新一代数据中心光纤布线技术发展趋势
文：孙慧永
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市场背景：
在最近的5-6年内，中国数据中心的建设处于高速增长的阶段，同时根据第三方调查机构AMI的预测，在今后的5年甚至更长的一段时期，国内数据中心的建设还将持续处于快速增长通道内，根据报告显示，亚太区数据中心布线市场复合年增长率将达到32.8%，预计中国的复合年增长率将达到37.5%，比整体综合布线市场的复合年增长率高出23.9 %，中国2011年数据中心布线市场规模将有望达到9-10亿人民币。
中国国内传统布线市场近几年来原本由国际布线品牌完全主导现象逐渐演变为国内品牌与国际品牌分庭抗礼的格局，而在数据中心布线市场，特别是大中型数据中心布线市场，根据统计，70%的市场份额由专业于数据中心领域的国际布线品牌约5-6家品牌形成寡头垄断的市场。由于数据中心布线市场对产品的专业性，产品质量与可靠性要求远远高于传统布线市场，特别是光纤产品应用技术上，布线品牌间还存在着相当的差距，而大型数据中心项目的建设与应用，极大的推动了光纤布线产品技术的发展，对数据中心光纤布线将提出新的更高的要求，并产生新的技术课题促进了数据中心布线技术的发展，引导数据中心布线产品技术的方向进而在布线市场中产生主流效应。
关键词：数据中心 多模光纤 布线技术 趋势
一，光纤技术的应用和发展
数据中心布线系统需要不断提升带宽，为快速增长的网络（如核心层网络，汇聚层网络及SAN存储网络）传输应用提前铺好道路，而采用光纤传输可以为不断发掘带宽潜力提供保障。与单模光纤相比较，由于多模光纤较低的有源+无源的综合成本，将促使多模光纤在数据中心的应用中占有绝对的优势，大中型数据中心超过85%的光纤布线系统采用的是多模光纤。2009年8月，TIA 正式批准OM4，一种新类别EIA/TIA492AAAD多模光纤标准的推出，为多模光纤今后大量应用提供了良好的发展前景，多模光纤从OM1到OM2，采用VCSEL激光优化技术后的OM3再到OM4整整发展了4个阶段，带宽也是逐级提升，各级别的带宽与10G传输的距离对应关系如下图（1）所示。
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图（1） |
多模光纤40G的传输模式采用每对光纤支持10Gbps的速率4*10Gbp=40Gbps，需要用到各4根光纤发送与接收共8芯光纤，100G采用各10根光纤发送与接收10*10Gbps=100G，共使用20芯光纤，采用标准MTP/MPO的多芯连接系统将可以较好的支持新一代光网络40G/100G的传输，40G与100G在多模的传输模式如下图（2）所示，40G的传输模式是在12芯的MTP/MPO连接器内取最外两侧各4芯进行传输，中间4芯处于空置状态，而100G的传输模式是采用两个12芯的MTP/MPO连接器取中间10芯进行传输，如果采用MTP/MPO高密度24芯连接器，则在一个24芯的MTP/MPO连接器上完成100G的接收与发送。100G传输时，每12芯中的两侧各1芯处于空置状态。
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40G传输模式 |
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100G传输模式 |
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图（2） |
由于新一代40G/100G的光纤技术标准与应用标准都已经出台，为数据中心的规划者有了更明确的光纤类型选择方向，OM3与OM4光纤将成为数据中心的应用主流，如表（1）显示为多模OM3，OM4光纤分别应用于40G/100G对应的传输协议与支持应用距离，虽然多模40G/100G的传输距离无法与单模光纤长达10KM或40KM相比较，但在数据中心室内的应用环境下，据统计中小型数据中心超过90%的光纤链路长度小于100米，大型数据心超过70%的光纤链路长度小于100米，超过85%的长度小于150米，多模可以满足绝大部分链路的需要，随着网络设备技术的提升，今后多模光纤支持的传输距离有可能进一步增加。
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表（1） |
