曹强

（耐克森综合布线系统(亚太区）技术应用工程师）

1 引言

涉及数据中心布线的ANSI/TIA-942-A 2012、BS EN 50173-5:2007 +A2 2012、ISO/IEC 24764 Edition 1.0 2010标准中均提及要求以LC、MPO连接器作为光连接器；在2010年6月发布的IEEE 802.3 ba标准也明确定义了MPO作为40G/100G光传输物理接口的各项参数，且最低需采用多模OM3光纤材质。

因此，根据上述的主要标准要求，现行的数据中心的40G/100G光传输解决方案包括多种衍生的解决方案，全部都是基于阵列式光缆和MPO接插件技术。

注：MPO型连接器是USconec公司的Toshiaki Satake发明的。MPO是英文Multifiber Push-On/Pull-Off的缩写，表示多芯推拉自锁光纤连接器。MTP是USconec 公司注册的MPO连接器的品牌，特指其生产的高性能MPO连接器。

MPO连接器的配置、插针、插芯、适配器等组件物理规格标准可参考阅读：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标准明确指出了采用OM3和OM4光纤的MPO阵列式光缆及组件关于能够支持的40G/100G的最大传输距离分别为100m和150m。

另外，在2013年9月发布的IEEE 802.3 bm标准初稿已经初步定义了下一代40G/100G传输的雏形，降低了100G传输的成本和功耗，预计该标准将会在2014年底或2015年初正式发布。

本文将会对以下几个方面的应用做详细说明：

1）现行的40G光传输解决方案；

2）现行的100G光传输解决方案；

3）MPO传输的极性；

4）现行的10G-40G/100G兼容和未来升迁方案；

5）下一代100G光传输解决方案。

2 现行的40G光传输解决方案

依据现行的IEEE 802.3 ba标准，40GBASE-SR4是按以下方式通过MPO光缆和连接器进行传输的：1条12芯MPO光缆及连接器中，其中4芯用于发送信号，另外4芯用于接收信号；Tx1对应Rx12、Tx2对应Rx11、Tx3对应Rx10、Tx4对应Rx9，以4条10G并行的光链路组成1条40G光链路（如图1所示）。

图1

目前耐克森的40G光传输解决方案，按2节点方式采用的是图2所示结构。

图2

主干采用MPO预端接光缆，两端均为Key up-Key up，极性B，两端阳极接头；两端的耦合器采用MPO耦合器，两端均为Key up-Key down，极性A；两端的跳线采用MPO预端接跳线，两端均为Key up-Key up，极性B，两端阴极接头。

即两端采用相同的MPO耦合器和相同的MPO跳线。如图3所示。

图3

3 现行的100G光传输解决方案

依据现行的IEEE 802.3 ba标准，100G BASE-SR10是按以下2种方法和3种结构通过MPO光缆和连接器进行传输的。

方法1：一条24芯MPO光缆及连接器中，其中10芯用于发送信号，另外10芯用于接收信号；Rx2对应Tx23，Rx3对 应 Tx22，Rx4对 应 Tx21，Rx5对 应 Tx20，Rx6对应 Tx19，Rx7对应 Tx18，Rx8对应 Tx17，Rx9对应Tx16，Rx9对应Tx15，Rx10对应Tx14，以10条10G并行的光链路组成1条100G光链路（如图4所示）。

图4

方法2：二条12芯MPO光缆及连接器，其中1条MPO光缆的10芯用于发送信号，另1条MPO光缆的10芯用于接收信号；Rx2对应Tx11，Rx3对应Tx10，Rx4对应Tx9，Rx5对应Tx8，Rx6对应Tx7，Rx7对应Tx6，Rx8对应Tx5，Rx9对应Tx4，Rx9对应Tx3，Rx10对应Tx2，以10条10G并行的光链路组成1条100G光链路（如图5、图6所示）。

图5

图6

目前耐克森的100G光传输解决方案，按2节点方式可根据上述方法2采用类似40G的方式作为传输架构。

4 MPO传输的极性

依 据ANSI/TIA-568B.1-7 2006和ANSI/TIA-568-C.3 2008标准所述，可总结出：2芯光纤在做双工传输时，会在应用中遇到A和B两种极性方式。A和B两种极性既可通过跳线，也可通过耦合器体现。

当双工光纤跳线的其中1芯光纤的一端是发送端，另一端为接收端时，可视为极性B，即A-B传输。视觉上鉴别的方式是：把这条跳线放平后，可看出这条跳线两端的Key在同一面，即Key up-Key up。使用此类连接到收发器/耦合器时，不需要做任何翻转调整，可直接连接插拔。这也是日常应用中最常见的跳线，如图7所示。

