浅析铜缆布线的发展前景

一、前言 www.vm888.com
在全球数据通信量的大幅度增长的背景下，数据中心建设则倾向于云计算的方向发展，而云计算数据中心将更多采用基于光纤传输的10G，甚至40G/100G等高速网络应用，同时虚拟化技术的应用也对网络传输提出了更高的要求，给光纤系统的应用带来了新的机会。而中国国家标准《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》的即将颁布，光纤到户应用将获得更多政府政策的支持，光进铜退的进程似乎又向前迈出了重要的一步。
当我们时刻关注着以上种种大量的行业动态与信息时，是否预示着铜缆布线已经逐渐走到了尽头？针对这样的猜想，接下来我们将分别从铜缆布线相关标准的发展、使用场合等方面来分析铜缆布线系统的市场变化与发展方向。
二、铜缆布线系统的标准发展方向
在千兆1000Base-T及以下以太网的传输介质中，Cat5e、Cat6等铜缆双绞线具有绝对的优势，随着基于铜缆双绞线作为传输介质的10GB（万兆）以太网IEEE 802.3an 10GBASE-T规范于2006年6月正式批准发布，该规范支持传统的双绞线电缆，端口采用标准RJ45连接器进行连接，可以向下兼容1000Base-T及以下以太网的应用。Cat6A铜缆双绞线可以支持的10GBase-T传输距离达到100米，Cat6双绞线则可支持37米的10GBase-T传输，使新装用户可沿用原有的双绞线电缆。
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来自40G Base-T标准方面的进展情况：IEEE802.3已于2012年7月成立NG BASE-T研究小组，研究的要点是面向数据中心的屏蔽线缆、重点包括长度、功耗等，计划2014年底完成、2015年9月投票、2016年3月正式发布；ISO/IEC TR 11801-99-x WD2包含2部分：基于Cat6A、Cat7的屏蔽器件支持，支持25米传输，频率范围1~1000MHz，以及基于新的器件，支持50米传输，频率范围1~1600MHz/2000MHz；TIA 42.7委员会下的ANSI/TIA-568-C.2-1将线缆定义为Cat8，明确使用RJ45接口，支持信道长度50米、链路长度40米，频率范围1~2000MHz，草稿0.5版完成，2013年底完成。
我们从国际标准化组织明确的标准发展方向来看，并没有看出要放弃铜缆向更高级别发展的路线，标准的发展始终与应用相关，关键是要看具体应用方向。

三、铜缆布线系统在数据中心的应用
近年来全球数据业务量的快速增长，许多传统数据中心的网络架构已经不能完全适用各类数据中心的要求，为解决数据通信量的增长与基础建设速度之间的矛盾，具备大量计算资源的云计算数据中心获得了广泛的应用，并将成为未来数据中心建设的重要发展方向。随着虚拟化等新技术在数据中心中的广泛应用，铜缆布线系统是否还能满足其对传输性能的要求呢？
3.1传统数据中心的布线系统
在传统企业级数据中心的建设中，更多采用的仍然是维护性较强的EOR（End of Row，如图一）网络架构，当服务器仍然采用千兆以太网接入时，水平配线区HDA和设备配线区EDA之间，通常会部署大量的水平铜缆双绞线。



图一EOR网络架构
由于新应用的数据流量不断增长，基于EOR架构的数据中心将逐步向万兆升级，目前主流的万兆网络标准主要有两种：基于铜缆双绞线、设备接口类型为RJ45的10GBase-T，以及基于850nm多模（万兆）光缆、设备接口类型为LC的10GBase-SR。采用10GBase-T在初期成本投入方面具有小幅优势，但端口能耗较大、目前约为10GBase-SR的2-3倍左右，由于数据中心对能耗的关注，基于铜缆双绞线的10GBase-T网络端口在当前及今后一段时间内并没有太大的优势，数据中心升级万兆后，基于EOR的数据中心铜缆应用量将有较大幅度的下降。
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3.2云计算数据中心的布线系统
据IDC公司数据预测，2012年大数据增长幅度将会达到48%。全球数据通信量将以超过30%的年复合增长率上升，而数据中心的建设则以每年15~20%的速度增长，基础建设的速度远远赶不上数据量的增长速度。采用计算资源更为丰富的云计算数据中心是解决这一矛盾的最佳解决方案，云计算数据中心利用虚拟化技术成倍的提高了现有服务器资源的效率。
为满足基于虚拟化技术云计算数据中心的应用，布线系统需要具备低延时、低损耗、高带宽、高可靠的特点，网络将采用更为扁平的二层网络架构—TOR网络架构（如图三）。TOR架构下的HDA与EDA已经融合，传统结构化布线的水平部分已经不复存在、即便采用铜缆端口，TOR架构用铜缆跳线来取代传统EOR架构下的铜缆永久链路，这一架构将导致铜缆用量大幅度降低。


