【導讀】本文將探討該領(lǐng)域不斷發(fā)展的原因，重點(diǎn)介紹數項全新的布線(xiàn)技術(shù)如何讓數據中心互聯(lián)部分對安裝商來(lái)說(shuō)能更加友好。
今年在圣地亞哥舉行的光通信峰會(huì )上，數據中心互連（DCI）領(lǐng)域的應用成為一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。數據中心互聯(lián)正成為網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域中快速發(fā)展的重要部分，近期光纖布線(xiàn)領(lǐng)域內的多個(gè)令人興奮的進(jìn)展都聚焦于此。本文將探討該領(lǐng)域不斷發(fā)展的原因，重點(diǎn)介紹數項全新的布線(xiàn)技術(shù)如何讓數據中心互聯(lián)部分對安裝商來(lái)說(shuō)能更加友好。
設計和部署極高密度的數據中心互連，最佳實(shí)踐是什么樣的？
在互聯(lián)網(wǎng)上快速搜索一下超大規?；蚨嘧鈶?hù)數據中心的支出公告，就能找到多個(gè)擴張計劃，總規模能達數十億美元。這種投資能收獲什么？ 通常，是一個(gè)數據中心園區，它由位于不同建筑物中的幾個(gè)數據機房模塊組成，這些數據機房通常比一個(gè)足球場(chǎng)還要大，數據機房之間的流量通常超過(guò)100 Tbps（圖1）。
圖1所示。示例數據中心園區布局
對于這些數據中心為什么發(fā)展得這么龐大，細節的原因有很多，但是我們可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)趨勢。第一個(gè)是機器間通信帶來(lái)的指數級東西向的流量增長(cháng)；第二個(gè)趨勢就是更扁平化網(wǎng)絡(luò )架構的應用，如脊葉結構和Clos架構網(wǎng)絡(luò )。其目標是在園區內建立一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò )結構，這也使數據中心之間的數據傳輸達到甚至超過(guò)100Tbps。
可以想象，這種規模的網(wǎng)絡(luò )建設會(huì )在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中遇到多個(gè)特別的挑戰，從電源和冷卻，到設備的連接。在網(wǎng)絡(luò )設備互聯(lián)上，已經(jīng)評估了多種方法來(lái)提供100 Tbps（甚至更高）的傳輸速率，但是普遍的模型是通過(guò)多芯單模光纖以較低的速率傳輸。需要注意的是，這些連接的長(cháng)度通常是2－3公里或更短。通過(guò)我們的建模分析，至少在未來(lái)幾年內，使用更多的光纖以低數據速率傳輸仍然是最具成本效益的方法。這個(gè)成本模型揭示了為什么行業(yè)投入如此多的錢(qián)來(lái)開(kāi)發(fā)高芯數光纜和相關(guān)的硬件。
既然我們了解了高芯數光纜的需求所在，我們就可以把注意力轉移到數據中心互連市場(chǎng)上的替代方案上了。業(yè)界一致認為帶狀光纜是這個(gè)應用領(lǐng)域唯一可行的解決方案。傳統的松管光纜和單芯光纖端接安裝時(shí)間過(guò)長(cháng)、光纖接頭熔接硬件過(guò)大而不實(shí)用。例如，使用松套管結構設計的3456芯光纜需要200多個(gè)小時(shí)才能熔接結束，假設每次熔接需要4分鐘。如果您使用帶狀光纖的配置，熔接時(shí)間下降到不到40小時(shí)。除了節省這些時(shí)間外，在相同的硬件空間占用情況下，帶狀熔接設備的容量通常是單芯光纖熔接密度的四到五倍。
一旦業(yè)界認定帶狀光纜是最好的選擇，將很快意識到通過(guò)傳統的帶狀光纜設計在現有管道空間中無(wú)法實(shí)現所需的光纖密度。因此，業(yè)內就著(zhù)手將傳統帶狀光纜內部的光纖密度提高一倍。
光纜的結構出現了兩種設計方法。第一種方法使用具有更緊密封裝子單元的標準矩陣帶，而另一種方法使用具有中心或開(kāi)槽設計的標準光纜結構設計、使用可相互疊錯的松散結合的帶狀光纖設計（參見(jiàn)圖2）。
