Aggiornamento Standard e Normative L’evoluzione della Categoria 8

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16/03/2017

L’evoluzione della Categoria 8
Le specifiche di Categoria 8 sono state pubblicate nel Luglio 2016 da ANSI/TIA-568-C.2-1 (Balanced twisted-pair cabling and components standard, addendum 1: Specifications for 100 Ω Category 8 cabling). Simili specifiche stanno raggiungendo la loro maturità anche nei comitati ISO/IEC/JTC 1/SC 25/WG3 e CENELEC TC215.
Parallelamente, il gruppo IEEE 802.3bq ha completato lo sviluppo degli applicativi Ethernet 40GBASE-T e 25GBASE-T, che IEEE-SA ha ufficialmente approvato il 30 Giugno 2016. Gli standard IEEE 25G/40GBASE-T richiedono l’utilizzo del cablaggio di Categoria 8 e l’RJ45 quale interfaccia e connettore; inoltre, una delle caratteristiche degli applicativi 25G/40GBASE-T è l’auto-negotiation, permettendo cioè di determinare automaticamente la minore velocità comune fra le due schede di rete e pertanto definendo la velocità trasmissiva del canale trasmissivo.
Il gruppo di lavoro IEEE 802.3bq, formatosi nel Marzo 2013, ha determinato che le caratteristiche dell’infrastruttura di cablaggio deve essere specificata fino a 2000MHz, con le caratteristiche base definite da ISO/IEC 11801-1 Class I e ANSI/TIA-568-C.2-1 Category 8; è stato quindi selezionato il connettore RJ45 (IEC 60603-7-81) quale interfaccia comune, questo per permettere anche retro compatibilità e capacità di auto-negotiation con le precedenti applicazioni, come 10GBASE-T, 1000BASE-T e 1000BASE-TX.
L’applicazione primaria per 25G/40GBASE-T è ovviamente il data center, permettendo un collegamento fra switch e server veloce, affidabile, di facile realizzazione e possibilmente più economico rispetto a quanto già offerto dai sistemi ottici. IEEE 802.3bq, TIA ed ISO hanno accettato una lunghezza massima di canale di 30 metri con un massimo di due connessioni (indicativamente bretella di 2 metri, connettore, 26 metri di PL, connettore, bretella di 2 metri), così come mostrato nella figura successiva (scaricate il documento con le immagini a fondo pagina)
 
Prestazioni del sistema di Categoria 8: Channel Insertion Loss
Insertion Loss (IL) rappresenta la riduzione della potenza del segnale quando questo si propaga dal trasmettitore al ricevitore. Questo è un parametro molto critico al fine di mantenere un buon rapporto segnale-rumore (SNR, signal-to-noise ratio) al ricevitore. 
La figura successiva mostra un buon margine per il parametro IL fino a 2GHz per un canale configurato secondo quanto definito dallo standard e misurato con apparati da campo. (scaricate il documento con le immagini a fondo pagina) 
 
Prestazioni del sistema di Categoria 8: Channel Return Loss
Return Loss (RL) determina invece la quantità di segnale riflesso al trasmettitore e pertanto necessiti di essere compensato da DSP (digital signal processing); un valore eccessivo altera la decodifica delle informazioni utili del segnale. Nella figura successiva vengono mostrare le misure effettuate su un canale configurato secondo quanto definito dallo standard in cui vengono ottenuti buoni risultati per tutte le frequenze fino a 2GHz.
 
Prestazioni del sistema di Categoria 8: Channel NEXT
NEXT (near-end cross-talk) è l’accoppiamento del rumore generato dalle coppie adiacenti ad una specifica coppia e misurato all’estremità vicina del canale trasmissivo. La figura mostra dei buoni margini per un sistema testato fino a 2GHz e configurato secondo quanto definito dallo standard di Categoria 8.
 
Prestazioni del sistema di Categoria 8: Channel ACR-F
ACR-F (far-end cross-talk) è l’accoppiamento del rumore generato dalle coppie adiacenti ad una specifica coppia e misurato all’estremità lontana della coppia trasmissiva. La figura successiva mostra un buon margine per il parametro ACR-F fino a 2GHz per un canale configurato secondo quanto definito dallo standard e misurato con apparati da campo.
 
Retro-compatibilità della Categoria 8 con la Categoria 6A
La Categoria 8 è pienamente conforme ai parametri specificati per la Categoria 6A. La retro-compatibilità con la Categoria 6A permette di supportare 10GBASE-T ed altre applicazioni con velocità inferiori fino a 100 metri con canali fino a quattro connessioni. Tale retro-compatibilità sussiste anche al livello fisico (cablaggio): questo significa che una bretella di permutazione di Categoria 6A può essere accoppiata ad una presa di Categoria 8, o essere inserita in un canale di Categoria 8, ed essere conforme, almeno come minimo, alle prestazioni di Categoria 6A.
 