北美电信工业协会2009年6月发布的标准 ANSI/TIA 568C.3，对于以MTP/MPO多芯连接器组成的光纤连接通道定义了三种光纤连接模式，分别为TYPE- A,TYPE-B,TYPE-C, 在10Gbps及以下的传输应用中，以太网设备端口采用双工模式，MTP/MPO主干链路最终将被转换为双工类型连接器如LC，SC等，而在40G/100G的状态下设备端口如QSFP将直接与MTP/MPO连接器相连接，不论光纤通道中由几条光缆来连接，也不论中间连接的光纤是哪种TYPE连接方式，40G/100G的设备端与设备端之间最终通道连接方式需要形成TYPE-B的模型状态，使设备发送端与接收端的通道相互对应，否则将无法正常通信，如图（3）所示：
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图（3） |
当前数据中心的主干网络设备端口正大量从1GbE切换到10GbE, 根据Intel公司一份预测显示，如图（4）以X86服务器端口为例从2011年开始将有少量40GbE端口开始正式应用，而到2015年后将开始大量的应用。而作为基础设施之一的数据中心布线系统与网络设备不一样，网络设备通常3-5年需要更新换代，数据中心布线系统特别是光纤布线系统，通常需要支持约2~3代以上的网络设备更新，所以光纤布线系统的部署应用上必须比当前实际网络应用超前3~5年。根据美国第三方咨询机构Alan Flatman对多模光纤在数据中心的应用分析预测，从2011年开始支持40GbE的多模光纤通道部署将占有一定的比例且逐年显著增长，如下图（5）
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图（4） |
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图（5） |
二，光纤布线产品技术发展
随着光纤技术升级，作为数据中心“中枢神经”的光纤布线系统产品技术也正在经历着新一代的更新换代，以中国国内市场中的数据中心布线产品技术来看，如果我们将2005年到2010年这5年间所发展出来的专业应用于数据中心布线光纤解决方案的产品线看作为第一代数据中心光纤布线产品技术，以第一代预连接（或称预端接）产品技术为代表的数据中心光纤布线产品在这期间得到了良好的应用与推广。那么随着光纤技术新标准的不断发布，由几家国际布线品牌寡头垄断的中国大中型数据中心布线市场将引领布线产品技术进入数据中心第二代，而寡头内的份额与排名有可能因为新一代数据中心产品技术方案差异与市场运作的方式与效果不同而产生变化。数据中心第二代光纤布线系统比较有代表性的产品线如超低损预连接光缆方案，高密度光纤配线系统以及弯曲不敏感光纤系统等组成。
1，超低损预连接方案
预连接光缆方案在数据中心布线中有多种连接方式，应用比较广泛的主要有3种主流应用：（1）MTP/MPO到MTP/MPO预连接光缆配套两端内含MPO-LC分支的预连接模块; (2) MTP/MPO到LC预连接光缆配套一端端接内含MPO-LC分支的预连接模块，另一端LC端直接配套LC适配器面板; (3) LC到LC预连接光缆配套两端直接连接LC适配器面板。随着前述今后以太网40G/100G采用多通道光纤传输标准的正式发布，今后在数据中心的光纤主干部署中，MTP/MPO到MTP/MPO并采用OM3，OM4光纤的预连接方案成为前述三种预连接技术方案中的首选方案，与第一代MTP/MPO连接方式的要求不同，第一代的方案应用初期主要为了支持10GbE的应用，根据10GbE以太网对OM3整体光纤通道衰减的要求为2.6dB, 而如果支持今后40G/100G的网络的整体通道衰减需控制在分别1.9dB和1.5dB以内，各种传输应用与通道衰减的对应关系如表（2）所示，第一代MTP/MPO的单个连接损耗业界通常只控制在0.75dB以内，显然这样的性能对于后续40G/100G的应用将会因为通道衰减超过标准值而产生有效链路长度缩短的问题。
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表（1） |
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表（2） |
