El avance de la Categoría 8 y su

incidencia en diseños para tecnologías de nueva generación

Miguel Aldama RCDD NTS OSP WD RTPM CCRE Servicios Técnicos y Educativos

The Siemon Company

Agenda

• Evolución de las tecnologías de redes LAN

• Soporte de 40G en cableado balanceado

• Trabajo normativo de IEEE, TIA e ISO

• ¿Qué es Categoría 8?

• Nuevas pautas de diseño en cableado para 40G para centros de datos

• Desarrollos de aplicaciones de alta velocidad en fibra óptica

• Conclusiones

Evolución de las tecnologías de redes LAN

Evolución de las tecnologías de redes

• Los dispositivos conectados a la red han aumentado exponencialmente tanto dentro como fuera del edificio. El tamaño de la nube se adapta a este incremento y sus centros de datos requieren tecnologías de red y sistemas de cableado que brinden anchos de banda hasta hace poco inimaginables. Conceptos tales como Categoría 8 y transmisión paralela en fibra monomodo hacen su aparición en los trabajos actuales de IEEE, TIA e ISO, quienes han aceptado el reto planteado por las inagotables tendencias en tecnologías de la información.

Ethernet

• Desde sus tecnologías precursoras en1974, Ethernet se ha convertido en la red de área local predominante desplazando tecnologías tales como ArcNet, Token Ring, TP-PDM y ATM.

Progresión Ethernet • Antes, 10 veces mayor velocidad cada 5 años (10, 100,

1000, 10G) • Ahora, factores 4x y 10x (10G, 40G, 100G, 400G)

Evolución de Ethernet en Par Trenzado

Año Estándar Velocidad Nombre Desempeño mínimo

2016? IEEE 802.3bq 40 Gb/s 40G Ethernet 40GBASE-T ISO Clase II/Cat 8.2 (Cat 7A)?

TIA Cat 8?

(30 m)

2006 IEEE 802.3an 10 Gb/s 10G Ethernet 10GBASE-T Cat 6A

(100 m)

1999 IEEE 802.3ab 1000 Mb/s Gigabit Ethernet 1000BASE-T Cat 5e (Cat 6 recomendado)

(100 m)

1995 IEEE 802.3u 100 Mb/s Fast Ethernet 100BASE-TX Cat 5e

(100 m)

1990 IEEE 802.3i 10 Mb/s Ethernet 10BASE-T Cat 3

Evolución Ethernet en Fibra Óptica Multimodo

Año Estándar Velocidad Nombre Desempeño mínimo

2018? IEEE 802.3bs 400 Gb/s 400G Ethernet MMF (100 m)

2015? IEEE 802.3bm 100 Gb/s 100G Ethernet 100GBASE-SR4 12 fibras OM4 (100 m)

2010 IEEE 802.3ba 100 Gb/s 100G Ethernet 100GBASE-SR10 24 fibras MMF OM3 (100 m)

24 fibras MMF OM4 (150 m)

40 Gb/s 40G Ethernet 40GBASE-SR4 12 fibras MMF OM3 (100 m)

12 fibras MMF OM4 (150 m)

2002 IEEE 802.3ae 10 Gb/s 10G Ethernet 10GBASE-LX4 MMF dúplex (300 m)

10G Ethernet 10GBASE-SX MMF dúplex OM3 (300 m)

MMF dúplex OM4 (400 m)

1998 IEEE 802.3z 1000 Mb/s Gigabit Ethernet 1000BASE-LX MMF dúplex (550 m)

Gigabit Ethernet 1000BASE-SX MMF dúplex OM1 (275 m)

MMF dúplex OM2 (550 m)

1995 IEEE 802.3u 100 Mb/s Fast Ethernet 100BASE-FX MMF dúplex (2 km)

1993 IEEE 802.3j 10 Mb/s Ethernet 10BASE-FL, -FB, -FP MMF dúplex (2 km)

1987 IEEE 802.3d 10 Mb/s Ethernet FOIRL MMF dúplex (1 km)

Evolución Ethernet en Fibra Óptica Monomodo

Año Estándar Velocidad Nombre Desempeño mínimo

2018? IEEE 802.3bs 400 Gb/s 400G Ethernet SMF (500 m, 2 km, 10 km)

