400G網絡布線鏈路設計原則

  除了IEEE已經完成及正在進行的400G標準，如果加上MSA的400G應用，實際上可以參考的400GE應用不下10種。400GE網絡采用了更復雜的編碼方式，使布線鏈路的損耗預算相對10G/40G傳輸速率有所縮減。此外，網絡復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計難題。為滿足鏈路性能要求，應選擇具有更低插入損耗、更好回波損耗的組件。低損耗布線系統(tǒng)解決方案可支持更長的鏈路長度，同時還支持實現有保障的運營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網絡布線的設計原則

  1)敏捷且靈活：布線應保證迅速敏捷的網絡部署，適應各種網絡架構，從設計上考慮現有網絡傳輸速率向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：在提升機架單元內布線器件的密度提供高密度狀態(tài)下跳線插拔和維護、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：布線應支持容量規(guī)劃和部署，方便網絡擴容，以降低部署及未來升級成本，并可應對網絡發(fā)展及升級的復雜性。

  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)劃及設計中必須要衡量的幾個因素：

  1)單通道速率布線設計必須考慮網絡傳輸協議的單通道速率。自從IEEE 802.3by 獲批以來，光模塊已開始向25Gbps通道速率演進。25G 通道可讓數據中心已有的10G 基礎設施發(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)宜采用預端接線纜系統(tǒng)采用預端接線纜系統(tǒng)可實現數據中心快速交付。與現場端接的布線系統(tǒng)相比，預端接線纜系統(tǒng)的端接在工廠預制完成，到達現場后經簡單敷設后即可實現即插即用，幫助節(jié)省90% 的施工時間。根據估算，預端接線纜系統(tǒng)在處理布線鏈路或跳線的移動、增加、變更等方面，比現場端接解決方案的速度快50%。隨著網絡中采用的光纜連接數量增加，其價值也相應增長。無論是單模還是多模連接系統(tǒng)，預端接線纜解決方案中的MPO/MTP 光纜連接方案都已成為數據中心普遍選擇的方案。

  3)網絡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，在設計和規(guī)劃時應首先預測適合數據中心400GE應用的方案，在規(guī)劃網絡布線時，應考慮采用并行光纖方案，通過轉接模塊可實現對雙工方案的向下兼容。

  4)光纖類型：單模、多模、寬帶多?？刹灏喂饽K的高成本仍然限制著單模光纖在數據中心的廣泛應用。雖然新技術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。數據中心內應用單模方案趨勢增加的的兩大區(qū)域為：從接入設備直連主配線區(qū)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。多模光纖繼續(xù)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傳輸時面臨傳輸距離較短的限制，但依然適用于模塊內互聯以及100m以內的Spine/Leaf互聯。新型的寬帶多模光纖能支持短波復用應用更長的傳輸距離，將多模連接距離提升到150m，基本覆蓋數據中心大部分互聯鏈路的傳輸距離，可降低用戶規(guī)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(二進制調制)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調制技術之一。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)波分復用技術除了通過開發(fā)更先進的調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量的方案來實現400GE傳輸技術。20 多年以來，人們一直使用WDM，通過減少光纖數量來提升遠程網絡的數據速率。

  7)MPO/MTP系統(tǒng)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(tǒng)一的MPO極性管理方法。

  8)智能系統(tǒng)自動化基礎設施管理(AIM) 系統(tǒng)可以通過為物理層和所有連接設備提供精準映射，大大促進遷移進程。針對AIM的ISO/IEC 18598 標準已于2017 年獲得批準。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絡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：

  在進行400GE布線鏈路設計時，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要求。表：源于ISO/IEC TR 11801-9908草案，各MSA及IEEE系列標準要求