Разрабатывая новые стандарты, IEEE ориентируется прежде всего на удовлетворение потребности в пропускной способности.

Проектная группа P802, комитет по стандартам локальных и городских сетей (LAN & MAN Standards Committee), разрабатывает американские стандарты для локальных и городских сетей, которые затем используются во всем мире. Наиболее известный продукт этой группы — стандарт 802.3, Ethernet.  Другое направление — перехватившие лидерство беспроводные технологии, такие как 802.11. Мы публикуем обзор текущих проектов стандартов и их состояния.

В настоящее время в сфере Ethernet приоритет отдан разработке стандартов 40/100 Гбит/с. Работы начались летом 2006 г.
и продвинулись дос-таточно далеко. Их завершение ожидается летом 2010 г.
В группе Ethernet особенно важны следующие темы:

  • 802.3at (Power over Ethernet Plus, PoEPlus) – расширение стандарта PoE;
  • 802.3av, пассивные оптические сети (Ethernet10 Gigabit EPON) – «волокно до дома»;
  • 802.3az, энергоэффективные сети Ethernet (EEE);
  • 802.3ba, 40/100 Gigabit Ethernet.

В области беспроводных технологий существуют самостоятельные группы, занимающиеся локальными и городскими сетями. Их деятельность координирует группа 802.11. Основные направления:

  • 802.11, беспроводные локальные сети с наиболее важными на данный момент группами: 802.11n HigherThroughput занимается технологией 100 Мбит/с, ратификация которой ожидается к концу года,
    а 802.11ac, Very High Throughput, работает над гигабитной технологией;
  • 802.15, беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, Wireless PAN), технологию Bluetooth планируется дополнить следующими функциями: TG3c, mmWave PHY — 1-2 Гбит/с для применения внутри помещений; ячеистые сети TG5 (Mesh Networking); «телесные сети» TG6 BAN (Body Area Networks), а также TG7 (Visual Light Communication) — связь при помощи видимого света;
  • 802.16, широкополосный беспроводной доступ (Broadband Wireless Access). Этой темой занимаются три группы: 802.16h, сосуществование на нелицензируемых частотах; 802.16j, мобильная многоузловая трансляция (Mobile Multihop Relay); 802.16m, усовершенствованный воздушный интерфейс (Advanced Air Interface), разрабатывающая гигабитную технологию.

АКТИВНОСТЬ В 802.3 — ETHERNET

Переработка стандарта 802.3, Ethernet, завершена. Теперь опубликован целостный стандарт. На международном уровне признаны первые три раздела (на Рисунке 1 выделены темно-синим цветом). 10 Gigabit Ethernet (раздел 4) и Ethernet на первой миле (Ethernet in the First Mile, EFM, раздел 5) еще не ратифицированы ISO. Однако будучи американскими стандартами, они не становятся при этом менее обязательными для Европы. В разработке находятся несколько стандартов.

802.3ba, 40/100 Gigabit Ethernet: для того чтобы удовлетворить потребность в еще большей пропускной способности, в ноябре 2006 г. проектная группа IEEE P802 учредила «группу исследования высоких скоростей» (High Speed Study Group), которая в декабре 2007 г. под эгидой рабочей группы IEEE 802.3ba получила «запрос на авторизацию проекта» (Project Authorization Request, PAR) о разработке стандарта Ethernet на 40/100 Гбит/с со следующими задачами:

  • поддержка исключительно полнодуплексного режима;
  • поддержка обоих форматов кадров (CSMA/CD и Ethernet V2.0);
  • сохранение минимальной и максимальной длины кадров;
  • уровень битовых ошибок меньше, чем 10-12;
  • поддержка оптических транспортных сетей (Optical Transport Network, OTN);
  • скорость передачи данных 40 и 100 Гбит/с.

«На выходе» ожидается технология с поддержкой оптического волокна, меди и объединительных плат (Backplane). Эти расширения Ethernet касаются только физического уровня модели OSI. Подуровень MAC остается без изменений. Аналогично обстоит дело с MAC Control и Logical Link Control (LLC).

Что касается оптических интерфейсов, то комитет ограничился только перспективными в рыночном плане. Здесь сказался опыт 10 Gigabit Ethernet. Многомодовое волокно (Multimode Fiber, MMF), OM3 до 100 м, используется преимущественно в ЦОД и будет стандартизировано для 40 и 100 Гбит/с. Рабочая группа отказалась от разработки одномодового интерфейса на 40 Гбит/с со сверхвысокой дальностью действия (Extra Long). Для начала будет реализован только десятикилометровый интерфейс. А вот для 100 Гбит/с планируются 10- и 40-километровые интерфейсы для одномодового волокна (Single Mode Fiber, SMF). Все интерфейсы базируются на технологии WDM. В Таблице 1 представлен полный обзор этих технологий (число в конце обозначения волоконно-оптического интерфейса специфицирует используемые длины волн).

