現(xiàn)代醫(yī)療建筑中全光網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分析

現(xiàn)代醫(yī)療建筑中全光網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分析

[Summary]：本文提出了現(xiàn)在醫(yī)院建筑全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的解決方案，并和傳統(tǒng)LAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較全面的對照比較，分析了全光網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)特點(diǎn)及其優(yōu)勢所在，為現(xiàn)代醫(yī)院建筑全光網(wǎng)建設(shè)提供參考和借鑒。[Keys]：POL全光網(wǎng)絡(luò)；GPON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；綜合醫(yī)院；傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)Abstract:Thispaperputsforwardthesolutionfortheconstructionofall-opticalnetworkinmodernhospitalbuilding,andcomparesitwiththetraditionalLANnetwork,andanalyzesthearchitecturecharacteristicsandadvantagesofall-opticalnetwork,soastoprovidereferencefortheconstructionofall-opticalnetworkinmodernhospitalbuilding.Keywords:POLallopticalnetwork;GPONnetworktechnology;networkarchitecture;generalhospital;traditionalnetwork引言隨著我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的快速發(fā)展，面對著全球化疫情的重重考驗(yàn)，醫(yī)療建筑的改造與新建工作越來越受到重視。綜合醫(yī)院人員復(fù)雜、設(shè)備繁多、信息密集且實(shí)時(shí)性高，建設(shè)低能耗的綠色智能化醫(yī)院，為醫(yī)護(hù)人員搭建一個(gè)安全、便利、高效的工作環(huán)境，為管理人員提供一個(gè)信息集成，操作便利，穩(wěn)定性高的管理平臺(tái)變得日益重要。傳統(tǒng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用LAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，隨著醫(yī)院智能化末端設(shè)備對于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)容量、傳輸距離的需求不斷增加，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差、架構(gòu)復(fù)雜、空間占用體積大、線纜最遠(yuǎn)距離受限，升級改造工程量大等問題逐漸開始暴露。本文提出一種基于GPON（Gigabit-CapablePossiveOpticalNetwork）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的POL（PassiveOpticalLan）全光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，完美的解決了目前傳統(tǒng)LAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在的劣勢。本文作者從多角度將POL全光網(wǎng)與傳統(tǒng)LAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)方案進(jìn)行了對比分析。GPON無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)GPON網(wǎng)是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浼軜?gòu)的無源全光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，由局側(cè)的OLT(光線路終端)、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU和光分配網(wǎng)絡(luò)ODN組成。無源是指光分配網(wǎng)絡(luò)ODN中不含有任何有源電子元器件及電源，全部由光纖和分光器等無源器件組成。OLT可以實(shí)現(xiàn)控制各個(gè)光分配線網(wǎng)、運(yùn)行維護(hù)管理、集中帶寬分配、實(shí)時(shí)監(jiān)控光網(wǎng)絡(luò)等功能，在無線光網(wǎng)絡(luò)中起到了至關(guān)重要的作用。光網(wǎng)絡(luò)單元ONU在用戶側(cè)安裝，并可以為用戶提供實(shí)現(xiàn)多種功能的末端設(shè)備所需接口，從而實(shí)現(xiàn)集成。光分路器可實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間的連接功能，并可識別分發(fā)下行數(shù)據(jù)、集中并上傳上行數(shù)據(jù)。GPON使用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)同時(shí)處理雙向信號的傳輸。對于在同一根光纖上的傳輸，上行鏈路和下行鏈路信號使用不同的波長。以下兩種復(fù)用技術(shù)用于隔離在同一光纖上的多個(gè)用戶。輸入輸出信號：下行采用廣播技術(shù)，GPON的下行幀長固定為125us，下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)，所有ONU可以接收相同的數(shù)據(jù)，但不同的業(yè)務(wù)由GEMPORTID標(biāo)識。