曹強(qiáng)

（耐克森綜合布線系統(tǒng)(亞太區(qū)）技術(shù)應(yīng)用工程師）

1 引言

涉及數(shù)據(jù)中心布線的ANSI/TIA-942-A 2012、BS EN 50173-5:2007 +A2 2012、ISO/IEC 24764 Edition 1.0 2010標(biāo)準(zhǔn)中均提及要求以LC、MPO連接器作為光連接器；在2010年6月發(fā)布的IEEE 802.3 ba標(biāo)準(zhǔn)也明確定義了MPO作為40G/100G光傳輸物理接口的各項(xiàng)參數(shù)，且最低需采用多模OM3光纖材質(zhì)。

因此，根據(jù)上述的主要標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)行的數(shù)據(jù)中心的40G/100G光傳輸解決方案包括多種衍生的解決方案，全部都是基于陣列式光纜和MPO接插件技術(shù)。

注：MPO型連接器是USconec公司的Toshiaki Satake發(fā)明的。MPO是英文Multifiber Push-On/Pull-Off的縮寫，表示多芯推拉自鎖光纖連接器。MTP是USconec 公司注冊的MPO連接器的品牌，特指其生產(chǎn)的高性能MPO連接器。

MPO連接器的配置、插針、插芯、適配器等組件物理規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)可參考閱讀：BS EN 61754-7:2008 Fibre optic interconnecting devices and passive components - Fiber optic connector interfaces - Part 7: Type MPO connector family

IEEE 802.3 ba標(biāo)準(zhǔn)明確指出了采用OM3和OM4光纖的MPO陣列式光纜及組件關(guān)于能夠支持的40G/100G的最大傳輸距離分別為100m和150m。

另外，在2013年9月發(fā)布的IEEE 802.3 bm標(biāo)準(zhǔn)初稿已經(jīng)初步定義了下一代40G/100G傳輸?shù)碾r形，降低了100G傳輸?shù)某杀竞凸?，預(yù)計(jì)該標(biāo)準(zhǔn)將會在2014年底或2015年初正式發(fā)布。

本文將會對以下幾個(gè)方面的應(yīng)用做詳細(xì)說明：

1）現(xiàn)行的40G光傳輸解決方案；

2）現(xiàn)行的100G光傳輸解決方案；

3）MPO傳輸?shù)臉O性；

4）現(xiàn)行的10G-40G/100G兼容和未來升遷方案；

5）下一代100G光傳輸解決方案。

2 現(xiàn)行的40G光傳輸解決方案

依據(jù)現(xiàn)行的IEEE 802.3 ba標(biāo)準(zhǔn)，40GBASE-SR4是按以下方式通過MPO光纜和連接器進(jìn)行傳輸?shù)模?條12芯MPO光纜及連接器中，其中4芯用于發(fā)送信號，另外4芯用于接收信號；Tx1對應(yīng)Rx12、Tx2對應(yīng)Rx11、Tx3對應(yīng)Rx10、Tx4對應(yīng)Rx9，以4條10G并行的光鏈路組成1條40G光鏈路（如圖1所示）。

圖1

目前耐克森的40G光傳輸解決方案，按2節(jié)點(diǎn)方式采用的是圖2所示結(jié)構(gòu)。

圖2

主干采用MPO預(yù)端接光纜，兩端均為Key up-Key up，極性B，兩端陽極接頭；兩端的耦合器采用MPO耦合器，兩端均為Key up-Key down，極性A；兩端的跳線采用MPO預(yù)端接跳線，兩端均為Key up-Key up，極性B，兩端陰極接頭。

即兩端采用相同的MPO耦合器和相同的MPO跳線。如圖3所示。

圖3

3 現(xiàn)行的100G光傳輸解決方案

依據(jù)現(xiàn)行的IEEE 802.3 ba標(biāo)準(zhǔn)，100G BASE-SR10是按以下2種方法和3種結(jié)構(gòu)通過MPO光纜和連接器進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

方法1：一條24芯MPO光纜及連接器中，其中10芯用于發(fā)送信號，另外10芯用于接收信號；Rx2對應(yīng)Tx23，Rx3對 應(yīng) Tx22，Rx4對 應(yīng) Tx21，Rx5對 應(yīng) Tx20，Rx6對應(yīng) Tx19，Rx7對應(yīng) Tx18，Rx8對應(yīng) Tx17，Rx9對應(yīng)Tx16，Rx9對應(yīng)Tx15，Rx10對應(yīng)Tx14，以10條10G并行的光鏈路組成1條100G光鏈路（如圖4所示）。

