基于光分配网络ODN的数据中心设计

黄 云，金 谷

（杭州萧山国际机场，杭州 311207）

“十二五”末，沿海城市地区将实现家庭和政企用户光网全覆盖，光纤入户（FTTH，即接入带宽达到100M以上）超过1亿，居世界领先水平，该进程将加快推进城市系统中个人、物和组织之间的物联化和互联化，以塑造智慧城市[1-4]。在城市光纤化的过程中，每个企业都将不可避免地面对网络基础设施升级的需求，而更换现有的网络基础设施是一项复杂而耗力的工程，一次到位地投资高性能网络具有更高的性价比与可操作性，投资高性能网络比投资基础铜缆网络将为企业信息化发展提供更为广阔的空间，避免短期内遭遇带宽瓶颈。

1 网络基本架构

经济和科技的不断发展，使得用户对网络带宽和高速稳定的要求越来越高，铜线宽带已受到严重挑战，光进铜退的趋势不可避免，光网大潮已经面临。FTTx技术主要用于接入网络光纤化，范围从区域电信机房的局端设备到家庭和政企用户终端设备。局端设备为光线路终端（optical line terminal，OLT），用户端设备为光网络单元（optical network unit，ONU）或光网络终端（optical network terminal，ONT）。根据光纤到用户的距离来分类，FTTx可分成光纤到交换箱（fiber to the cabinet，FTTCab）、光纤到路边（fiber to the curb，FTTC）、光纤到大楼（fiber to the building，FTTB）及光纤到户（fiber to the home，FTTH）4种服务形态。美国运营商Verizon将FTTB及FTTH合称光纤到驻地（fiber to the premise，FTTP）。

FTTx系统由局端机房设备﹙OLT﹚、用户端光网络单元（ONU）、光配线网（ODN）三个部分组成。光分配网络（ODN）简称光配线网（optical distribution network）作为FTTx系统的重要组成部分，是OLT和ONU之间的无源器材光传输物理通道，通常由光纤光缆、光连接器、光分路器以及安装连接这些器件的配套设备组成。OLT节点选择因素归结为经济性、目的性、协调性和前瞻性，故而其使用年限一般只有5～10年，ODN使用年限20～30年，ONU使用年限仅有3～5年。由于ODN应保证几十年的可靠使用，短期内难以暴露的潜伏质量问题，一旦爆发则解决难度极大，故其质量问题应充分重视[5-6]。

FTTH网络中网络设备组网简单，ODN实际上已经成为网络投资的主体，在FTTH初期建设投资中超过90%，而且ODN网络更靠近用户，全线路中超过80%投资处于建筑物内部[6-7]。ODN与铜缆每线造价、接入设备对比如表1～表2所示。

表1 每线造价对比（不含终端）Tab.1 Cost comparison of each line（without terminal）

表2 投资构成对比（不含终端）Tab.2 Investment form contrast（without terminal）

因此在做方案报价之前往往要先设计ODN，影响ODN参数主要是光能量的衰减，原因可分为吸收衰减、散射衰减和其它衰减，其计算方式为光经过光纤的输出光功率与光进入光纤时输入光功率的比值，用dB数来表示

dB＝－10log[（power-out）÷（power-in）]

随着FTTH建设的不断深入的推进，为了符合光纤网的应用需求，ODN产品也增加了新的技术，对其中部分传统光缆网所使用的产品如光纤配线架、光缆交接箱、接头盒等赋予了新定义，ODN产品形态也从单一解决方案向多样化发展，如设计系列化、兼容性产品、低成本制造和大批量销售等。同时，ODN的管理也从传统ODN向智能ODN发展，如智能网管、全网管理、光纤管理、快速开通、快速维护等。ODN的建设不仅要具有兼容性、扩展性、可靠性，还必须符合PON技术的不断深入[8-10]。

2 杭州萧山国际机场ODN设计方案

以信息（ITC）楼为中心，主要覆盖国内（T1）航站楼、国际（T2）航站楼、机场运行中心（AOC）、空管楼（ATC）、行政综合楼、联检单位大楼（海关、边检、检验检疫、国安等）、公安楼、货站、国航基地等功能区，充分考虑以后的扩展，为整个机场的运营使用提供可靠保障。场区主干通信光电缆敷设、上架及相应管道铺设等，主要为机场各功能建筑之间提供数据、图像、语音传输链路，是弱电信息系统的基础。本工程采用浙江南方通信集团生产的通信光电缆，主干光缆采用美国“康宁”纤芯，作为馈线光缆；国际（T2）航站楼共设置有一个进线间、一个主配线间（PCR）、5个分配线间（SCR）和海关、卫检、边防、国安、公安联检单位机房。主干光纤采用美国西蒙产品作为配线光缆，均支持万兆以太网应用。水平布线采用6类UTP永久链路连接或单模光纤至用户信息点作为入户光缆。