图7

当双工光纤跳线的其中1芯光纤的一端是发送端，另一端同样为发送端时，可视为极性A，即A-A传输。视觉上鉴别的方式是：把这条跳线放平后，可看出这条跳线两端的Key在不同面，即Key up-Key Down。使用此类跳线连接到两端的连接时，需要做翻转调整，然后再做插拔连接，如图8所示。

图8

当双工耦合器前端和后端的Key在同一面时，前后端连接的光纤接头可做A-B传输，该耦合器即为基于Key up-Key up的极性B耦合器，如图9所示。

图9

当双工耦合器前端和后端的Key在同一面时，前后端连接的光纤接头可做A-B传输，该耦合器即为基于Key up-Key up的极性B耦合器，如图10所示。

因此，在MPO阵列式光缆传输时，最初也可依据上述A和B两种方式进行，即Key up-Key up的MPO阵列式跳线/光缆为极性B跳线/主干，如图11所示。

图10

Key up-Key down的MPO阵列式跳线/光缆为极性A跳线/主干，如图12所示。

图12

Key up-Key up的MPO耦合器为极性B耦合器，如图13所示。

图13

Key up-Key down的MPO耦合器为极性A耦合器，如图14所示。

图14

综上所述，用于10G或40G/100G连接，按2节点，都可以采用极性B的方式进行连接。按照ANSI/TIA-568B.1-7 2006标准，即采用极性B的主干、两端极性B的耦合器和两端极性B的跳线，其优点是两端采用相同类型的跳线和耦合器，如图15所示的标准定义的40G/100G连接方式。

耐克森在此解决方案采用的方法和ANSI/TIA-568B.1-7 2006标准略有不同，区别是两端采用了极性A的MPO耦合器。实际上偶数倍的极性A即可视为极性B的通路（这也造成极性的选择和应用可以根据实际情况灵活多变）。如图2所示。

主干采用MPO预端接光缆，两端Key up-Key up，极性B，两端阳极接头；两端的耦合器采用MPO耦合器，两端均为Key up-Key down，极性A；两端的跳线采用MPO预端接跳线，两端Key up-Key up，极性B，两端阴极接头。

图15

图16

如果采用极性A的MPO阵列光缆作为主干，则需要采用如图16所示结构。

主干采用MPO预端接光缆，两端Key up-Key down，极性A，两端阳极接头；两端的耦合器采用MPO耦合器，两端均为Key up-Key down，极性A；一端的跳线采用MPO预端接跳线，两端Key up-Key dwon，极性A，两端阴极接头；另一端的跳线采用MPO预端接跳线，两端Key up-Key up，极性B，两端阴极接头。

可以看出：由于主干是极性A，2个耦合器是极性A，1条跳线是极性A，即已是偶数倍的极性A；如果再在另一端采用极性A跳线就会造成不通路，就需要在另一端采用极性B跳线形成通路，所以两端采用的跳线不同。因此，如果MPO阵列式主干光缆采用极性A，其解决方案可能会对施工造成一定的困难。

5 现行的10G-40G/100G兼容和未来升迁方案

由于当前的设备仍采用10G传输，以LC作为主要连接器，对40G/100G的需求可能是未来3～5年后的计划，所以存在着现阶段使用10G传输，未来从10G向40G/100G传输升迁的需求。如果采用传统的室内非MPO光缆，则不能实现40G/100G传输，所以在未来的升迁过程中重新安装MPO阵列式光缆，则会对数据中心造成额外的损失。因此在数据中心的主干光缆，通常直接采用MPO阵列式光缆。上述解决方案的架构如图17所示。

图17

通过图17可看出与40G/100G传输结构不同的是：MPO耦合器被更换为MPO-LC卡座，MPO跳线被更换为LC跳线。图18即为MPO卡座的结构，可以看出这是2节点结构：由Key up-Key down极性A的MPO-LC跳线、一端Key up-Key up极性B的LC耦合器和另一端Key up-Key down极性A的MPO耦合器组成。其中极性A的数量为2，该卡座的整体极性为极性B通路。

图18

如上一章所述，存在不同极性的主干MPO阵列光缆，因此对于不同的极性的MPO主干光缆，将采用不同的连接方式用于组建10G光链路。如果主干采用的是极性A的主干MPO阵列光缆，组建10G光链路需要采用如图19所示结构（注意：这类看起来只有2节点的10G布线模型实际上是4节点结构）。

图19

主干采用MPO预端接光缆，两端Key up-Key down，极性A，两端阴极接头；两端采用MPO-LC卡座，两端均为Key up-Key up，极性B；一端的跳线采用多条（6的倍数）LC双工跳线，两端Key up-Key dwon，极性A；另一端的跳线采用多条（6的倍数）LC双工跳线，两端Key up-Key up，极性B。

