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線外串擾對視頻數據中心網絡的影響

2011年04月11日 15:20:19人氣:937來源:北京韋斯達通科技有限公司

線外雙絞線的線外串擾并不是一個新鮮事物,早在近10年前就有人提出這個概念,當時因為受到測試手段的制約以及當時的視頻網絡對線外串擾并不敏感,所以沒有得到重視。但隨著近年來萬兆以太網10Gbase-T在數據中心內得到普遍的應用,線外串擾的影響變得越來越明顯。

  一、 什么是線外串擾

  線外串擾即Alien Crosstalk,又名線間串擾。顧名思義,主要指的是是描述成束布放的電纜之間,信號能量耦合現象的術語。其概念與線纜內部的近端串擾(NEXT)極為相似。線外串擾影響zui大的就是下圖這樣的所謂6包1的情況。中間的這根雙絞線線纜受到周圍6根線纜中耦合過來的能量的干擾。特別是絞距比較大的線對受到的影響更大。

線外串擾又分為ANEXT和AFEXT,如下圖所示,ANEXT就是在相鄰的2個通道上,一個接收端(RX2)收到了同一端另一根線纜發射端(TX1)耦合過來的能量。AFEXT就是RX4受到了TX1耦合過來的能量

過去對線外串擾不重視的原因是線纜內部的NEXT和FEXT的影響遠遠大于線外串擾。但是隨著DSP技術的進步。無論是NEXT,FEXT,還是RL都可以得到相當的過濾。所以線外串擾這種無法采用有源手段主動消除的干擾就變成了制約信噪比的zui大麻煩。

  二、視頻數據中心常用以太網傳輸編碼與信噪比

  我們要理解線外串擾對以太網絡傳輸造成的影響,首先就需要對傳輸的編碼方式與信噪比,誤碼率的關系作一定的了解。通常數據中心在HDA到PC服務器這一段多采用的是基于雙絞線傳輸的以太網方式,而在數據中心目前zui常用的以太網標準是1000Base-T,或者1000Base-TX,部分數據中心已經開始采用10G Base-T。所以本文將主要研究這三種標準與線外串擾之間的關系。本文將從這三種標準的調制方式入手,分析他們的極限信噪比,再對比所用傳輸介質所能達到的信噪比,zui后來看線外串擾對這三種標準的影響到底有多大。

  這三種以太網標準采用的都是PAM(脈沖調幅調制方式,根據奈奎斯特抽樣定律,脈沖符號率至少是頻率的2倍,比如一個正電平脈沖符號和一個負電平脈沖符號可以組合成1個正弦波。反過來說,也就是1個正弦波zui少可以攜帶2個脈沖符號。1個脈沖符號可以攜帶多個bit(也就是計算機里的0和1),但是具體能帶多少,則取決于調制和編碼的方式(可以脈沖符號bit率這個指標來衡量)。我們將脈沖符號bit率*脈沖符號速率*傳輸線對數就可以得出整個傳輸系統的bps了。

  我們知道香農公式(Shannon)可以用來描述給定傳輸帶寬和信噪比的極限傳輸速率。這樣我們知道了脈沖符號bit率,我們就可以計算出所需的極限信噪比

三、數據中心內使用的布線系統與線外串擾對信噪比的影響

  上面的表格已經得出了以太網傳輸所需要的zui低信噪比,下面我們來看我們數據中心的傳輸線纜的信噪比能不能符合系統傳輸的要求。目前數據中心的綜合布線中通常用于數據傳輸的主要是Cat6類,Cat6A類線纜也就部分采用(Cat5E 現在幾乎沒有數據中心采用做為數據傳輸用途了,所以不在本文研究范圍之內。信噪比可以根據標準中規定的數據根據如下公式計算出來(均假設為UTP線纜)。

  SNR(dB)=信號-插入損耗-綜合近端串擾-綜合遠端串擾-回波損耗-線間串擾(Cat 6A)-環境噪聲+近端串擾處理增益+遠端串擾處理增益+回波損耗處理增益。

  我們來看其中的各個部分,信號我們取IEEE標準中規定的zui大PSD;IL,PSNEXT,PSFEXT, RL, PSANEXT, PSAFEXT, PSAFEXT取TIA568C.2標準中的規定zui小數值;環境噪音經過研究,一般數據中心內部都在-150dbm下,所以這里忽略不計。目前DSP對內部干擾的處理增益至少可以做到(SOLARFLARE的數據

從上面的計算結果可以看出,不考慮線外串擾的因素,千兆網絡比萬兆的信噪比余量要高出10多個dB ,也就意味著1000Base-T對干擾的余量是10Gbase-T的十倍以上。 這個計算結果可以說明在Cat6上運行的1000Base-T對線外串擾不敏感,甚至不使用FEXT Canceller 也可以正常運行。對Cat6 線纜要求也不高,即使線纜測試結果余量不是很大,也能夠保證網絡正常運行。而運行在Cat6A線纜上的10Gbase-T的情況則不容樂觀,因為還要考慮ISI(inter-sybmol interfernce)干擾的因素還需要保留3-4個dB的余量。所以如果Cat6A線纜的測試結果僅過及格線,那么余量將非常緊張。當然如果采用屏蔽線纜可以不考慮線外串擾,那么余量還是足夠的。

  四、模擬數據中心網絡在Alien Crosstalk下傳輸的實際測

  大家知道數據中心內的雙絞線布線非常密集,筆者曾經遇到過在一個機柜內配960根銅纜的工程。而上面所有的結論都是理論計算得出的結果,那么如果我們模擬實際環境做一個實驗,情況會如何呢?IEEE委員會當初在制定10Gbase-T 的時候曾經提交了一份報告,實際模擬了一個數據中心的6包1鏈路,1000Base-T在Cat 5E和Cat6 線纜上都可以做到*通過。

10Gbase-T當時沒有做過類似的模擬,但是現在有一個研究機構正在做萬兆以太網在UTP和STP上的實際傳輸效果測試。目前結果還沒有*公布,不過大致的結論是萬兆以太網在CAT6A UTP線纜上對線外串擾非常敏感。稍有不慎,就會發生問題。  從上面的理論計算和實際測試結果都可以得出這樣一個結論,目前數據中心常用的6類線上無論采用1000Base-T還是1000Base-TX都無需考慮線外串擾的問題,因為他們本身性能的余量已經足夠避免這個問題。對于10Gbase-T萬兆以太網,不論是UTP還是STP,如果安裝良好,理論上都可以避免線外串擾造成的問題。但是考慮到目前的測試手段并沒有辦法能夠快速的檢測線外串擾的指標是否合格安裝是否良好),所以更推薦采用STP類屏蔽布線系統。經過實際測試。STP的線外串擾測試結果至少優于UTP 15個dB以上,所以基本對線外串擾做到了免疫。

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