浅谈全光网络及其在医院的应用

浅谈全光网络及其在医院的应用
【摘要】随着Internet业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正在以指数级的速度迅速膨胀，这就要求网络必须具有高比特率、低延时的数据传输能力和大吞吐量的交叉能力。

随着有频带宽、损耗低、抗干扰能力强、传输距离远、可靠性高和不断下降的成本等优点的光纤通信技术的出现和日趋成熟，全光网已被认为是未来通信网向宽带大容量发展的优选方案。

【关键字】PON（无源光纤网络）、OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）、ODN（光分配网）
1、引言
全光网的发展至今大致可分为两个阶段，一个是2008年-2017年的这10年，以“光进铜退”为主要任务，全光电信宽带在小区、住宅、办公楼得到广泛的接入应用，这一阶段称为全光1.0阶段。

从2017年开始，我国已经进入全光2.0时代，在传输、接入全光化的基础上，实现交换路由的全光化，是全光网发展史上的一次重要飞跃，主要标志就是低延时、高带宽、低能耗，并摆脱了电层复杂度，让架构更简便、接入更方便。

2、无源光网络（PON）简单介绍
PON网络技术是一种一点到多点传输的全光网光纤接入技术，由OLT、ONU、ODN三部分组成，无源光网络的“无源”就在于整套光分配网均不含有源的电子元器件，由光纤和一对多的光分配器组成。

目前，PON技术有EPON、GPON和WDM-PON等，EPON、GPON两种主流的PON 技术在上行、下行带宽速率和带宽分配上略有不同，例如：EPON上、下行带宽均为1.25 Gbit/s，GPON下行带宽为2.5 Gbit/s，上行带宽为1.25 Gbit/s。

国内新华三（H3C）供应商采用EPON技术，华为、中兴等供应商采用GPON技术。

而
WDM-PON技术是在光传输中引入波分复用技术，即同一根光纤中可同时传输不同
波长的光信号，因此能大幅提高传输速率，是未来全光网络研究和发展的方向。

3、全光网与交换式以太网的优劣对比
全光网与交换式组网相比，在系统架构、布线简易程度、工程造价以及后期带宽
升级等方面有这差异，如下：
3.1随着通信行业“光进铜退”理念的提出，全光网布线模式中的水平布线
系统以1根2-4芯的单模光纤代替交换机组网模式的8-16根六类或超六类网线，能大大减少布线所需的空间（减少80%），特别对于大型综合体建筑的较为狭小
的过道空间优为适用。

3.2全光网采用OLT+ONU的二层网络架构，用无源的ODF连接和分配光信号，OLT设备一般安装于信息机房内，而ONU设备可分散至各个功能房间内，可安装
与吊顶内或内嵌于墙面安装。

交换机组网的“核心+汇聚+接入”的三层架构，需
要将大量的网线汇聚在汇聚机房和弱电间内，用汇聚层交换机和接入层交换机实
现数据交换。

全光网交交换机组网的优势就是能省去汇聚间、楼层弱电间的设备
和设备安装所需的空间。

3.3随着光纤产品生产成本的降低，全光网代替交换机组网，能有效降低布
线成本。

据调研市场光纤和网线的造价，使用全光网代替交换机组网后布线造价
能降低40%。

3.4无论是光纤还是网线，作为系统的永久链路，一般都敷设在建筑物的吊
顶内桥架或墙体内预埋的套管中，更换不太容易。

网线受传输距离和带宽限制，
带宽一般为1G，升级换代时施工难度较大；光纤较网线的优势就是传输距离远、
带宽高，能达到10G甚至50G，网络升级换代时，只需更换有源设备，无需更换
暗敷的布线，且光网络系统是一种纯介质网络系统，能有效避免外部设备或雷电
引起的强电磁干扰，保证数据传输的稳定性。

3.5交换机组网的技术成熟，具有独占带宽的优势，用户能轻松实现1Gbps
的传输速率，但受网线传输带宽影响，要实现10G对网线的要求较高，需要使用
七类以上的网线，7类网线线径较大，不适合大面积使用在公共建筑内，一般适
合使用在信息机房内有高带宽传输要求的铜电缆的布线中；全光网络虽为共享带
宽资源，但其共享的带宽已可到达10G，未来可平滑升级至50G，甚至100G，且
技术日趋成熟，是未来高带宽网络需求的首选。

