Docelową przepływność 10 Gb/s w miedzianej infrastrukturze lokalnej sieci ethernetowej można obecnie uzyskać za pomocą jednego z dwóch standardów okablowania: korzystając z kabli współosiowych typu Twinax wg standardu IEEE 802.3ak (inaczej 10GBase-CX4) lub za pomocą nieekranowanych kabli skrętkowych UTP (10GBase-T) według proponowanego standardu IEEE 802.3an. Okablowanie za pomocą nieekranowanej skrętki jest jednak tańsze od kabli współosiowych i obecnie kilku producentów już dostarcza takie rozwiązania kablowe dla aplikacji 10GbE.

Pionierami w miedzianym okablowaniu LAN 10GbE, zgodnym z wstępnymi założeniami specyfikacji rozszerzonej kategorii 6a (UTP, 500 MHz, 10 Gb/s, 100 m), są dwie firmy: Krone z firmowym systemem okablowania CopperTEN oraz Systimax Solution z rozwiązaniem kablowym GigaSPEED X10D. Obydwa dostępne w Polsce systemy pozwalają na tworzenie teraz i w przyszłości aplikacji szerokopasmowych - związanych ze strumieniowym transportem sygnałów, takich jak: realizacja wydajnych środowisk przetwarzania NAS i SAN, dostęp do płatnych przekazów wideo klasy PPV (Pay per View), obsługa serwerów wideoteki filmowej, dystrybucja programów telewizyjnych czy dostarczanie w czasie rzeczywistym aplikacji na żądanie klasy VoD (Video on Demand).

Są problemy do rozwiązania

Normy dotyczące 10 Gb/s nie są jeszcze stabilne i dotyczy to zarówno samego protokołu, jak i standardów określających wymagania odnośnie do okablowania. Mimo że już pojawiają się pierwsze kable miedziane dla tych przepływności, znane są co najmniej trzy problemy, których rozwiązanie dopiero pozwoli na poprawne działanie aplikacji 10GbE w okablowaniu skrętkowym typu 10GBase-T. Należą do nich:

• jednoczesna transmisja z szybkością 2,5 Gb/s poprzez każdą z 4 par skrętek;

• stosowanie wielopoziomowego kodowania (nie mniej niż PAM-8) wymagającego wysokiej częstotliwości, a zatem przekraczającego maksymalną szerokość pasma 250 MHz, jak dla kategorii 6. Górną granicę częstotliwości dla tych aplikacji podniesiono do 500 MHz;

• minimalizowanie przesłuchu obcego ANEXT (Alien Crosstalk), czyli niepożądanego przesłuchu pomiędzy różnymi kablami (w odróżnieniu od NEXT, który określa przesłuch między parami w tym samym kablu czteroparowym). Źródłem przesłuchu ANEXT są w zasadzie nieznane źródła zewnętrzne, dlatego też nie można go usunąć, korzystając ze standardowych technik cyfrowego przetwarzania sygnału DSP (Digital Signal Processing), a jedynie przez uwzględnienie tego faktu w fazie projektowania okablowania (lokalizacja kabli) oraz dobór poszczególnych jego komponentów.

Aplikacje szerokopasmowe

Dziesięciokrotnie wyższa przepływność okablowania strukturalnego LAN w stosunku do 1GbE pozwala na uruchamianie aplikacji, których funkcjonowanie mogło sprawiać kłopoty w okablowaniu niższych kategorii. Współcześnie używane szerokopasmowe aplikacje sieciowe w nowym środowisku transmisyjnym dzielą się na dwie grupy o wyraźnie odmiennych cechach: przekaz danych (plików, klastrów, zbiorów) oraz media strumieniowe czasu rzeczywistego.

Transport danych. Ta grupa aplikacji obejmuje głównie przesyłanie zbiorów z serwerów do terminalu desktopowego użytkownika (i odwrotnie), przy czym urządzenie odbiorcze zawsze musi czekać na skompletowanie transmisji, aby podjąć dalszą działalność. Jeśli transmisja pełnego zbioru przebiega zbyt wolno, opóźnienie może nie być zaakceptowane przez odbiorcę. Mimo że działanie programów odległego klienta w takiej sytuacji nadal jest możliwe, to ulega ono wyraźnemu spowolnieniu, natomiast wydajność pracy użytkownika sieci istotnie spada. Określenie wielkości opóźnienia transmisji jest jednak parametrem subiektywnym i zależy wyłącznie od użytkownika lub rodzaju uruchamianej przez niego aplikacji (internetowy dostęp do stron webowych, architektura "cienkiego klienta", aplikacje klient-serwer lub ściąganie danych z odległych serwerów). Ponieważ wielkość transmitowanych zbiorów może zmieniać się nawet o kilka rzędów, czas opóźnienia, czyli dostęp do kompletnej informacji, jest praktycznie wprost proporcjonalny do szybkości sieci transportowej. Nie jest on jednak istotnym parametrem aplikacji.

