文│ 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 楊軍志

預(yù)連接光纜技術(shù)的應(yīng)用研究

文│ 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 楊軍志

此文通過分析光纖技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，闡述預(yù)連接光纜技術(shù)的概念和特點(diǎn)，并對預(yù)連接光纜技術(shù)未來在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進(jìn)行了展望。

預(yù)連接；光纜；MTP/MPO

1 引言

數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)需要不斷提升帶寬并為快速增長的網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)用提前鋪好道路，而采用光纖傳輸可以為不斷發(fā)掘帶寬潛力提供保障。與單模光纖相比，由于多模光纖技術(shù)較低的有源與無源綜合成本，將促使其在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用占絕對優(yōu)勢，大中型數(shù)據(jù)中心有85%的光纖布線系統(tǒng)采用的是多模光纖。

多模光纖40G的傳輸模式采用每對光纖支持10Gbps的速率（4×10Gbps=40Gbps）， 需 要 用 到 4根光纖進(jìn)行發(fā)送與接收（共8芯光纖）；而100G采用10根光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收（10×10Gbps=100Gbps），共使用20芯光纖；采用標(biāo)準(zhǔn)MTP/MPO的多芯連接系統(tǒng)可較好的支持新一代光網(wǎng)絡(luò)40G/100G的傳輸。40G的傳輸模式是在12芯的MTP/MPO連接器內(nèi)取最外兩側(cè)各4芯進(jìn)行傳輸，中間4芯處于空置狀態(tài)；而100G的傳輸模式是取兩個(gè)12芯的MTP/MPO連接器中間的10芯進(jìn)行傳輸，如果采用MTP/MPO高密度24芯連接器，則在一個(gè)24芯的MTP/MPO連接器上完成100G的接收與發(fā)送。100G傳輸時(shí)，每12芯中的兩側(cè)各1芯處于空置狀態(tài)。

2 預(yù)連接光纜技術(shù)的概念及特點(diǎn)

預(yù)連接光纜及安裝施工流程圖與傳統(tǒng)光纖終端的幾種方式相比，預(yù)連接技術(shù)采用光纖直通方式，即光纖無連接點(diǎn)。依據(jù)客戶的要求，由工廠訂制產(chǎn)品，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)程序的研磨加工，所有的技術(shù)指標(biāo)遵守IEC、TIA及相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。在這一點(diǎn)上，技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)超越現(xiàn)場磨接的連接器，同時(shí)，光纜結(jié)構(gòu)也不同于目前國內(nèi)普遍采用的室內(nèi)軟光纜。為保證光纜擁有足夠的機(jī)械性能，它的結(jié)構(gòu)是由12～144芯的中心束管式或多束管層絞式組成的室內(nèi)或室外光纜，其充油結(jié)構(gòu)也保證了光纜的環(huán)境和阻水特性。在光纜輸出部分沒有熔接或其他機(jī)械連接方式，消除存在接點(diǎn)可能導(dǎo)致的不良后果，用戶拿到的是測試指標(biāo)規(guī)定的、無任何附加因素的光纜產(chǎn)品，使網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)或施工變的更加易于控制。

另外，由于預(yù)連接是由特殊的光纜分支組件構(gòu)成，采用插拔式結(jié)構(gòu)可將光纜牢牢固定在專用機(jī)架上，保證50kg的拉力配線箱不變形。同時(shí)，矩形的卡接口可防止光纜在使用過程中應(yīng)力的釋放，保證兩端連接器之間的光纖鏈路處于游離、松弛狀態(tài)，避免因光纜外皮受到擠壓、拉伸或扭轉(zhuǎn)而影響光纖的性能，最大限度地保障光纖網(wǎng)絡(luò)和業(yè)主投資的安全性。從上述的結(jié)構(gòu)特性可以看出，預(yù)安裝所用的光纖連接器類型是可變的，主要依據(jù)設(shè)計(jì)和客戶的需求而定，如果采用前面提到的多芯MTP連接器則更具優(yōu)勢，可完全消除多芯光纖連接中不利因素的影響，讓用戶達(dá)到理想的應(yīng)用效果。