2015? IEEE 802.3bm 40 Gb/s 40G Ethernet 40GBASE-ER4 SMF dúplex (40 km)

2010 IEEE 802.3ba 100 Gb/s 100G Ethernet 100GBASE-ER4 SMF dúplex (40 km)

100 Gb/s 100G Ethernet 100GBASE-LR4 SMF dúplex (10 km)

40 Gb/s 40G Ethernet 40GBASE-LR4 SMF dúplex (10 km)

2002 IEEE 802.3ae 10 Gb/s 10G Ethernet 10GBASE-E SMF dúplex (40 km)

10G Ethernet 10GBASE-L SMF dúplex (10 km)

10G Ethernet 10GBASE-LX4 SMF dúplex (10 km)

1998 IEEE 802.3z 1000 Mb/s Gigabit Ethernet 1000BASE-LX SMF dúplex (5 km)

Soporte de 40G en cableado balanceado

40 Gb/s vs 40GBASE-T • Como las capacidades y características de

procesamiento de 40GBASE-T aún no están definidas, nadie puede garantizar aún el soporte de dicha aplicación.

• Por otra parte, muchos especialistas han realizado exitosamente muchas investigaciones y análisis de desempeño basados en capacidades teóricas, con el fin de explorar la factibilidad técnica y justificar así el inicio de proyectos de redes a 40 Gb/s e incluso a 100 Gb/s.

Inversigaciones del PennState University (PSU)

• Noviembre 2007. "A rate of 100 gigabit over 70 metres is definitely possible, and we are working on extending that to 100 metres, or about 328 feet“, Ali Enteshari, con relación a 100G en categoría 7

• Mayo 2008. “Transmission Strategies for High-Speed Access over Category-7A Copper Wiring”

• Agosto 2009. Workshop "Greater than 10 Gigabits per second Copper Ethernet”. Se demostró la factibilidad de 40G sobre Categoría 7A

• Febrero 2009. “40/100 Gbps Transmission over Copper: Myths and Realities”

• Octubre 2009. "High-Speed Access over Copper: Rate Optimization and Signal Construction”

Ventajas de 40 Gb/s en par trenzado

• 100 m en Categoría 7A demostrado en el workshop del PSU, aunque la longitud requerida para servidores puede ser menor

• Cableado de alto desempeño puede reducir considerablemente la complejidad de electrónicos, consumo de energía, latencia y costo de implementación

• Beneficios de 40GBASE-T

• Soporte en cableado estructurado

• Auto-negociación

• Excelente alcance en relación costo-ciclo de vida

• Ruta de crecimiento para 1000BASE-T y 10GBASE-T

Trabajo normativo de IEEE, ISO y TIA

IEEE 802.3bq 40GBASE-T

• Mayo 2013. Se integra oficialmente el grupo de trabajo IEEE 802.3bq para 40GBASE-T

– Publicación programada: febrero 2016

– Objetivos relevantes:

• Full dúplex

• Auto-negociación

• BER 10-12, EEE

• Par trenzado de 4 pares

• 30 m máximo

• 2 conectores máximo

Proyecto de ISO ISO/IEC/JTC 1/SC 25/WG 3

• Mayo/2011. Reunión 50 Berlin. SC 46 anuncia inicio de trabajos para cables para 40G

• Marzo 2013. Reunión 54 Ixtapa

– Aunque la propuesta de la ISO/IEC para 40G se basaba en un canal de dos conectores de hasta 50 m, en respuesta a la solicitud de la IEEE se decidió reducir la longitud del canal a 30 m, 26 m de enlace permanente más dos cordones de 2 m en cada extremo

– Se acordó por consenso designar las nuevas categorías de componentes categoría 8.1 y categoría 8.2

• Clase I compuesto por componentes categoría 8.1

– basados en componentes Categoría 6A extendidos y mejorados

• Clase II compuesto por componentes categoría 8.2

– basados en componentes Categoría 7A extendidos y mejorados

¿Qué es Categoría 8?

