預連接系統在數據中心的應用 2011-02-17 09:13:33
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寫在前面的話
無淪是新建一個數據中心，還是改造舊有的數據中心，設計人員和安裝工程師們都會有相同的問題: 預算是否會超標？這樣的設計是否可靠？有空間留給將來升級嗎？能否在規定的時間內施工完成，等等諸如此類。要回答這些問題會涉及到數據中心的方方面面，我們今天涉及的內容只是其中的一個部分：綜合佈線。綜合佈線這個概念已經有近20年的歷史，所以我相信大家對它並不陌生。但是數據中心的綜合佈線因爲其對安全，可靠，升級能力，密度，以及安裝速度都有着特殊的需求，所以無論是在結構上還是產品應用上，都與傳統的綜合佈線有着很大的區別，特別是在產品應用上，也是本文所要討論的：預連接系統。首先我們來看兩個統計數據，根據調查，2009年在中國約有56%的用戶在會在數據中心採用預連接系統；在北美，早在2008年就有超過75%的新建或者改造數據中心採用預連接系統。目前預連接系統已經在數據中心被廣泛的採用了
預連接系統
預連接光系統和預連接銅纜系統對於佈線系統可以說是一種革命性的創新，通過端到端的高密度系統和即插即用的實施方式大大簡化了設計和安裝；模塊化的設計以及支持網絡平滑升級的能力，對於降低數據中心的整體費用也有莫大的好處；另外，高密度的產品，也大大節約了佈線系統對於數據中心機櫃空間的佔用，將更的機櫃空間留給服務器或者網絡產品；此外無極性的光纖預連接系統也簡化了數據中心的管理和維護。
正是因爲預連接系統有諸多的好處，所以被大量應用在數據中心的主配線區（MDA），中間配線區（IDA），水平配線區（HDA），區域配線區（ZDA）和設備櫃（EDA）之間的相互連接上。比如大芯數的144芯預連接光纜就被很多數據中心採用作爲主配線區之間或者SAN存儲設備Fiber Channel網絡的配線系統; 一些芯數較少的（12-24）芯的預連接光纜通常會用在MDA至HDA，以及HDA至ZDA或者EDA。另外一些數據中心也會在HDA至EDA之間採用預連接銅纜系統（通常是6根，8根或者12根一捆）。
目前比較普遍採用的OM3/OM4預連接光纖系統通常能夠支持10GBase的網絡到300米和550米的距離，採用MPO連接器的也可以支持最新的40G/100G到100米和150米的距離，銅纜方面Cat6A類和7類預連接銅纜都能夠支持100米的10GBase-T系統。
即插即用以及極性問題
一般來說，數據中心對於佈線系統的工期要求都很緊張，因爲有數據中心的需求就說明有大量的應用，計算或者存儲需要部署。所以預連接系統即插即用的特點對於減少數據中心佈線的建設週期有着很大的幫助。通常的光纜安裝需要剪，剝，切，熔等一系列的現場工序，這首先對人員的素質和技術有一定的要求，同時也受到安裝設備數量的限制，熔接完成後還需要進行現場的測試，這也意味着需要一定數量的測試儀表。而預連接系統的製作工序全部在工廠內完成，可以在工廠內規模化生產，另外工廠內的生產設備和測試設備無量是數量上還是質量上都遠遠高於現場類的設備。預連接系統運抵施工現場後，僅需要完成鋪設和將預連接系統的連接器插到配線架的插座內即完成了安裝。
我們做一個簡單的比較，鋪設1根48芯的光纜，2個施工人員，2套設備採用傳統的熔纖方式，鋪設需要約1個小時，熔纖加上安裝的時間大約需要8個小時，一共約9小時；如果採用預連接方案，鋪設1個小時，安裝45分鐘，節約了大概80%的時間。
對於預連接銅纜系統，通常現場端接時花費時間最多的裁線，綁紮以及端接的時間也都被節省下來，在工廠內已經完成了這些步驟。在現場只需要鋪設以及連接就可以了。同樣節約了大量的時間。
另外在測試環節，預連接系統在工廠內部對每一個通道都做過完整的測試，並且提供相應的測試報告，所以在現場環節就大大節省了現場測試的時間和費用。
採用預連接光纖系統的同時我們需要注意一下光纖的極性問題。我們通常在數據中心內採用的基於光傳輸的Ethernet或FC網絡都是採用成對的光纖，一根或者一組作爲收，另一根或者一組作爲發。所以對於完成的一個光纖通道，必須是A發端-B接收端/B發端-A接收端。採用熔纖方式可以通過調整配線架內接線的方式來保證極性。如果是預連接光纜，就需要採用無極性的光纖預連接系統，比如羅森伯格的任意極性技術（盲插）。否則在通道存在多跳的情況下，極性的計算就會比較困難，此外如果不是無極性的預連接系統，擴容的時候也需要對極性做一些計算。如果發生錯誤會產生接收端-接收端/發端-發端的問題。
良好的性能與保護