預(yù)連接光纜采用的MPO/MTP連接器，是一種多芯的光纖連接器，如IEC 61754-7、TIA/EIA 568C.3等標(biāo)準(zhǔn)中都有MPO連接器的規(guī)定。MPO最近幾年也廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。采用MPO的好處在于其密度較高，至少是普通LC連接器的3倍。

下一代數(shù)據(jù)中心趨勢是綠色數(shù)據(jù)中心，降低能耗將始終被放在首要位置上。綜合布線作為無源系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，良好的設(shè)計(jì)是降低數(shù)據(jù)中心能耗的根本，并為將來系統(tǒng)的升級和擴(kuò)容打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)合上述分析，筆者總結(jié)出預(yù)連接光纜應(yīng)用的特點(diǎn)：

（1）保護(hù)業(yè)主投資的有效性和安全性，對集成商的前期和實(shí)際現(xiàn)場勘察能力提出較高要求。其目的在于充分保護(hù)業(yè)主對于項(xiàng)目的控制權(quán)和使用產(chǎn)品的知情權(quán)，避免材料浪費(fèi)和項(xiàng)目投資的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）經(jīng)濟(jì)適用，熔接過程只需要機(jī)器、耗材、時(shí)間和人員等。從總體上看，預(yù)連接方式?jīng)]有增加額外的成本。

（3）操作簡便、易于安裝、節(jié)約安裝時(shí)間，可即插即用。

（4）預(yù)連接光纜是在工廠由廠家進(jìn)行完全測試的，而安裝過程沒有附加其他產(chǎn)品，現(xiàn)場測試操作簡單。

（5）光纖鏈路保護(hù)充分，沒有熔接點(diǎn)和裸光纖暴露在空氣中，不會有老化、接頭斷裂等問題。

（6）維護(hù)方便、安全，預(yù)連接光纜分支器的機(jī)械性能非常出色，維護(hù)或操作過程不會影響光纖正常使用。

（7）可重新安裝和移動(dòng)，預(yù)連接光纜的分支器可快速的插拔和移動(dòng)，根據(jù)需要重新安裝。從預(yù)連接方式進(jìn)入市場到現(xiàn)在，已經(jīng)在眾多的電信運(yùn)營商、金融、教育、公安、海關(guān)、企業(yè)、科技園區(qū)等領(lǐng)域的光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和建設(shè)中得到應(yīng)用，同時(shí)贏得了集成商和最終客戶的高度認(rèn)可和廣泛贊譽(yù)。

3 預(yù)連接光纜技術(shù)發(fā)展

隨著光纖技術(shù)升級，作為數(shù)據(jù)中心“中樞神經(jīng)”的光纖布線系統(tǒng)也正經(jīng)歷著更新?lián)Q代。以國內(nèi)市場中的數(shù)據(jù)中心布線產(chǎn)品、技術(shù)來看，如果將2005～2010年這5年間所發(fā)展的專業(yè)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心布線光纖解決方案的產(chǎn)品線看作第一代的數(shù)據(jù)中心光纖布線產(chǎn)品技術(shù)，那么以第一代預(yù)連接（或稱預(yù)端接）產(chǎn)品技術(shù)為代表的數(shù)據(jù)中心光纖布線產(chǎn)品則在這期間得到了良好的應(yīng)用與推廣。隨著光纖技術(shù)新的標(biāo)準(zhǔn)不斷推進(jìn)，由幾家國際布線品牌引領(lǐng)的大中型數(shù)據(jù)中心布線產(chǎn)品、技術(shù)已進(jìn)入第二代。數(shù)據(jù)中心第二代光纖布線系統(tǒng)代表性的產(chǎn)品，包括超低損預(yù)連接光纜方案、高密度光纖配線系統(tǒng)以及抗彎曲光纖系統(tǒng)等。

