數(shù)據(jù)中心光通信技術(shù)點(diǎn)滴談

摘 要： 隨著信息時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)中心的流量已經(jīng)占據(jù)世界通信網(wǎng)絡(luò)流量的大部分。當(dāng)前，光通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心，包括幾米距離的服務(wù)器連接，也包括全球多地?cái)?shù)據(jù)中心的對接。在本文中，筆者對數(shù)據(jù)中心的光通信技術(shù)進(jìn)行了深入介紹，包括廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的光通信技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，筆者對相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)方案展開探討與比對。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心 光通信技術(shù) 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0007-01

在當(dāng)前社會中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為影響人們生活與工作的重要因素。在互聯(lián)網(wǎng)上，無論是游戲娛樂，還是商務(wù)與社交，都會產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，這些信息數(shù)據(jù)量正以指數(shù)級不斷增長。大部分的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及相應(yīng)的信息處理與計(jì)算都是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)完成的。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)連接起成千上萬臺服務(wù)器，所有服務(wù)器共同協(xié)作，一起完成工作任務(wù)。截止到目前為止，光纖通信產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年。1977年，首個(gè)商用光纖通信系統(tǒng)推出，其為45Mbit/s的容量，目前，單模光纖的容量已經(jīng)超過了100Mbit/s，無論是長距離的信息傳輸還是短距離的信息傳輸嗎，都能夠見到光纖通信的身影。2008年，數(shù)據(jù)中心對于光纖的需求開始超越電信運(yùn)營商，數(shù)據(jù)中心開始成為光纖通信的第一市場。

一、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)狀況

一般來說，大型互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涵蓋廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)。在廣域網(wǎng)的作用下，世界各地的數(shù)據(jù)中心能夠有效連接起來。根據(jù)架構(gòu)方面的不同，可以進(jìn)步將其劃分為外部通道進(jìn)入的數(shù)據(jù)中心與公共互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入的數(shù)據(jù)中心。為了避免出現(xiàn)用戶體驗(yàn)差、訪問延時(shí)等問題，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商會在用戶集中點(diǎn)周邊構(gòu)建起POP點(diǎn)，從而借助專線而與數(shù)據(jù)中心對接。

通常某一地區(qū)的數(shù)據(jù)中心由多個(gè)數(shù)據(jù)中心共同構(gòu)成，這樣能夠滿足備份的需求，同時(shí)也便于構(gòu)建起超級化的虛擬數(shù)據(jù)中心，單個(gè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)起來比較簡單，借助城域網(wǎng)，這些數(shù)據(jù)中心能夠有效對接。對了應(yīng)對延時(shí)等問題，各個(gè)數(shù)據(jù)中心的距離應(yīng)控制在80km內(nèi)。

在各個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，有成千上萬臺服務(wù)器在工作，這些服務(wù)器借助內(nèi)網(wǎng)而有效連接。數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器一般具有可擴(kuò)展性，能夠增加服務(wù)器的數(shù)量，并且無須改變網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，成本是必須要考慮的重要因素，在架構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中確保成本與性能平衡。就目前來看，多數(shù)數(shù)據(jù)中心都運(yùn)用多層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)呈現(xiàn)出扁平化的發(fā)展趨勢。

二、廣域網(wǎng)下的光通信技術(shù)

光通信技術(shù)在長距離傳輸中具有顯著優(yōu)勢，其能夠支持兩點(diǎn)間的大寬帶信息傳輸。在早期，該技術(shù)主要被應(yīng)用于長途干線網(wǎng)。在長距離信息傳輸中，首要解決的問題是光纖損耗、光纖線性損傷與非線性損傷。目前，干線傳輸網(wǎng)中的最重要技術(shù)就是數(shù)字相干光通信技術(shù)，在這種技術(shù)的應(yīng)用下，接收機(jī)的靈敏度得到了顯著提升。其借助正交香味與正交極化方向來對信號進(jìn)行調(diào)制，在強(qiáng)度方面由一維增加到四維，頻譜效率有很大提升。在使用數(shù)字信號處理技術(shù)來處理發(fā)射與接收時(shí)，會帶來一定的損傷，可以在電領(lǐng)域中借助數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與管理更加簡單化。系統(tǒng)容量也與香農(nóng)極限更為接近。在陸地與跨洋系統(tǒng)中，SD-FEC技術(shù)與光放大器技術(shù)的應(yīng)用使得無電中繼傳輸距離能夠達(dá)到3000km與10000km。隨著網(wǎng)絡(luò)流量的不斷上升，但借助硬件已經(jīng)難以滿足用戶的需求，尤其是光纖傳統(tǒng)容量已經(jīng)要達(dá)到香農(nóng)極限了。只有將軟件與硬件有效結(jié)合，才可以在廣域網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建起具有開放性的光傳輸網(wǎng)，從而提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)效率。