圖4

方法2：二條12芯MPO光纜及連接器，其中1條MPO光纜的10芯用于發(fā)送信號，另1條MPO光纜的10芯用于接收信號；Rx2對應(yīng)Tx11，Rx3對應(yīng)Tx10，Rx4對應(yīng)Tx9，Rx5對應(yīng)Tx8，Rx6對應(yīng)Tx7，Rx7對應(yīng)Tx6，Rx8對應(yīng)Tx5，Rx9對應(yīng)Tx4，Rx9對應(yīng)Tx3，Rx10對應(yīng)Tx2，以10條10G并行的光鏈路組成1條100G光鏈路（如圖5、圖6所示）。

圖5

圖6

目前耐克森的100G光傳輸解決方案，按2節(jié)點(diǎn)方式可根據(jù)上述方法2采用類似40G的方式作為傳輸架構(gòu)。

4 MPO傳輸?shù)臉O性

依 據(jù)ANSI/TIA-568B.1-7 2006和ANSI/TIA-568-C.3 2008標(biāo)準(zhǔn)所述，可總結(jié)出：2芯光纖在做雙工傳輸時(shí)，會在應(yīng)用中遇到A和B兩種極性方式。A和B兩種極性既可通過跳線，也可通過耦合器體現(xiàn)。

當(dāng)雙工光纖跳線的其中1芯光纖的一端是發(fā)送端，另一端為接收端時(shí)，可視為極性B，即A-B傳輸。視覺上鑒別的方式是：把這條跳線放平后，可看出這條跳線兩端的Key在同一面，即Key up-Key up。使用此類連接到收發(fā)器/耦合器時(shí)，不需要做任何翻轉(zhuǎn)調(diào)整，可直接連接插拔。這也是日常應(yīng)用中最常見的跳線，如圖7所示。

圖7

當(dāng)雙工光纖跳線的其中1芯光纖的一端是發(fā)送端，另一端同樣為發(fā)送端時(shí)，可視為極性A，即A-A傳輸。視覺上鑒別的方式是：把這條跳線放平后，可看出這條跳線兩端的Key在不同面，即Key up-Key Down。使用此類跳線連接到兩端的連接時(shí)，需要做翻轉(zhuǎn)調(diào)整，然后再做插拔連接，如圖8所示。

圖8

當(dāng)雙工耦合器前端和后端的Key在同一面時(shí)，前后端連接的光纖接頭可做A-B傳輸，該耦合器即為基于Key up-Key up的極性B耦合器，如圖9所示。

圖9

當(dāng)雙工耦合器前端和后端的Key在同一面時(shí)，前后端連接的光纖接頭可做A-B傳輸，該耦合器即為基于Key up-Key up的極性B耦合器，如圖10所示。

因此，在MPO陣列式光纜傳輸時(shí)，最初也可依據(jù)上述A和B兩種方式進(jìn)行，即Key up-Key up的MPO陣列式跳線/光纜為極性B跳線/主干，如圖11所示。

圖10

Key up-Key down的MPO陣列式跳線/光纜為極性A跳線/主干，如圖12所示。

圖12

Key up-Key up的MPO耦合器為極性B耦合器，如圖13所示。

圖13

Key up-Key down的MPO耦合器為極性A耦合器，如圖14所示。

圖14

綜上所述，用于10G或40G/100G連接，按2節(jié)點(diǎn)，都可以采用極性B的方式進(jìn)行連接。按照ANSI/TIA-568B.1-7 2006標(biāo)準(zhǔn)，即采用極性B的主干、兩端極性B的耦合器和兩端極性B的跳線，其優(yōu)點(diǎn)是兩端采用相同類型的跳線和耦合器，如圖15所示的標(biāo)準(zhǔn)定義的40G/100G連接方式。

耐克森在此解決方案采用的方法和ANSI/TIA-568B.1-7 2006標(biāo)準(zhǔn)略有不同，區(qū)別是兩端采用了極性A的MPO耦合器。實(shí)際上偶數(shù)倍的極性A即可視為極性B的通路（這也造成極性的選擇和應(yīng)用可以根據(jù)實(shí)際情況靈活多變）。如圖2所示。