可以看出：由于主干是极性A，2个卡座是极性B，1条跳线是极性A，即已是偶数倍的极性A；如果再在另一端采用极性A跳线就会造成不通路，就需要在另一端采用极性B的LC跳线形成通路，所以两端采用的LC跳线的极性不同。因此和40G/100G传输时面临的问题一样，如果MPO阵列式主干光缆采用极性A，其解决方案可能会对施工造成一定的难度困扰。

如果主干采用的是极性B的主干MPO阵列光缆，组建10G光链路需要采用如图20所示结构。

主干采用MPO预端接光缆，两端Key up-Key up，极性B，两端阴极接头；两端采用MPO-LC卡座，两端均为Key up-Key up，极性B；两端的跳线均为多条（6的倍数）LC双工跳线，两端Key up-Key up，极性B。

可以看出：极性B可以直接形成通路，看似十分方便，但会面临一个问题：两端的跳线顺序不同，容易在使用时造成混淆。

为了让两端LC跳线的顺序也保持一致，需要把一端的MPO-LC卡座翻转，使Key的方向朝下，而MPO主干光缆在安装时需要做一次扭转。这样的做法会存在2个潜在问题：两端的MPO-LC卡座的Key的朝向不同；MPO主干光缆和一端的LC跳线在安装时需要做扭转。所以如果MPO阵列式主干光缆采用极性B，其解决方案也可能会对施工造成一定的困难。

为了更好地让40G/100G兼容10G的传输，解决施工中的难度困扰，在ANSI/TIA-568B.1-7 2006标准中列举了第三种极性方式——极性C。极性C的MPO阵列式主光缆如图21所示。

图21

极性C光缆外观与极性A一样，为Key up-Key down结构。但在阵列式光缆的内部把1/2、3/4、5/6、7/8、9/10、11/12这6对线对的每一对都做了一次对调。用极性C的MPO阵列式主干光缆组建10G光链路，其整体结构如图22所示。

主干采用MPO预端接光缆，两端Key up-Key down，极性C，两端阴极接头；两端采用MPO-LC卡座，两端均为Key up-Key up，极性B；两端的跳线均为多条（6的倍数）LC双工跳线，两端Key up-Key up，极性B。

图20

图22

可以看出：采用极性C的MPO主干光缆时，两端采用的MPO-LC卡座的安装方式一致，且两端采用的LC跳线极性一致。即：解决了极性A和极性B在施工时的问题。如图23所示。

耐克森MPO传输10G的解决方案即为上述基于极性C的 MPO阵列式主干光缆的解决方案。

在未来要升级到40G/100G传输时，只需要把MPO-LC卡座和LC跳线更换为MPO耦合器和MPO跳线即可。

图23

注意：这里和直接使用40G/100G时相比，有3个主要区别：MPO阵列式主干光缆的极性不同；两端的MPO耦合器极性不同；MPO阵列式光缆的接头阴阳不同。

图24所示即为耐克森10G-40G/100G升迁解决方案。

在MPO-LC的应用中，还有一个特殊的40G-10G应用方式：在阵列式光缆的内部用于收发的分别是1/12、2/11、3/10、4/9这4对纤芯，在应用中也存在这样的4个并行的10G端口（1/12、2/11、3/10、4/9这4对纤芯）与1个40G端口传输数据的方式，其跳线直连方式和2节点布线方式如图25、图26所示。

图24

6 下一代100G光传输解决方案

迄今为止，IEEE 802.3ba标准一直把10G以太网往40 G/ 100G以太网推进，第二代新的40G/100G以太网标准的初稿已经在2013年9月发布，第二代100G以太网已经基本成型。

最终版本IEEE 802.3bm预计在2014年底或2015年初发布。新标准已经得到广泛的出席和参与，平均108人，71家公司、研究组、设备制造商、零部件供应商等。

新标准带来的贡献以及和现行标准的区别如下。

降低了40G以太网的成本和功耗。

目前的100G以太网标准是基于 IEEE 802.3ba的100GBASE-SR10，要采用20芯的MPO连接器和20芯光纤来实现；而IEEE 802.3bm的新方案是用8芯光纤取代20芯光纤，100GBASE-ER4采用4个25G光信道并行传输，这意味着比IEEE 802.3ba标准节约了50%的成本，将会带来更高的布线密度、更低的功耗；最重要的是只需要在原来的40G的环境下，即可实现100G传输。

但有一点需要加以考虑，通过新标准所支持的距离相对较短，OM4传输距离上限为100m，不再是之前的OM4实现150m的100G传输。

图25

图26