10GBASE-T标准是什么?

2019-08-30 15:40 · 高腾路由网

10GBASE-T标准是什么?

10GBASE-T是连接采用铜(6屏蔽或非屏蔽双绞线以太网规范),数据层是10gbit \ \/最有效的带宽,传输距离远达100米。对应于IEEE标准802.3an-2006 10GBASE-T。

由于万兆以太网通信标准被批准在2002,业界一直预测“明年,”最终将推出万兆以太网。然而,自其诞生以来,万兆以太网的发展已经阻碍了其无法利用各种低速以太网标准的成熟的传输方法。首先,业内人士建议,10GBASE-T,即现在的万兆以太网电缆在设计的基础上,开发和实施的难度太大,所以他们希望改变的基本结构,传输介质,原有的成本结构和运作模式,光纤网络重新建立数据中心和组织使用。直到2005的10Gb以太网光纤方案的成本仍然高达1000美元的港口。光学模块的价格预计将下降,密度会增加,但没有一个预测已经实现。2002年底,IEEE 802.3工作组意识到需要进行进一步的研究,并提出了两个研究项目。第一个计划是短期计划称为10gbase-cx4,基于屏蔽双绞线电缆和InfiniBand互连技术支持短程架连接在短时间内。方案二是长期的10GBASE-T发展计划。

该10GBASE-T解决方案采用一个成本结构、成熟的结构布线和RJ-45连接技术由集成CMOS器件,并有一个以前的以太网实现密度的优势。目前,万兆以太网光纤收发器链路作为主机设备在大型企业的数据中心,如交换机、服务器和数据存储平台。但它们的规模还没有达到三年前的预期。光纤基础设施的普及不如铜缆。除了这一障碍,光收发器的相对缓慢传播也是一个因素。根据第三方组织的市场调研结果,与10gb交换端口收发器还比较昂贵,超过2600美元。

10GBASE-T面临许多技术挑战,本文将分析一些解决方案。10GBASE-T的市场前景依然乐观。万兆以太网基于铜电缆将所有10G链路的性能,而成本只有一半,支持更高的端口密度,和收发器成本变化趋势与降低成本穆尔定律曲线一致。

2006年6月,10gb IEEE 802.3an 10GBASE-T以太网标准的非屏蔽双绞线铜缆被批准基于规范提供了网络管理员的两个重要特征和IT专业人员构建数据中心和企业网络。首先,它支持传统的铜电缆,新用户可以继续使用原来的铜电缆的结构,并支持RJ-45连接器和插件板。第二,10GBASE-T的实现成本最低10g互连解决方案都支持高密度10g开关了。由于Solarflare以及其他一些公司的互连标准的支持、参与和关注,所以物理层芯片组在2007年初被&mdash产生;要建立以太网交换机和网卡与系统设计10GBASE-T接口提供的相关技术,并从2007年底用户推出相关产品结束的开始。

由于它的低成本和方便的即插即用特性,UTP铜线仍然可以作为建筑物水平布线和数据中心布线的替代介质。虽然标准中没有指定,5e类渠道仍然可以支持10GBASE-T运营。在6种类型的链路中,标准支持传输距离从55米到100米。此外,电缆行业定义了一个新的传播媒介,推出了增强型6类6类标准,在此标准下,10GBASE-T可以支持100米长的传输距离。

因为可以在原有10GBASE-T安装或新铺设双绞线铜缆操作、维护方便的插件和播放以及双绞线布线成本低。10GBASE-T标准允许网络管理员网络扩展到10GB的同时,可以继续使用铜电缆基础设施原来的布局,新的用户也可以使用电缆的成本高性能铜结构。

上述第二点,像1GB 1000BASE-T,10GBASE-T PHY与硅器件制造工艺的不断改进,逐渐转向万兆以太网的下一代技术,OEM厂商将为客户提供一个较小的尺寸和功耗低的产品。这两个趋势将帮助以太网交换机厂商进一步提高端口密度和降低10Gb以太网的成本。此外,由于10GBASE-T市场规模增长,10GBASE-T PHY将符合穆尔定律的发展。因此,由于10GBASE-T港口密度大,成本相对较低,这将帮助网络设备制造商大幅降低10Gb以太网互连的成本。