图三TOR网络架构布线系统
云计算数据中心除在网络架构上采用新型的TOR架构外，在数据中心物理空间位置有限的情况下，也需要通过不断增加服务器单柜密度来提高整个数据中心的数据处理能力，这也将对外径较粗的双绞线铜缆相比较线径较细的光纤来说，铜缆并不方便在机柜内的高密度部署，这对铜缆应用也带来一定的影响。

四、铜缆布线系统在商业楼宇的应用
来自中国布线工作组CTEAM及布线联盟网的《2011年中国综合布线市场发展报告》数据称，2011年中国综合布线市场总体规模约为46亿元人民币，其中数据中心布线市场总体规模约为9亿元人民币、仅占综合布线市场总体份额的19.6%，因此综合布线市场仍然以楼宇布线为主。

在传统的楼宇布线项目中，由于工作区信息点位相对比较分散，即便在楼层管理间IDF及设备管理间MDF等区域，用于布线系统的物理空间相对比较宽敞，在选择传输介质时不用过多考虑布线密度的影响因素。分布在各个楼层管理配线间的布线机柜也降低了对制冷的要求，网络设备的端口能耗大小对楼宇布线系统的影响程度相对数据中心较低。在楼宇布线规划中，项目关注的焦点更多的是经济性、即项目建设的总体成本投入。
因此，前期投入成本更低的铜缆双绞线布线系统在楼宇布线中占有绝对的优势，根据布线联盟网提供的调查数据显示，2011年铜缆布线系统在整个布线市场占有的份额仍然达到80%，来自GIM市场报告也说明了铜缆布线系统在布线市场上的绝对优势地位（如图四）。


图四布线市场产品分布 www.vm888.com
综合布线系统自上世纪80年代末期进入中国市场以来，已经有超过20年的时间。早期楼宇布线采用的是仅能支持100Base-T，无论是从布线系统满足网络需求方面，还是布线系统本身的质保年限都已经进入了应用的极限。因此，楼宇布线除新建项目外，早期项目综合布线系统改造所蕴藏的市场容量，必将给综合布线行业再带来一次发展的良机。
4.1改造的楼宇布线系统项目
在布线系统的改造项目中，设计规划需要考虑与原有设备的兼容。考虑到原有网络设备的具体情况，这类项目将以1000Base-T千兆以太网到桌面的解决方案为主。千兆以太网的设备端口在能耗方面，选择铜缆双绞线和光纤作为传输介质的差异不大，每端口的能耗都大约为3W。
对于无需考虑布线密度以及端口能耗的情况下，成本具有绝对优势的铜缆双绞线将作为1000Base-T以太网的主要传输介质（数据主干部分采用少量的光缆）。在这类改造型楼宇布线系统项目中，水平部分将会大量使用到铜缆双绞线如Cat5e、Cat6，其中又以Cat6为主（如图五）。


图五铜缆产品类型选择意向
4.2新建的楼宇项目布线系统
在新建的楼宇布线项目中，以六类铜缆支持1000Base-T千兆以太网到桌面的解决方案占有最大的市场份额，另外基于10GBase-T以太网标准的万兆网络设备端口，具备自动向下兼容千兆1000Base-T、百兆100Base-T等低速率以太网的性能，万兆以太网到桌面的应用案例在2012年也出现了比较大的增长。相比较数据中心，在楼宇类项目中，当前桌面终端IT设备如绝大部分采用基于RJ45的铜缆端口，在商业楼宇类项目中，万兆铜缆接口将具有绝对的优势。适合万兆以太网传输的铜缆双绞线将以Cat6A为主，其支持万兆以太网传输的距离达到100米（Cat6支持的距离为37米）。
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IEEE802.3an发布的10GBase-T万兆以太网标准和以往类似标准比增加了一个新的内容：对外部串扰的要求。由于各种屏蔽布线链路具有非常优异的外部串扰特性，其测试的外部串扰性能比标准要求平均高出10dB以上，而非屏蔽布线链路则需要通过非常复杂的外部串扰测试后，才能确保布线系统符合万兆传输的要求。10GBase-T以太网下的传输介质Cat6A屏蔽系列将具有实际应用的优势。FTM Consulting的研究预测，未来五年屏蔽双绞线的增长速度达到26.4%，增速超过非屏蔽双绞线。第三方机构的预测也验证了这个方向。

五、总结
数据中心特别是云计算数据中心由于大量采用虚拟化技术，对于网络传输延时、网络带宽、端口能耗以及布线密度的要求越来越高，而万兆以上的应用基于铜缆双绞线传输的布线系统在延时、端口能耗以及布线密度等方面具有一定的局限性，同时大量采用TOR架构等因素的影响下，因此在数据中心的布线系统中，铜缆布线在很长的时间内都不具备应用优势。
而相对于占布线市场80%以上的楼宇布线系统，由于对端口能耗以及布线密度的要求较低，考虑的因素更多倾向于布线网络的前期成本投入。另外由于工作区IT终端设备采用主流RJ45接口，同时基于RJ45接口具有网络向下兼容的自适应功能，且相比较光纤网络设备端口，铜缆网络设备更具有明显的价格优势。所以铜缆双绞线布线系统在较长的一段时期内，仍将是楼宇布线系统的首选。