銅纜布線還能走多遠(yuǎn)

文｜ 羅森伯格亞太電子有限公司 陳鳳霞

1 前言

在全球數(shù)據(jù)通信量大幅度增長(zhǎng)的背景下，數(shù)據(jù)中心建設(shè)則傾向于云計(jì)算的方向發(fā)展，而云計(jì)算數(shù)據(jù)中心將更多地采用基于光纖傳輸?shù)?0G甚至40G/100G等高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，同時(shí)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用也對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸提出了更高的要求，給光纖系統(tǒng)的應(yīng)用帶來了新的機(jī)會(huì)。而國家標(biāo)準(zhǔn)《住宅區(qū)和住宅建筑內(nèi)光纖到戶通信設(shè)施工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的頒布將使光纖到戶應(yīng)用獲得更多政府政策的支持，“光進(jìn)銅退”的進(jìn)程似乎又向前邁出了重要的一步。

當(dāng)我們時(shí)刻關(guān)注著以上行業(yè)動(dòng)態(tài)與信息時(shí)，是否預(yù)示著銅纜布線逐漸走到了盡頭？針對(duì)這樣的猜想，我們將分別從銅纜布線相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展、使用場(chǎng)合等方面來分析銅纜布線系統(tǒng)的市場(chǎng)變化與發(fā)展方向。

2 銅纜布線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展方向

在1000Base-T及以下以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)中，Cat.5e、Cat.6等銅纜雙絞線具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。隨著基于銅纜雙絞線作為傳輸介質(zhì)的10Gbps（萬兆）以太網(wǎng)，IEEE 802.3an 10GBase-T規(guī)范于2006年6月批準(zhǔn)發(fā)布，該規(guī)范支持傳統(tǒng)的雙絞線電纜，端口采用標(biāo)準(zhǔn)RJ45連接器進(jìn)行連接，可以向下兼容1000Base-T及以下以太網(wǎng)的應(yīng)用。Cat.6A銅纜雙絞線可以支持10GBase-T傳輸距離達(dá)到100m，Cat.6雙絞線則可支持37m的10GBase-T傳輸，便于新裝用戶可使用原有的雙絞線電纜。

來自40GBase-T標(biāo)準(zhǔn)方面的進(jìn)展情況：IEEE 802.3已于2012年7月成立NG Base-T研究小組，研究的要點(diǎn)是面向數(shù)據(jù)中心的屏蔽線纜，重點(diǎn)包括長(zhǎng)度、功耗等，計(jì)劃2014年底完成、2015年9月投票、2016年3月正式發(fā)布；ISO/IEC TR 11801-99-x WD2包含兩部分：其一是基于Cat.6A、Cat.7的屏蔽器件支持，支持25m傳輸，頻率范圍1～1000MHz；其二是基于新的器件支持50m傳輸，頻率范圍1～1600MHz或2000MHz；TIA 42.7委員會(huì)下的ANSI/TIA 568C.2-1將線纜定義為Cat.8，明確使用RJ45接口，支持信道長(zhǎng)度50m、鏈路長(zhǎng)度40m，頻率范圍1～2000MHz，草稿0.5版完成，2013年底結(jié)束。

我們從國際標(biāo)準(zhǔn)化組織明確的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展方向來看，并沒有看出要放棄銅纜向更高級(jí)別發(fā)展的路線，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展始終與應(yīng)用相關(guān)，關(guān)鍵是要看具體的應(yīng)用方向。

3 銅纜布線系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

近年來全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)，許多傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)不能完全滿足各類數(shù)據(jù)中心的要求，為解決數(shù)據(jù)通信量的增長(zhǎng)與基礎(chǔ)建設(shè)速度之間的矛盾，具備大量計(jì)算資源的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心獲得了廣泛的應(yīng)用，并將成為未來數(shù)據(jù)中心建設(shè)的重要發(fā)展方向。隨著虛擬化等新技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中的廣泛應(yīng)用，銅纜布線系統(tǒng)是否還能滿足其對(duì)傳輸性能的要求？

3.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)

在傳統(tǒng)企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，更多采用的仍然是維護(hù)性較強(qiáng)的 EoR（End of Row，如圖1所示）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，當(dāng)服務(wù)器仍然采用千兆以太網(wǎng)接入時(shí)，水平配線區(qū)HDA與設(shè)備配線區(qū)EDA之間，通常會(huì)部署大量的水平銅纜雙絞線。