Proyecto de Categoría 8

• Octubre 2012. Con 80% de votos se decidió en TIA llamar al “cableado de próxima generación (NGC)” Categoría 8

• Febrero 2013. PN-568-C.2-1

– Compatible retroactivamente sólo hasta categoría 6A

– Su desempeño es muy inferior a Clases F y FA y por lo tanto no es compatible retroactivamente con éstas

– Caracterización de pruebas hasta 2000 MHz

– Se han presentado demostraciones basadas en cables y conectores prototipo aún no disponibles en el mercado

• Junio 2013. Se decide adoptar los criterios de desempeño de la Clase II de ISO/IEC sobre par trenzado totalmente blindado (S/FTP)

Ventajas de adoptar Clase II para Categoría 8

• Crear el cableado de mejor desempeño en el mercado

– Minimiza el consumo de energía de los equipos

– Minimiza el time-to-market del equipo

• No se sacrifica la compatibilidad retroactiva

– Se pueden usar patch cords híbridos

• Capacidad comprobada para más de 40GBASE-T

– La construcción S/FTP no nos limita a 2000 MHz

• Armonización con ISO

– Asegura a TIA mantenerse al día con las mejores especificaciones

Categoría 8 vs Clase II

• En la página pública del Next Generation BASE-T Study Group de la IEEE pueden encontrarse varias aportaciones donde se muestran valores de desempeño de las propuestas en preparación por TIA e ISO

• http://grouper.ieee.org/groups/802/3/NGBASET/index.html

• Las siguientes láminas muestran la información más destacada que muestra las ventajas de la Clase II de la ISO sobre la Categoría 8 de la TIA

Compatibilidad sólo

hasta Categoría 6A

* Sycabel

Clase II /

Categoría 8.2

ISO

TIA

Categoría 8 vs Clase II. Compatibilidad

Clase I vs Clase II vs Categoría 8 http://grouper.ieee.org/groups/802/3/NGBASET/public/jan13/Schicketanz_01a_0113_NGBT.pdf

• Diferencias entre Clases I y II de ISO vs Categoría 8 de TIA a 1000 MHz

• Se requiere menor cancelación de ruido en Clase II

El mejor desempeño El peor desempeño

Situación actual Cat 8 vs Cat 7A

• Hasta que las especificaciones definitivas para la aplicación 40GBASE-T se finalicen, sabremos la(s) categoría(s) de desempeño que será(n) elegida(s) para dicha aplicación. Mientras tanto, la Clase FA/Categoría 7A sigue siendo el sistema de cableado de par trenzado de más alto desempeño disponible en el mercado.

Conector IEC 61076-3-104 a 2000 MHz

• IEC 61076-3-104, 3rd edition: extenderá la categoría 7A hasta 2 GHz. Publicación programada: principios del 2014

• Ventajas evidentes:

– Conector existente de mayor ancho de banda en el mercado

– Conector preferente especificado para aplicaciones BCT especificadas en la norma ISO/IEC 15018 (residencial)

– Cable sharing

– Desempeño electromagnético grado Tempest

– Compatible con equipos Ethernet por medio de patch cords híbridos

Nuevas pautas de diseño en cableado para 40G para centros de

datos

Nuevas Pautas de Diseño

• Canales de máximo 30 m

• Uso de cableado blindado

¿Porqué 30 m? • Un canal con dos conectores y máximo 30 m es la distancia

considerada en centros de datos para topologías EoR y MoR. • Soporte de “Short Reach Mode”, el cual aplica desde 10GBASE-T. • Mejores condiciones para EEE (Energy Efficient Ethernet)

– menor consumo de energía – Menor generación de calor

Ventajas de cableado blindado para Ethernet

• Además de las ventajas conocidas de mejor desempeño electromagnético y cancelación de alien crosstalk, en el grupo de estudio para 40G se propuso que se utilice cable blindado por las siguientes razones: – Simplifica el diseño EMI

– Reduce los problemas de eco y diafonía (NEXT)

– Reduce los requisitos de potencia del transmisor (TX)

– Virtualmente elimina el alien crosstalk (ANEXT)

– Reduce potencia, costo e incrementa densidad

Ventajas de conectores blindados

• Los conectores 61076-3-104 han cumplido satisfactoriamente con la norma IEC-60512-99-001 para conexión y desconexión bajo cargas PoE+, gracias al diseño de sus contactos que previene arcos eléctricos que dañen las superficies críticas de contacto.

