预连接系统在数据中心的应用
2011-02-17 09:13:33
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写在前面的话
无沦是新建一个数据中心，还是改造旧有的数据中心，设计人员和安装工程师们都会有相同的问题: 预算是否会超标？这样的设计是否可靠？有空间留给将来升级吗？能否在规定的时间内施工完成，等等诸如此类。要回答这些问题会涉及到数据中心的方方面面，我们今天涉及的内容只是其中的一个部分：综合布线。综合布线这个概念已经有近20年的历史，所以我相信大家对它并不陌生。但是数据中心的综合布线因为其对安全，可靠，升级能力，密度，以及安装速度都有着特殊的需求，所以无论是在结构上还是产品应用上，都与传统的综合布线有着很大的区别，特别是在产品应用上，也是本文所要讨论的：预连接系统。首先我们来看两个统计数据，根据调查，2009年在中国约有56%的用户在会在数据中心采用预连接系统；在北美，早在2008年就有超过75%的新建或者改造数据中心采用预连接系统。目前预连接系统已经在数据中心被广泛的采用了
预连接系统
预连接光系统和预连接铜缆系统对于布线系统可以说是一种革命性的创新，通过端到端的高密度系统和即插即用的实施方式大大简化了设计和安装；模块化的设计以及支持网络平滑升级的能力，对于降低数据中心的整体费用也有莫大的好处；另外，高密度的产品，也大大节约了布线系统对于数据中心机柜空间的占用，将更的机柜空间留给服务器或者网络产品；此外无极性的光纤预连接系统也简化了数据中心的管理和维护。
正是因为预连接系统有诸多的好处，所以被大量应用在数据中心的主配线区（MDA），中间配线区（IDA），水平配线区（HDA），区域配线区（ZDA）和设备柜（EDA）之间的相互连接上。比如大芯数的144芯预连接光缆就被很多数据中心采用作为主配线区之间或者SAN存储设备Fiber Channel网络的配线系统; 一些芯数较少的（12-24）芯的预连接光缆通常会用在MDA至HDA，以及HDA至ZDA或者EDA。另外一些数据中心也会在HDA至EDA之间采用预连接铜缆系统（通常是6根，8根或者12根一捆）。
目前比较普遍采用的OM3/OM4预连接光纤系统通常能够支持10GBase的网络到300米和550米的距离，采用MPO连接器的也可以支持最新的40G/100G到100米和150米的距离，铜缆方面Cat6A类和7类预连接铜缆都能够支持100米的10GBase-T系统。
即插即用以及极性问题
一般来说，数据中心对于布线系统的工期要求都很紧张，因为有数据中心的需求就说明有大量的应用，计算或者存储需要部署。所以预连接系统即插即用的特点对于减少数据中心布线的建设周期有着很大的帮助。通常的光缆安装需要剪，剥，切，熔等一系列的现场工序，这首先对人员的素质和技术有一定的要求，同时也受到安装设备数量的限制，熔接完成后还需要进行现场的测试，这也意味着需要一定数量的测试仪表。而预连接系统的制作工序全部在工厂内完成，可以在工厂内规模化生产，另外工厂内的生产设备和测试设备无量是数量上还是质量上都远远高于现场类的设备。预连接系统运抵施工现场后，仅需要完成铺设和将预连接系统的连接器插到配线架的插座内即完成了安装。
我们做一个简单的比较，铺设1根48芯的光缆，2个施工人员，2套设备采用传统的熔纤方式，铺设需要约1个小时，熔纤加上安装的时间大约需要8个小时，一共约9小时；如果采用预连接方案，铺设1个小时，安装45分钟，节约了大概80%的时间。
对于预连接铜缆系统，通常现场端接时花费时间最多的裁线，绑扎以及端接的时间也都被节省下来，在工厂内已经完成了这些步骤。在现场只需要铺设以及连接就可以了。同样节约了大量的时间。
另外在测试环节，预连接系统在工厂内部对每一个通道都做过完整的测试，并且提供相应的测试报告，所以在现场环节就大大节省了现场测试的时间和费用。
采用预连接光纤系统的同时我们需要注意一下光纤的极性问题。我们通常在数据中心内采用的基于光传输的Ethernet或FC网络都是采用成对的光纤，一根或者一组作为收，另一根或者一组作为发。所以对于完成的一个光纤通道，必须是A发端-B接收端/B发端-A接收端。采用熔纤方式可以通过调整配线架内接线的方式来保证极性。如果是预连接光缆，就需要采用无极性的光纤预连接系统，比如罗森伯格的任意极性技术（盲插）。否则在通道存在多跳的情况下，极性的计算就会比较困难，此外如果不是无极性的预连接系统，扩容的时候也需要对极性做一些计算。如果发生错误会产生接收端-接收端/发端-发端的问题。
良好的性能与保护
