数据中心光通信技术点滴谈

摘 要： 随着信息时代的到来，数据中心的流量已经占据世界通信网络流量的大部分。当前，光通信技术被广泛应用到数据中心，包括几米距离的服务器连接，也包括全球多地数据中心的对接。在本文中，笔者对数据中心的光通信技术进行了深入介绍，包括广域网、城域网、数据中心内部的光通信技术，在此基础上，笔者对相关领域中的技术方案展开探讨与比对。

关键词：数据中心 光通信技术 互联网技术

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）05-0007-01

在当前社会中，互联网技术已经成为影响人们生活与工作的重要因素。在互联网上，无论是游戏娱乐，还是商务与社交，都会产生大量的信息数据，这些信息数据量正以指数级不断增长。大部分的互联网业务及相应的信息处理与计算都是在数据中心内完成的。在数据中心内，网络连接起成千上万台服务器，所有服务器共同协作，一起完成工作任务。截止到目前为止，光纤通信产业已经发展了50多年。1977年，首个商用光纤通信系统推出，其为45Mbit/s的容量，目前，单模光纤的容量已经超过了100Mbit/s，无论是长距离的信息传输还是短距离的信息传输吗，都能够见到光纤通信的身影。2008年，数据中心对于光纤的需求开始超越电信运营商，数据中心开始成为光纤通信的第一市场。

一、数据中心网络架构状况

一般来说，大型互联网公司数据中心网络架构涵盖广域网、城域网与数据中心内网。在广域网的作用下，世界各地的数据中心能够有效连接起来。根据架构方面的不同，可以进步将其划分为外部通道进入的数据中心与公共互联网进入的数据中心。为了避免出现用户体验差、访问延时等问题，网络运营商会在用户集中点周边构建起POP点，从而借助专线而与数据中心对接。

通常某一地区的数据中心由多个數据中心共同构成，这样能够满足备份的需求，同时也便于构建起超级化的虚拟数据中心，单个数据中心建设起来比较简单，借助城域网，这些数据中心能够有效对接。对了应对延时等问题，各个数据中心的距离应控制在80km内。

在各个数据中心内部，有成千上万台服务器在工作，这些服务器借助内网而有效连接。数据中心的服务器一般具有可扩展性，能够增加服务器的数量，并且无须改变网络架构。在实际网络设计中，成本是必须要考虑的重要因素，在架构设计的过程中确保成本与性能平衡。就目前来看，多数数据中心都运用多层结构，网络架构呈现出扁平化的发展趋势。

二、广域网下的光通信技术

光通信技术在长距离传输中具有显著优势，其能够支持两点间的大宽带信息传输。在早期，该技术主要被应用于长途干线网。在长距离信息传输中，首要解决的问题是光纤损耗、光纤线性损伤与非线性损伤。目前，干线传输网中的最重要技术就是数字相干光通信技术，在这种技术的应用下，接收机的灵敏度得到了显著提升。其借助正交香味与正交极化方向来对信号进行调制，在强度方面由一维增加到四维，频谱效率有很大提升。在使用数字信号处理技术来处理发射与接收时，会带来一定的损伤，可以在电领域中借助数字信号处理技术进行补偿，从而使得整个系统的设计与管理更加简单化。系统容量也与香农极限更为接近。在陆地与跨洋系统中，SD-FEC技术与光放大器技术的应用使得无电中继传输距离能够达到3000km与10000km。随着网络流量的不断上升，但借助硬件已经难以满足用户的需求，尤其是光纤传统容量已经要达到香农极限了。只有将软件与硬件有效结合，才可以在广域网内构建起具有开放性的光传输网，从而提升整个网络效率。

三、城域网下的光通信技术

从增长速度来看，城域网要比干线网络的流量增速快很多，城域网将发展为光通信的第一市场。数据中心的城域网和电信运营商的城域网有显著不同。前者的节点比较少，业务也单一化，多采用点对点的传输系统，然而由于对数据传输的需求非常大，所以对容量也有着极高的要求。作为当前最热门的研究领域，数据中心城域网得到了学者们的广泛关注。在检测技术方面，能够划分为相干检测与直接检测，相干检测运用的是数字相干光通信技术，与广域网内的相干光通信技术极为相似。然而由于传输距离非常短，所以能够被有效简化，比方说采用低廉的硅光器件、HD-FEC等。在直接检测方案中，则有多种技术，如OOK技术，其对器件的带宽有很高的要求，并且对光纤色散匹配有着非常高的要求。针对此，人们使用高阶强度进行调制，如四电平幅度调制等。DMT技术在直接检测中也有着广泛的应用，其其实为多载波技术的一种，对各个载波运用不同的调制格式，能够最大限度地优化整个信道的频谱效率。城域网数据中心光互联采用交换机与路由器而实现。最近几年来，一种新的设备形态出现，交换机与路由器能够直接出采光，也就是说将彩光光模块直接植入到交换机或路由器中。

四、数据中心内的光互联技术

在数据中心内部，各个链路的距离都非常短，最多也不超过几百米。即便是超大型的数据中心，也很少有超过2km的链路。然而随着信息数据量的增加，以往的铜缆难以满足实际工作的需要，大部分的数据中心都开始采用光互连技术。由于距离非常短，光纤铺设起来非常容易，且多运用平行链路，这样互联的速率得到有效保障。在发射处。信号被分割成为多个平行的通道，在驱动电路的作用下，能够借助光纤实现传输，抵达接收端，再转换为电信号。随着以太网技术的提出，光通道速率得到了进一步提升，成本与功耗都较之前低很多。在交换机速度提升的过程中，电子走线会给信号带来很大损伤，针对此，可以将光模块植入交换机中，形成板载光模块，这样能够有效地避免信号损伤，并提升面板的密度。无论是板载光模块还是光电集成模块，均对器件有着非常高的要求，一旦出现问题，需要更换整个交换机电路板。

五、结束语

在本文中，笔者对广域网、城域网与数据中心内网中光通信技术的应用情况进行介绍。无论是远距离传输，还是近距离的连接，光通信技术都成为重要的信息传输载体。对于未来的数据中心来说，光通信技术将直接影响其发展走向。提升光传输通道的容量与效率将是提升整个数据中心运作效率的重要路径。

参考文献

[1]黄韵.浅谈数据中心节能与工程造价管理[J].低碳世界，2016（19）.

[2]崔秀国，刘翔，操时宜，等.光纤通信系统技术的发展、挑战与机遇[J].电信科学，2016（05）.

作者简介：陈卓（1975.4-） 男，籍贯：广西，大学本科，工作单位：中国移动通信集团广西有限公司，研究方向：云计算 数据中心 信息安全。