CAT 8

25. octubre 2016

Endlich ist sie da, die erste Category-8-Norm. Sind Sie schon darauf vorbereitet, das 40G Rechenzentrum zu zertifizieren?

Seit etwa 2012 hören und lesen wir großflächig über die „Category 8“ als Übertragungssystem für 40GBit Ethernet auf Kupferleitungen. Während die internationalen Normungsgremien vermutlich ihre „Category 8“-Definitionen wohl erst im Frühjahr 2017 finalisiert haben werden, sind die Amerikaner schon einen Schritt weiter. Auf seiner Tagung im Juni diesen Jahres hat der für die Ausarbeitung verantwortliche TIA (Telecommunications Industry Association) Unterausschuss den Category-8-Kupfer-Verkabelungsstandard (ANSI/TIA-568-C.2-1) offiziell verabschiedet. Fast zeitgleich sind auch der passende 25/40 GBit Ethernet-Anwendungsstandard (IEEE 802.3bq) und der Mess-Standard (ANSI/TIA 1152-A), der die dazu gehörenden Messungen bis 2GHz vorgibt, verabschiedet worden. Passende Netzwerkkabel gibt es schon länger und sobald nun auch noch die entsprechende RJ45-Anschlusstechnik kommerziell verfügbar sein wird (wohl im Laufe des nächsten Jahres), kann der 40GBit Ethernet-Rechenzentrumsausbau mit Kupferleitungen beginnen.

Es ist ein Zeichen dafür, wie ausgeklügelt die Technologie für die strukturierte Verkabelung mittlerweile ist, dass die „Grundsteinlegung“ für einen neuen Systemstandard mehrere Jahre vorher erfolgt, bevor dessen praktische Umsetzung möglich ist. Anders ausgedrückt heißt das, dass die Messlatte für Category 8 ziemlich hoch angesetzt wurde. Die Anforderung war klar und eindeutig: Ein Twisted-Pair-Kupfer-Verkabelungssystem zu spezifizieren, mit dem bis zu 40GBASE-T Ethernet und evtl. darüber im Rechenzentrum übertragen werden kann. Twinaxiale Kupferkabel waren bereits zur Verbindung von Netzwerkkomponenten im Serverschrank über kurze Distanzen verwendet worden. Die neue Norm zielt nun auf den Verbindungsbereich zwischen den Schränken oder Räumen des Rechenzentrums ab, wo längere Verkabelungsstrecken benötigt werden, um z. B. die Server mit den Switchen zu verbinden.

 

Die Bandbreite erhöhen

Die Rechtfertigung für die Entwicklung von Category 8 wurde von simplen wirtschaftlichen Aspekten diktiert. Vom Kostenaufwand her ist symmetrisches Twisted-Pair-Kabel kostengünstiger zu installieren und zu betreiben als Glasfaser. Dank der weitestgehenden Abwärtskompatibilität von Category 8 zu den heute existierenden passiven und aktiven Komponenten über das RJ45-Steckgesicht, kommen Unternehmen in den Genuss der höheren Übertragungsgeschwindigkeiten und können zugleich Ihre Investitionen zeitlich strecken.

Mit viel Mathematik und Physik wurde in der Zwischenzeit herausgefunden, dass ein solcher Übertragungskanal, der die vierfache Bandbreite von 10GBASE-T überträgt, eine obere Grenzfrequenz von 2.000 MHz haben sollte, um seine Anforderungen mit etwas Reserve erfüllen zu können und nicht länger als 30 Meter sein darf, mit insgesamt nicht mehr als zwei Steckverbindungen.

Die Lösung für die Kabel der Category 8 war relativ unkompliziert. Das Kabel selbst sollte vom Aufbau her dem der Category 6A/10G entsprechen, allerdings mit vier zwingend geschirmten Adernpaaren und mit höherer Übertragungskapazität. Die strengen Grenzwerte und hohen Anforderungen an die zusätzliche Bandbreite bedeuten, dass auf eine Schirmung der verdrillten Adernpaare nicht mehr optional verzichtet werden kann. Der schwierigste Part auf dem Weg zu Category 8 war und ist immer noch das gewählte und altbekannte RJ45-Steckgesicht. Zwar lässt sich die Signaldämpfung und das gegenseitige Stören im Kabel durch eine kürzere Länge der Übertragungskanäle und Schirmung verringern, doch es zeigte sich, dass die von den Komponenten ausgehenden Störungen, wie zum Beispiel das berühmt berüchtigte Übersprechen (Near-End Cross Talk / NEXT), bei den höheren Frequenzen von 1.000 bis 2.000 MHz ein viel größeres Problem darstellen. Mittlerweile laufen die ersten funktionierenden Prototypen und im nächsten Jahr wird wohl der eine oder andere Hersteller damit in Serie gehen.