預連接系統，特別是預連接光纖系統的性能要優於熔接的方式，IEEE 802.3 10GBase-SR標準對於OM3光纖通道的要求是衰減小於2.6dB。2010年最新頒佈的IEEE802ba 40G/100G標準對OM3光纖的要求提高到低於1.9dB的衰減才能支持100米的傳輸距離，對於OM4光纖要求更是嚴格到低於1.5dB的衰減才能支持150米的傳輸距離。所以爲了能更好的保證光纖通道的衰減，我們就需要節約每一點的衰減預算。儘可能的降低整個通道的衰減。所以預連接系統的優勢就體現出來，因爲預連接光纖系統從連接器端到端中間是沒有熔接點，所以相比熔接方式，節省了兩個熔接點的衰減。相比現場端接型的方案，預連接系統的連接器衰減也大大小於現場端接型連接器。
另外對於光纖的保護，預連接光纖系統分支器內的光纖外部有厚厚的複合材料或者金屬保護外殼，外殼內部通常還填充固化膠水，有效的保護內部的裸光纖。比熔接方式的保護要好得多；同時預連接光纜的分支纜無論是外護套厚度，還是內部填充的紡綸的數量都遠遠高於尾纖，這樣對於分支系統的保護也優於熔接方式。綜合來看，預連接光纜無論在抗拉力，抗壓力，還是對抗外部環境變化的能力上都遠優於熔接的方案。對於可靠性要求很高的數據中心。預連接系統能夠較好的滿足數據中心對安全和可靠的要求。這也是預連接系統被數據中心大量採用的原因之一。
高密度的設計
預連接系統通常意味着高密度的產品和設計，因爲預連接系統即插即用的特性使得其大大減低了對空間的佔用。所以我們能夠將密度作的更高，通常來講，熔接式方案的光配線架密度一般在1HU 48芯的能力，密度的限制不光來自於前面板的空間，同時也來自內部熔纖空間的要求，密度太大對於熔纖的管理和保護要求太高。而預連接系統可以很輕鬆的將密度做到1HU 96芯連接的能力。
另外預連接的模塊化設計，光銅一體的能力，也從總體上提高了密度，降低了配線系統對機櫃空間的佔用。
預連接系統的平滑升級能力
我們知道一個數據中心的佈線系統不可能只用5年-10年。相比網絡設備，佈線系統的壽命要長的多，一般佈線廠商都提供25年的質量保證。所以在規劃數據中心佈線的時候，必須考慮到對將來網絡的升級和擴容的能力。所以在設計佈線系統之初就需要對將來網絡發展的大致方向有一定的瞭解。
先來看骨幹傳輸方面。今年，IEEE 在6月份剛發佈了最新的40G/100G標準，目前40G/100G已經在北美得到商用，同時一些主流的交換機廠商都有相應的產品。根據一些市場報告的預測，2012年開始40G/100G會開始被一些對流量要求較大的數據中心採用，比如一些視頻服務商。到2016年40G/100G將佔據數據中心光傳輸的30%。最終在2020年100%的數據中心光傳輸將採用40G/100G。
所以爲了能使目前的系統具有升級能力，降低數據中心的整體運營成本，就要先了解一下40G和100G的佈線。標準中光傳輸分爲基於單模和多模的傳輸。基於單模光纖傳輸就佈線系統相比過去的標準沒有太大的變化。基於多模的則發生了較大的變化，由原來的在單對光纖上傳輸10G變成了在4對和10對光纖上傳輸40G和100G。另外對於光纖指標的要求也比過去嚴格了許多，除了前面提到的衰減指標，作爲並行系統的另外一個重要參數：時延差，無論是OM3還是OM4 光纖傳輸40G和100G的時候都要求整個通道的不同光纖之間的時延差不能大於2.5ns。所以只有工廠生產的產品才能保證這樣的指標。
所以採用預連接MPO-MPO光纖系統作爲骨幹才能夠滿足將來平滑升級的需求。
我們再來看一下水平銅纜佈線，目前的Cat 6A類和Cat 7類預連接系統都能夠支持100米的10GBase-T。目前IEEE沒有關於升級基於雙絞線銅纜傳輸的計劃。不過業內早在2009年就討論過在Cat 7類系統上運行更高速網絡的可能性，不過目前看來Cat 7類線無法滿足100G達到100米長度的要求，40G是可以實現的。但是系統需求的帶寬遠高於1Ghz，可能會達到2.5GHz，這就帶來一個問題，無法在現場進行測試。目前現場類的線纜認證測試儀最高測試頻率只能達到1Ghz。所以只有在工廠內加工並通過測試的預連接銅纜纔有可能有能力升級到下一代網絡。
預連接與其他方式的對比表：
注：此表引用自《數據中心機房佈線系統工程技術應用技術白皮書》
預連接系統正因爲有以上的特點，正好能夠貼合數據中心對於安全，可靠，快速部署，以及升級和擴容能力的要求，相信隨着國內數據中心建設的進一步深入，預連接系統會在數據中心內得到更廣泛的應用。
文：羅森伯格亞太電子有限公司 周煒
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