下一级网络互连

由于已经批准的IEEE 802.3an标准,目前的硅解决方案已经成熟,交换机和网卡即将推出的产品,因此10GBASE-T已经应用到大数据中心和企业网络的准备。10GBASE-T非常适合数据中心、企业组织、1g交换机集群和小型骨干网络环境,它是基于铜缆互连将会同时10GB的网络性能的实现,为用户节省成本和投资。

通过稳定、可靠、高性能的以太网在性价比、高带宽需求的先进的应用程序将最终成为可能的支持大量的流媒体应用Web 2的所有功能;融合网络使用iSCSI协议(融合织物)和存储区域网络;在同一物理服务器上独立运行,在某些情况下使用多个虚拟机组成的异构操作系统的虚拟服务器。

从1Gbps到10Gbps

为了提供一个更清晰的10GBASE-T及其工作原理图,本文将简要回顾1000BASE-T和比较它与10gbase-t.为了增加以太网1Gbps传输速率、1000Base-T以太网使用4对5E班线,并采用多点双向信号传输方式基于网格编码调制。收发器需要取消对每一行的回波和近端串扰,并取消远端串扰(不是强制性的)。为了提高比特率和一个量级,10GBASE-T在这些方面做了进一步的改进,提高信号的传输速率(从125m 800米Potter Potter),和信号传输数量的增加(从5增加到16)。

为了实现这一目标,采用了最新技术的低密度奇偶校验(LDPC)码,进一步提高了接收机的灵敏度、回波和串音消除技术。表1总结了使用1000BASE-T和10gbase-t.尽管在信号传输的关键技术,接收灵敏度和干扰抵消技术改进使得10GBASE-T的可能,但在更高速度的有效操作,算法和电路技术也必须使用10gbase-t.

通过板的设计者所面临的问题

幸运的是,在10GBASE-T最复杂的技术问题都隐藏在硅器件的水平,这是板级设计者透明。像以前的1000BASE-T,10GBASE-T和MAC层之间的接口遵循现有的标准并行接口。

10GBASE-T设备预计将提供XAUI(每个通道3.125gbps)接口如XENPAK、X2和CX4设备。这些平衡的自定时接口支持从MAC层到PHY层的简单板级转换,而无需设备之间的紧密间隔。在线路装置的一端,该10GBASE-T产品将在混合电路和磁定位方案使用供应商特定的物理设计,类似于1000BASE-T和以前的双绞线以太网解决方案。

通过使用相同的信号传输与均衡技术的基于双绞线传输的要求,这些模拟接口的带宽将保持在400MHz。然而,与1000BASE-T,OEM厂商必须关注和引导他们的PHY供应商设计之间的DAC,磁性模块和接收机前端,优化回声消除效果。此外,作为第一代10GBASE-T设备,功耗和成本效率问题将促使多芯片解决方案,这需要高速模拟设备和数字设备之间的接口电路。通常,这需要使用标准的LVDS接口或其他类似的接口,速度高达几百兆赫。此接口要求在10GBASE-T芯片每个芯片是彼此接近,因此供应商需要提供一些设计参考资料。

开发10GBASE-T技术挑战

在10Gb以太网标准初步制定,许多专业人士认为非屏蔽双绞线铜缆实现10gb率是不可能的因为它是基于较低的大型零部件涉及基于UTP的路由性能的沟通渠道面临着巨大的挑战。这可能会转移到信号本身的损害,如插入损耗和符号间干扰(ISI),实际的性能退化引起的有限带宽的电缆阻抗的损伤本身和一些干扰因素,如回声(Echo)、近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。此外,基本噪声和其他辐射信号,如外来串扰(来自其他电缆的串扰),也降低了接收信号的信噪比(即信噪比)。

各种有线以太网系统都面临着信道损耗的挑战。信号损耗与插入损耗信号频率之间的关系可以测量电缆长度。随着频率的增加,将收到的信号变得越来越弱,使它更容易受到噪声的影响,最终的损失要比高频功率400mhz 4数量级的损失。除了编码信号10Gbps,使得它适合每4位400MHZ带宽的传输线,信号衰减斜率从小于损失&mdash在40dB 400MHz频段边缘3dB低频;同时对信号的有效均衡迫切需要。