 

Wo sind die 2.000 MHz Zertifizierer?

Normen für die Charakterisierung und Zertifizierung dieses höheren Leistungsniveaus auszuarbeiten bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Das ganze Konzept der Zertifizierung installierter Netzwerke beruht auf einer Pass/Fail-Bewertung der gemessenen elektrischen Leistungsparameter im Vergleich zu vorgegebenen Grenzwerten jener Leistungsparameter. Diese Bewertung erfolgt anhand eines vorgegebenen Messwertbereichs, der eine bekannte Fehlertoleranz einschließt.

Generell muss die Physik, die dazu notwendig ist, mit ausreichend Effizienz 40G über ein Category 8 Verkabelungssystem zu übertragen, immer einen Balanceakt ausführen zwischen Symboldichte und Signalverschlechterung bei der verfügbaren Bandbreite. Die Category 8 bietet dazu ein sehr weites Frequenzspektrum, auf dem sich das Signal ausbreiten kann und somit lässt sich die Modulationsdichte leichter bestimmen und weniger Mathematik ist erforderlich, um auf der Empfängerseite das Nutzsignal vom Rauschen zu trennen. Dieses Prinzip macht es auch einfacher, Feldmessungen durchzuführen und die installierte 40G Verkabelung als geeignet zu zertifizieren. Das einzige Problem besteht darin, dass den meisten vorhandenen Feldmessgeräten die nötige Bandbreite in Verbindung mit der ausreichenden Genauigkeit fehlt.

Für die Klasse FA Verkabelung wurden neuere Zertifizierer entwickelt mit einer oberen Messgrenzfrequenz bis 1.000 MHz bzw. etwas darüber. Die klassische Herangehensweise wäre nun, mit der Entwicklung eines 2.000 MHz Zertifizierers zu warten, bis alle Category 8 Komponenten entwickelt und getestet wären und die entsprechenden Normen dazu verabschiedet sind. Eine begrenzte oder fehlende Verfügbarkeit zugelassener Category 8 Komponenten machte es unmöglich, die akzeptable Messunsicherheit oder typische Feldtoleranz zu bestimmen. Und dennoch, die gesamten Parameter des Category 8 Normentwurfs sind seit 2013 bekannt, während die Komponentenleistung für Category 8 Verkabelungssysteme fast genauso lange schon im Labor getestet wurde.

 

Maximale Systemreserve

Das bringt uns zu einem besonderen Feldmessgerät, dem WireXpert. Dieses kompakte handliche Gerät der Firma Softing IT Networks besitzt einen Messfrequenzbereich bis 2.500 MHz und das schon seit 2013. Der WireXpert ist damit das einzige Feldmessgerät auf dem Markt, das mit Leichtigkeit auch Category 8 zertifizieren kann und ist bereits seit 2010.
Wie kommt das?

Um diese interessante Geschichte kurz zu fassen: Die Ingenieure, die zuerst vor acht Jahren den WireXpert konstruierten, waren sich darüber im Klaren, dass 40GBit Ethernet unweigerlich kommen werden und haben ihr Messgerät bewusst mit einem Frequenzbereich entwickelt der weit über 1000 MHz hinaus reichen konnte. Anfänglich wurde die 40GBE Diskussion bis
1600 MHz Bandbreite geführt, und somit wurde auch der WireXpert ursprünglich mit dieser Bandbreite ausgestattet, mit dem Versprechen Category 8 zertifizieren zu können. Allerdings wurde die Bandbreite für 40GBE schnell auf 2.000 MHz erhöht. Um das Category-8-Versprechen aufrecht zu halten, wurden alle bis dahin gelieferten WireXpert in einer einmaligen Aktion kostenlos auf einen Frequenzbereich von 2.500 MHz hochgerüstet. Alle neuen WireXpert vom Typ 4500 werden seither mit 2.500 MHz Bandbreite ausgeliefert. Die Softing IT Networks GmbH hinter dem WireXpert hat ihre Wurzeln im Bereich Labortests und Entwicklung von Netzwerkanalysatoren. Das versetzte sie in die Lage, geeignete Lösungen zu finden, um mit einer Bandbreitenkapazität auf den Markt zu kommen, die weit über das hinausging, was zu dem Zeitpunkt gebraucht wurde.

