极性管理方式

文｜美国康宁公司

在数据中心，我们特别提到布线极性管理，就是要确保系统设备正常工作。因为在系统连接从2芯光纤接口到12芯光纤接口的演进过程中，布线极性已成为系统设备能否正常工作和运行的关键因素。各个系统有各自的极性管理方式，本文讨论TIA 942定义的基于2芯和12芯结构化布线系统及其极性管理方式。

业界首个数据中心通信基础设施指导标准是TIA 942。透彻理解这一结构化布线标准，将确保数据中心系统设备极性的正确性。

TIA 942标准于2005年4月颁布，其目的是为数据中心和计算机房在规划和工程实施之前提供必要的信息。TIA 942整合了之前所有关于数据中心应用规范的单一文件，定义了通信空间、基础设施组件和每个数据中心子系统的需求描述。特别提到的是，该标准定义了星型拓扑、布线距离、建筑物基础设施需求、标签管理以及系统冗余等诸多方面的指导规范。

TIA 942定义的数据中心关键要素是MDA、HDA、ZDA、EDA以及TR。

MDA是数据中心结构化布线系统的主配线点，即主交叉连接设置于此。当EDA直接连接至MDA，MDA将担负起HDA的交叉连接功能。每个数据中心都应设置至少一个MDA、HDA为EDA服务，而EDA设置在终端设备处。

连接方式的不同决定了不同的极性规划方案，以确保所有系统设备工作正常。如图1所示，系统设备有如下的连接方式：MDA-HDAZDA-EDA、MDA-ZDA-EDA、MDA-EDA。

整个系统通过一系列直接连接和交叉连接完成互联，这取决于主干基础布线和系统设备的类型。当前的2芯系统能够支持最高10G以太网和16G光纤通道协议系统。但未来40G/100G系统一定是构建于并行光学技术之上。规划出一种能演进到更高速率的基础布线，将使得系统极性具备兼容性。当前数据中心主干基础布线系统有2芯和12芯，我们展开来看。

图1 The Strycture of the TIA 942 Architecture

（1）2芯和12芯布线系统的定义

大多传统网络采用2芯布线系统，如图2所示。从主干/水平布线出的光纤链路以2芯光纤连接器成端，再直接连接至基于2芯光纤收发器的系统设备。

图2 Base-2 Cabling System

然而，对于今天相当一部分数据中心的技术设施而言，主干布线系统正朝着阵列式连接器或者MTP连接器迈进，这将支持主干更高密度的应用，如图3所示。在MDA、HDA、ZDA、EDA等任何需要提供交叉连接或直接成端于系统设备的应用场合，采用12芯MTP连接器扇出为6对2芯连接器技术。

图3 Base-12 Cabling System

MTP与单芯、双芯光纤连接器一样，采用锁闩设计来实现连接器之间的适配，但却不能确保MTP连接器像双芯连接器一样的极性互通。因此，对于使用MTP这样12芯的连接器系统的数据中心而言，一定要为极性管理作前期规划。

（2）2芯光纤系统的极性管理方式

2芯光纤布线系统可采用一组A/B跳线完成极性管理（如图4所示）。A跳线是直连跳线，B跳线是交连跳线。B跳线的作用是确保发出的光信号与接收的光信号在不同的两个方向传输。这种极性管理的方式只需要在系统的末端进行。

图4

当今局域网（LAN）技术和数据中心存储区域网络（SAN）技术迫切要求采用MTP阵列技术的光纤连接器进行高密度配线。这必然会应用一种工厂预先装配和端接好的MTP-MTP光纤接头的主干光缆。正因为这种主干光缆两端是阵列式光纤连接器，同时终端设备的光收发端口是现行典型的独立单芯双工光口，主干光缆要与一种MTP与常规独立连接器互转类型接口的模块配套使用，这种经工厂工艺制造测试的模块连接在主干光缆的MTP两端，实现阵列式光纤到单芯的扇出（分支）作用。由于许多系统在主干配线使用了这种阵列式连接器，使得极性管理稍许复杂。