對于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，ONU通過過濾接收對應(yīng)的數(shù)據(jù)，上行數(shù)據(jù)流采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）技術(shù)，GPON上行數(shù)據(jù)采用TDMA對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，上行劃分為不同的時(shí)隙。行幀中的UpstreamBandwidthMapping字段用于為每個(gè)ONU分配一個(gè)上行帶寬時(shí)隙。每幀有9120個(gè)時(shí)隙，使得所有的ONU均不需要競爭時(shí)隙而產(chǎn)生矛盾。從而有序發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。GPON還需要通過已經(jīng)定義的接口同電信管理網(wǎng)進(jìn)行連接，從而執(zhí)行配置、性能、故障、安全以及計(jì)費(fèi)等方面的管理。最終完成操作維護(hù)管理功能（OAM）。GPON無源光網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在醫(yī)療建筑領(lǐng)域中，目前主流的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用核心——(三層)匯聚交換機(jī)(業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān))——接入交換機(jī)。匯聚交換機(jī)部署終端業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，匯聚上聯(lián)核心交換機(jī)為三層鏈路，核心做三層流量轉(zhuǎn)發(fā)。樓層弱電間部署接入交換機(jī)，并通過雙絞線實(shí)現(xiàn)接入交換機(jī)同各功能房間之間的布線。對于傳統(tǒng)的三層架構(gòu)部署模式，GPON網(wǎng)采用的是點(diǎn)到多拓?fù)浼軜?gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)接入的方式。OLT代替了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的匯聚交換機(jī)，放置于醫(yī)院中心機(jī)房內(nèi)；ODN(光配線網(wǎng))取代了接入交換機(jī)，主要由一個(gè)或數(shù)個(gè)分光器構(gòu)成，用于連接OLT和ONU，采用了點(diǎn)到多點(diǎn)的共享模式。ONU作為所有業(yè)務(wù)的接入端，通過有線或無線的方式接入用戶的數(shù)據(jù)、語音及視頻等業(yè)務(wù)，分布于建筑內(nèi)各區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對比圖如圖1所示。圖1傳統(tǒng)三級架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中醫(yī)療建筑的設(shè)置方案在醫(yī)療建筑項(xiàng)目中，對于智能化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)而言，一般設(shè)置三套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分別為醫(yī)療外網(wǎng)，醫(yī)療內(nèi)網(wǎng)以及設(shè)備網(wǎng)。分別設(shè)置獨(dú)立的無源光網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中主要設(shè)備如下：（1）核心交換機(jī)：保障設(shè)備高度的可靠穩(wěn)定性，推動(dòng)后期業(yè)務(wù)的平滑拓展。支持雙主控、多電源供電、交換網(wǎng)板獨(dú)立。（2）核心交換機(jī)通過20G鏈路同OLT（光纖路終端）傳輸數(shù)據(jù)。ONU通過分光器同OLT相連，分光器起到了分光作用，整體系統(tǒng)通過萬兆光纖互聯(lián)。ONU保障了千兆到桌面。（3）無線網(wǎng)絡(luò)：認(rèn)證軟件會(huì)對所有用戶進(jìn)行有線及無線認(rèn)證，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限進(jìn)行分配。對于不同功能的科室布置如下：1）病區(qū)的各個(gè)房間分別設(shè)置一個(gè)AP面板，采用敏分AP的方式可以確保網(wǎng)絡(luò)信號更好的傳輸。2）開闊辦公區(qū)域、護(hù)士站、走廊、等候區(qū)采用普通AP面板。3）大型會(huì)議室、示教室、報(bào)告廳采用高密度放裝AP的形式。4）外網(wǎng)區(qū)域（醫(yī)保、VPN、銀行等）：通過網(wǎng)絡(luò)防火墻同外網(wǎng)之間形成邏輯隔離。對于內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)，OLT設(shè)備兩兩分組，相互備份，安裝于醫(yī)療建筑的設(shè)備層機(jī)房內(nèi)。每個(gè)OLT采用4X10GE的上行方式接至核心交換機(jī)，用于前端接入設(shè)備的面板式ONU安裝于用戶側(cè)。對于病房、診室、辦公室、休息室等區(qū)域采用1端口ONU。護(hù)士站、大型辦公區(qū)域采用8端口ONU。對于門禁、廣播、樓控等需要POE供電的設(shè)備采用24端口ONU（帶POE供電）。病房區(qū)域?yàn)閷?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)漫游無間斷全覆蓋，采用敏分方案實(shí)現(xiàn)，中心AP通過兩組萬兆光纖上行到OLT。ODN光配線網(wǎng)絡(luò)基于PON設(shè)備的FTTD光纜網(wǎng)絡(luò)，用于為OLT何ONU搭建光信號傳輸?shù)耐緩??？紤]到醫(yī)療建筑對于末端點(diǎn)位帶寬要求較高，分光比一般采用2:32，對于某些特殊科室區(qū)域，分光比一般采用2:16以滿足對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的高需求。分光器全部設(shè)置于機(jī)房的ODF內(nèi)，便于集中維護(hù)和調(diào)試。從ODF到末端采用星型結(jié)構(gòu)，更利于末端設(shè)備的定位及及時(shí)的維護(hù)。對于各個(gè)樓層的弱電豎井，設(shè)置光纖熔接箱。套管采用微套管技術(shù)，由信息中心沿豎向橋架引至各弱電豎井光纖熔接箱。