该10GBASE-T系统采用Tomlinson Harashima编码来实现这一目标(THP),无传输错误和避免性能损失。虽然类似的判决反馈均衡器(DFE)技术操作,THP在链接发送者和避免误差(由于传输的符号是已知的)。

尽管THP技术的使用,仍有大量的符号间干扰(ISI)的信道数据现象由于近100位传输脉冲的传输。根据以往的1000Base-T以太网和DSL技术,万兆以太网需要使用高性能均衡器减轻ISI的影响和恢复接收信号的脉冲波形。由于硬件均衡器的引入会影响系统的健壮性,因此,在物理层的评估中不仅可以测试最长的链路操作,还需要测试大量的链路和中长开关电路的配置。为了实现稳定的均衡,满足10GBASE-T信号传输的要求,一定量的实验室测试经验。均衡器是面临的许多挑战10GBASE-T设计者开始。

10GBASE-T设计者还必须处理降低回波的巨大挑战和近端串扰。由于近端串扰的传播与回波的相似,设计者减少了这两种现象。以前,有线电视供应商总是试图降低相邻电缆对之间的距离,这表明下一步是限制电缆带宽的一个不可避免的障碍。从1000BASE-T直到10GBASE-T,回声和未来已经在信号接收端大大降低。如前所述,接收到的信号在远端的10GBASE-T大幅衰减,所以回声在10GBASE-T下衰减的程度应该比3的订单在1000base-t.级

这实际上意味着除了电缆、连接器和接口之外,还必须消除对双绞线传输信号中的微小缺陷的反射回波。因此,为了设置回声消除器,您可能需要在通道的整个路径中充满抽头。这些抽头必须不断适应信道的变化,以满足电缆机械特性不断变化的需求。10GBASE-T标准,一直用强大的并行处理和变换域处理共享技术和自适应技术的发展,将信号处理的自适应滤波器的需求减少了一个数量级。

消除回声,接下来是10GBASE-T实施面临的主要挑战之一。用于1000Base-T情景FIR技术,如果在10GBASE-T直接执行,将是45倍更复杂的比1000base-t.在这些速度要求消除高水平也使得全模拟消除困难的工作,需要高带宽和高功率自适应模拟滤波器,其中,如果可行的话,产生非常高的功率消耗。

脉冲响应固有的变异性和随机性,提高了消除脉冲响应能力的一些简单技术,如连续时间模拟滤波器或IIR滤波器,可以实现灵活的解决方案,可以起到各种接线结构的作用。更糟糕的是,回波和下一个信号占据了微弱的接收信号,因此直接全数字方法需要超过10位的ADC。

为了充分发挥高精度DSP处理和高效的模拟信号处理技术的优势,Solarflare的解决方案采用模拟和数字信号处理技术。为了执行必要的计算(为直接法,计算将超过10tops每秒),必须用于实现这些大规模并行滤波方法,通过进行大量的重复计算实现的快速算法。为了解决这一问题,Solarflare的专利技术,通过对自来水长器数百的实现,并在所有16个回波和下消除通路之间共享计算,实现了稳定可靠的未来和回声消除性能。

因此,需要通过10GBASE-T计算量小于6倍大的千兆以太网方案,从而消除回声和下。此外,该算法结合在模拟域中的处理,降低了对ADC的未来和回声,有效地达到小于9的等效位(ENOB)ADC设计。由于在回波和近端串音消除器的设计中采用折衷处理,因此检测系统对电缆干扰的响应能力是非常重要的。在电缆弯曲的时刻可能出现误差,但在调整到新的回波和下一个环境后,系统应该恢复。

电缆损坏的最后一种是FEXT。FEXT是由发射机发射的相邻的10Gb以太网链路远端信号产生的干扰。由于这些信号位于链路的远端,所以它们被认为是下一个不可能消除的信号。千兆以太网不需要FEXT消除,但目前一些1000BASE-T接收器仍有一定的FEXT消除能力。然而,对于10GBASE-T,FEXT干扰产生显著的信噪比损失,从而阻碍了中距离和长距离的10GBASE-T传输。

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