数据中心互连的布线进展

大卫·海松，康宁公司

数据中心互连(DCI)应用是最近在圣地亚哥举行的光纤通信会议上的一个热门话题。作为网络领域中一个重要且快速增长的部分，该领域一直是光纤布线领域几个令人兴奋的进展的焦点。本文将探讨该领域增长的一些原因，并重点介绍几种旨在使该领域对安装人员更友好的新布线技术。

在互联网上快速搜索大型超大规模或多租户数据中心的支出公告，会返回几个扩展计划，总计数十亿美元。这种投资能给你带来什么?通常，这个答案是一个数据中心园区，由位于不同建筑物中的几个数据大厅组成，这些数据大厅通常比足球场还大，并且它们之间通常有超过100 Tbps的数据流(图1)。

不必深入研究这些数据中心增长如此之大的原因，我们可以将其简化为两个趋势。首先是机器对机器通信带来的东西流量指数增长。第二个趋势与扁平化网络架构的采用有关，例如spine-and-leaf或Clos网络。我们的目标是在园区内建立一个大型网络结构，这将推动对100tbps或更大数据流的需求。

正如您可以想象的那样，在这种规模上进行构建会在整个网络中引入几个独特的挑战，从电源和冷却到用于将设备连接在一起的连接。在最后一点上，已经评估了多种方法来提供100 Tbps(甚至更高)的传输速率，但普遍的模型是在许多单模光纤上以较低的速率传输。重要的是要注意，这些长度通常是2-3公里或更短。建模表明，至少在未来几年内，在更多光纤上使用更低的数据速率仍将是最具成本效益的方法。这个成本模型说明了为什么这个行业要投入如此多的资金来开发高光纤数量的电缆和相关硬件。

现在我们了解了对高光纤数电缆的需求，我们可以将注意力转向市场上数据中心互连的替代方案。业界一致认为，带状电缆是该应用领域唯一可行的解决方案。传统的松管电缆和单光纤拼接将花费太长时间来安装，并导致拼接硬件太大而不实用。例如，使用松管设计的3456根光纤电缆，假设每次接头4分钟，则需要200多个小时才能终止。如果使用带状电缆配置，则拼接时间缩短至40小时以下。除了节省时间之外，带状接头外壳在相同的硬件占地面积下，与单光纤接头密度相比，通常具有四到五倍的接头容量。

一旦行业确定带状电缆是最佳选择，就会很快意识到传统的带状电缆设计无法在现有管道中达到所需的光纤密度。因此，该行业开始着手将传统带状电缆的光纤密度提高一倍。

出现了两种设计方法。第一种方法使用具有更紧密可封装亚单元的标准矩阵带，另一种方法使用具有中心或开槽芯设计的标准电缆设计，具有松散粘合的网状设计带，可以相互折叠(见图2)。

既然我们了解了这些新的带状电缆设计，我们还必须探索终止它们的挑战。由于电缆带有外部工厂(OSP)火焰等级，因此根据国家电气规范(NEC)，它们必须在建筑物入口50英尺内转换为内部工厂(ISP)额定电缆。这通常通过拼接预先终止的MTP来完成^®/MPO或LC带状尾纤(一端预装连接器的电缆)或存根硬件(预装尾纤电缆的硬件)在极密度拼接柜中。在这个应用程序中，最终用户不再只是评估OSP电缆设计，而是为这些昂贵且劳动密集型的链路部署提供完整的端到端解决方案(图3)。

在决定最佳的tip-to-tip方法时，必须评估几个方面。时间研究表明，最耗时的过程是条带识别和分叉，以准备条带进入拼接盘。“分叉”指的是移除电缆护套的过程，以保护带管或网，因为它们在硬件内部路由到接头托盘。随着电缆光纤数的增加，此步骤将变得更加耗时。

通常，需要数百英尺的网或油管来安装和拼接一条3456光纤的链路。ISP电缆也必须完成同样耗时的过程，无论它们是尾纤电缆还是存根硬件。目前市场上的电缆在分叉时间上差别很大。有些在OSP和ISP电缆上都包含可路由光纤子单元(图4)，不需要分叉就可以将光纤带到接头托盘，而另一些则需要多个分叉套件来保护和布线带状(图5)。具有可路由子单元的电缆通常安装在专用的接头柜中，该接头柜中优化了接头托盘，以匹配可路由子单元的光纤数量。

另一个耗时的任务是色带识别和正确排序，以确保正确的拼接。3456根光缆一共有288根12纤的布带，布带上必须有清晰的标签，以便在剥去电缆外护套后进行分类。标准矩阵色带可以用喷墨打印识别打印声明，而许多网络设计依赖于不同长度和数字的破折号来帮助识别色带。这一步是至关重要的，因为必须识别和路由的光纤的大小。当电缆在初始安装后损坏或切断时，这种色带标签在网络修复方面也变得至关重要。

3456根光纤的电缆看起来只是一个起点，因为超过5000根光纤的电缆已经被讨论过。由于导管尺寸没有变得更大，另一个新兴趋势是使用涂层尺寸从行业标准的250微米减小到200微米的纤维。光纤芯和包层尺寸保持不变，因此不影响光学性能。这种纤维涂层尺寸的减小可以允许在相同尺寸的导管中添加数百或数千根额外的纤维。

另一个趋势将是客户对小费到小费解决方案的需求不断增长。在电缆中插入数千根光纤解决了管道密度问题，但在风险和网络部署速度方面带来了许多挑战。有助于消除这些风险并降低部署速度的创新解决方案将继续成熟和发展。

对超高密度电缆的需求似乎在加速增长。机器学习、5G和更大的数据中心园区都在推动对这些DCI链路的需求。这些部署将继续挑战行业开发尖端到尖端的解决方案，这些解决方案可以有效地扩展，以最大限度地利用管道，同时不会变得越来越麻烦。