Media strumieniowe. Transmisje strumieniowe posiadają zupełnie odmienne cechy. Strumieniowe aplikacje, takie jak desktopowe telekonferencje audio lub wideo oraz internetowe transmisje programów radiowych lub telewizyjnych, potrzebują podkładu dźwiękowego (głos, muzyka, efekty dźwiękowe) oraz odbioru obrazu z pełnym ruchem treści (wideo, animacje), przekazywanego w czasie rzeczywistym. Te aplikacje oprócz bezpośredniej transmisji wymagają rekonstrukcji i prezentacji informacji na ekranie terminalu użytkownika, w kolejności przybywania dźwięku lub obrazu po stronie odbiorczej i nie tolerują opóźnień wykraczających poza wyznaczone wcześniej granice. Szybkość medium transmisyjnego dla tych aplikacji musi więc być adekwatna do wielkości transmitowanych informacji.

Wprawdzie stosowane techniki kompresji (danych, dźwięku i obrazu) znacząco pomniejszają wymagania na przepływność kanałów transmisyjnych, ale wysoka zmienność wielkości transmitowanych informacji powoduje, że nadal pozostają one wygórowane. Z kolei implementacja zbyt efektywnych algorytmów kompresji powoduje znaczące pogorszenie jakości przekazywanych treści i nie zawsze może być stosowana. W takiej sytuacji są potrzebne szerokopasmowe kanały transmisji bądź zaawansowane algorytmy kompresji małostratnej - charakterystyczne dla konkretnej aplikacji sieciowej.

Typowe rozmiary zbiorów. O ile rozmiar tekstowych zbiorów danych transmitowanych z serwerów bazodanowych stosunkowo łatwo określać ich wielkością bajtową (kB, MB, GB), o tyle wielkość przekazów strumieniowych jest trudniejsza do określenia i można ją jedynie szacować z uwzględnieniem konkretnych aplikacji. W multimedialnych aplikacjach strumieniowych podstawą określania wielkości zbioru pierwotnego nie są bajty, lecz liczba bitów (kb, Mb, Gb) obrazujących proces prezentacji. Porównanie wielkości multimedialnych zbiorów przeznaczonych do transmisji można więc dokonywać jedynie w postaci źródłowej, przed ich translacją za pomocą algorytmów kompresji, które z założenia mają różną skuteczność komprymowania.

W przekazach obrazów nieruchomych korzysta się z danych uzyskiwanych z wielu urządzeń fotograficznych: aparatów cyfrowych, telefonów komórkowych oraz cyfrowych reproducerów fotograficznych A/D (analog-cyfra), zawsze z uwzględnieniem wielkości obrazu, jego rastra, odcieni szarości oraz gamy zastosowanych kolorów. Ta różnorodność powoduje, że mapa bitowa nieruchomego obrazu (liczba bitów) może różnić się nawet o kilka rzędów wielkości. Przykładowo, czarno-biała strona dokumentu formatu A4 (8,5" x 11") w rastrze o rozdzielczości 1200 punktów dpi potrzebuje do zobrazowania (8,5*1200) x (11*1200) = 134,64 mln punktów. Po uwzględnieniu 256 odcieni szarości, z których każdy reprezentuje 1 bajt, łączna wielkość mapy bitowej obrazu A4 wynosi 134,64 MB danych. Nadal jest to obraz bitowy bez kolorów i bez kompresji!

Miliony bitów trzeba również przeznaczyć do cyfrowego przesyłania dźwięku w takich aplikacjach, jak: komputerowe rozpoznawanie głosu, rozmowa wysokiej jakości, dokumenty opisywane głosem, poczta głosowa, głosowe wiadomości e-mail, przekaz efektów dźwiękowych w seansach audio, wideo i animacjach oraz podczas transmisji muzycznych (mono i stereo). Przykładowo jedna sekunda dźwiękowego przekazu o jakości płyty CD, z próbkowaniem co 44 kHz (są też inne 11 kHz i 22 kHz) i 16-bitową rozdzielczością próbek (są też 8-bitowe) potrzebuje przepływności kanałowej: 44000*16*2 = 1,408 Mb/s. Jednominutowy przekaz monofonicznego dźwięku (1,408*60 = 84,48 Mb/min) zajmuje więc w serwerze obszar pamięci o pojemności prawie 10 MB (dokładniej 8,48 MB), a godzina takiej cyfrowej muzyki potrzebuje już pamięci o pojemności 508,8 MB.