铜缆布线还能走多远

文｜ 罗森伯格亚太电子有限公司 陈凤霞

1 前言

在全球数据通信量大幅度增长的背景下，数据中心建设则倾向于云计算的方向发展，而云计算数据中心将更多地采用基于光纤传输的10G甚至40G/100G等高速网络应用，同时虚拟化技术的应用也对网络传输提出了更高的要求，给光纤系统的应用带来了新的机会。而国家标准《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》的颁布将使光纤到户应用获得更多政府政策的支持，“光进铜退”的进程似乎又向前迈出了重要的一步。

当我们时刻关注着以上行业动态与信息时，是否预示着铜缆布线逐渐走到了尽头？针对这样的猜想，我们将分别从铜缆布线相关标准的发展、使用场合等方面来分析铜缆布线系统的市场变化与发展方向。

2 铜缆布线系统的标准发展方向

在1000Base-T及以下以太网的传输介质中，Cat.5e、Cat.6等铜缆双绞线具有绝对的优势。随着基于铜缆双绞线作为传输介质的10Gbps（万兆）以太网，IEEE 802.3an 10GBase-T规范于2006年6月批准发布，该规范支持传统的双绞线电缆，端口采用标准RJ45连接器进行连接，可以向下兼容1000Base-T及以下以太网的应用。Cat.6A铜缆双绞线可以支持10GBase-T传输距离达到100m，Cat.6双绞线则可支持37m的10GBase-T传输，便于新装用户可使用原有的双绞线电缆。

来自40GBase-T标准方面的进展情况：IEEE 802.3已于2012年7月成立NG Base-T研究小组，研究的要点是面向数据中心的屏蔽线缆，重点包括长度、功耗等，计划2014年底完成、2015年9月投票、2016年3月正式发布；ISO/IEC TR 11801-99-x WD2包含两部分：其一是基于Cat.6A、Cat.7的屏蔽器件支持，支持25m传输，频率范围1～1000MHz；其二是基于新的器件支持50m传输，频率范围1～1600MHz或2000MHz；TIA 42.7委员会下的ANSI/TIA 568C.2-1将线缆定义为Cat.8，明确使用RJ45接口，支持信道长度50m、链路长度40m，频率范围1～2000MHz，草稿0.5版完成，2013年底结束。

我们从国际标准化组织明确的标准发展方向来看，并没有看出要放弃铜缆向更高级别发展的路线，标准的发展始终与应用相关，关键是要看具体的应用方向。

3 铜缆布线系统在数据中心的应用

近年来全球数据业务量快速增长，许多传统数据中心的网络架构已经不能完全满足各类数据中心的要求，为解决数据通信量的增长与基础建设速度之间的矛盾，具备大量计算资源的云计算数据中心获得了广泛的应用，并将成为未来数据中心建设的重要发展方向。随着虚拟化等新技术在数据中心中的广泛应用，铜缆布线系统是否还能满足其对传输性能的要求？

3.1 传统数据中心的布线系统

在传统企业级数据中心的建设中，更多采用的仍然是维护性较强的 EoR（End of Row，如图1所示）网络架构，当服务器仍然采用千兆以太网接入时，水平配线区HDA与设备配线区EDA之间，通常会部署大量的水平铜缆双绞线。

由于新应用的数据流量不断增长，基于EoR架构的数据中心将逐步向万兆升级。目前主流的万兆网络标准主要有两种：基于铜缆双绞线、设备接口类型为RJ45的10GBase-T以及基于850nm多模（万兆）光缆、设备接口类型为LC的10GBase-SR。采用10GBase-T在初期成本投入方面具有小幅优势，但端口能耗较大，目前约为10GBase-SR的2～3倍，由于数据中心对能耗的关注，基于铜缆双绞线的10GBase-T网络端口在当前及今后一段时间内并没有太大的优势，数据中心升级万兆后，基于EoR的数据中心铜缆应用量将有较大幅度的下降。

3.2 云计算数据中心的布线系统

据IDC公司数据预测，2012年数据增长幅度将会达到48%，全球数据通信量将以超过30%的年复合增长率上升，而数据中心的建设则以每年15%~20%的速度增长，基础建设的速度远远赶不上数据量的增长速度。采用计算资源更为丰富的云计算数据中心是解决这一矛盾的最佳解决方案，云计算数据中心利用虚拟化技术，成倍地提高了现有服务器资源的效率。

为满足基于虚拟化技术云计算数据中心的应用，布线系统需要具有低延时、低损耗、高带宽、高可靠的特点，网络将采用更为扁平的二层网络架构——ToR网络架构（如图2所示）。ToR架构下的HDA与EDA已经融合，传统结构化布线的水平部分已经不复存在，即便采用铜缆端口，ToR架构用铜缆跳线来取代传统EoR架构下的铜缆永久链路，这一架构也将导致铜缆用量大幅度降低。