预连接系统，特别是预连接光纤系统的性能要优于熔接的方式，IEEE 802.3 10GBase-SR标准对于OM3光纤通道的要求是衰减小于2.6dB。2010年最新颁布的IEEE802ba 40G/100G标准对OM3光纤的要求提高到低于1.9dB的衰减才能支持100米的传输距离，对于OM4光纤要求更是严格到低于1.5dB的衰减才能支持150米的传输距离。所以为了能更好的保证光纤通道的衰减，我们就需要节约每一点的衰减预算。尽可能的降低整个通道的衰减。所以预连接系统的优势就体现出来，因为预连接光纤系统从连接器端到端中间是没有熔接点，所以相比熔接方式，节省了两个熔接点的衰减。相比现场端接型的方案，预连接系统的连接器衰减也大大小于现场端接型连接器。
另外对于光纤的保护，预连接光纤系统分支器内的光纤外部有厚厚的复合材料或者金属保护外壳，外壳内部通常还填充固化胶水，有效的保护内部的裸光纤。比熔接方式的保护要好得多；同时预连接光缆的分支缆无论是外护套厚度，还是内部填充的纺纶的数量都远远高于尾纤，这样对于分支系统的保护也优于熔接方式。综合来看，预连接光缆无论在抗拉力，抗压力，还是对抗外部环境变化的能力上都远优于熔接的方案。对于可靠性要求很高的数据中心。预连接系统能够较好的满足数据中心对安全和可靠的要求。这也是预连接系统被数据中心大量采用的原因之一。
高密度的设计
预连接系统通常意味着高密度的产品和设计，因为预连接系统即插即用的特性使得其大大减低了对空间的占用。所以我们能够将密度作的更高，通常来讲，熔接式方案的光配线架密度一般在1HU 48芯的能力，密度的限制不光来自于前面板的空间，同时也来自内部熔纤空间的要求，密度太大对于熔纤的管理和保护要求太高。而预连接系统可以很轻松的将密度做到1HU 96芯连接的能力。
另外预连接的模块化设计，光铜一体的能力，也从总体上提高了密度，降低了配线系统对机柜空间的占用。
预连接系统的平滑升级能力
我们知道一个数据中心的布线系统不可能只用5年-10年。相比网络设备，布线系统的寿命要长的多，一般布线厂商都提供25年的质量保证。所以在规划数据中心布线的时候，必须考虑到对将来网络的升级和扩容的能力。所以在设计布线系统之初就需要对将来网络发展的大致方向有一定的了解。
先来看骨干传输方面。今年，IEEE 在6月份刚发布了最新的40G/100G标准，目前40G/100G已经在北美得到商用，同时一些主流的交换机厂商都有相应的产品。根据一些市场报告的预测，2012年开始40G/100G会开始被一些对流量要求较大的数据中心采用，比如一些视频服务商。到2016年40G/100G将占据数据中心光传输的30%。最终在2020年100%的数据中心光传输将采用40G/100G。
所以为了能使目前的系统具有升级能力，降低数据中心的整体运营成本，就要先了解一下40G和100G的布线。标准中光传输分为基于单模和多模的传输。基于单模光纤传输就布线系统相比过去的标准没有太大的变化。基于多模的则发生了较大的变化，由原来的在单对光纤上传输10G变成了在4对和10对光纤上传输40G和100G。另外对于光纤指标的要求也比过去严格了许多，除了前面提到的衰减指标，作为并行系统的另外一个重要参数：时延差，无论是OM3还是OM4 光纤传输40G和100G的时候都要求整个通道的不同光纤之间的时延差不能大于2.5ns。所以只有工厂生产的产品才能保证这样的指标。
所以采用预连接MPO-MPO光纤系统作为骨干才能够满足将来平滑升级的需求。
我们再来看一下水平铜缆布线，目前的Cat 6A类和Cat 7类预连接系统都能够支持100米的10GBase-T。目前IEEE没有关于升级基于双绞线铜缆传输的计划。不过业内早在2009年就讨论过在Cat 7类系统上运行更高速网络的可能性，不过目前看来Cat 7类线无法满足100G达到100米长度的要求，40G是可以实现的。但是系统需求的带宽远高于1Ghz，可能会达到2.5GHz，这就带来一个问题，无法在现场进行测试。目前现场类的线缆认证测试仪最高测试频率只能达到1Ghz。所以只有在工厂内加工并通过测试的预连接铜缆才有可能有能力升级到下一代网络。
预连接与其他方式的对比表：
注：此表引用自《数据中心机房布线系统工程技术应用技术白皮书》
预连接系统正因为有以上的特点，正好能够贴合数据中心对于安全，可靠，快速部署，以及升级和扩容能力的要求，相信随着国内数据中心建设的进一步深入，预连接系统会在数据中心内得到更广泛的应用。
文：罗森伯格亚太电子有限公司 周炜
本文出自 “
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