预连接光缆技术的应用研究

文│ 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 杨军志

预连接光缆技术的应用研究

文│ 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 杨军志

此文通过分析光纤技术的应用和发展，阐述预连接光缆技术的概念和特点，并对预连接光缆技术未来在数据中心的发展进行了展望。

预连接；光缆；MTP/MPO

1 引言

数据中心布线系统需要不断提升带宽并为快速增长的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，由于多模光纤技术较低的有源与无源综合成本，将促使其在数据中心的应用占绝对优势，大中型数据中心有85%的光纤布线系统采用的是多模光纤。

多模光纤40G的传输模式采用每对光纤支持10Gbps的速率（4×10Gbps=40Gbps）， 需 要 用 到 4根光纤进行发送与接收（共8芯光纤）；而100G采用10根光纤进行数据发送与接收（10×10Gbps=100Gbps），共使用20芯光纤；采用标准MTP/MPO的多芯连接系统可较好的支持新一代光网络40G/100G的传输。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的传输模式是取两个12芯的MTP/MPO连接器中间的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。

2 预连接光缆技术的概念及特点

预连接光缆及安装施工流程图与传统光纤终端的几种方式相比，预连接技术采用光纤直通方式，即光纤无连接点。依据客户的要求，由工厂订制产品，并进行标准程序的研磨加工，所有的技术指标遵守IEC、TIA及相关国内外标准。在这一点上，技术指标远超越现场磨接的连接器，同时，光缆结构也不同于目前国内普遍采用的室内软光缆。为保证光缆拥有足够的机械性能，它的结构是由12～144芯的中心束管式或多束管层绞式组成的室内或室外光缆，其充油结构也保证了光缆的环境和阻水特性。在光缆输出部分没有熔接或其他机械连接方式，消除存在接点可能导致的不良后果，用户拿到的是测试指标规定的、无任何附加因素的光缆产品，使网络的设计或施工变的更加易于控制。

另外，由于预连接是由特殊的光缆分支组件构成，采用插拔式结构可将光缆牢牢固定在专用机架上，保证50kg的拉力配线箱不变形。同时，矩形的卡接口可防止光缆在使用过程中应力的释放，保证两端连接器之间的光纤链路处于游离、松弛状态，避免因光缆外皮受到挤压、拉伸或扭转而影响光纤的性能，最大限度地保障光纤网络和业主投资的安全性。从上述的结构特性可以看出，预安装所用的光纤连接器类型是可变的，主要依据设计和客户的需求而定，如果采用前面提到的多芯MTP连接器则更具优势，可完全消除多芯光纤连接中不利因素的影响，让用户达到理想的应用效果。

预连接光缆采用的MPO/MTP连接器，是一种多芯的光纤连接器，如IEC 61754-7、TIA/EIA 568C.3等标准中都有MPO连接器的规定。MPO最近几年也广泛应用于数据中心。采用MPO的好处在于其密度较高，至少是普通LC连接器的3倍。

下一代数据中心趋势是绿色数据中心，降低能耗将始终被放在首要位置上。综合布线作为无源系统，网络的基础，良好的设计是降低数据中心能耗的根本，并为将来系统的升级和扩容打下坚实的基础。

结合上述分析，笔者总结出预连接光缆应用的特点：

（1）保护业主投资的有效性和安全性，对集成商的前期和实际现场勘察能力提出较高要求。其目的在于充分保护业主对于项目的控制权和使用产品的知情权，避免材料浪费和项目投资的风险。

（2）经济适用，熔接过程只需要机器、耗材、时间和人员等。从总体上看，预连接方式没有增加额外的成本。

（3）操作简便、易于安装、节约安装时间，可即插即用。

（4）预连接光缆是在工厂由厂家进行完全测试的，而安装过程没有附加其他产品，现场测试操作简单。

（5）光纤链路保护充分，没有熔接点和裸光纤暴露在空气中，不会有老化、接头断裂等问题。

（6）维护方便、安全，预连接光缆分支器的机械性能非常出色，维护或操作过程不会影响光纤正常使用。

（7）可重新安装和移动，预连接光缆的分支器可快速的插拔和移动，根据需要重新安装。从预连接方式进入市场到现在，已经在众多的电信运营商、金融、教育、公安、海关、企业、科技园区等领域的光纤网络设计和建设中得到应用，同时赢得了集成商和最终客户的高度认可和广泛赞誉。

3 预连接光缆技术发展

随着光纤技术升级，作为数据中心“中枢神经”的光纤布线系统也正经历着更新换代。以国内市场中的数据中心布线产品、技术来看，如果将2005～2010年这5年间所发展的专业应用于数据中心布线光纤解决方案的产品线看作第一代的数据中心光纤布线产品技术，那么以第一代预连接（或称预端接）产品技术为代表的数据中心光纤布线产品则在这期间得到了良好的应用与推广。随着光纤技术新的标准不断推进，由几家国际布线品牌引领的大中型数据中心布线产品、技术已进入第二代。数据中心第二代光纤布线系统代表性的产品，包括超低损预连接光缆方案、高密度光纤配线系统以及抗弯曲光纤系统等。