Медным интерфейсам требуется соответствующее число параллельных линий (Lane). Интерфейсы xGBaseCR предназначены, к примеру, для использования в ЦОД, когда устройства находятся на расстоянии не более 10 м друг от друга. Спецификация объединительной платы (Backplane), в отличие от технологии 10 Гбит/с, включена непосредственно в стандарт. От интерфейса объединительной платы 100 Гбит/с комитет с самого начала отказался — вероятно, вследствие жесткого временного графика. Для достижения желаемого коэффициента битовых ошибок, равного 10-12, не обойтись без технологии прямого исправления ошибок (Forward Error Correction, FEC). В 100BaseCR10 скорость 100 Гбит/с на расстоянии 10 м достигается при использовании десяти параллельных медных кабелей, тогда как для скорости 40 Гбит/с достаточно четырех линий. Для медных интерфейсов предлагается функция «автоматического согласования» (Auto-Negotiation), чтобы два узла могли выбирать лучший способ передачи данных.

Пока действует проект стандарта Draft 1.1, однако уже в марте этого года была опубликована ознакомительная версия Draft 2.0, в которую включены все характеристики окончательного стандарта. Летом будут внесены последние технические изменения, и в ноябре комитет сможет проголосовать по окончательному проекту Draft 3.0. Это означает, что стандарт может быть принят в июне 2010 г. Первые устройства 40/100 Гбит/с поступят в продажу не позднее 2011 г.

802.3av, 10GEPON (10 Гигабит EPON). Потребность в увеличении пропускной способности существует и на уровне доступа. Это объясняется тем, что в будущем одной семье могут понадобиться, к примеру, четыре канала телевидения высокой четкости (High Definition Television, HDTV) или широкоэкранное цифровое изображение (Large Scale Digital Imagery, LSDI). 10GEPON представляет собой расширение стандарта 802.3ah, EFM. Ратифицированный в 2004 г. стандарт определяет технологию Gigabit EPON, которая, как ожидается, будет расширена до 10 Гбит/с. Между коммутационным узлом и домашней сетью развертывается распределительная сеть, по которой через оптическое волокно подается 10 Гбит/с для 32 домохозяйств. На данный момент доступен проект Draft 2.1, окончательную версию стандарта следует ждать уже в текущем году.

802.3at, DTE Power Enhancements. Стандарт 802.3af, DTE Power, был принят в 2003 г. Предусмотренных в нем 15 Вт сегодня недостаточно, поэтому разрабатываются дополнения к 802.3af. Новый стандарт 802.3at, PoEPlus, должен быть совместим с существующим и обеспечивать мощность 30 Вт. Проект Draft 3.1 уже принят, поэтому дополнение DTE Power, вероятно, будет готово в первой половине этого года.

802.3az, энергоэффективные сети Ethernet (Energy Efficient Ethernet). Рабочая группа 802.3az занялась актуальными вопросами экономии электроэнергии. Ее деятельность началась в марте 2007 г., и уже в ноябре того же года группа получила задание PAR. Лавинообразно растущий сетевой сегмент может внести значительный вклад в экономию энергии. Суть идеи заключается в переводе соединений в режим низкого энергопотребления (Low Power), когда передавать данные не требуется. Режим Low Power реализуется путем уменьшения скорости передачи вплоть до нуля.

АКТИВНОСТЬ В 802.11 — WLAN

В области беспроводных технологий восемь групп работают в тесном взаимодействии над более чем 25 проектами. Как и ранее, основной акцент делается на IEEE 802.11, беспроводные локальные сети (Wireless LAN). Кроме того, в центре внимания — повышение пропускной способности. IEEE 802.11 ведет подготовку девяти стандартов из круга «общих функций» (Common), MAC и PHY. На Рисунке 2, помимо названия группы, указаны документы (с датой), над которыми в данный момент ведется работа. Самая молодая группа — 802.11ac, самая старшая — 802.11n. Обе занимаются пропускной способностью. 802.11ac получила свое задание PAR только что, а 802.11n уже работает над версией Draft 7.0.

