Các hạn chế khi triển khai hệ thống cáp đồng hiệu suất cao

Nhu cầu về băng thông không ngừng tăng theo cấp số nhân từ 1 đến 10 Gb/s, tiếp theo từ 40 đến 100 Gb/s. Đã có nhiều sự thay đổi trong việc lựa chọn môi trường truyền dẫn; cụ thể tại các văn phòng làm việc, mạng không dây không ngừng phát triển do tính di động và các ứng dụng không đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao. Tuy nhiên với sự ra đời của 802.11n thì mạng không dây đã có thể hỗ trợ tốc độ lên tới 100Mb/s, thậm chí đang có những nghiên cứu đẩy cao tốc độ của mạng không dây lên tới 7Gb/s (tìm hiểu thêm 802.11ac và 802.11 ad). Riêng đối với các kết nối đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao, đặt biệt trong các trung tâm dữ liệu, cáp quang ngày càng trở thành lựa chọn hợp lý. Những công nghệ như sợi quang OM4 MM 50 µm dành cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, được quy định trong tiêu chuẩn TIA-492AAAD, làm cho cáp quang trở thành giải pháp tối ưu cho các ứng dụng 40 và 100 Gb/s.

Cáp đồng và công nghệ 40Gbps.

Các nghiên cứu trong 2005 và 2006 dự đoán rằng công nghệ 10GBase-T Ethernet sẽ nhanh chóng được áp dụng trên các loại cáp Cat6, Cat6A và Cat7/Class F. Nhưng trong thực tế, việc triển khai xảy ra chậm hơn nhiều so với dự đoán. Các dữ liệu mới nhất cho thấy rằng sư thâm nhập của công nghệ 10GBase-T chỉ chiếm tỉ lệ rất nhỏ trong toàn bộ hệ thống cáp đồng, khoảng một phần trăm; lý giải cho việc này có thể là do tình hình kinh tế trong vài năm gần đây.Bên cạnh đó còn là vấn đề kỹ thuật, đó là việc các thiết bị truyền dẫn ở lớp vật lý cần phải thực hiện một số lượng lớn việc xử lý các tín hiệu. Năng lượng được sử dụng trên các thiết bị là nguyên nhân chính bởi vì các thiết bị này cần phải áp dụng các giải pháp quản lý nhiệt cao cấp – những giải pháp như vậy không cần thiết đối với công nghệ 1Gb/s hoặc các công nghệ trước đây.

Vấn đề đặt ra: hiện nay việc áp dụng công nghệ 10GbE đã gặp phải nhiều trở ngại, thì việc đầu tư vào công nghệ 40GbE trên hệ thống cáp cấu trúc đồng có thật sự cần thiết? Mặt khác, chi phí cho cáp sợi quang ngày càng trở nên hợp lý và tổ chức IEEE đã chỉ định tiêu chuẩn công nghệ 40GbE trên sợi quang, thì liệu chăng công nghệ 10GbE là điểm dừng đối với hệ thống cáp cấu trúc đồng?

Nhiều chuyên gia trong ngành công nghiệp cáp không đồng ý với ý kiến trên bởi vì cáp đồng vẫn còn rất nhiều ưu điểm vượt trội như thi công dễ dàng, chi phí hợp lý và có khả năng tương thích với các công nghệ trước đây.Đặc biệt, khả năng hỗ trợ PoE của cáp đồng giúp cho việc thi công hệ thống trở nên đơn giản hơn.Bên cạnh đó, về mặt kinh tế sẽ có nhiều ý nghĩa to lớn khi nâng cấp cho các hệ thống cáp Cat6A và 7/7A đã được lắp đặt nhằm hỗ trợ công nghệ 40GbE.Chính vì vậy, các chuyên gia đang rất nổ lực để đưa ra những giải pháp có thể khắc phục được các hạn chế về kỹ thuật trong quá trình phát triển công nghệ 40GbE trên hệ thống cáp đồng.