3.1 超低損預(yù)連接方案

預(yù)連接光纜方案在數(shù)據(jù)中心布線中有多種連接方式，應(yīng)用比較廣泛的主要有三種：

（1）MTP/MPO到MTP/MPO預(yù)連接光纜配套兩端內(nèi)含MPO-LC分支的預(yù)連接模塊。

（2）MTP/MPO到LC預(yù)連接光纜配套一端接內(nèi)含MPO-LC分支的預(yù)連接模塊，另一端LC直接配套LC適配器面板。

（3）LC到LC預(yù)連接光纜配套兩端直接連接LC適配器面板。

隨著未來以太網(wǎng)40G/100G采用多通道光纖傳輸標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布，今后在數(shù)據(jù)中心的光纖主干部署中，MTP/MPO到MTP/MPO并采用OM3、OM4光纖的預(yù)連接方案將成為首要之選。與第一代MTP/MPO連接方式的要求不同，第一代方案應(yīng)用初期主要為了支持10G以太網(wǎng)，根據(jù)10G以太網(wǎng)對OM3整體光纖通道的衰減要求為2.6dB，而如果要支持40G/100G網(wǎng)絡(luò)的整體通道其衰減應(yīng)控制在1.9dB和1.5dB以內(nèi)，各種傳輸應(yīng)用與通道衰減的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 各級帶寬與傳輸距離、通道衰減關(guān)系表

新一代數(shù)據(jù)中心預(yù)連接系統(tǒng)MTP/MPO的衰減值，要求采用低損耗的連接器，行業(yè)要求至少單個(gè)MTP/MPO連接點(diǎn)衰減值要小于0.5dB，才能讓通道發(fā)揮出標(biāo)準(zhǔn)界定的40G/100G最長傳輸距離。

3.2 高密度光纖配線方案

預(yù)連接光纜通常作為數(shù)據(jù)中心的主干安裝在機(jī)房的走線通道上，一般部署將不會輕易移動(dòng)或改變，而與預(yù)連接主干光纜鏈路不同的是端接于預(yù)連接兩端的光纖模塊與配線系統(tǒng)，將隨著應(yīng)用的升級而升級。當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的主干更多的是應(yīng)用10G以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，而10G以太網(wǎng)的設(shè)備光端口SFP更多的是采用LC類型的端口連接方式，但后續(xù)40G/100G傳輸時(shí)，可能更多的會采用MTP/MPO的接口方式。如何使布線系統(tǒng)能夠支持當(dāng)前應(yīng)用又能滿足今后的需求？方法就是對高密度配線系統(tǒng)中的模塊進(jìn)行靈活的升級而無需去更換主干光纖鏈路，今后的配線系統(tǒng)中模塊的升級將如圖1所示的方式演進(jìn)。圖中模塊（1）為當(dāng)前支持10G以太網(wǎng)應(yīng)用OM3、OM4的MTP/MPO轉(zhuǎn)LC形式；模塊（2）為支持40G以太網(wǎng)應(yīng)用，提高主干光纖利用率，將2×12芯MTP/MPO的端口轉(zhuǎn)換為3×8芯MTP/MPO，此模塊應(yīng)用在40G時(shí)可增加50%的主干光纖利用率；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)升級到100G以太網(wǎng)時(shí)，將直接采用MTP/MPO適配器面板對配線系統(tǒng)進(jìn)行升級，并直接采用MTP/MPO跳線插接于適配器面板與設(shè)備端口。

圖1 10G/40G/100G高密度模塊

目前，各大廠商1U高密度光纖配線架可容納72芯預(yù)連接光纜，由6個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊12芯，而4U高密度光纖配線架可容納288芯預(yù)連接光纜。當(dāng)然也不乏其他公司研發(fā)的普通1U高密度光纖配線架可容納96芯，4U可達(dá)384芯。隨著設(shè)備帶寬需求的增加，光纖抗彎曲能力的增強(qiáng)，超高密度的光纖配線架已逐步開始應(yīng)用。