新一代数据中心预连接系统的MTP/MPO的衰减值将要求采用低损耗的连接器，业界将会要求至少单个MTP/MPO连接点衰减值要小于0.5dB才能让通道发挥出标准界定的40G/100G最长传输距离，目前不同厂家对于预连接系统衰减控制的水平有所不同，以德国罗森伯格公司HDCS数据中心布线系统所推出的第二代VelaTM系列预连接系统为例，VelaTM系列预连接系统将推出新一代超低损耗的MTP连接系统，超低损MTP方案的实现主要从连接器的本身的插芯精度，研磨工艺，3D几何端面测试技术三方面相结合，单个多模MTP连接点已经可以控制到0.3dB以下。第二代预连接系统如图（6）所示。超低损的第二代预连接光缆为数据中心的今后40G/100G的顺利升级提供基础保障。
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图（6） |
2，高密度配线系统
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图（6） |
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图（7） |
配线系统除了满足网络升级应用的要求以外，追求高密度布线始终数据中心对光配线系统的一个重要衡量指标，减少配线系统占用机柜的空间，将可最大限度提升生产网络设备安装空间，以增加机房单位面积的利用率与投置回报率。下一代专业的数据中心的布线系统将会采用多种配线方式，如专门为数据机房设计的新一代配线系统可安装于网络桥架上的TOR方式，或为地板下走线方式的数据中心直接安装于活动地板下方的集中式区域配线系统。以上所述新一代的高密度配线系统将不再占用机柜的空间。对于光纤配线最为集中的MDA区域，数据中心配线系统将不会仅仅追求越来越高的密度，MDA区域光纤配线系统的可维护性与高密相比也是同等重要，而越高的密度将会影响可维护性，新一代数据中心的配线系统发展方向将是布线高密度与布线系统可维护性两者之间取得最佳的平衡。
3，弯曲不敏感光纤
数据中心中高密度配线区中的光纤跳线往往是管理的核心，当光纤配线架端口密度越高，跳线的管理相对也就不再容易，光纤跳线如果弯折半径过小将直接导致光纤整体通道衰减增加。如果弯折严重，衰减过大有可能导致该通道通讯中断。对于大中型数据中心来说，在高密度配线区域中跳线数量成千上万条，很难保证每根跳线的管理都能保证其在标准要求的光缆直径10倍以上的弯折半径以内。而对于数据中心来说网络运行的可靠性是数据中心致命要素之一，正因为如此，新一代的数据中心将越来越多采用弯曲不敏感的光纤系统来解决这个问题。与传统跳线不一样，采用弯曲不敏感光纤的跳线，当我们光纤的弯折半径为7.5mm绕上2-3圈，衰减甚至不超过0.1dB,而同等条件下如果采用普通光纤制作的跳线，衰减可能已经超过0.6dB,下图（8）为罗森伯格HDCS系统VelaTM弯折不敏感光纤跳线的弯折状态与实时测试。
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图（8） |
如前所述，当OM3，OM4的布线需要能支持到下一代40G/100G网络，而每一代网络应用的升级，标准对通道最大衰减的要求更为严格，跳线是布线系统管理、移动、改变的核心，当跳线系统采用弯曲不敏感光纤后将会使整体光纤通道的可靠性增加一个等级。通过采用弯曲不敏感光纤来提升光纤物理通道可靠性的方式相比其他方式性价比更高，从这一方面来看，弯曲不敏感光纤在新一代数据中心将会得到越来越广泛的应用。
结束语
光纤的技术的进步特别是多模光纤标准的不断演进为数据中心网络技术的发展奠定了基础，数据中心光纤布线系统作为数据中心网络基础设施成为布线行业中一个新的课题，与传统布线相比显现越来专业化的应用方向发展，同时也在逐渐影响布线行业内品牌的竞争格局。新一代光纤预连接系统，高密度配线技术以及弯曲不敏感光纤等多种产品应用技术的不断推出，为数据中心的网络今后升级与发展提供了坚实的基础支撑。
文献摘要：
1,《中国综合布线市场发展报告》综合布线工作组 2010年3月，
2, Ensuring 40/100G Performance , TIA ，2010,Dec
3, OM4 Fiber: The Next Generation of Multmode Fiber,TIA ，2010,Jun
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