主干采用MPO預(yù)端接光纜，兩端Key up-Key up，極性B，兩端陽極接頭；兩端的耦合器采用MPO耦合器，兩端均為Key up-Key down，極性A；兩端的跳線采用MPO預(yù)端接跳線，兩端Key up-Key up，極性B，兩端陰極接頭。

圖15

圖16

如果采用極性A的MPO陣列光纜作為主干，則需要采用如圖16所示結(jié)構(gòu)。

主干采用MPO預(yù)端接光纜，兩端Key up-Key down，極性A，兩端陽極接頭；兩端的耦合器采用MPO耦合器，兩端均為Key up-Key down，極性A；一端的跳線采用MPO預(yù)端接跳線，兩端Key up-Key dwon，極性A，兩端陰極接頭；另一端的跳線采用MPO預(yù)端接跳線，兩端Key up-Key up，極性B，兩端陰極接頭。

可以看出：由于主干是極性A，2個(gè)耦合器是極性A，1條跳線是極性A，即已是偶數(shù)倍的極性A；如果再在另一端采用極性A跳線就會造成不通路，就需要在另一端采用極性B跳線形成通路，所以兩端采用的跳線不同。因此，如果MPO陣列式主干光纜采用極性A，其解決方案可能會對施工造成一定的困難。

5 現(xiàn)行的10G-40G/100G兼容和未來升遷方案

由于當(dāng)前的設(shè)備仍采用10G傳輸，以LC作為主要連接器，對40G/100G的需求可能是未來3～5年后的計(jì)劃，所以存在著現(xiàn)階段使用10G傳輸，未來從10G向40G/100G傳輸升遷的需求。如果采用傳統(tǒng)的室內(nèi)非MPO光纜，則不能實(shí)現(xiàn)40G/100G傳輸，所以在未來的升遷過程中重新安裝MPO陣列式光纜，則會對數(shù)據(jù)中心造成額外的損失。因此在數(shù)據(jù)中心的主干光纜，通常直接采用MPO陣列式光纜。上述解決方案的架構(gòu)如圖17所示。

圖17

通過圖17可看出與40G/100G傳輸結(jié)構(gòu)不同的是：MPO耦合器被更換為MPO-LC卡座，MPO跳線被更換為LC跳線。圖18即為MPO卡座的結(jié)構(gòu)，可以看出這是2節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：由Key up-Key down極性A的MPO-LC跳線、一端Key up-Key up極性B的LC耦合器和另一端Key up-Key down極性A的MPO耦合器組成。其中極性A的數(shù)量為2，該卡座的整體極性為極性B通路。

圖18

如上一章所述，存在不同極性的主干MPO陣列光纜，因此對于不同的極性的MPO主干光纜，將采用不同的連接方式用于組建10G光鏈路。如果主干采用的是極性A的主干MPO陣列光纜，組建10G光鏈路需要采用如圖19所示結(jié)構(gòu)（注意：這類看起來只有2節(jié)點(diǎn)的10G布線模型實(shí)際上是4節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)）。

圖19

主干采用MPO預(yù)端接光纜，兩端Key up-Key down，極性A，兩端陰極接頭；兩端采用MPO-LC卡座，兩端均為Key up-Key up，極性B；一端的跳線采用多條（6的倍數(shù)）LC雙工跳線，兩端Key up-Key dwon，極性A；另一端的跳線采用多條（6的倍數(shù)）LC雙工跳線，兩端Key up-Key up，極性B。

可以看出：由于主干是極性A，2個(gè)卡座是極性B，1條跳線是極性A，即已是偶數(shù)倍的極性A；如果再在另一端采用極性A跳線就會造成不通路，就需要在另一端采用極性B的LC跳線形成通路，所以兩端采用的LC跳線的極性不同。因此和40G/100G傳輸時(shí)面臨的問題一樣，如果MPO陣列式主干光纜采用極性A，其解決方案可能會對施工造成一定的難度困擾。

如果主干采用的是極性B的主干MPO陣列光纜，組建10G光鏈路需要采用如圖20所示結(jié)構(gòu)。

主干采用MPO預(yù)端接光纜，兩端Key up-Key up，極性B，兩端陰極接頭；兩端采用MPO-LC卡座，兩端均為Key up-Key up，極性B；兩端的跳線均為多條（6的倍數(shù)）LC雙工跳線，兩端Key up-Key up，極性B。