配線系統(tǒng)除需要滿足網(wǎng)絡(luò)升級應(yīng)用的要求以外，追求高密度布線始終是數(shù)據(jù)中心對光配線系統(tǒng)的一個(gè)重要衡量指標(biāo)。減少配線系統(tǒng)占用機(jī)柜的空間，可最大限度地提升網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝空間，以增加機(jī)房單位面積的利用率與投資回報(bào)率。新一代數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)將會采用多種配線方式，如為數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)的新一代配線系統(tǒng)可安裝在網(wǎng)絡(luò)橋架上的ToR方式，或?yàn)榈匕逑伦呔€方式的數(shù)據(jù)中心直接安裝于活動(dòng)地板下方的集中式區(qū)域配線系統(tǒng)。以上所述新一代的高密度配線系統(tǒng)將不再占用機(jī)柜空間。對于光纖配線最為集中的MDA區(qū)域，數(shù)據(jù)中心配線系統(tǒng)使終追求越來越高的密度，而密度過高將會影響系統(tǒng)的可維護(hù)性。新一代數(shù)據(jù)中心的配線系統(tǒng)其發(fā)展方向?qū)⒃诓季€高密度與布線系統(tǒng)可維護(hù)性兩者之間找到最佳的平衡。

3.3 抗彎曲光纖

數(shù)據(jù)中心中高密度配線區(qū)中的光纖跳線往往是管理的核心，光纖配線架端口密度越高，跳線的管理也相對復(fù)雜。如果光纖跳線彎折半徑過小，將直接導(dǎo)致光纖整體通道衰減增加；如果彎折嚴(yán)重，衰減過大將導(dǎo)致該通道通信中斷。對于大中型數(shù)據(jù)中心來說，在高密度配線區(qū)域中的跳線成千上萬，很難保證每根跳線的管理都能控制在其標(biāo)準(zhǔn)要求的光纜直徑10倍以上的彎折半徑內(nèi)。而對于數(shù)據(jù)中心來說，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性是數(shù)據(jù)中心的致命要素之一，正因如此，新一代數(shù)據(jù)中心將越來越多采用抗彎曲的光纖系統(tǒng)來解決這個(gè)問題。與傳統(tǒng)跳線不同，采用抗彎曲光纖的跳線，當(dāng)光纖的彎折半徑為7.5mm時(shí)，繞上2～3圈，衰減不超過0.1dB，而如果在同等條件下采用普通光纖制作的跳線，衰減會超過0.6dB。

如前所述，若要OM3、OM4的布線支持到下一代40G/100G網(wǎng)絡(luò)，那么每一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的升級、標(biāo)準(zhǔn)對通道最大衰減的要求將更為嚴(yán)格。跳線是布線系統(tǒng)管理、移動(dòng)、改變的核心，當(dāng)跳線系統(tǒng)采用彎曲不敏感光纖后，將會使整體光纖通道的可靠性增加一個(gè)等級。通過采用抗彎曲光纖來提升光纖物理通道可靠性的方式相比其他方式性價(jià)比更高，從這一方面來看，抗彎曲光纖在新一代數(shù)據(jù)中心將會越來越廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

在數(shù)據(jù)中心飛速發(fā)展的今天，運(yùn)用預(yù)連接光纜技術(shù)可大大節(jié)省施工周期；操作簡便、易于安裝、節(jié)約安裝時(shí)間；可即插即用，維護(hù)方便，且產(chǎn)品出廠前均是經(jīng)過100%測試的，對集成商也提出了相對更高的要求。

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)越來越多，規(guī)模也會越來越大，預(yù)連接光纜技術(shù)對于規(guī)模大的數(shù)據(jù)中心尤其能發(fā)揮其不可替代的作用，相信該技術(shù)未來在各行各業(yè)都會得到很好的應(yīng)用。