2.1 ODN组网方式的选择

ODN规划设计解决的问题是选定最经济的局所，根据用户的分布和线路最短的原则合理配署馈线段光缆、配线光缆、主接配线和分纤设备，如图1所示。

图1 ODN规划设计示意图Fig.1 Schematic diagram of ODN planning and design

ODN规划设计的关键——CO布放位置选择（以本文信息（ITC）楼为中心），主要取决于实际的应用场景，要充分体现PON的长距离覆盖特性，综合考虑光缆分配点、用户接入点、终端设备放置点以及光缆的路由。常见的ODN规划策略主要有：

1）自上而下从CO向用户终端规划

优点：工程能快速实施。

缺点：CO所覆盖的用户数与实际用户数可能有很大出入，节点位署选择不经济，造成光纤资源不足或浪费。

2）自下而上从CO向用户终端规划

优点：规划切合实际，对实际施工具有指导意义。

缺点：用户分比及业务需救济数据较难收集，时间周期较长。

3）上下结合从CO及ONT两端同时收集数据开始向中间规划

一般来说，ODN规划应遵循自下而上的规划方式，但若项目时间紧，任务重，也可采用“自下而上”和“自上而下”的组合方式。

2.2 分光器布放位置

1）CO处

优点：便于管理和维护。

缺点：光纤的用量比较大；实施费用比较高。

2）室外机柜处

优点：网络适应性比较强，驻地分配网络的费用比较低，利用率比高。

缺点：入户光纤的用量比较大。

3）各机务楼机房处

优点：集中分光，便于安装，网络结构比较简单，用户密度比较高的时候总的建设费用较低。

4）楼内

优点：节省大量的光纤。

缺点：PON端口的利用率不是很高，比较适合密度较高的建筑。

2.3 分光模式选择

1）一级分光

优点：便于管理、测试和维护，光纤路由灵活方便，插入损耗低，光功率衰减小，PON口利用率较高。

缺点：光纤分配点需要合理选取，否则可能造成配线段光缆消耗比较高。

光分纤的配置应根据单位用户数进行选择，一般采用24芯和48芯两种规格。

2）二级分光优点：网络的灵活性较高，有效节省配线段光缆。缺点：插入损耗高，线路维护点增多，故障定位较复杂，维护成本提高。

2.4 ODN器件、光缆、线路、配套等规划和组网器件的选型和设置

ODN主要由光纤光缆、光衰减器、光纤接头、光连接器、分光器等无源光器件组成。ODN工程中使用的光配线架、光交接箱、光配线箱、光分路器、光分纤盒等设备，内部集成了不同数量不同种类的无源光器件，以满足光纤部署和管理的需求。

ODN的基本架构包括从局端机房的ODF架到光缆分配点的馈线段，作为主干光缆，实现长距离覆盖称为馈线光缆；从光缆分配点到用户接入点的配线段，对馈线光缆的沿途用户区域进行光纤的就近分配称为配线光缆；用户接入点到终端的入户段，实现光纤入户称为入户光缆。即所谓的“四点三段”：机房点、汇聚点、接入点、用户点和主干（馈线）段、配线段、入户段[5]，如图2所示。

图2 四点三段Fig.2 Four point three section

1）馈线段：根据实际情况采用不同室外单模光缆，这块和传统的城域光网没有区别，根据规划进行选用一般采用G.652D光纤。主要考虑因素是路径情况，在路径紧张的情况下可选择三种光缆：雨水管道光缆、开槽浅埋光缆和微型气吹光缆。

2）配线段：配线光缆是用于将汇聚点和接入点进行连接的部分，为单模多芯室内光缆的使用，宜采用方便进行室内施工以及在垂直布放时无油膏滴流隐患。经过光分后靠近用户端配线的光缆场景复杂、产品型式多样。

3）入户段：入户段光缆现在一般均为蝶形光缆，也叫入户皮线光缆。和配线光缆在箱内分别成端，据业务光发展情况将引入光缆、二级光分路器光口、入户皮线光缆进行插接。需要良好的抗拉伸、抗弯曲和抗侧压特性，便于在楼内穿管布放、现场端接，缆芯一般采用具备微弯曲功能的G.657光纤。

4）机房点（CO）：一般为跳纤、设备机柜、光配线架、光纤管理等产品，进口产品已出现了大容量、高密度且易于调度的光配线架，更适合大容量机房的光纤管理。

5）汇聚点（LCP）：汇聚点为馈线光缆分解为配线光缆的地方，一般而言为规划的光配线架、光缆交接箱、光缆接头盒、光分路器等城域光网的关键节点，覆盖一定范围内的单位用户。故所采用的产品需考虑到覆盖范围内单位用户接入的需求，容量需予以保证。一般会建设综合布线主机房同时还要考虑到光分路器的安装空间。

