預連接光纜技術的應用研究

文│ 江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司 楊軍志

預連接光纜技術的應用研究

文│ 江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司 楊軍志

此文通過分析光纖技術的應用和發展，闡述預連接光纜技術的概念和特點，并對預連接光纜技術未來在數據中心的發展進行了展望。

預連接；光纜；MTP/MPO

1 引言

數據中心布線系統需要不斷提升帶寬并為快速增長的網絡傳輸應用提前鋪好道路，而采用光纖傳輸可以為不斷發掘帶寬潛力提供保障。與單模光纖相比，由于多模光纖技術較低的有源與無源綜合成本，將促使其在數據中心的應用占絕對優勢，大中型數據中心有85%的光纖布線系統采用的是多模光纖。

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根光纖進行發送與接收（共8芯光纖）；而100G采用10根光纖進行數據發送與接收（10×10Gbps=100Gbps），共使用20芯光纖；采用標準MTP/MPO的多芯連接系統可較好的支持新一代光網絡40G/100G的傳輸。40G的傳輸模式是在12芯的MTP/MPO連接器內取最外兩側各4芯進行傳輸，中間4芯處于空置狀態；而100G的傳輸模式是取兩個12芯的MTP/MPO連接器中間的10芯進行傳輸，如果采用MTP/MPO高密度24芯連接器，則在一個24芯的MTP/MPO連接器上完成100G的接收與發送。100G傳輸時，每12芯中的兩側各1芯處于空置狀態。

2 預連接光纜技術的概念及特點

預連接光纜及安裝施工流程圖與傳統光纖終端的幾種方式相比，預連接技術采用光纖直通方式，即光纖無連接點。依據客戶的要求，由工廠訂制產品，并進行標準程序的研磨加工，所有的技術指標遵守IEC、TIA及相關國內外標準。在這一點上，技術指標遠超越現場磨接的連接器，同時，光纜結構也不同于目前國內普遍采用的室內軟光纜。為保證光纜擁有足夠的機械性能，它的結構是由12～144芯的中心束管式或多束管層絞式組成的室內或室外光纜，其充油結構也保證了光纜的環境和阻水特性。在光纜輸出部分沒有熔接或其他機械連接方式，消除存在接點可能導致的不良后果，用戶拿到的是測試指標規定的、無任何附加因素的光纜產品，使網絡的設計或施工變的更加易于控制。

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

預連接光纜采用的MPO/MTP連接器，是一種多芯的光纖連接器，如IEC 61754-7、TIA/EIA 568C.3等標準中都有MPO連接器的規定。MPO最近幾年也廣泛應用于數據中心。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。

下一代數據中心趨勢是綠色數據中心，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，網絡的基礎，良好的設計是降低數據中心能耗的根本，并為將來系統的升級和擴容打下堅實的基礎。

結合上述分析，筆者總結出預連接光纜應用的特點：

（1）保護業主投資的有效性和安全性，對集成商的前期和實際現場勘察能力提出較高要求。其目的在于充分保護業主對于項目的控制權和使用產品的知情權，避免材料浪費和項目投資的風險。

（2）經濟適用，熔接過程只需要機器、耗材、時間和人員等。從總體上看，預連接方式沒有增加額外的成本。

（3）操作簡便、易于安裝、節約安裝時間，可即插即用。

（4）預連接光纜是在工廠由廠家進行完全測試的，而安裝過程沒有附加其他產品，現場測試操作簡單。

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

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

（7）可重新安裝和移動，預連接光纜的分支器可快速的插拔和移動，根據需要重新安裝。從預連接方式進入市場到現在，已經在眾多的電信運營商、金融、教育、公安、海關、企業、科技園區等領域的光纖網絡設計和建設中得到應用，同時贏得了集成商和最終客戶的高度認可和廣泛贊譽。