4、全光网在医院的应用
现代智慧医院的医院信息系统（HIS）、临床信息系统（CIS）、电子病历（EMR）、影像归档和通信系统（PACS）等重要的医院医疗系统都离不开基础网
络的建设，由于医院信息尤其是病人信息具有动态性和数据快速增加的特性，这
些信息对于整个医院的各个科室、各种医疗行为又具有共享性，需要有庞大的多
网络、高带宽、低延时的基础网络来提供信息共享通路。

医院的发展也必然是向
着标准化、规范化、集成化、智能化、智慧化的方向发展，基础网络的可拓展性
也表现的尤为重要，这种拓展性应有系统升级周期短、升级成本低、网络安全高
等特点，全光网络较交换机组网网络更适合这种拓展，主要变现在以下几个方面：
4.1全光网的ONU箱可以内嵌于诊室、病房、护士站、办公室的内墙上，安
装高度约500mm，且安装于门后等较隐蔽的位置，既便于维护又不易引起病患及
家属的注意。

每个ONU箱内可安装2-4台4口或8口ONU设备。

医疗护理设备对
网络的需求越来越多，特别是重症监护室，病人的生命体征信息需要通过网络上
传至信息系统，且有专人监护，全光网的特点之一就是便于这些功能房间或区域
内网络终端设备的扩展。

4.2医院的影像科对影像归档传输的传输带宽要求高，交换机组网系统使用
的六类或超六类网线的带宽只有250M/500Mbps，且网线作为永久链路，更换十分
不易，已很难满足PACS系统未来的发展需要，全光网利用光纤链路的高带宽
（已达到10G,未来可平滑升级至50G甚至100G）、长距离传输无损耗的特点，
足以满足PACS系统未来发展所需的带宽。

4.3光网络单元ONU，在医院的分布是分散的，且每套网络单元的接口大多
为4-8口，最多一般不超过24口。

如果有个别ONU出现故障，影响的范围也只
限于几个或十几个的网络终端设备的使用，不会造成大面积断网的现象。

4.4医院的网络安全等级为三级等保，为保障医疗信息的安全，医院的HIS、CIS、EMR系统所用的医疗业务内网应与外接互联网物理隔离，交换机组网就需要
布置2套不同的网线来实现物理隔离，而全光网系统只需要布置满足使用要求的
1套多芯光纤就能解决物理隔离的问题，且全光网能将与医疗内网无关的互联网、IPTV网、IP电话网、设备网等多网合一，进一步降低工程造价。

4.5全光网系统能建立一套可视化的设备运维系统，将设备的位置信息输入
模型，定时巡检设备的状态，当有设备出现故障时，能快速、精准的确定发生故
障设备的位置信息，系统也会分析发生故障的类型，并根据系统判断的故障类型
给出解决处理方案，使用户能快速解决故障问题。

5、实际应用案列介绍
深圳市第二儿童医院为新建的儿童专科医院，位于深圳市龙华区，医院的网
络架构系统采用全光网设计。

医院共计信息点位2万余个，系统采用6台OLT设备，核心设备采用容错设计，每两台OLT设备互为备用，减少断网风险。

分光器
主要采用2：8，部分对网络带宽需求较高的科室，如影像科、阅片室等特殊区域
使用2：4的分光器；为方便无线AP的统一接入和管理，无线AP线缆均敷设至
弱电间，采用24口POE供电ONU接入。

根据每个ONU箱管理的区域的网络终端
数量需要设置4口和8口ONU，每个ONU箱可安装2-4台ONU设备，ONU端口数
有10%做为后期扩展预留。

儿童医院为专科的儿童医院，就医的患者多为婴儿和
儿童，为避免公共区域的ONU设备箱被儿童以外打开的安全隐患发生，箱体的安
装高度设置在1.5米以上。

具统计，深圳第二儿童医院项目减少铜缆布线约70余万米，减少铜缆布线
造价约400余万。

6、结论
拥有着高带宽、低延时、传输远、造价低等优点的全光网-无源光网络系统
已在智能小区、智慧学校和智慧酒店中得到广泛应用和推广，相信在未来将会成
为智慧医院信息化网络的首选。

参考文献：
1、吕雅利、林金桐.未来全光网络的发展。

光通信技术.2001（01）270-272
2、潘章斌.基于GPON的校园全光网建设与实践. 中国新通信2022 24（01）50-51
3、陈宏庆、张飞碧、袁得、李慧君.智能弱电工程设计与应用. 机械工业出版社。