6）接入点（DP）：为配线光缆分解为入户光缆的节点。由光缆接头盒、光纤DP盒、光分配箱、光分路器、现场连接器等组成，需应对复杂的用户接入环境和需求，产品形态也是丰富多样。因此必须便于安装和操作、符合用户快速接入的要求。一般为各种箱体，具备光分路器的集成能力、具备冷接技术的使用能力等。

7）用户点（Home）：最终用户所在地点，符合用户室内使用的各种产品。独立的需要设置终端设备的区域，有一个或多个光纤端接插座、面板、连接到终端设备的超强抗挠、抗压的光纤跳线组成。

3 ODN项目建设关键应考虑的因素

2006年底中国民用航空局提出了信息安全与空防安全同等重要。要做好信息安全工作，其中一个基础环节就是布线系统。光分配网络有机场建设项目普遍的特点，机场综合布线系统要能够适应较复杂的空间使用环境，保证不受高频电气设备、空间电磁波辐射干扰，并保证在综合布线系统中传输的各类信号之间互不干扰。同样，也是工程实体的单件性、固着性和建设的长期性，因此更要注重系统安全的综合性和完整性。从布线线路的规划管理到从子网划分和互连策略都离不开布线系统。综合布线的质量好环、性能高低是非常关键的，这是机场行业所决定的。所以在ODN设计时要考虑以下因素。

1）基于需求驱动、业务发展的用户类型预测，如表3所示。

表3 不同业务类型的带宽需求Tab.3 Bandwidth requirements of different traffic types

2）基开通渗透率用户类型及数量预测于带宽需求的增长，包括：楼宇类型、楼宇结构、楼宇面积、楼宇数量、每栋楼用户数、住宅用户数、商铺数、总面积等。

3）现有资源的利旧。土建资源：交通道路、通信沟槽、机房、楼内电信间、竖井。管道资源：光缆管道。铜缆资源：与原有铜缆资源的共存、连接及融合。利旧资源的获取：电信、市政、交通。

4）运维检测。含工程跳纤、布线、路由管理实施规范；物料清洁、防护质量；设备对接、匹配；业务与软件。

5）ODN运维检测－链路光衰预算，如表4所示。

6）线路测试验收标准，如图3所示。

图3 线路测试验收标准Fig.3 Line test acceptance criteria

a.施工界面到用户室内ONT时：

使用光源和光功率计测试——OLT和ONT之间链路的损耗应不大于25 dB；

使用OTDR测试——线路中反射点的回损应不小于40 dB。

b.施工界面在分纤盒时

蝶形光缆直连ONT时——OLT至分纤盒法兰端口之间的链路损耗应不大于24 dB；

表4 ODN运维检测－链路光衰预算Tab.4 Operation and maintenance budget of ODN detection-Link failure

信息面板+跳线连接ONT时——OLT至分纤盒法兰端口之间的链路损耗应不大于23.5 dB。

7）入户段改造与新建项目，需考虑的问题是不一样的，如表5所示。

8）施工方需考虑要点：配线光缆和入户光缆；小区或大楼是否有机房/电信间/竖井；小区内如何布放光缆，微槽还是架空；末端如何解决弯曲问题－－垂直布线系统、低摩擦入户缆、超柔光纤。

表5 新旧项目差异Tab.5 Difference between old and new projects

4 ODN工程施工注意问题

1）在ODN阶段采用分阶段的施工模式，实现第一期工程的快速检测和竣工，将繁杂的入户段光缆的施工放置在后期进行执行，如图4所示。

图4 ODN工程施工阶段Fig.4 ODN engineering construction stage 1

2）光缆施工工艺有别于铜缆，在其性能的保障上需更为精细，弯曲度、应力、压力、拉力、光纤连接点的处理都对光缆的施工工艺提出了更高的要求，特别是在今后大面积光缆覆盖的情况下，不但要考虑光缆线路质量满足线路开通的需要，还需考虑长期使用的性能和寿命。因此光纤连接（非融纤，条用法兰盘连接时）需要通过ODF架固定，不能散乱放置。