由于新應(yīng)用的數(shù)據(jù)流量不斷增長(zhǎng)，基于EoR架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心將逐步向萬兆升級(jí)。目前主流的萬兆網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種：基于銅纜雙絞線、設(shè)備接口類型為RJ45的10GBase-T以及基于850nm多模（萬兆）光纜、設(shè)備接口類型為L(zhǎng)C的10GBase-SR。采用10GBase-T在初期成本投入方面具有小幅優(yōu)勢(shì)，但端口能耗較大，目前約為10GBase-SR的2～3倍，由于數(shù)據(jù)中心對(duì)能耗的關(guān)注，基于銅纜雙絞線的10GBase-T網(wǎng)絡(luò)端口在當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)并沒有太大的優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)中心升級(jí)萬兆后，基于EoR的數(shù)據(jù)中心銅纜應(yīng)用量將有較大幅度的下降。

3.2 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)

據(jù)IDC公司數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2012年數(shù)據(jù)增長(zhǎng)幅度將會(huì)達(dá)到48%，全球數(shù)據(jù)通信量將以超過30%的年復(fù)合增長(zhǎng)率上升，而數(shù)據(jù)中心的建設(shè)則以每年15%~20%的速度增長(zhǎng)，基礎(chǔ)建設(shè)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)速度。采用計(jì)算資源更為豐富的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是解決這一矛盾的最佳解決方案，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心利用虛擬化技術(shù)，成倍地提高了現(xiàn)有服務(wù)器資源的效率。

為滿足基于虛擬化技術(shù)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，布線系統(tǒng)需要具有低延時(shí)、低損耗、高帶寬、高可靠的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)將采用更為扁平的二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——ToR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖2所示）。ToR架構(gòu)下的HDA與EDA已經(jīng)融合，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化布線的水平部分已經(jīng)不復(fù)存在，即便采用銅纜端口，ToR架構(gòu)用銅纜跳線來取代傳統(tǒng)EoR架構(gòu)下的銅纜永久鏈路，這一架構(gòu)也將導(dǎo)致銅纜用量大幅度降低。

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心除在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上采用新型的ToR架構(gòu)外，在數(shù)據(jù)中心物理空間位置有限的情況下，也需要通過不斷增加服務(wù)器單柜密度來提高整個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)于外徑較粗的雙絞線銅纜相比較線徑較細(xì)的光纖來說，銅纜并不適合在機(jī)柜內(nèi)的高密度部署，給銅纜應(yīng)用也帶來一定的影響。

4 銅纜布線系統(tǒng)在商業(yè)樓宇的應(yīng)用

綜合布線工作組及布線聯(lián)盟網(wǎng)的《2011年中國綜合布線市場(chǎng)發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)稱，2011年中國綜合布線市場(chǎng)總體規(guī)模約為46億元人民幣，其中數(shù)據(jù)中心布線市場(chǎng)總體規(guī)模約為9億元人民幣，僅占綜合布線市場(chǎng)總體份額的19.6%，因此綜合布線市場(chǎng)仍然以樓宇布線為主。

在傳統(tǒng)的樓宇布線項(xiàng)目中，由于工作區(qū)信息點(diǎn)位相對(duì)比較分散，即便在樓層管理間IDF及設(shè)備管理間MDF等區(qū)域，用于布線系統(tǒng)的物理空間相對(duì)比較寬敞，在選擇傳輸介質(zhì)時(shí)也不用過多考慮布線密度的影響因素。分布在各個(gè)樓層管理配線間的布線機(jī)柜也降低了對(duì)制冷的要求，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端口能耗大小對(duì)樓宇布線系統(tǒng)的影響程度相對(duì)數(shù)據(jù)中心較低。在樓宇布線規(guī)劃中，項(xiàng)目關(guān)注更多的是經(jīng)濟(jì)性，即項(xiàng)目建設(shè)的總體成本投入。

因此，前期投入成本較低的銅纜雙絞線布線系統(tǒng)在樓宇布線中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)布線聯(lián)盟網(wǎng)提供的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2011年銅纜布線系統(tǒng)在整個(gè)布線市場(chǎng)占有的份額達(dá)到80%，來自GIM市場(chǎng)報(bào)告也說明了銅纜布線系統(tǒng)在布線市場(chǎng)上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。如圖3所示。