并通過各層水平橋架引至各區(qū)域信息、安防、監(jiān)控等末端點(diǎn)位對應(yīng)的ONU。每個(gè)信息點(diǎn)位設(shè)置2芯光纖，滿足一用一備。全光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢分析全光網(wǎng)絡(luò)POL解決方案不僅可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行POTS電話業(yè)務(wù)、電視業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、醫(yī)療專線業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)等，還可以快速適應(yīng)并滿足未來多元化業(yè)務(wù)的需求。使得組網(wǎng)成本和維護(hù)成本大大節(jié)省，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速部署。在網(wǎng)絡(luò)帶寬方面，無需對無源光網(wǎng)絡(luò)組件進(jìn)行大規(guī)模轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)從單纖2.5G到10G、40G以及更高帶寬的轉(zhuǎn)換，用更少的投資實(shí)現(xiàn)帶寬升級，滿足快速增長的需求。具體來說，全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢如下：（1）架構(gòu)先進(jìn)：對于醫(yī)療建筑而言，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要提供高帶寬以滿足部分科室的功能需求，全光網(wǎng)絡(luò)采用單模光纖可以使帶寬具備更好的使用和升級條件，未來隨著時(shí)代發(fā)展，功能需求的提升，全光網(wǎng)具備更高的可拓展性。（2）安全性：全光網(wǎng)絡(luò)中PON設(shè)備可以供極其強(qiáng)大的Dos防御能力，信息傳輸過程中防探測、抗電磁干擾，并能有效抵抗網(wǎng)絡(luò)攻擊，確保醫(yī)療內(nèi)部專用信息的安全性。（3）集成融合性：全光網(wǎng)可以通過搭建一張網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)對視頻、語音、數(shù)據(jù)、串口等業(yè)務(wù)的承載，使傳統(tǒng)綜合布線同智能化網(wǎng)絡(luò)完美融合。（4）物理空間：在物理空間方面，全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由于才用了“OLT-分光-ONU-末端”的架構(gòu)形式，對于匯聚機(jī)房及各樓層的弱電間使用面積需求大大降低，由于無需設(shè)備間的空調(diào)設(shè)備，也有效的節(jié)省了物理空間。（5）綠色節(jié)能：全光網(wǎng)絡(luò)采用無源分光器，取代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的匯聚層設(shè)備，發(fā)熱量大大減少，及節(jié)能又消除了多方面的安全隱患。（6）后期運(yùn)維：目前時(shí)期處于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)到全光網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的階段，從改造的角度上看，線路的優(yōu)化使得運(yùn)維期間問題可以更好地排查，集中管理的方式也使得使用更加高效。（7）傳輸距離：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用Cat網(wǎng)線形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用距離限制在70-90米，全光網(wǎng)有效地解決了距離帶來的布線問題。（8）拓展性：全光網(wǎng)的接入端設(shè)置于用戶側(cè)，后期隨著需求增加末端設(shè)備更加便利，無需再次規(guī)劃路由穿管走線。醫(yī)療建筑中全光網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的比較橫向?qū)Ρ热绫?所示。結(jié)語全光網(wǎng)絡(luò)正在帶著其無可比擬的優(yōu)勢在多領(lǐng)域逐步推進(jìn)展開，新冠疫情的到來對于醫(yī)療建筑信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨蠛鸵蕾囈苍谥鸩皆黾?。遠(yuǎn)程會(huì)議、遠(yuǎn)程會(huì)診、多院區(qū)數(shù)據(jù)互聯(lián)、病區(qū)網(wǎng)絡(luò)零漫游等都需要一個(gè)迅捷高效、綠色安全的滿足社會(huì)科技需求發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)施環(huán)境和條件。綜上所述，全光網(wǎng)絡(luò)具備著眾多超出傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不具備的優(yōu)勢條件。無論是在未來的醫(yī)療建筑領(lǐng)域，還是民用建筑，商用建筑等多個(gè)領(lǐng)域，全光網(wǎng)絡(luò)為智慧醫(yī)療信息化建設(shè)奠定了先進(jìn)可靠的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]任增龍.對醫(yī)院綜合布線系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)意見[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2010,25(4):62-64.DOI:10.3969/j.issn.1674-1633.2010.04.025.[2]胡鵬,陳車,李蔚.現(xiàn)代醫(yī)院建筑全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案淺析[J].智能建筑電氣技術(shù),2021,15(2):41-46.[3]呂凱,唐建軍,張安旭,等.骨干全光網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢探討[J].信息通信技