 

Allein auf der Schnellspur

Im Jahre 2013 schrieb Harshang Pandya, ehemaliger Managing Director bei Psiber Data, was heute Softing IT Networks ist, und ein erfahrener Experte in Hochfrequenzmesstechnik und Mitentwickler des WireXpert, in “Cabling Installation & Maintenance“ über die Verfügbarkeit eines 2.000+ MHz Zertifizierers: “Wenngleich sich viele Aspekte von 40GBASE-T noch in den frühen Phasen der Ausarbeitung befinden, macht die Feldmessung hier eine erwähnenswerte Ausnahme. Es ist bereits die erforderliche Kapazität vorhanden, bei Feldmessungen ausreichend Messbandbreite zur Verfügung zu stellen, um die 40GBASE-T Verkabelung während der Normentwurfsphasen und auch nach Verabschiedung der Norm zu zertifizieren.”

Pandya sprach dabei über den WireXpert. Er ging zu dem Zeitpunkt davon aus, dass es weitere 2.000 MHz Zertifizierer auf dem Markt geben würde, bevor der Category 8 Standard verabschiedet wird. Das Gegenteil aber ist der Fall.

Es gehört sicherlich mehr dazu, Category 8 Verkabelungssysteme zu zertifizieren als zusätzliche Bandbreite. Zum jetzigen Zeitpunkt jedoch ist der WireXpert das einzige Messgerät auf dem Markt, das den dafür erforderlichen Frequenzbereich bietet. Das ist gut zu wissen, falls Sie jetzt ihre Kapazität für Abnahmemessungen erweitern wollen. Wenn die Category 8 Komponenten dann mal eingesetzt werden, brauchen Sie das Grundgerät weder auszutauschen noch aufzurüsten. Und mit der vorhandenen Reserve, die noch im Gerät steckt, werden Sie das auch für lange Zeit nicht tun müssen.

Wie bereits gesagt wurde der WireXpert von Anfang an mit reichlich Bandbreite ausgestattet. Er hat sich in der Praxis bewährt und es sind keine faulen Kompromisse notwendig, um schnell auf den Markt zu kommen. Im Vergleich zu anderen führenden Zertifizierern schneidet der WireXpert 4500 in allen weiteren Kategorien gleichwertig oder besser ab. Von großem Vorteil ist es, dass die einzelnen Messadapter mit dem Gerät abschließen, ohne aus dem Gehäuse hervorzustehen. Zudem sind die Messkabel am Adapter abnehmbar. Damit ist es Ihnen möglich, verschlissene Messkabel zu ersetzen, ohne einen teuren neuen Adapter kaufen zu müssen.

 

Mehr als Kupfer

Für Glasfaser-Messungen bietet die WireXpert-Produktlinie mehrere verschiedene Adaptersätze an, um Glasfaserstrecken über Dämpfung und Länge zu zertifizieren. Singlemode-Adapter gibt es für die Langstrecke, bzw. für die Primärverkabelung oder Campusverkabelung, bei welcher diese Art der Lichtwellenleiter verwendet wird.

Bei den Multimode-Adaptern für die Steigbereichs- und „Mittelstrecken“-Verkabelung kommen mittlerweile neue Module zum Einsatz, um mit dem neuen Encircled Flux (EF) Testsignal-Standard konform zu sein. Dieser Standard definiert eine hohe Qualität des verwendeten Lichtsignals, um den engen Budgetanforderungen moderner Kurzstreckanwendungen wie z. B. 10GBit auf LWL zu entsprechen.

Einzigartige MPO/MPT-Adapter runden den Ansatz des WireXperts ab sich gerne in Rechenzentrumsverkabelungen zu bewähren, wo diese Art der LWL-Verkabelung, zukünftig wohl auch mit Category 8 gepaart, vordringlich eingesetzt wird. Parallel liegende Glasfasern auf einem vielpoligen Stecker können somit in einem Messdurchgang mit direkter Steckerkontaktierung beurteilt werden, nicht wie bisher üblich mühselig Einzelstrecke für Einzelstrecke über Fan-out-Adapter.

 

Weise Vorausschau

Der Voraussicht seiner Entwickler ist es zu danken, dass der WireXpert seit jeher einige Bandbreitenreserve besitzt, besonders wenn jetzt die Category 8 auf den Markt kommt. Das sind außerordentlich gute Nachrichten, denn sie bedeuten, dass ihre Investition noch bis weit in die Zukunft hinein gesichert sein wird. Die Moral von dieser besonderen Geschichte ist, dass 40G auf Kuperverkabelungen jetzt beginnt. Kein längeres Warten mehr erforderlich, besonders nicht einmal auf die 2.000 MHz Zertifizierung.

 

Mike Bunning

Business Development Manager

Softing USA

 

Alfred Huber

Technischer Leiter

Softing IT Networks GmbH