Posición de contacto pleno

Localización de arco durante

el ciclo de reconexiones

Ventajas de cables blindados

• Los cables blindados ofrecen mejor disipación de calor, de especial importancia en la parte posterior de gabinetes en el centro de datos.

• Los cables blindados tienen menor aumento de atenuación al aumentar la temperatura. Se requieren menos ajustes.

• Además, los cables y patch cords sólidos blindados Categoría 6A y Categoría 7A de desempeño superior están calificados para su uso en ambientes de hasta 70 °C con lo que se minimiza la reducción de longitud en compensación a la mayor pérdida de inserción causada a aumentar la temperatura

Elevación de temperatura de cables balanceados

Temperature Rise versus Current

100-Cable Bundles

0

5

10

15

20

200 400 600 800 1000

Applied Current per Pair (mA)

Tem

pera

ture

Ris

e (

deg

rees

C)

Category 5e Category 6A UTP

Category 6 Category 6A F/UTP

Category 6A UTP, slim profile Category 7A S/FTP

Ajuste de temperatura

• Las normas TIA e ISO/IEC indican que debe realizarse un ajuste para temperaturas por encima de 20 °C.

• Para temperaturas superiores a 20 °C la longitud máxima de los cables debe reducirse:

0.2 % por cada grado por encima de 20 °C para cables bindados

0.4 % por cada grado de 20 °C a 40 °C y 0.6 % por cada grado de 40 °C a 60 °C para cables sin blindaje

Reducciones por ajuste de temperatura

• Ejemplo a 33 °C (33 – 20 = 13)

– Cable blindado: 13 × 0.002 × 57 = 1.48 m

– Cable sin blindaje: 13 × 0.004 × 57 = 2.96 m

• Ejemplo a 60 °C (60 – 20 = 40)

– Cable blindado: 40 × 0.002 × 57 = 4.56 m

– Cable sin blindaje: (20 × 0.004 × 57) + (20 × 0.006 × 57) = 4.56 + 6.84 = 11.4 m

Desarrollos de aplicaciones de alta velocidad en fibra óptica

802.3bm Fibra Óptica 40 Gb/s y 100 Gb/s

• Documento en proceso de votación

• Justificación de proyecto:

– Se requiere un alcance mayor a 10km para 40Gb/s

– Se requiere una solución más costo-eficiente para 100 Gb/s en fibra óptica multimodo

802.3bm Fibra Óptica 40 Gb/s y 100 Gb/s (Cont)

• Objetivos actuales:

– 40 km en SMF (2 fibras)

– 40GBASE-ER4

– 100 m en OM4 (12 fibras)

– 40GBASE-SR4

– Soporte de operación EEE (Energy Efficient Ethernet)

• Fecha objetivo de publicación: Febrero 2015

802.3bs Ethernet 400 Gb/s • Solución para agregación de redes

con un ancho de banda por encima de las tecnologías existentes para centros de datos, nodos de Internet, co-locación, carriers largo alcance y sitios de video on-demand.

• Durante la fase concluida de grupo de estudio se demostró el potencial de mercado, factibilidad técnica, viabilidad económica y compatibilidad.

400 Gb/s Ethernet, cont.

• Objetivos:

– 100 m en MMF OM4

– 500 m en SMF

– 2 km en SMF

– 10 km en SMF

– Soporte opcional de operación EEE

– Aún no hay fecha objetivo de publicación

Conclusiones

• Las tecnologías actuales 10G no son suficientes para las aplicaciones en centros de datos, nodos de internet, video bajo de manda, carriers, etc.

• Nuevos desarrollos se llevan a cabo en IEEE, TIA e ISO para satisfacer las necesidades emergentes – 40GBASE-T en par trenzado – Soluciones más costo-eficientes para 40G en SMF y 100G en

MMF – 400G como máximo objetivo de los grupos actuales

• El soporte de aplicaciones de alta velocidad en cableado balanceado nos lleva a nuevas pautas de diseño: – Canal de 30 m – Uso de cableado blindado

Muchas gracias por su atención ¿Alguna Pregunta?

miguel_aldama@siemon.com

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