Giới hạn kỹ thuật

Các thiết bị sử dụng công nghệ Ethernet phải sử dụng nhiều kỹ thuật xử lý tín hiệu phức tạp để dự đoán và tự động hủy bỏ các tín hiệu lỗi. Nhiều ý kiến đã được đưa ra đề cập đến việc làm thế nào để khắc phục được những sự cố liên quan đến độ phức tạp khi xử lý tín hiệu của các thiết bị ở lớp vật lý.Có ý kiến cho rằng nên sử dụng dải băng thông rộng hơn, như là hệ thống 10GBase-T được qui định bởi IEEE802.3an, ở mức 400 MHz và sử dụng kiểu mã hóa 16-PAM. Riêng đối với 40GbE, sơ đồ mã hóa cần phải phức tạp hơn rất nhiều nếu sử dụng cùng mức băng thông. Độ phức tạp của việc mã hóa (dense encoding) về cơ bản có nghĩa là các thiết bị đầu thu phải nhận biết được các tín hiệu bị phân chia bởi các điện áp nhỏ và sự khác nhau về pha, việc này có thể sẽ rất phức tạp khi sự suy giảm của RF tăng. Thay vì phải định nghĩa một bảng mã hóa thật phức tạp (high modulation density) trên một dải tần số hẹp, một cách tiếp cận khác là truyền các tín hiệu trên một dải tần số lớn, có nghĩa là tín hiệu sẽ được truyền đi trên một phổ tần số rộng hơn do đó độ phức tạp (modulation density) của sơ đồ mã hóa sẽ ở mức kiểm soát được.

Một nghiên cứu đề nghị dùng băng thông 1.6 GHz để hỗ trợ việc truyền dữ liệu ở tốc độ 40Gb/s dựa trên các tiêu chuẩn của hệ thống cáp Cat 6A. Ngoài ra để có thể truyền dữ liệu ở tốc độ 40Gb/s thì chiều dài của cáp cũng phải bị giới hạn lại. Suy hao trên cáp đồng đôi xoắn sẽ tăng khi tín hiệu được truyền ở tần số cao, do vậy việc giới hạn chiều dài của các kết nối giúp các thiết bị nhận biết được tín hiệu khi chúng được truyền ở các tần số cao.

Đo kiểm 40G trên hệ thống cáp đồng.

Trong khi các công nghệ bán dẫn và kết nối cáp (cabling) có thể đảm bảo tính khả thi của việc hỗ trợ 40GbE trên hệ thống cáp đồng xoắn đôi, thì vẫn còn nhiều vấn đề cần phải xem xét. Một trong các nhân tố đó là khả năng của các thiết bị đo kiểm dùng để chứng nhận các hệ thống đã thi công có hỗ trợ được 40GbE hay không. Hiện tại, các thiết bị đo kiểm có thể xác định được các thông số của cáp ở tần số 1.6 GHz thì chưa xuất hiện trên thị trường. Một loạt các yếu tố như là yêu cầu chặt chẽ về hiệu suất của thiết bị, chi phí đầu tư hợp lý, thiết bị nhỏ gọn có thể cầm tay được và giảm thời gian kiểm tra, gây ra nhiều khó khăn cho các nhà sản xuất trong việc cung cấp thiết bị như vậy. Không giống như các thiết bị phân tích trong phòng thí nghiệm, các thiết bị đo kiểm bị hạn chế nhiều hơn cụ thể là các thiết bị này phải nhỏ gọn, nhẹ và có thể mang theo bên người. Các thiết bị cũng phải sử dụng pin và tuổi thọ pin phải cao để tránh những rắc rối cho người kỹ thuật viên khi phải sạc pin nhiều lần trong cùng một ngày làm việc của họ. Do đó, cần phải giảm thiểu tối đa mức tiêu thụ điện của thiết bị đo kiểm. Thêm vào đó là các thiết bị đo kiểm buộc phải có giá thành thấp hơn rất nhiều so với các thiết bị phân tích trong phòng thí nghiệm.

Lời kết

Bất chấp sự phát triển mạnh mẽ của mạng không dây và cáp sợi quang, cáp đồng vẫn chiếm ưu thế trong các hệ thống mạng của các doanh nghiệp trong tương lai. Việc thiết kế hạ tầng kỹ thuật để phục vụ từ 15 đến 20 năm yêu cầu phải cân nhắc nhiều đến khả năng mở rộng về sau chẳng hạn như công nghệ 40Base-T sẽ được qui định trong các tiêu chuẩn và trở nên phổ biến trong vòng 5 đến 10 năm tới. Trong những thách thức về mặt kỹ thuật nhằm hỗ trợ việc truyền dữ liệu tốc độ cao, điều quan trọng nhất đó chính là các thiết bị ở lớp vật lý.Các nghiên cứu và dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng hệ thống cáp hiện tại có thể hỗ trợ công nghệ 40GBase-T, bằng cách mở rộng dải tần số hoạt động của cáp. Để có thể thiết lập được hệ thống hoàn chỉnh nhằm hỗ trợ các công nghệ mới như 40GBase-T thì đòi hỏi phải có hệ thống cáp, các thiết bị mạng, các tiêu chuẩn và các thiết bị đo kiểm phải phù hợp với công nghệ 40GBase-T.

Theo BICSI