线依然具有充足的容量来实现40G传输，这一结论的重大 意义在于未来的NGBase-T将可以弥补长距离光纤传输和Twinax过短的传输距离之间的空白。它将相对光缆传输具有更低的成本，并可以提供比 Twinax更远的传输距离。因此，NGBase-T将是支持数据中心的理想解决方案。

IEEE针对为什么依然设立铜缆双绞线传输协议提出以下依据：首先，铜缆双绞线传输在经历了多次升级后，已被大家所广泛接受;其次，铜缆双绞线的安 装相对简单;最后，对于数据中心内部运行的诸多RJ45接口的设备，铜缆双绞线协议能提供向下兼容的可行性，不至于激增数据中心运营的升级成本，变动和扩 展时也更灵活。

纵观以太网发展史可知，新的传输协议总是先以光纤开启，并由铜缆双绞线迅速追随，目前最新的铜缆双绞线传输协议为10GBase-T。以太网最新针 对 40G和100G光纤传输的协议802.3ba问世也已经有2年多了，于是IEEE自然而然想到也应该着手准备平衡双绞线传输40G的协议，同 时，ISO/IEC(国际)和ANSI/TIA(美国)委员会正在积极研究针对40G传输的铜缆双绞线的相关要求。

ANSI/TIA TR42.7在2011年即成立了新的工作小组来研究适合40G 带宽应用的铜缆双绞线的传输参数。其中一些参数如外部串扰(AXT)，TIA提出的需求与ISO在2002年发布的Cat 7标准的外部串扰要求相似，而Cat 7标准均采用线对屏蔽(X/FTP) 结构才能满足，这暗示着TIA认识到40G传输中需要用到屏蔽电缆。新线缆等级的一些其他的参数基本上延续了Cat 6A的定义公式计算值，并把频宽拓展到2GHz，同样暗示着Cat 6A系统看来无法支持40G。TIA的这个新的标准可能会命名为Cat 8。或许在今年或者明年，TIA会有新的关于568C的增补来定义Cat 8。

ISO关于此项目的工作组( ISO/IEC JTC1/SC25 WG3) 同样将目标设定在通过铜缆双绞线传输40Gb/s数据传输。委员会的第一次会议在2012年的9月召开，吸引了行业内各个厂商的广泛注意，这次会议上将下 一代网络的速率定在40Gigabit/s，许多其他的提案也同时被审阅，包含新协议的传输距离，设备的功耗等，协议的前景已趋于明朗，即最大程度上减少 耗电并提供相对长的传输距离，唯有对于新协议的传输带宽，依然存在争议。

相比TIA对Cat 8的提案，ISO目前仍在评估用Cat 7A支持40Gb/s的可行性，也可能会采用一种新型的定义在1600Mhz的线缆来传输40Gb/s,这个提案与目前的ISO Class FA (超七类)信道相近。目前一些委员会成员可观察到的结论是：用现有的CLASS EA信道(超六类)仅能支持40G传输10~15米;CLASS FA(超七类)信道可以支持50米。(参考1)除以上结论外，ISO同样在观察新布线系统参数上的差异对网络传输带来的影响，目前看来CLASS FA的可行性较高。

理论上可以通过提升系统编码技术、更多的线对、更高的工作频率或少于100米的传输距离来支持更快的以太网应用。当然，我们必须保持相同的线对数量 来保证向下兼容性。当然，要发展一套比10GBASE-T更复杂的编码系统将会是一项重大的挑战，一些观察表明这并不是一个可行性很高的方案。因此，目前 的讨论集中在提升频宽和降低传输距离上。

三.NGBase-T信道长度与频率的博弈

ISO报告显示出更高的频率会有一些好处，利用1000MHz以上的频宽可以降低芯片的复杂程度。不过，频率提升会带来的更高的插入损耗，因此这种 优势是有限的。插入损耗直接与长度有关，意味着更长的距离就需要更多功率来支持。早在2008年，来自美国宾夕法尼亚州大学的科学家宣布他们观察到100 米长的Cat 7A双绞线(1000Mhz)的香农容量可以达到50Gb/s，但超过1000Mhz时，每提升100MHz频率大约会带来2.6dB的额外的插入损耗。 假设工作在1600MHz，则在50米线缆长度情况下会比工作在1000Mhz时增加8dB的插入损耗，而100米这样的线缆大约会增加15.8dB (参考2)。由此可知，NGBase-T对于频率和长度之间存在博弈关系。

如今，许多分析都集中在不超过50米的线长上。一个直接的原因是需要用到这么高速的应用将仅存在于数据中心，一些研究表明数据中心内将会有95%的 传输距离在50米之内，通常在数据中心内仅需要35米传输长度，而100米长信道很难在数据中心内找到(参考3)。考虑了交换设备上行及下行的各种流量组 合后，Nexnas的观点认为，NGBase-T在数据中心内可行的传输距离仅需支持35米就可以了(参考4)。此外，降低芯片复杂性可以节约成本，并且 达到节能的目的。

综上所述，NGBase-T标准可能会定在50米传输距离左右。

四.RJ45会被沿用吗?