3.1 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三种：

（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接内含MPO-LC分支的预连接模块，另一端LC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。

随着未来以太网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光纤的预连接方案将成为首要之选。与第一代MTP/MPO连接方式的要求不同，第一代方案应用初期主要为了支持10G以太网，根据10G以太网对OM3整体光纤通道的衰减要求为2.6dB，而如果要支持40G/100G网络的整体通道其衰减应控制在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1所示。

表1 各级带宽与传输距离、通道衰减关系表

新一代数据中心预连接系统MTP/MPO的衰减值，要求采用低损耗的连接器，行业要求至少单个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。

3.2 高密度光纤配线方案

预连接光缆通常作为数据中心的主干安装在机房的走线通道上，一般部署将不会轻易移动或改变，而与预连接主干光缆链路不同的是端接于预连接两端的光纤模块与配线系统，将随着应用的升级而升级。当前数据中心的主干更多的是应用10G以太网的网络，而10G以太网的设备光端口SFP更多的是采用LC类型的端口连接方式，但后续40G/100G传输时，可能更多的会采用MTP/MPO的接口方式。如何使布线系统能够支持当前应用又能满足今后的需求？方法就是对高密度配线系统中的模块进行灵活的升级而无需去更换主干光纤链路，今后的配线系统中模块的升级将如图1所示的方式演进。图中模块（1）为当前支持10G以太网应用OM3、OM4的MTP/MPO转LC形式；模块（2）为支持40G以太网应用，提高主干光纤利用率，将2×12芯MTP/MPO的端口转换为3×8芯MTP/MPO，此模块应用在40G时可增加50%的主干光纤利用率；当网络升级到100G以太网时，将直接采用MTP/MPO适配器面板对配线系统进行升级，并直接采用MTP/MPO跳线插接于适配器面板与设备端口。

图1 10G/40G/100G高密度模块

目前，各大厂商1U高密度光纤配线架可容纳72芯预连接光缆，由6个模块组成，每个模块12芯，而4U高密度光纤配线架可容纳288芯预连接光缆。当然也不乏其他公司研发的普通1U高密度光纤配线架可容纳96芯，4U可达384芯。随着设备带宽需求的增加，光纤抗弯曲能力的增强，超高密度的光纤配线架已逐步开始应用。

配线系统除需要满足网络升级应用的要求以外，追求高密度布线始终是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，可最大限度地提升网络设备安装空间，以增加机房单位面积的利用率与投资回报率。新一代数据中心的布线系统将会采用多种配线方式，如为数据机房设计的新一代配线系统可安装在网络桥架上的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空间。对于光纤配线最为集中的MDA区域，数据中心配线系统使终追求越来越高的密度，而密度过高将会影响系统的可维护性。新一代数据中心的配线系统其发展方向将在布线高密度与布线系统可维护性两者之间找到最佳的平衡。

3.3 抗弯曲光纤

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，光纤配线架端口密度越高，跳线的管理也相对复杂。如果光纤跳线弯折半径过小，将直接导致光纤整体通道衰减增加；如果弯折严重，衰减过大将导致该通道通信中断。对于大中型数据中心来说，在高密度配线区域中的跳线成千上万，很难保证每根跳线的管理都能控制在其标准要求的光缆直径10倍以上的弯折半径内。而对于数据中心来说，网络运行的可靠性是数据中心的致命要素之一，正因如此，新一代数据中心将越来越多采用抗弯曲的光纤系统来解决这个问题。与传统跳线不同，采用抗弯曲光纤的跳线，当光纤的弯折半径为7.5mm时，绕上2～3圈，衰减不超过0.1dB，而如果在同等条件下采用普通光纤制作的跳线，衰减会超过0.6dB。

如前所述，若要OM3、OM4的布线支持到下一代40G/100G网络，那么每一代网络应用的升级、标准对通道最大衰减的要求将更为严格。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。通过采用抗弯曲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，抗弯曲光纤在新一代数据中心将会越来越广泛的应用。

4 结束语

在数据中心飞速发展的今天，运用预连接光缆技术可大大节省施工周期；操作简便、易于安装、节约安装时间；可即插即用，维护方便，且产品出厂前均是经过100%测试的，对集成商也提出了相对更高的要求。

随着云计算、大数据技术的进步，数据中心的建设越来越多，规模也会越来越大，预连接光缆技术对于规模大的数据中心尤其能发挥其不可替代的作用，相信该技术未来在各行各业都会得到很好的应用。