802.11n, высокая пропускная способность (High Throughput). Каждый уважающий себя производитель предлагает устройства стандарта 802.11n, которые, однако, не соответствуют планируемому стандарту, поскольку в большинстве своем базируются на по-разному интерпретируемом проекте версии Draft 2.0. Какие же функции предлагаются стандартом?

Диапазоны: 802.11n использует не только диапазон для промышленных, научных и медицинских организаций (Industrial, Scientific, Medical, ISM — 2,4 ГГц), но и диапазон нелицензируемой общенациональной информационной инфраструктуры (Unlicensed National Information Infrastructure, UNII — 5 ГГц). Из соображений совместимости с более ранними стандартами 802.11, 802.11n можно ограничить одним каналом 20 МГц, и тогда будет доступна номинальная пропускная способность в 150 Мбит/с. При двух каналах 20 МГц в одном диапазоне (2,4 или 5 ГГц) достигается скорость в 300 Мбит/с, а при одновременном использовании обоих диапазонов (Concurrent Dualband) номинальная пропускная способность составит 600 Мбит/с. Реальная пропускная способность равна примерно половине номинальной, поэтому надо рассчитывать на производительность на уровне Fast Ethernet (100 Мбит/с в полнодуплексном режиме). Однако до сих пор неясно, как именно следует предоставлять эту разную пропускную способность. Рынок предлагает однодиапазонные устройства с поддержкой либо 2,4, либо 5 ГГц. Впрочем, существуют и двухдиапазонные устройства, причем такие, которые могут использовать оба диапазона параллельно (Concurrent).

График. Группа 802.11n получила задание PAR еще в сентябре 2003 г., однако потерпела неудачу (Draft 1.0). В сентябре 2007 г. ей было дано новое модифицированное задание, ставшее основой для уже упомянутого проекта Draft 2.0. В настоящее время 802.11n уже занимается версией Draft 7.0. Последний вариант ратифицирован в рабочей группе 802.11, и теперь этот проект подлежит проверке со стороны ассоциации стандартов IEEE SA. Утверждение окончательной версии ожидается в ноябре 2009 г.

802.11ac, очень высокая пропускная способность (Very High Throughput). В сентябре 2008 г. группа, отвечающая за стандарты, которые будут приняты после 802.11n, получила свое задание — разработать физическую основу (PHY) 802.11 cо следующими параметрами:

  • общая пропускная способность не менее 1 Гбит/с;
  • пропускная способность каждого соединения не меньше 500 Мбит/с;
  • диапазон ниже 6 ГГц, исключая 2,4 ГГц;
  • совместимость и возможность сосуществования с предшествующими устройствами 802.11 в диапазоне 5 ГГц.

В настоящее время готовятся предложения для решения этой задачи. Первый проект, пригодный к голосованию, ожидается в ноябре 2010 г. К ноябрю 2011 г. группа намеревается закончить работу и передать проект IEEE SA; таким образом, ратификацию стандарта следует ожидать к декабрю 2012 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

IEEE 802 (см. Рисунок 3) старается совладать со стремительно растущей потребностью в пропускной способности. В области Ethernet комитет разрабатывает технологию 40/100 Гбит/с и делает это весьма своевременно. В некоторых ситуациях 40 Гбит/с требуются уже сегодня, а со стандартизацией 100 Гбит/с можно повременить. При прокладке «волокна до дома» (Fiber To The Home) часто используется технология EPON, которой уже сейчас недостаточно 1 Гбит/с. Это свидетельствует о неотложности принятия 10GEPON. В области беспроводных технологий разработкой более высокой пропускной способности занимаются группы как локальных (WLAN, 802.11), так и городских сетей (MAN, 802.16). Здесь речь идет о гигабитных технологиях для удовлетворения ожидаемых потребностей. Высокая пропускная способность часто требуется провайдерам, и этим вопросом занимается 802.1. Эта группа рассматривает нормирование функций для масштабных сетей, таких как провайдерские мосты (Provider Bridge) и провайдерские локальные сети (Provider LAN).

Ханс Лакнер — член американской комиссии по стандартизации IEEE 802.3 с правом голоса с 1990 г. В консалтинговой компании Qoscom он работает в качестве специалиста по развитию бизнеса в сфере корпоративных и городских сетей, а также технологии WiMAX.

 

© AWi Verlag

Таблица 1. Обзор интерфейсов 40/100 Гбит/с стандарта 802.3ba.

Рисунок 1. IEEE 802.3 – Ethernet: стандарты и рабочие группы.

Рисунок 2. IEEE 802.11 – Wireless LAN: стандарты и проекты.

Рисунок 3. Обзор всех рабочих групп IEEE-P802 и их текущего состояния.