RJ45连接器不符合现有对Cat 7和Cat 7A的要求，由于其并排安置的8个触片的结构，RJ45连接器在500MHz以上高频工作时会观察到较大的串扰，所以RJ45未被选为ISO11801定 义的CLASS F/FA的连接器类型，新的连接器规范在新的ISO/IEC11801:2002 和 EN50173里有定义。为了避免升级时采用额外的转接器，可向下兼容RJ45的GG45连接器被IEC 60603-7-7(Cat 7)和IEC 60603-7-71(Cat 7A)标准定义。

五.外部串扰

外部串扰是随着10GBase-T而来的一个新问题。外部串扰的严重性在于它无法通过线对平衡和DSP进行补偿。Cat 6A线缆通常选择屏蔽层，或保持非屏蔽结构但是加上中心十字支撑并增大线缆外径来削弱外部串扰。现有的Cat 7A布线系统均采用了X/FTP结构的线缆，即线对屏蔽的方式。测试表明PiMF结构(线对屏蔽)结构的线缆观察到外部串扰的影响接近为零。有理由相信 NGBase-T会采用屏蔽来抵御外部串扰。

六.关于新布线等级的猜测

TIA和ISO都在尝试通过延展带宽来提升传输性能。TIA近来预备选取2GHz频率作为新布线系统的标准，准备命名为“Cat 8”。ISO针对新布线等级已经正式开始编写技术报告，暂定为1600MHz并为将来预留2GHz的带宽，ISO暂时还未决定到底为这一新的系统取什么名 字，只是暂时用“Class I”和“Class II“区分以上2个不同的等级。而耐克森早在2009年就已经发布了LANmark-7A信道支持40G传输的相关研究资料。在2012年9月，耐克森在 IEEE会议上发布了研究表明采用S/FTP结构的Cat 7A信道在60米距离上有能力支持40G传输。(参考5)

TIA的Cat 8布线的参数将和ISO的Class I相似，当然ISO不太可能会和TIA一样采用Cat 8这个命名。一个原因是TIA定义的Cat 8并不具备向下兼容Cat 7和Cat 7A的能力。Cat 8是在Cat 6A基础上将各项数据延展到2GHz，不过这样的延展并未提供明显提高的信噪比(SNR)，因此诸多频率点上的性能还不如Cat 7和Cat 7A。而根据ISO标准的规律，每个新的等级应提供比上一等级更好的频率延展和信噪比，按照这个逻辑，Cat 8应该比现有的Cat 7和Cat 7A更好。由于在TIA里并没有规定Cat 7及Cat 7A，所以可以自由规定一个新等级，可是ISO由于有了Cat 7和Cat 7A所以在逻辑上无法接受Cat 8作为这种新线缆的命名。

基于目前NGBase-T的研究，未来存在以下可行性：

ISO方面：

1. 沿用Cat 6A或Cat 7A信道，工作在更高的带宽

2. 采用部分改善并延展频宽的Cat 6A信道，定义为Class I

3. 采用部分改善并延展频宽的Cat 7A信道，定义为Class II

TIA方面：

1. 采用部分改善并延展频宽的Cat 6A信道，定义为Cat 8

参考文献：

1. Cat 7A Channel Analysis By Stephen Bates ,IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Jan 2013

2. Impact of Cable Specifications on NGBASE-T Margin to Capacity By Mike Grimwood & Will Bliss,IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Jan 2013

3. Data Centre Link Lengths By Alan Flatman ,IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Nov 2012

4. NGBASE-T, Reach, Density, Power&Throughput relationships By Harry Forbes, Nexans, IEEE 802.3 NGBASE-T Study Group, Nov 2012

5. Preliminary Study: Modeled 40G Reach onCategory Cabling By Paul Vanderlaan, Nexans，IEEE 802.3 Next Generation BASE-T Study Group Sept 2012 Geneva