Parametri di alien crosstalk (PSANEXT, PSAACRF) in un canale di Categoria 8
Anche per la Categoria 8, così come già riscontrato per la Categoria 6A, i parametri di canale relativi all’alien cross-talk risultano molto importanti. Rispetto alla Categoria 6A, per la Categoria 8 i parametri di canale relativi all’alien cross-talk sono stati aumentati di 20dB, rendendoli inferiori al rumore di fondo visto dai ricetrasmettitori.
Dato che non ci sono metodi semplici per eliminare l’alien cross-talk, questi parametri sono molto importanti per permettere il corretto funzionamento di applicazioni oltre il 10GBASE-T.
Alla luce di ciò, l’attenuazione di accoppiamento, ovvero il parametro che definisce l’efficienza dello schermo attorno al cavo è stata aumentata di 10dB rispetto al relativo parametro di Categoria 6A (cavi F/UTP); questo permette una migliore immunità dalle sorgenti esterne di rumore.
 
Sviluppo dello standard di Categoria 8 da parte di ISO/IEC/JTC1/SC25/WG3
Nel 2014, ISO/IEC/JTC 1/SC 25 Working Group 3 ha pubblicato il documento tecnico ISO/IEC TR 11801-99-1 con l’intento di supportare applicazioni 40G. Dal momento che questo documento era stato pensato per specificare un’infrastruttura di cablaggio fino a 1600MHz, è stato messo da parte dato che IEEE 802.3bq venivano richiesti 2000MHz. Per venire incontro alle esigenze di IEEE, ISO/IEC/JTC 1/SC 25/WG3 ha deciso di incorporare le definizioni di “Classe I” e “Classe II” del documento tecnico ISO/IEC TR 11801-99-1 all’interno dello standard generale ISO/IEC 11801-1. Il comitato ha inoltre definito di estendere la frequenza da 1600 a 2000MHz in conformità alle specifiche di collegamento definite da IEEE 802.3bq. È importante sapere che WG3 generalmente non sviluppa le specifiche di componente, ma fa riferimento a quanto definito da IEC 46C (per i cavi) ed IEC 48B (per l’hardware di terminazione). Di conseguenza, i comitati IEC 46C e 48B hanno completato lo sviluppo dei componenti di Categoria 8.1 e Categoria 8.2 che rispettivamente permettono la realizzazione di canali con prestazioni di Classe I e Classe II. Dato che è sottointesa la compatibilità con il connettore RJ45 (IEC 60603-7-81), la Categoria 8.1 è specificata per essere retro-compatibile con i sistemi e componenti di Categoria 6A; questo è molto importante perché permette di garantire un sistema di Categoria 8 assicurando che questo risulti anche meccanicamente pienamente compatibile non solo da un punto di vista hardware (plug-and-play) ma anche con tutte le precedenti applicazioni precedentemente standardizzate.
 
Dove utilizzare inizialmente i protocolli IEEE 25G/40GBASE-T
In un data center tradizionale, la Categoria 8 permette l’implementazione di applicazioni ad alta velocità fra switch e server attraverso la realizzazione di un comune cablaggio strutturato in rame; questo porta ad un migliore utilizzo delle porte e maggiore flessibilità in caso di riconfigurazioni. Dato che l’infrastruttura di cablaggio è indipendente dagli apparati di rete, l’implementazione di un sistema di Categoria 8 permette di supportare tipi differenti di apparati e soprattutto di generazioni differenti.
Il documento TIA TSB-5019, pubblicato nell’Aprile 2015 e parte del sottocomitato TR42.7, descrive i possibili differenti utilizzi della Categoria 8 all’interno dei data center o delle reti aziendali. Le figure successive, estratte da TIA TSB-5019, illustrano alcuni casi di utilizzo della Categoria 8; essenzialmente, 25G/40GBASE-T funzioneranno in qualsiasi punto del data center dove un canale di 30 metri permette di soddisfare le esigenze di collegamento.
Utilizzo della Categoria 8 in un data center tradizionale con architettura a tre livelli secondo ANSI/TIA-942-A-1:
Utilizzo della Categoria 8 in un data center con architettura “leaf-and-spine” secondo ANSI/TIA-942-A-1:
Utilizzo della Categoria 8 in un data center con architettura “full mesh” secondo ANSI/TIA-942-A-1:
Utilizzo della Categoria 8 in un data center con architettura “interconnected mesh” secondo ANSI/TIA-942-A-1:
 