綜合布線系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代末期進(jìn)入中國市場(chǎng)以來，已經(jīng)有超過20年的時(shí)間。早期樓宇布線采用的是100Base-T，無論是從布線系統(tǒng)滿足網(wǎng)絡(luò)需求方面，還是布線系統(tǒng)本身的質(zhì)保年限都已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用的極限。因此，樓宇布線除新建項(xiàng)目外，早期項(xiàng)目綜合布線系統(tǒng)改造所蘊(yùn)藏的市場(chǎng)容量，必將給綜合布線行業(yè)帶來新的發(fā)展良機(jī)。

4.1 改造的樓宇布線系統(tǒng)項(xiàng)目

在布線系統(tǒng)的改造項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)規(guī)劃需要考慮與原有設(shè)備的兼容。考慮到原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的具體情況，這類項(xiàng)目將以1000Base-T千兆以太網(wǎng)到桌面的解決方案為主。千兆以太網(wǎng)的設(shè)備端口在能耗方面，選擇銅纜雙絞線和光纖作為傳輸介質(zhì)的差異不大，每端口的能耗大約為3W。

對(duì)于無需考慮布線密度以及端口能耗的情況，成本具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的銅纜雙絞線將作為1000Base-T以太網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)（數(shù)據(jù)主干部分采用少量的光纜）。在改造型樓宇布線系統(tǒng)項(xiàng)目中，水平部分將會(huì)大量使用到銅纜雙絞線如Cat.5e、Cat.6，其中以Cat.6為主。如圖4所示。

4.2 新建的樓宇項(xiàng)目布線系統(tǒng)

在新建的樓宇布線項(xiàng)目中，以6類銅纜支持1000Base-T千兆以太網(wǎng)到桌面的解決方案占有巨大的市場(chǎng)份額，另外基于10GBase-T以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的萬兆網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口，具備自動(dòng)向下兼容千兆1000Base-T、百兆100Base-T等低速率以太網(wǎng)的性能，萬兆以太網(wǎng)到桌面的應(yīng)用案例在2012年也出現(xiàn)了較大的增長(zhǎng)。相比較數(shù)據(jù)中心，在樓宇項(xiàng)目中，當(dāng)前桌面終端IT設(shè)備絕大部分采用基于RJ45的銅纜端口，在商業(yè)樓宇類項(xiàng)目中，萬兆銅纜接口將具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。適合萬兆以太網(wǎng)傳輸?shù)你~纜雙絞線將以 Cat.6A為主，其支持萬兆以太網(wǎng)傳輸?shù)木嚯x達(dá)到100m（Cat.6支持的距離為37m）。

IEEE 802.3an發(fā)布的10GBase-T萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)比以往類似標(biāo)準(zhǔn)增加了一個(gè)新的內(nèi)容：對(duì)外部串?dāng)_的要求。由于各種屏蔽布線鏈路具有非常優(yōu)異的外部串?dāng)_特性，其測(cè)試的外部串?dāng)_性能比標(biāo)準(zhǔn)要求平均高出10dB以上，而非屏蔽布線鏈路則需要通過復(fù)雜的外部串?dāng)_測(cè)試后，才能確保布線系統(tǒng)符合萬兆傳輸?shù)囊蟆?0GBase-T以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)—Cat.6A屏蔽系列將具有實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。FTM Consulting的研究預(yù)測(cè)，未來五年屏蔽雙絞線的增長(zhǎng)速度達(dá)到26.4%，增速超過非屏蔽雙絞線，第三方機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)也驗(yàn)證了這個(gè)方向。

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心特別是云計(jì)算數(shù)據(jù)中心由于大量采用虛擬化技術(shù)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)帶寬、端口能耗以及布線密度的要求越來越高，而萬兆以上的應(yīng)用是基于銅纜雙絞線傳輸?shù)牟季€系統(tǒng)，在延時(shí)、端口能耗以及布線密度等方面具有一定的局限性。同時(shí)在大量采用ToR架構(gòu)等因素的影響下，數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)中銅纜布線在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都不具備應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

相對(duì)于占布線市場(chǎng)80%以上的樓宇布線系統(tǒng)，由于對(duì)端口能耗以及布線密度的要求較低，考慮的因素更多傾向于布線網(wǎng)絡(luò)的前期成本投入。另外由于工作區(qū)IT終端設(shè)備采用主流RJ45接口，同時(shí)基于RJ45接口具有網(wǎng)絡(luò)向下兼容的自適應(yīng)功能，且相比較光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口，銅纜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。所以銅纜雙絞線布線系統(tǒng)在較長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，仍將是樓宇布線系統(tǒng)的首選。