3 預連接光纜技術發展

隨著光纖技術升級，作為數據中心“中樞神經”的光纖布線系統也正經歷著更新換代。以國內市場中的數據中心布線產品、技術來看，如果將2005～2010年這5年間所發展的專業應用于數據中心布線光纖解決方案的產品線看作第一代的數據中心光纖布線產品技術，那么以第一代預連接（或稱預端接）產品技術為代表的數據中心光纖布線產品則在這期間得到了良好的應用與推廣。隨著光纖技術新的標準不斷推進，由幾家國際布線品牌引領的大中型數據中心布線產品、技術已進入第二代。數據中心第二代光纖布線系統代表性的產品，包括超低損預連接光纜方案、高密度光纖配線系統以及抗彎曲光纖系統等。

3.1 超低損預連接方案

預連接光纜方案在數據中心布線中有多種連接方式，應用比較廣泛的主要有三種：

（1）MTP/MPO到MTP/MPO預連接光纜配套兩端內含MPO-LC分支的預連接模塊。

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

（3）LC到LC預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40G/100G采用多通道光纖傳輸標準的正式發布，今后在數據中心的光纖主干部署中，MTP/MPO到MTP/MPO并采用OM3、OM4光纖的預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，第一代方案應用初期主要為了支持10G以太網，根據10G以太網對OM3整體光纖通道的衰減要求為2.6dB，而如果要支持40G/100G網絡的整體通道其衰減應控制在1.9dB和1.5dB以內，各種傳輸應用與通道衰減的對應關系如表1所示。

表1 各級帶寬與傳輸距離、通道衰減關系表

新一代數據中心預連接系統MTP/MPO的衰減值，要求采用低損耗的連接器，行業要求至少單個MTP/MPO連接點衰減值要小于0.5dB，才能讓通道發揮出標準界定的40G/100G最長傳輸距離。

3.2 高密度光纖配線方案

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

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芯預連接光纜，由6個模塊組成，每個模塊12芯，而4U高密度光纖配線架可容納288芯預連接光纜。當然也不乏其他公司研發的普通1U高密度光纖配線架可容納96芯，4U可達384芯。隨著設備帶寬需求的增加，光纖抗彎曲能力的增強，超高密度的光纖配線架已逐步開始應用。

配線系統除需要滿足網絡升級應用的要求以外，追求高密度布線始終是數據中心對光配線系統的一個重要衡量指標。減少配線系統占用機柜的空間，可最大限度地提升網絡設備安裝空間，以增加機房單位面積的利用率與投資回報率。新一代數據中心的布線系統將會采用多種配線方式，如為數據機房設計的新一代配線系統可安裝在網絡橋架上的ToR方式，或為地板下走線方式的數據中心直接安裝于活動地板下方的集中式區域配線系統。以上所述新一代的高密度配線系統將不再占用機柜空間。對于光纖配線最為集中的MDA區域，數據中心配線系統使終追求越來越高的密度，而密度過高將會影響系統的可維護性。新一代數據中心的配線系統其發展方向將在布線高密度與布線系統可維護性兩者之間找到最佳的平衡。

3.3 抗彎曲光纖

數據中心中高密度配線區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雜。如果光纖跳線彎折半徑過小，將直接導致光纖整體通道衰減增加；如果彎折嚴重，衰減過大將導致該通道通信中斷。對于大中型數據中心來說，在高密度配線區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準要求的光纜直徑10倍以上的彎折半徑內。而對于數據中心來說，網絡運行的可靠性是數據中心的致命要素之一，正因如此，新一代數據中心將越來越多采用抗彎曲的光纖系統來解決這個問題。與傳統跳線不同，采用抗彎曲光纖的跳線，當光纖的彎折半徑為7.5mm時，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網絡，那么每一代網絡應用的升級、標準對通道最大衰減的要求將更為嚴格。跳線是布線系統管理、移動、改變的核心，當跳線系統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比更高，從這一方面來看，抗彎曲光纖在新一代數據中心將會越來越廣泛的應用。

4 結束語

在數據中心飛速發展的今天，運用預連接光纜技術可大大節省施工周期；操作簡便、易于安裝、節約安裝時間；可即插即用，維護方便，且產品出廠前均是經過100%測試的，對集成商也提出了相對更高的要求。

隨著云計算、大數據技術的進步，數據中心的建設越來越多，規模也會越來越大，預連接光纜技術對于規模大的數據中心尤其能發揮其不可替代的作用，相信該技術未來在各行各業都會得到很好的應用。