TIA 568C.0该标准包含了A、B、C三种最简单的方式作为范例。该标准在B.4.1章节中提到“其实有多种方式可以用来实现极性管理，本标准只是将可能用到的方式作为实例来描述”。这“可能”一词正是说明可选择的极性方式包括了标准中所提到的，也包括那些未提到的方式。

目前，业界现存的5种极性方式（如图5所示）均不相互兼容。

图5 Polarity Methods for Array Connectors

（3）光纤模块中的极性校正

这种方式的光纤模块采用两种类型：内部直连和两两交连（如图6所示），采用标准跳线，但需要在MDA和EDA之间的连接提前规划好，两种模块成对出现。

图6 A+B Module Polarity Method

（4）同一模块正反安装（A/B）

这种方式的光纤模块采用同一类型：两个模块均为内部直连，采用标准跳线，但需要将锁闩的方向保持一致，即同一模块正反安装（如图7所示）。这样，在同一条链路中，一个模块的1口将对应另一个模块的12口。从逻辑上来讲，一端模块的1口应当对应另一端的1口，但必须提前规划并标明模块的正反安装位置。这样不仅增加极性管理的复杂性，且这种安装方式的模块因为MTP接头锁闩同向而无法支持单模光纤的APC类型。

图7 One Module Polarity Method

（5）正反跳线

这种方式的光纤模块，两端均采用内部直连，主干光缆也是直连的，仅在两端采用不同的直连跳线和交连跳线（如图8所示）。因为极性转移到了系统的末端来管理，因此该项任务留给了最终用户。

图8 A+B Patch Cord Method

（6）主干光缆采用线对两两交叉

采用线对两两交叉的主干光缆解决光纤极性问题，在光纤通道两端使用同一类型直连模块和标准跳线。正因为极性在主干光缆中进行管理，故若加入延长光缆则需要提前进行规划，并有可能需要加入特殊跳线（如图9所示）。

（7）模块、主干光缆均为同一类型

这种方式在光纤通道两端采用同一类型模块，无需为了极性而正反安装或另行规划，支持标准跳线和一切与线缆相关的组件无需考虑极性设计。这种方式就是“通用极性”（如图10所示）。

极性管理与机构化布线给基础设施带来了许多困难，通过以上列举的5种极性方式能或多或少的解决一些问题。图11，为分析模型。

图9 Pair-wise Flip in Trunk Cable Method

图10 Same Module,SameTrunk Method（Unlversal Polarity）

图11 Logical and Physical Architecture

该例采用TIA 942结构化布线所规范的组成体系，即MDA、HDA、ZDA和EDA，网络在逻辑上包括三台含冗余通路的路由器/交换机。MDA与HDA之间为交叉连接，其余区域之间为直接连接。接下来我们分别采用这5种方式来对系统连接的极性进行管理。

（8）同一模块正反安装（A/B）

如图12所示，MDA需要A＋B两种模块，两个B模块设置在HDA、EDA配置A模块。这样可确保所连接的系统正常工作，仅需要一种直连跳线。

（9）正反跳线

采用同种类型模块和标准光缆仅在系统边缘采用不同跳线的方式实现极性管理。如图13所示，EDA处采用交叉连接跳线，而HDA需要交连和直连两种跳线实现极性管理。

图12

图13

（10）主干光缆采用线对两两交叉

在MDA/HDA及HDA/ZDA之间采用交叉线对的主干光缆，如图14所示，可采用同一类型模块，但是一定要对光缆进行极性管理，并需要接入交连跳线来确保极性。

（11）通用极性

通用极性系统很容易进行管理，如图15所示，采用同一类型模块和标准光缆，所有的跳线采用直连方式。这一切源于通用极性模块中的极性配置方式。

图14

图15

其实，对于12芯光纤系统而言，有许多方式可以进行极性管理。如图16所示，总结了每种方式的优缺点。

我们可以看出，主干网络所采用的极性方式对整个系统的极性管理方式影响极大。那么，我们可以得出这样的结论，只有对数据中心的结构化布线的核心需求有了最合理的规划和透彻的理解，才能确保系统在当下和未来的正常运行。

图16 Base-12 Polarity Manngement Methods