400G網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)鏈路設計原則

  除了IEEE已經(jīng)完成及正在進(jìn)行的400G標準，如果加上MSA的400G應用，實(shí)際上可以參考的400GE應用不下10種。400GE網(wǎng)絡(luò )采用了更復雜的編碼方式，使布線(xiàn)鏈路的損耗預算相對10G/40G傳輸速率有所縮減。此外，網(wǎng)絡(luò )復雜性引入了更多的連接點(diǎn)，光纖傳輸鏈路中的每個(gè)連接都會(huì )引入信號的損耗。這是一個(gè)需要采用端到端通道方法的設計難題。為滿(mǎn)足鏈路性能要求，應選擇具有更低插入損耗、更好回波損耗的組件。低損耗布線(xiàn)系統解決方案可支持更長(cháng)的鏈路長(cháng)度，同時(shí)還支持實(shí)現有保障的運營(yíng)可用性所需的物理層設計。

  在ISO/IEC 11801-5標準中，針對數據中心布線(xiàn)允許使用OM3、OM4、OM5多模及OS1a、OS2單模光纜。在TIA-942-B標準中，允許使用OM3、OM4、OM5多模及單模光纜，針對400GE應用的多模光纜推薦使用OM4和OM5。

  400GE網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)的設計原則

  1)敏捷且靈活：布線(xiàn)應保證迅速敏捷的網(wǎng)絡(luò )部署，適應各種網(wǎng)絡(luò )架構，從設計上考慮現有網(wǎng)絡(luò )傳輸速率向400GE升級時(shí)的無(wú)縫連接，保證布線(xiàn)的可升級性;

  2)高密度、低損耗：在提升機架單元內布線(xiàn)器件的密度提供高密度狀態(tài)下跳線(xiàn)插拔和維護、替換的可操作性，同時(shí)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(xiàn)應支持容量規劃和部署，方便網(wǎng)絡(luò )擴容，以降低部署及未來(lái)升級成本，并可應對網(wǎng)絡(luò )發(fā)展及升級的復雜性。

  建立400G的布線(xiàn)系統，需要在規劃初期充分考慮未來(lái)發(fā)展，下方列出了400GE布線(xiàn)規劃及設計中必須要衡量的幾個(gè)因素：

  1)單通道速率布線(xiàn)設計必須考慮網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議的單通道速率。自從IEEE 802.3by 獲批以來(lái)，光模塊已開(kāi)始向25Gbps通道速率演進(jìn)。25G 通道可讓數據中心已有的10G 基礎設施發(fā)揮最大價(jià)值。更重要的是，25Gbps 通道更容易向50GE(2x25G) 和100G(4x25G)通道遷移。

  2)宜采用預端接線(xiàn)纜系統采用預端接線(xiàn)纜系統可實(shí)現數據中心快速交付。與現場(chǎng)端接的布線(xiàn)系統相比，預端接線(xiàn)纜系統的端接在工廠(chǎng)預制完成，到達現場(chǎng)后經(jīng)簡(jiǎn)單敷設后即可實(shí)現即插即用，幫助節省90% 的施工時(shí)間。根據估算，預端接線(xiàn)纜系統在處理布線(xiàn)鏈路或跳線(xiàn)的移動(dòng)、增加、變更等方面，比現場(chǎng)端接解決方案的速度快50%。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中采用的光纜連接數量增加，其價(jià)值也相應增長(cháng)。無(wú)論是單模還是多模連接系統，預端接線(xiàn)纜解決方案中的MPO/MTP 光纜連接方案都已成為數據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據速率已隨應用需求增長(cháng)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(kāi)始采用并行光纖方案，在設計和規劃時(shí)應首先預測適合數據中心400GE應用的方案，在規劃網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)時(shí)，應考慮采用并行光纖方案，通過(guò)轉接模塊可實(shí)現對雙工方案的向下兼容。

  4)光纖類(lèi)型：單模、多模、寬帶多?？刹灏喂饽K的高成本仍然限制著(zhù)單模光纖在數據中心的廣泛應用。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(jià)幅度仍不足以彌補基于單模的光鏈路的高成本。數據中心內應用單模方案趨勢增加的的兩大區域為：從接入設備直連主配線(xiàn)區的鏈路以及超大型數據中心中位于不同樓層的模塊之間的互聯(lián)。多模光纖繼續為數據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(shí)面臨傳輸距離較短的限制，但依然適用于模塊內互聯(lián)以及100m以?xún)鹊腟pine/Leaf互聯(lián)。新型的寬帶多模光纖能支持短波復用應用更長(cháng)的傳輸距離，將多模連接距離提升到150m，基本覆蓋數據中心大部分互聯(lián)鏈路的傳輸距離，可降低用戶(hù)規劃的復雜度。

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

  6)波分復用技術(shù)除了通過(guò)開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的調制方案來(lái)提升通道速度以外，也可通過(guò)增加單根光纖的通道或波長(cháng)數量的方案來(lái)實(shí)現400GE傳輸技術(shù)。20 多年以來(lái)，人們一直使用WDM，通過(guò)減少光纖數量來(lái)提升遠程網(wǎng)絡(luò )的數據速率。

  7)MPO/MTP系統的Pin針及極性MPO/MTP應用中，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。選擇統一的MPO極性管理方法。

  8)智能系統自動(dòng)化基礎設施管理(AIM) 系統可以通過(guò)為物理層和所有連接設備提供精準映射，大大促進(jìn)遷移進(jìn)程。針對AIM的ISO/IEC 18598 標準已于2017 年獲得批準。AIM 系統會(huì )自動(dòng)監測和記錄所有在用的端口和光纖鏈路，幫助用戶(hù)在擴容和網(wǎng)絡(luò )升級時(shí)了解光纖鏈路的利用率和可操作性。反之，AIM系統可以幫助用戶(hù)在規劃時(shí)確認空閑的光纖線(xiàn)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(xiàn)鏈路設計時(shí)，需要考量400GE應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系列標準要求