可以看出：極性B可以直接形成通路，看似十分方便，但會面臨一個(gè)問題：兩端的跳線順序不同，容易在使用時(shí)造成混淆。

為了讓兩端LC跳線的順序也保持一致，需要把一端的MPO-LC卡座翻轉(zhuǎn)，使Key的方向朝下，而MPO主干光纜在安裝時(shí)需要做一次扭轉(zhuǎn)。這樣的做法會存在2個(gè)潛在問題：兩端的MPO-LC卡座的Key的朝向不同；MPO主干光纜和一端的LC跳線在安裝時(shí)需要做扭轉(zhuǎn)。所以如果MPO陣列式主干光纜采用極性B，其解決方案也可能會對施工造成一定的困難。

為了更好地讓40G/100G兼容10G的傳輸，解決施工中的難度困擾，在ANSI/TIA-568B.1-7 2006標(biāo)準(zhǔn)中列舉了第三種極性方式——極性C。極性C的MPO陣列式主光纜如圖21所示。

圖21

極性C光纜外觀與極性A一樣，為Key up-Key down結(jié)構(gòu)。但在陣列式光纜的內(nèi)部把1/2、3/4、5/6、7/8、9/10、11/12這6對線對的每一對都做了一次對調(diào)。用極性C的MPO陣列式主干光纜組建10G光鏈路，其整體結(jié)構(gòu)如圖22所示。

主干采用MPO預(yù)端接光纜，兩端Key up-Key down，極性C，兩端陰極接頭；兩端采用MPO-LC卡座，兩端均為Key up-Key up，極性B；兩端的跳線均為多條（6的倍數(shù)）LC雙工跳線，兩端Key up-Key up，極性B。

圖20

圖22

可以看出：采用極性C的MPO主干光纜時(shí)，兩端采用的MPO-LC卡座的安裝方式一致，且兩端采用的LC跳線極性一致。即：解決了極性A和極性B在施工時(shí)的問題。如圖23所示。

耐克森MPO傳輸10G的解決方案即為上述基于極性C的 MPO陣列式主干光纜的解決方案。

在未來要升級到40G/100G傳輸時(shí)，只需要把MPO-LC卡座和LC跳線更換為MPO耦合器和MPO跳線即可。

圖23

注意：這里和直接使用40G/100G時(shí)相比，有3個(gè)主要區(qū)別：MPO陣列式主干光纜的極性不同；兩端的MPO耦合器極性不同；MPO陣列式光纜的接頭陰陽不同。

圖24所示即為耐克森10G-40G/100G升遷解決方案。

在MPO-LC的應(yīng)用中，還有一個(gè)特殊的40G-10G應(yīng)用方式：在陣列式光纜的內(nèi)部用于收發(fā)的分別是1/12、2/11、3/10、4/9這4對纖芯，在應(yīng)用中也存在這樣的4個(gè)并行的10G端口（1/12、2/11、3/10、4/9這4對纖芯）與1個(gè)40G端口傳輸數(shù)據(jù)的方式，其跳線直連方式和2節(jié)點(diǎn)布線方式如圖25、圖26所示。

圖24

6 下一代100G光傳輸解決方案

迄今為止，IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)一直把10G以太網(wǎng)往40 G/ 100G以太網(wǎng)推進(jìn)，第二代新的40G/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的初稿已經(jīng)在2013年9月發(fā)布，第二代100G以太網(wǎng)已經(jīng)基本成型。

最終版本IEEE 802.3bm預(yù)計(jì)在2014年底或2015年初發(fā)布。新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到廣泛的出席和參與，平均108人，71家公司、研究組、設(shè)備制造商、零部件供應(yīng)商等。

新標(biāo)準(zhǔn)帶來的貢獻(xiàn)以及和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別如下。

降低了40G以太網(wǎng)的成本和功耗。

目前的100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是基于 IEEE 802.3ba的100GBASE-SR10，要采用20芯的MPO連接器和20芯光纖來實(shí)現(xiàn)；而IEEE 802.3bm的新方案是用8芯光纖取代20芯光纖，100GBASE-ER4采用4個(gè)25G光信道并行傳輸，這意味著比IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)節(jié)約了50%的成本，將會帶來更高的布線密度、更低的功耗；最重要的是只需要在原來的40G的環(huán)境下，即可實(shí)現(xiàn)100G傳輸。

但有一點(diǎn)需要加以考慮，通過新標(biāo)準(zhǔn)所支持的距離相對較短，OM4傳輸距離上限為100m，不再是之前的OM4實(shí)現(xiàn)150m的100G傳輸。

圖25

圖26