圖2。極高密度應用下的不同帶狀光纜的設計。
既然我們了解了這些新的帶狀光纜設計，我們也必須探索端接它們的辦法和面臨的挑戰。根據美國國家電氣規范（NEC），由于該光纜僅適用于室外防火等級，因此在進(jìn)入建筑物50英尺以必須內轉換為具有室內防火評級的光纜，通常是通過(guò)將MTP?／MPO或LC帶狀尾纖（一端預先安裝連接器的光纜）或帶有耦合器及尾纖的集成硬件（硬件預先安裝了耦合器及尾纖）拼接在一個(gè)密度極高的熔纖柜中來(lái)實(shí)現的。因此，在這個(gè)應用環(huán)境中，用戶(hù)不再只是考慮室外光纜的設計，而是要針對這些昂貴和勞動(dòng)密集型的鏈路部署尋求完整的端到端的解決方案（圖3）。
圖3。 極高芯數室外光纜通過(guò)熔纖柜連接至室內光纜
在決定最佳的點(diǎn)對點(diǎn)方案時(shí)，必須對幾個(gè)因素進(jìn)行考量。時(shí)間研究表明，最耗時(shí)的過(guò)程是帶狀光纖色帶的識別和熔纖盤(pán)的光纜分支路由。“分支”指的是在開(kāi)剝光纜外皮后，帶狀光纖進(jìn)入硬件內部到熔纖盤(pán)的過(guò)程中，為了保護帶狀光纖，會(huì )用波紋管或網(wǎng)眼套管保護。隨著(zhù)光纜的光纖芯數的增加，這個(gè)步驟會(huì )變得更加耗時(shí)費力。
通常，安裝和熔接單根3456光纖鏈路需要數百英尺的波紋管或網(wǎng)眼套管。同樣的耗時(shí)過(guò)程也會(huì )應用在室內光纜上，無(wú)論它們是直熔還是熔接到提供了尾纖及耦合器的硬件上。目前市場(chǎng)上不同光纜產(chǎn)品的分支操作時(shí)間差別可以很大。
有些光纜在室內和室外光纜中都集成了可分支路由的光纜子單元線(xiàn)束，在連接到熔接盤(pán)的時(shí)候就不需要再進(jìn)行分支，而有的產(chǎn)品則需要多種配件來(lái)分支和保護光纜。這種光纜通常安裝于特制的熔纖柜上，熔纖盤(pán)設計也進(jìn)行了優(yōu)化，以匹配路由子單元的光纖數。
圖4。具有帶狀光纖束子單元的光纜。
圖5： 極高密度光纜的分支組件樣品。
另一個(gè)耗時(shí)的任務(wù)是色帶識別和正確的排序，以確保正確的熔接。因為一根3456光纜包含288條12芯的光纖帶，所以需要清晰的標識，以便在光纜外護套拆下后進(jìn)行分選。標準的矩陣色帶可以用噴墨打印機打印識別字符，而許多網(wǎng)絡(luò )設計依賴(lài)于不同長(cháng)度和數字的連接號碼來(lái)幫助識別色帶。這一步至關(guān)重要，因為大量的光纖和路由必須被識別。當光纜在初次安裝后被損壞或切斷時(shí)，這種帶狀標記在網(wǎng)絡(luò )修復方面也變得至關(guān)重要。
前瞻性的趨勢
擁有3456芯光纖的光纜看起來(lái)也只是一個(gè)起點(diǎn)，因為行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始討論超過(guò)5000芯光纖的光纜了。由于管道尺寸沒(méi)有變大，另一個(gè)新興的趨勢是使用的光纖涂層尺寸已經(jīng)從工業(yè)標準的250微米減少到200微米。纖芯和包層的尺寸保持不變，因此不影響光學(xué)性能。這種減少的光纖涂層尺寸可以在如以前相同大小的管道內，允許多鋪設數百或數千的光纖。
另一個(gè)趨勢是客戶(hù)對于點(diǎn)對點(diǎn)方案的需求不斷增長(cháng)。包含數千芯光纖的光纜解決了管道密度的問(wèn)題，但在風(fēng)險和網(wǎng)絡(luò )部署速度方面也帶來(lái)了許多挑戰。有助于消除這些風(fēng)險和降低部署速度的創(chuàng )新解決方案將繼續成熟和發(fā)展。
對極高密度光纜的需求似乎正在加速。人工智能、5G和更大的數據中心園區都在以某種方式推動(dòng)對這些數據中心互聯(lián)的需求。這些部署將繼續挑戰行業(yè)，以開(kāi)發(fā)可有效擴展的端到端解決方案，從而最大限度地利用管道資源，而不是讓問(wèn)題變得越來(lái)越麻煩。
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