三、城域網(wǎng)下的光通信技術(shù)

從增長速度來看，城域網(wǎng)要比干線網(wǎng)絡(luò)的流量增速快很多，城域網(wǎng)將發(fā)展為光通信的第一市場。數(shù)據(jù)中心的城域網(wǎng)和電信運(yùn)營商的城域網(wǎng)有顯著不同。前者的節(jié)點(diǎn)比較少，業(yè)務(wù)也單一化，多采用點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)，然而由于對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠓浅４螅詫θ萘恳灿兄鴺O高的要求。作為當(dāng)前最熱門的研究領(lǐng)域，數(shù)據(jù)中心城域網(wǎng)得到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。在檢測技術(shù)方面，能夠劃分為相干檢測與直接檢測，相干檢測運(yùn)用的是數(shù)字相干光通信技術(shù)，與廣域網(wǎng)內(nèi)的相干光通信技術(shù)極為相似。然而由于傳輸距離非常短，所以能夠被有效簡化，比方說采用低廉的硅光器件、HD-FEC等。在直接檢測方案中，則有多種技術(shù)，如OOK技術(shù)，其對器件的帶寬有很高的要求，并且對光纖色散匹配有著非常高的要求。針對此，人們使用高階強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，如四電平幅度調(diào)制等。DMT技術(shù)在直接檢測中也有著廣泛的應(yīng)用，其其實(shí)為多載波技術(shù)的一種，對各個(gè)載波運(yùn)用不同的調(diào)制格式，能夠最大限度地優(yōu)化整個(gè)信道的頻譜效率。城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)采用交換機(jī)與路由器而實(shí)現(xiàn)。最近幾年來，一種新的設(shè)備形態(tài)出現(xiàn)，交換機(jī)與路由器能夠直接出采光，也就是說將彩光光模塊直接植入到交換機(jī)或路由器中。

四、數(shù)據(jù)中心內(nèi)的光互聯(lián)技術(shù)

在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，各個(gè)鏈路的距離都非常短，最多也不超過幾百米。即便是超大型的數(shù)據(jù)中心，也很少有超過2km的鏈路。然而隨著信息數(shù)據(jù)量的增加，以往的銅纜難以滿足實(shí)際工作的需要，大部分的數(shù)據(jù)中心都開始采用光互連技術(shù)。由于距離非常短，光纖鋪設(shè)起來非常容易，且多運(yùn)用平行鏈路，這樣互聯(lián)的速率得到有效保障。在發(fā)射處。信號被分割成為多個(gè)平行的通道，在驅(qū)動電路的作用下，能夠借助光纖實(shí)現(xiàn)傳輸，抵達(dá)接收端，再轉(zhuǎn)換為電信號。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的提出，光通道速率得到了進(jìn)一步提升，成本與功耗都較之前低很多。在交換機(jī)速度提升的過程中，電子走線會給信號帶來很大損傷，針對此，可以將光模塊植入交換機(jī)中，形成板載光模塊，這樣能夠有效地避免信號損傷，并提升面板的密度。無論是板載光模塊還是光電集成模塊，均對器件有著非常高的要求，一旦出現(xiàn)問題，需要更換整個(gè)交換機(jī)電路板。

五、結(jié)束語

在本文中，筆者對廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)中光通信技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。無論是遠(yuǎn)距離傳輸，還是近距離的連接，光通信技術(shù)都成為重要的信息傳輸載體。對于未來的數(shù)據(jù)中心來說，光通信技術(shù)將直接影響其發(fā)展走向。提升光傳輸通道的容量與效率將是提升整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)作效率的重要路徑。

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作者簡介：陳卓（1975.4-） 男，籍貫：廣西，大學(xué)本科，工作單位：中國移動通信集團(tuán)廣西有限公司，研究方向：云計(jì)算 數(shù)據(jù)中心 信息安全。