Page 30 - 网络电信2024年4月刊
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衍生出来还有25GBase-T降频应用。与以往的以太网应用不同，                     且目前在很多的场合，这些总线协议最终都通过转化为TCP/IP
            40GBase-T/25GBase-T是完全针对数据中心的应用，虽然对应采                接入到以太网内。与计算机互连大统于以太网不同，上述领域
            用的8.1及8.2类线缆的工作频率从超六类翻了4番来到了近似于                      的众多截然不同的协议，使得各个厂家的产品相对独立，互通
            分米波雷达的2GHz，使用了最为复杂的屏蔽生产工艺及采用了                        困难，且各种总线的传输速度的限制，也对产品的发展产生了
            更粗的线缆，但传输距离还是被限制在了短短的30米内。                           限制，这就意味着需要一种新的革命性的技术。而这种革命首
                从1995到1999，从1999到2006，再到2016，直至今日，4              先就发生在了汽车领域。
            对线以太网的发展明显放慢了脚步，新技术推出的间隔越来越                              汽车自动驾驶在近年来得到了飞速发展，进而对车载雷
            长，而市场的接受度越来越低。甚至，直至今日，在标准颁发                          达、摄像头等传感器的高速、低延时互连提出了非常高的需
            了8年之后（截止2022年），25GBase-T及40GBase-T的交换机市              求。一种旨在替代相对低速的CAN-BUS汽车总线，并仅使用的1
            场还是没有任何建树。IEEE对于4对双绞线的NextG项目也是一                     对双绞线的基于以太网的互连技术应运而生。这就是本文的主
            直处于观望状态。                                             角——SPE单对线以太网。对的，单对线以太网最初的开发就就
                1.2  4对线以太网的困局                                   是为了满足汽车行业的需求——更小、更轻的电缆和连接器，
                双绞线的平衡传输原理，线对之间的串扰天然就对高频信                        用于从自适应巡航控制、停车辅助、自动驾驶和其他车载系统
            号不友好，8类线缆的2GHz工作频率，已经进入分米波范畴，                        中涉及的众多传感器传输数据。事实上，汽车应用所需的较低
            线缆的绞距对于波长已不能简单地“忽略”了，生产稍有偏差                          数据负载和较短距离也非常适合早期SPE开发并快速投入应用。
            就能产生共模信号及差模信号在线对内传输的不平衡，从而产                              2011年，博通公司（Broadcom  Corporation）发布了
            生干扰。所以8类线缆等需要关心外部串扰问题的线缆（包括                          BroadR-Reach标准，允许汽车制造商在基于100Mb/s以太网的开
            500MHz的超六类线）都要额外测试线缆的平衡参数，并特别要                       放可扩展网络协议的基础上实现标准化。这项工作激励了汽车
            关注生产设备的稳定性和一致性，这将直接导致高额的生产设                          行业OPEN  Alliance（OPEN为One-Pair  Ether-Net的缩写）工
            备投资，即未来4对线以太网应用对生产商的不友好，此为不具                         作小组的成立，并将100BASE-T1定义为“汽车以太网”标准。
            备地利。                                                 随后IEEE将该标准发布为IEEE  802.3bw  2015。至此SPE正式诞
                从超六类、七类线发展而来的两种工艺思路，要么导致                         生。
            线缆用铜量极具上升（8.1类），要么就导致生产工艺变复杂                             随着该技术的发展，业界开始看到SPE在其他应用中的潜
            （8.2类）。上述两个结果都导致了8类线缆的成本直线上升，                        力——尤其是制造业和楼宇自动化——并且成立了SPE工业合作
            用户难以接受，即未来4对线以太网应用对成本、销售价格的不                         伙伴网络（SPE  Industrial  Partner  Network）。并提议将单
            友好，此为没有人和。                                           对线以太网作为“建立IIoT（Industrial  IoT，工业物联网）
                随着光网络的飞速发展，高速光纤收发器的成本快速下                         的基础”，并将支持传输协议、布线和设备组件进行标准化。
            滑，原先铜缆在实现同样传输速率的端口价格优势不复存在。                          2019年，100BASE-T1S/L在IEEE802,3cg标准中被作为工业以太
            本来寄希望于40GBase-T能快速占领市场，但现实非常残酷，                      网协议（IP）采用。此标准也最终成为工业物联网（IIoT）的
            同期新建的数据中心基本上都选择了未来升级潜能更高的光纤                          推荐解决方案。因此，作为用户建筑综合布线国际标准的，于
            系统。甚至在2016年到2022年的铜缆NextG的观望中，光纤已经                   2020年快速推出了TR  11801-9906《信息技术-用户建筑通用布
            迭代出了100G、400G甚至800G的解决方案，速率已达铜缆20倍                   缆-第9906部分：单对以太网（SPE）用传输特性最高至600MHz
            之巨，反观40GBase-T、25GBase-T却连一个芯片解决方案都没                 的对称单对步缆信道》，并于同期启动了对IEC  11801各相应章
            有。显然，铜缆已然错过了数据中心发展的高峰，此为失去了                          节的修订工作，为SPE正式进入综合布线领域铺平道路。相关的
            天时。                                                  标准将于近年陆续发布，我们有幸正在见证布线领域的飞越时
                综上，无论是天时、地利还是人和，4对线以太网都遇到了                       刻！
            极大的困局。如未来没有新的编码技术、生产技术的推出，不
            出意外的话，8类系统将是4对以太网的综合布线的绝唱。                               2  SPE的发展和相关的行业组织
                1.3  SPE——新的突破口！                                     2.1 汽车领域
                万物互联的IoT时代，越来越多的设备通过以太网接入到                           在当今汽车业高速发展的时代，越来越多车辆搭载车载以
            Internet。除了以往的个人电脑等IT设施以及数据中心的存                      太网系统。通过控制设备和传感器的互连，实现辅助系统领域
            储、计算设备外，更多的是各种感知传感器、控制器，这些设                          的进一步创新，例如LiDAR，高清显示器，自动驾驶，4K摄像头
            备遍布于智能楼宇、自动化工厂、家居智能，甚至于汽车等交                          和信息娱乐系统的高速传输。车载以太网（Etherent）不仅具
            通工具中，数倍于传统的IT设备。这些设备往往对速率并不敏                         备了适应ADAS辅助驾驶、车载影音娱乐、汽车互联网化等所需
            感，却对低延时、长距离信号传输、大电流供电有特殊的需                           要的带宽，而且还具备了支持未来更高性能的潜力（如自动驾
            求。在这些领域，为了可靠地传输数据，通常采用CAN-BUS、                       驶所需的更大数据传输）。它将成为实现多层面高速通信的基
            Profil-BUS、  ModBUS等总线制物理层传输协议，不同的协议设                石，相对于20世纪90年代的CAN革命，它的规模将更大。
            备之间的互联要通过转换设备，不同的端口针脚定义也导致了                              车用单对以太网最初的开发是为了满足汽车行业的需
            统一接口、统一供电的困难，相对于以太网的TCP/IP协议，上                       求——更小、更轻的电缆和连接器，用于从自适应巡航控
            述协议未经转换的话很难实现远距离（如跨楼栋）的通信，而                          制、停车辅助、自动驾驶和其他车载系统中涉及的众多传感

                                                       网络电信 二零二四年四月                                            43
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