3）室内光纤（如：分光器黄色尾纤部分），多余光纤需要通过盘纤架固定，盘纤半径最小为6 cm，并禁止受外力牵扯或挤压。

4）多根光纤并行走线需固定时，注意固定用捆绑不能太紧，避免光纤挤压、光损造成不可用。

5）预留光纤不用时，一要盖好防法帽，防止尘土污染、水气浸入导致光纤不可用，连接两段光纤时必须先用酒精棉清洁端面。

6）通过法兰盘或其他方式连接光纤时，一要检查连接可靠性，确保安装卡口到位，光纤未插紧会导致连接不稳定，端面尘土、水气侵入导致光路损耗太大甚至不可用。

5 实例

杭州萧山国际机场国际（T2）航站楼于2010年5月建成。国际航站楼总建筑面积为9.5×104m2，国际航站楼综合布线系统采用的是美国西蒙MAPITG2智能综合布线系统，它使用6类非屏蔽双绞线、单模光纤、模块化组合压接，以连接航站楼内的语音设备、数据设备、电子通信设备和网络交换设备等。共有6000个信息点，设一个主配线间PCR和5个子配线间SCR，共有50个机柜，其中铜缆配线架337个，光缆配线168个，铜缆配线使用的是传统配线架，168个光纤配线架为电子智能配线架。MAPITG2智能综合布线系统采用图形化管理界面，具有组态编辑功能，管理系统图标与实际布线元器件一致，可以进行多用户连接及远程登录等，进行布线系统实时管理。能自动侦测监控链路上的各种设备，自动生成反映整条监控链路的相关报告，反映系统运行状况。系统除自身特定通讯口外还具有以太网络接口，支持TCP/IP等网络协议，连接组网方便。系统提供实时布线设施信息，可用于监测布线系统的移动、增加和改动过程，以便自动完成布线线路勘测、创建工作单。系统适应管理人员批量变更布线系统的需求，能够自动识别非顺序插拔的连接关系。航站楼是机场建设中最复杂的多功能综合体，涉及20多个民航信息业务子系统和弱电子系统，设备种类多，分布区域广，公共空间大，应用变化多变。综合布线系统由民航机场（成都）电子工程设计所完成初步设计，系统易于变换网络拓扑结构（星型、总线、环型等），完全不受计算机站点位置变换及所连接的应用设备布局的变化影响，能方便构成不同的逻辑子网或网段。主设备间子系统由PCR的主光缆配线架、进线光缆配线架、主大对数电缆配线架、进线大对数电缆配线架、配线系统大对数电缆配线架、48口电子数据配线架及相关的布线部件等组成。为1个进线间、1个PCR、5个SCR以及海关、边防、卫检、国安联检单位的监控机房。数据主干为（60芯、144芯）外场进来的馈线光缆经1层进线间的光缆熔接箱引至2层PCR间以及海关、边防、卫检、国安联检单位的监控机房。PCR与SCR间以及海关、边防、卫检、国安联检单位的监控机房引至分管单位墙装配线架，均由（12芯或24芯室内）单模配线光缆连接（如图5所示），以便满足航站楼多个系统的网络架需要。楼内机房与各配线间数据主干线采用单模光纤，提供高品质数据传输通道，支持万兆位以太网的应用。由浙大网新系统工程有限公司约469万元中标完成国际航站楼综合布线系统工程施工。该系统的设计、制造、检验、测试、验收等标准符合国际标准化组织及国内相关行业已实施的标准，符合基于光缆的10 G以太网标准IEEE 802.3ae；同时还符合中国民航标准：MH国际民航组织；国际航空运输协会；美国运输部联邦航空局等规范。采用科学综合布线技术，将计算机网络和集团电话网络高效、灵活地结合：维护保障人员可自行操作，只需要简单地改变一根跳线，即可在计算机网络和集团电话系统之间灵活切换。完全满足单位用户未来的业务的发展需要。

图5 主机房局部布线图Fig.5 Host of read local wiring diagram

6 结语

随着FTTH光网建设规模的不断扩大，各种ODN光分配网络建设场景和产品需求层出不穷，使网络系统逐步进入光进铜退的阶段。从日本、韩国等光网业务发展较好的国家来看，宽带业务的种类都非常丰富，不仅有高速宽带上网，VOIP等基本业务而且还有IPTV、可视电视、病毒检查、国际漫游、网络新闻、绿色上网等，为高速宽带提供了高网络承载能力。综合布线是信息社会的高速公路，它的作用相当于人体上的中枢网络神经，它延伸到哪里，人体功能才能伸展到哪里。航站楼是机场建设中最复杂的多功能综合体，涉及20多个民航信息业务子系统和弱电子系统，设备种类多，分布区域广，公共空间大，应用变化多变。物联网技术、数字技术的快速发展，机场成为各类高新技术产品云集的地方，也成为科学技术发展成果的一个缩影。因此综合布线系统的地位越来越重要，它的需求不断地呈上升趋势，杭州萧山国际机场综合布线系统的建设和保障能力达到国内10大机场综合布线应用的平场水平。经国家工程建设质量奖审定会审定，杭州萧山国际机场二期扩建项目一阶段国际航站楼和地下车库及新老航站楼连廊工程荣获2010—2011年度国家优质工程银质奖。

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