云计算数据中心除在网络架构上采用新型的ToR架构外，在数据中心物理空间位置有限的情况下，也需要通过不断增加服务器单柜密度来提高整个数据中心的数据处理能力，对于外径较粗的双绞线铜缆相比较线径较细的光纤来说，铜缆并不适合在机柜内的高密度部署，给铜缆应用也带来一定的影响。

4 铜缆布线系统在商业楼宇的应用

综合布线工作组及布线联盟网的《2011年中国综合布线市场发展报告》数据称，2011年中国综合布线市场总体规模约为46亿元人民币，其中数据中心布线市场总体规模约为9亿元人民币，仅占综合布线市场总体份额的19.6%，因此综合布线市场仍然以楼宇布线为主。

在传统的楼宇布线项目中，由于工作区信息点位相对比较分散，即便在楼层管理间IDF及设备管理间MDF等区域，用于布线系统的物理空间相对比较宽敞，在选择传输介质时也不用过多考虑布线密度的影响因素。分布在各个楼层管理配线间的布线机柜也降低了对制冷的要求，网络设备的端口能耗大小对楼宇布线系统的影响程度相对数据中心较低。在楼宇布线规划中，项目关注更多的是经济性，即项目建设的总体成本投入。

因此，前期投入成本较低的铜缆双绞线布线系统在楼宇布线中占有绝对的优势。根据布线联盟网提供的调查数据显示，2011年铜缆布线系统在整个布线市场占有的份额达到80%，来自GIM市场报告也说明了铜缆布线系统在布线市场上的绝对优势。如图3所示。

综合布线系统自20世纪80年代末期进入中国市场以来，已经有超过20年的时间。早期楼宇布线采用的是100Base-T，无论是从布线系统满足网络需求方面，还是布线系统本身的质保年限都已经进入了应用的极限。因此，楼宇布线除新建项目外，早期项目综合布线系统改造所蕴藏的市场容量，必将给综合布线行业带来新的发展良机。

4.1 改造的楼宇布线系统项目

在布线系统的改造项目中，设计规划需要考虑与原有设备的兼容。考虑到原有网络设备的具体情况，这类项目将以1000Base-T千兆以太网到桌面的解决方案为主。千兆以太网的设备端口在能耗方面，选择铜缆双绞线和光纤作为传输介质的差异不大，每端口的能耗大约为3W。

对于无需考虑布线密度以及端口能耗的情况，成本具有绝对优势的铜缆双绞线将作为1000Base-T以太网的主要传输介质（数据主干部分采用少量的光缆）。在改造型楼宇布线系统项目中，水平部分将会大量使用到铜缆双绞线如Cat.5e、Cat.6，其中以Cat.6为主。如图4所示。

4.2 新建的楼宇项目布线系统

在新建的楼宇布线项目中，以6类铜缆支持1000Base-T千兆以太网到桌面的解决方案占有巨大的市场份额，另外基于10GBase-T以太网标准的万兆网络设备端口，具备自动向下兼容千兆1000Base-T、百兆100Base-T等低速率以太网的性能，万兆以太网到桌面的应用案例在2012年也出现了较大的增长。相比较数据中心，在楼宇项目中，当前桌面终端IT设备绝大部分采用基于RJ45的铜缆端口，在商业楼宇类项目中，万兆铜缆接口将具有绝对的优势。适合万兆以太网传输的铜缆双绞线将以 Cat.6A为主，其支持万兆以太网传输的距离达到100m（Cat.6支持的距离为37m）。

IEEE 802.3an发布的10GBase-T万兆以太网标准比以往类似标准增加了一个新的内容：对外部串扰的要求。由于各种屏蔽布线链路具有非常优异的外部串扰特性，其测试的外部串扰性能比标准要求平均高出10dB以上，而非屏蔽布线链路则需要通过复杂的外部串扰测试后，才能确保布线系统符合万兆传输的要求。10GBase-T以太网的传输介质—Cat.6A屏蔽系列将具有实际应用的优势。FTM Consulting的研究预测，未来五年屏蔽双绞线的增长速度达到26.4%，增速超过非屏蔽双绞线，第三方机构的预测也验证了这个方向。

5 结束语

数据中心特别是云计算数据中心由于大量采用虚拟化技术，对于网络传输延时、网络带宽、端口能耗以及布线密度的要求越来越高，而万兆以上的应用是基于铜缆双绞线传输的布线系统，在延时、端口能耗以及布线密度等方面具有一定的局限性。同时在大量采用ToR架构等因素的影响下，数据中心的布线系统中铜缆布线在很长的时间内都不具备应用优势。

相对于占布线市场80%以上的楼宇布线系统，由于对端口能耗以及布线密度的要求较低，考虑的因素更多倾向于布线网络的前期成本投入。另外由于工作区IT终端设备采用主流RJ45接口，同时基于RJ45接口具有网络向下兼容的自适应功能，且相比较光纤网络设备端口，铜缆网络设备更具有明显的价格优势。所以铜缆双绞线布线系统在较长的一段时期内，仍将是楼宇布线系统的首选。