400G網(wǎng)絡(luò)布線鏈路設(shè)計原則

  除了IEEE已經(jīng)完成及正在進(jìn)行的400G標(biāo)準(zhǔn)，如果加上MSA的400G應(yīng)用，實際上可以參考的400GE應(yīng)用不下10種。400GE網(wǎng)絡(luò)采用了更復(fù)雜的編碼方式，使布線鏈路的損耗預(yù)算相對10G/40G傳輸速率有所縮減。此外，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性引入了更多的連接點，光纖傳輸鏈路中的每個連接都會引入信號的損耗。這是一個需要采用端到端通道方法的設(shè)計難題。為滿足鏈路性能要求，應(yīng)選擇具有更低插入損耗、更好回波損耗的組件。低損耗布線系統(tǒng)解決方案可支持更長的鏈路長度，同時還支持實現(xiàn)有保障的運營可用性所需的物理層設(shè)計。

  在ISO/IEC 11801-5標(biāo)準(zhǔn)中，針對數(shù)據(jù)中心布線允許使用OM3、OM4、OM5多模及OS1a、OS2單模光纜。在TIA-942-B標(biāo)準(zhǔn)中，允許使用OM3、OM4、OM5多模及單模光纜，針對400GE應(yīng)用的多模光纜推薦使用OM4和OM5。

  400GE網(wǎng)絡(luò)布線的設(shè)計原則

  1)敏捷且靈活：布線應(yīng)保證迅速敏捷的網(wǎng)絡(luò)部署，適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從設(shè)計上考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳輸速率向400GE升級時的無縫連接，保證布線的可升級性;

  2)高密度、低損耗：在提升機架單元內(nèi)布線器件的密度提供高密度狀態(tài)下跳線插拔和維護(hù)、替換的可操作性，同時以低損耗的器件確保更高通道速度所需的信號性能;

  3)可擴展：布線應(yīng)支持容量規(guī)劃和部署，方便網(wǎng)絡(luò)擴容，以降低部署及未來升級成本，并可應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及升級的復(fù)雜性。

  建立400G的布線系統(tǒng)，需要在規(guī)劃初期充分考慮未來發(fā)展，下方列出了400GE布線規(guī)劃及設(shè)計中必須要衡量的幾個因素：

  1)單通道速率布線設(shè)計必須考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的單通道速率。自從IEEE 802.3by 獲批以來，光模塊已開始向25Gbps通道速率演進(jìn)。25G 通道可讓數(shù)據(jù)中心已有的10G 基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮最大價值。更重要的是，25Gbps 通道更容易向50GE(2x25G) 和100G(4x25G)通道遷移。

  2)宜采用預(yù)端接線纜系統(tǒng)采用預(yù)端接線纜系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心快速交付。與現(xiàn)場端接的布線系統(tǒng)相比，預(yù)端接線纜系統(tǒng)的端接在工廠預(yù)制完成，到達(dá)現(xiàn)場后經(jīng)簡單敷設(shè)后即可實現(xiàn)即插即用，幫助節(jié)省90% 的施工時間。根據(jù)估算，預(yù)端接線纜系統(tǒng)在處理布線鏈路或跳線的移動、增加、變更等方面，比現(xiàn)場端接解決方案的速度快50%。隨著網(wǎng)絡(luò)中采用的光纜連接數(shù)量增加，其價值也相應(yīng)增長。無論是單模還是多模連接系統(tǒng)，預(yù)端接線纜解決方案中的MPO/MTP 光纜連接方案都已成為數(shù)據(jù)中心普遍選擇的方案。

  3)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口形式是雙工還是并行光纖由于數(shù)據(jù)速率已隨應(yīng)用需求增長而提高，一些40GE速率以上的方案已向采用并行光纖，400GE的多模解決方案目前全部基于并行光纖方案，一些400GE單模解決方案也開始采用并行光纖方案，在設(shè)計和規(guī)劃時應(yīng)首先預(yù)測適合數(shù)據(jù)中心400GE應(yīng)用的方案，在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)布線時，應(yīng)考慮采用并行光纖方案，通過轉(zhuǎn)接模塊可實現(xiàn)對雙工方案的向下兼容。

  4)光纖類型：單模、多模、寬帶多模可插拔光模塊的高成本仍然限制著單模光纖在數(shù)據(jù)中心的廣泛應(yīng)用。雖然新技術(shù)和制造效率都能幫助降低單模光模塊的成本，但降價幅度仍不足以彌補基于單模的光鏈路的高成本。數(shù)據(jù)中心內(nèi)應(yīng)用單模方案趨勢增加的的兩大區(qū)域為：從接入設(shè)備直連主配線區(qū)的鏈路以及超大型數(shù)據(jù)中心中位于不同樓層的模塊之間的互聯(lián)。多模光纖繼續(xù)為數(shù)據(jù)中心提供更具吸引力的性能、密度和成本平衡。多模光纖在400GE傳輸時面臨傳輸距離較短的限制，但依然適用于模塊內(nèi)互聯(lián)以及100m以內(nèi)的Spine/Leaf互聯(lián)。新型的寬帶多模光纖能支持短波復(fù)用應(yīng)用更長的傳輸距離，將多模連接距離提升到150m，基本覆蓋數(shù)據(jù)中心大部分互聯(lián)鏈路的傳輸距離，可降低用戶規(guī)劃的復(fù)雜度。

  5)調(diào)制方案400GE傳輸大量采用PAM-4調(diào)制方案。與NRZ(二進(jìn)制調(diào)制)相比，PAM-4 支持兩倍固定帶寬傳輸容量。它的簡便性和低功耗特性仍使其成為最具前景的400G調(diào)制技術(shù)之一。然而，PAM-4方案需要更高的信噪比(SNR)，對布線鏈路的傳輸性能提出更高的要求。

  6)波分復(fù)用技術(shù)除了通過開發(fā)更先進(jìn)的調(diào)制方案來提升通道速度以外，也可通過增加單根光纖的通道或波長數(shù)量的方案來實現(xiàn)400GE傳輸技術(shù)。20 多年以來，人們一直使用WDM，通過減少光纖數(shù)量來提升遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速率。

  7)MPO/MTP系統(tǒng)的Pin針及極性MPO/MTP應(yīng)用中，所有MPO/MTP連接器之間需要正確處理帶針MPO/MTP和不帶針MPO/MTP之間的耦合連接。選擇統(tǒng)一的MPO極性管理方法。

  8)智能系統(tǒng)自動化基礎(chǔ)設(shè)施管理(AIM) 系統(tǒng)可以通過為物理層和所有連接設(shè)備提供精準(zhǔn)映射，大大促進(jìn)遷移進(jìn)程。針對AIM的ISO/IEC 18598 標(biāo)準(zhǔn)已于2017 年獲得批準(zhǔn)。AIM 系統(tǒng)會自動監(jiān)測和記錄所有在用的端口和光纖鏈路，幫助用戶在擴容和網(wǎng)絡(luò)升級時了解光纖鏈路的利用率和可操作性。反之，AIM系統(tǒng)可以幫助用戶在規(guī)劃時確認(rèn)空閑的光纖線纜和交換機端口，并將空閑資源用于并行-雙工遷移。

  典型400G光纖鏈路的示意圖：

  信道的損耗要求：

  在進(jìn)行400GE布線鏈路設(shè)計時，需要考量400GE應(yīng)用的傳輸距離和鏈路損耗等要求，傳輸距離和鏈路損耗要符合如下技術(shù)要求。表：源于ISO/IEC TR 11801-9908草案，各MSA及IEEE系列標(biāo)準(zhǔn)要求