 
Approfondimento: connettori ottici APC ed UPC
La principale differenza fra connettori ottici APC (Angled Physical Contact) ed UPC (Ultra Physical Contact) è nella superficie del connettore, ovvero i connettori APC presentano un angolo di circa 8 gradi mentre i connettori UPC vengono lucidati senza presentare alcun angolo di contatto.
Tuttavia, la ferula dei connettori UPC non risulta essere perfettamente piatta, ma presenta una leggera curvatura per migliorare l’allineamento della fibra all’interno del connettore stesso.
L’immagine successiva pone a confronto i tre differenti modi in cui in è possibile lucidare la ferula di un connettore ottico:
  • APC, superficie di contatto inclinata di 8 gradi
  • UPC, superficie di contatto leggermente curva
  • PC, superficie di contatto piatta
Premesso che i connettori APC vengono usati principalmente con fibra ottica mono modale, è importante notare che non è possibile accoppiare questi connettori con altri connettori che non presentino la superficie di contatto inclinata allo stesso modo: non solo si avrebbe una riduzione delle prestazioni dato che non vi è contatto fra i nuclei delle due fibre, ma soprattutto c’è il rischio di rottura dei due connettori; pertanto, per evitare problemi è stato adottato un codice colore che prevede il verde in caso di connettori APC, mentre il blu viene utilizzato per connettori mono modali di tipo UPC.
Riguardo alle prestazioni, in caso di riflessione di segnale (freccia rossa), l’angolo della ferula adottato nei connettori APC riflette la luce non verso la sorgente luminosa, cosa che invece comunemente accade utilizzando connettori UPC, ma bensì verso il mantello della fibra stessa.
Tutto ciò si traduce concretamente in differenze sostanziali in termini di Return Loss (RL), ovvero nella misura del segnale luminoso riflesso espresso in dB negativi (maggiore il valore, migliore risulta il parametro). Gli standard di settore definiscono che il valore di RL per connettori UPC dovrebbe essere -50dB o superiore, mentre per i connettori APC -60dB o superiore.
RL risulta essere differente dall’Insertion Loss (IL), in quanto IL si riferisce alla quantità di potenza ottica persa durante la transizione da un connettore o nella lunghezza di un cavo (attenuazione); IL è pertanto il parametro utilizzato per definire il loss budget di un sistema trasmissivo. Connettori UPC permettono di ottenere più facilmente bassi livelli di IL, grazie ad un miglior controllo degli air gaps rispetto ai connettori APC; tuttavia, le tecniche di produzione sono notevolmente migliorate e pertanto è possibile ottenere connettori APC che presentano valori di IL del tutto simili a quelli dei connettori UPC. Questo viene confermato dal fatto che il valore di IL di molti prodotti presenti sul mercato sia lo stesso in caso di connettore mono modale, indifferentemente che si tratti di UPC o APC.
Da un punto di vista applicativo, vi sono alcuni casi rispetto ad altri in cui RL è un parametro molto critico e pertanto vengono richiesti connettori di tipo APC. Ad esempio, per lunghezze d’onda superiori (oltre 1500nm) come quelle adottate nei segnali RF, la luce riflessa può influenzare negativamente il segnale e quindi l’intera trasmissione; per questo motivo i connettori APC vengono utilizzati dalla maggior parte delle società che forniscono servizi via cavo, oppure sistemi FTTx per collegamenti OSP (Outside Plant). Connettori APC vengono comunemente utilizzati nelle applicazioni passive ottiche (GPON, EPON). L’utilizzo di connettori APC si prevede anche nelle future applicazioni WDM (Wavelenght Division Multiplexing) che utilizzeranno fibra mono modale con lunghezze d’onda più elevate in cui verrà richiesto un valore ridotto di IL.
 
Risorse e Link Utili
  • Calcolatori e Tool:
    • Fiber Performance Calculator: Calcolare rapidamente e con precisione il collegamento o la perdita di canale in modo innovativo, e trovare le applicazioni supportate per la configurazione. È possibile registrare i risultati e inviarli via e-mail.
    • Copper Performance Specifications Document: Include tutte le prestazioni aggiornate delle soluzioni in rame SYSTIMAX per le applicazioni più comuni (dati, voce, video, etc.). È possibile filtrare le applicazioni di uso frequente e creare il proprio documento di specifiche su misura.
    • Fiber Performance Specifications Document: Include tutte le prestazioni aggiornate delle soluzioni in fibra SYSTIMAX suddivise per applicazioni (Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand, etc.). È possibile filtrare le applicazioni di uso frequente e creare il proprio documento di specifiche su misura.
    • Pathways and Space Calculator: Questo web tool fornisce un modo semplice per stimare quanti cavi alloggiare in una canalina data una percentuale di riempimento.
  • CommScope Blog: CommScope fornisce un'infrastruttura essenziale che consente alle persone di connettersi e comunicare in modo trasparente dove, quando e come vogliono. CommScope Blog è uno spazio per le ultime intuizioni e opinioni. Unisciti alla conversazione!
  • eBooks: I nostri esperti sono lieti di presentare una serie di libri elettronici sui fondamentali per l'industria delle telecomunicazioni disponibili per il download gratuito.
  • Visio Stencils: Libreria Viso per i prodotti CommScope.
  • Webinars: I webinar CommScope sono stati pensati per condividere le più recenti informazioni su argomenti specifici di mercato. È possibile selezionare uno specifico ambito di mercato per visualizzare l'elenco degli argomenti disponibili.

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