數據中心光通信技術點滴談

摘 要： 隨著信息時代的到來，數據中心的流量已經占據世界通信網絡流量的大部分。當前，光通信技術被廣泛應用到數據中心，包括幾米距離的服務器連接，也包括全球多地數據中心的對接。在本文中，筆者對數據中心的光通信技術進行了深入介紹，包括廣域網、城域網、數據中心內部的光通信技術，在此基礎上，筆者對相關領域中的技術方案展開探討與比對。

關鍵詞：數據中心 光通信技術 互聯網技術

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0007-01

在當前社會中，互聯網技術已經成為影響人們生活與工作的重要因素。在互聯網上，無論是游戲娛樂，還是商務與社交，都會產生大量的信息數據，這些信息數據量正以指數級不斷增長。大部分的互聯網業務及相應的信息處理與計算都是在數據中心內完成的。在數據中心內，網絡連接起成千上萬臺服務器，所有服務器共同協作，一起完成工作任務。截止到目前為止，光纖通信產業已經發展了50多年。1977年，首個商用光纖通信系統推出，其為45Mbit/s的容量，目前，單模光纖的容量已經超過了100Mbit/s，無論是長距離的信息傳輸還是短距離的信息傳輸嗎，都能夠見到光纖通信的身影。2008年，數據中心對于光纖的需求開始超越電信運營商，數據中心開始成為光纖通信的第一市場。

一、數據中心網絡架構狀況

一般來說，大型互聯網公司數據中心網絡架構涵蓋廣域網、城域網與數據中心內網。在廣域網的作用下，世界各地的數據中心能夠有效連接起來。根據架構方面的不同，可以進步將其劃分為外部通道進入的數據中心與公共互聯網進入的數據中心。為了避免出現用戶體驗差、訪問延時等問題，網絡運營商會在用戶集中點周邊構建起POP點，從而借助專線而與數據中心對接。

通常某一地區的數據中心由多個數據中心共同構成，這樣能夠滿足備份的需求，同時也便于構建起超級化的虛擬數據中心，單個數據中心建設起來比較簡單，借助城域網，這些數據中心能夠有效對接。對了應對延時等問題，各個數據中心的距離應控制在80km內。

在各個數據中心內部，有成千上萬臺服務器在工作，這些服務器借助內網而有效連接。數據中心的服務器一般具有可擴展性，能夠增加服務器的數量，并且無須改變網絡架構。在實際網絡設計中，成本是必須要考慮的重要因素，在架構設計的過程中確保成本與性能平衡。就目前來看，多數數據中心都運用多層結構，網絡架構呈現出扁平化的發展趨勢。

二、廣域網下的光通信技術

光通信技術在長距離傳輸中具有顯著優勢，其能夠支持兩點間的大寬帶信息傳輸。在早期，該技術主要被應用于長途干線網。在長距離信息傳輸中，首要解決的問題是光纖損耗、光纖線性損傷與非線性損傷。目前，干線傳輸網中的最重要技術就是數字相干光通信技術，在這種技術的應用下，接收機的靈敏度得到了顯著提升。其借助正交香味與正交極化方向來對信號進行調制，在強度方面由一維增加到四維，頻譜效率有很大提升。在使用數字信號處理技術來處理發射與接收時，會帶來一定的損傷，可以在電領域中借助數字信號處理技術進行補償，從而使得整個系統的設計與管理更加簡單化。系統容量也與香農極限更為接近。在陸地與跨洋系統中，SD-FEC技術與光放大器技術的應用使得無電中繼傳輸距離能夠達到3000km與10000km。隨著網絡流量的不斷上升，但借助硬件已經難以滿足用戶的需求，尤其是光纖傳統容量已經要達到香農極限了。只有將軟件與硬件有效結合，才可以在廣域網內構建起具有開放性的光傳輸網，從而提升整個網絡效率。

三、城域網下的光通信技術

從增長速度來看，城域網要比干線網絡的流量增速快很多，城域網將發展為光通信的第一市場。數據中心的城域網和電信運營商的城域網有顯著不同。前者的節點比較少，業務也單一化，多采用點對點的傳輸系統，然而由于對數據傳輸的需求非常大，所以對容量也有著極高的要求。作為當前最熱門的研究領域，數據中心城域網得到了學者們的廣泛關注。在檢測技術方面，能夠劃分為相干檢測與直接檢測，相干檢測運用的是數字相干光通信技術，與廣域網內的相干光通信技術極為相似。然而由于傳輸距離非常短，所以能夠被有效簡化，比方說采用低廉的硅光器件、HD-FEC等。在直接檢測方案中，則有多種技術，如OOK技術，其對器件的帶寬有很高的要求，并且對光纖色散匹配有著非常高的要求。針對此，人們使用高階強度進行調制，如四電平幅度調制等。DMT技術在直接檢測中也有著廣泛的應用，其其實為多載波技術的一種，對各個載波運用不同的調制格式，能夠最大限度地優化整個信道的頻譜效率。城域網數據中心光互聯采用交換機與路由器而實現。最近幾年來，一種新的設備形態出現，交換機與路由器能夠直接出采光，也就是說將彩光光模塊直接植入到交換機或路由器中。

四、數據中心內的光互聯技術

在數據中心內部，各個鏈路的距離都非常短，最多也不超過幾百米。即便是超大型的數據中心，也很少有超過2km的鏈路。然而隨著信息數據量的增加，以往的銅纜難以滿足實際工作的需要，大部分的數據中心都開始采用光互連技術。由于距離非常短，光纖鋪設起來非常容易，且多運用平行鏈路，這樣互聯的速率得到有效保障。在發射處。信號被分割成為多個平行的通道，在驅動電路的作用下，能夠借助光纖實現傳輸，抵達接收端，再轉換為電信號。隨著以太網技術的提出，光通道速率得到了進一步提升，成本與功耗都較之前低很多。在交換機速度提升的過程中，電子走線會給信號帶來很大損傷，針對此，可以將光模塊植入交換機中，形成板載光模塊，這樣能夠有效地避免信號損傷，并提升面板的密度。無論是板載光模塊還是光電集成模塊，均對器件有著非常高的要求，一旦出現問題，需要更換整個交換機電路板。

五、結束語

在本文中，筆者對廣域網、城域網與數據中心內網中光通信技術的應用情況進行介紹。無論是遠距離傳輸，還是近距離的連接，光通信技術都成為重要的信息傳輸載體。對于未來的數據中心來說，光通信技術將直接影響其發展走向。提升光傳輸通道的容量與效率將是提升整個數據中心運作效率的重要路徑。

參考文獻

[1]黃韻.淺談數據中心節能與工程造價管理[J].低碳世界，2016（19）.

[2]崔秀國，劉翔，操時宜，等.光纖通信系統技術的發展、挑戰與機遇[J].電信科學，2016（05）.

作者簡介：陳卓（1975.4-） 男，籍貫：廣西，大學本科，工作單位：中國移動通信集團廣西有限公司，研究方向：云計算 數據中心 信息安全。