现代医疗建筑中全光网络与传统网络建设方案分析

现代医疗建筑中全光网络与传统网络建设方案分析

[Summary]：本文提出了现在医院建筑全光网络建设的解决方案，并和传统LAN网络进行较全面的对照比较，分析了全光网络的架构特点及其优势所在，为现代医院建筑全光网建设提供参考和借鉴。[Keys]：POL全光网络；GPON网络技术；网络架构；综合医院；传统网络Abstract:Thispaperputsforwardthesolutionfortheconstructionofall-opticalnetworkinmodernhospitalbuilding,andcomparesitwiththetraditionalLANnetwork,andanalyzesthearchitecturecharacteristicsandadvantagesofall-opticalnetwork,soastoprovidereferencefortheconstructionofall-opticalnetworkinmodernhospitalbuilding.Keywords:POLallopticalnetwork;GPONnetworktechnology;networkarchitecture;generalhospital;traditionalnetwork引言随着我国医疗卫生事业的快速发展，面对着全球化疫情的重重考验，医疗建筑的改造与新建工作越来越受到重视。综合医院人员复杂、设备繁多、信息密集且实时性高，建设低能耗的绿色智能化医院，为医护人员搭建一个安全、便利、高效的工作环境，为管理人员提供一个信息集成，操作便利，稳定性高的管理平台变得日益重要。传统医院网络系统采用LAN网络架构，随着医院智能化末端设备对于网络传输速率、网络容量、传输距离的需求不断增加，网络稳定性差、架构复杂、空间占用体积大、线缆最远距离受限，升级改造工程量大等问题逐渐开始暴露。本文提出一种基于GPON（Gigabit-CapablePossiveOpticalNetwork）网络技术的POL（PassiveOpticalLan）全光网络组网方式，完美的解决了目前传统LAN网络架构存在的劣势。本文作者从多角度将POL全光网与传统LAN网络架构建设方案进行了对比分析。GPON无源光网络系统GPON网是一种采用点到多点拓扑架构的无源全光网络接入技术，由局侧的OLT(光线路终端)、用户侧的光网络单元ONU和光分配网络ODN组成。无源是指光分配网络ODN中不含有任何有源电子元器件及电源，全部由光纤和分光器等无源器件组成。OLT可以实现控制各个光分配线网、运行维护管理、集中带宽分配、实时监控光网络等功能，在无线光网络中起到了至关重要的作用。光网络单元ONU在用户侧安装，并可以为用户提供实现多种功能的末端设备所需接口，从而实现集成。光分路器可实现OLT与ONU之间的连接功能，并可识别分发下行数据、集中并上传上行数据。GPON使用波分复用(WDM)技术同时处理双向信号的传输。对于在同一根光纤上的传输，上行链路和下行链路信号使用不同的波长。以下两种复用技术用于隔离在同一光纤上的多个用户。输入输出信号：下行采用广播技术，GPON的下行帧长固定为125us，下行数据流采用广播技术，所有ONU可以接收相同的数据，但不同的业务由GEMPORTID标识。对于业务数据，ONU通过过滤接收对应的数据，上行数据流采用时分复用（TDMA）技术，GPON上行数据采用TDMA对数据进行传输，上行划分为不同的时隙。行帧中的UpstreamBandwidthMapping字段用于为每个ONU分配一个上行带宽时隙。每帧有9120个时隙，使得所有的ONU均不需要竞争时隙而产生矛盾。从而有序发送自己的数据。GPON还需要通过已经定义的接口同电信管理网进行连接，从而执行配置、性能、故障、安全以及计费等方面的管理。最终完成操作维护管理功能（OAM）。GPON无源光网络与传统网络架构在医疗建筑领域中，目前主流的网络架构采用核心——(三层)汇聚交换机(业务网关)——接入交换机。汇聚交换机部署终端业务网关，汇聚上联核心交换机为三层链路，核心做三层流量转发。楼层弱电间部署接入交换机，并通过双绞线实现接入交换机同各功能房间之间的布线。对于传统的三层架构部署模式，GPON网采用的是点到多拓扑架构的无源光网络接入的方式。OLT代替了传统网络架构中的汇聚交换机，放置于医院中心机房内；ODN(光配线网)取代了接入交换机，主要由一个或数个分光器构成，用于连接OLT和ONU，采用了点到多点的共享模式。ONU作为所有业务的接入端，通过有线或无线的方式接入用户的数据、语音及视频等业务，分布于建筑内各区域。网络架构对比图如图1所示。图1传统三级架构网络同全光网络架构图全光网络架构中医疗建筑的设置方案在医疗建筑项目中，对于智能化网络的建设而言，一般设置三套网络系统，分别为医疗外网，医疗内网以及设备网。分别设置独立的无源光网络。网络架构中主要设备如下：（1）核心交换机：保障设备高度的可靠稳定性，推动后期业务的平滑拓展。支持双主控、多电源供电、交换网板独立。（2）核心交换机通过20G链路同OLT（光纤路终端）传输数据。ONU通过分光器同OLT相连，分光器起到了分光作用，整体系统通过万兆光纤互联。ONU保障了千兆到桌面。（3）无线网络：认证软件会对所有用户进行有线及无线认证，并进行网络访问权限进行分配。对于不同功能的科室布置如下：1）病区的各个房间分别设置一个AP面板，采用敏分AP的方式可以确保网络信号更好的传输。2）开阔办公区域、护士站、走廊、等候区采用普通AP面板。3）大型会议室、示教室、报告厅采用高密度放装AP的形式。4）外网区域（医保、VPN、银行等）：通过网络防火墙同外网之间形成逻辑隔离。对于内网、外网、设备网，OLT设备两两分组，相互备份，安装于医疗建筑的设备层机房内。每个OLT采用4X10GE的上行方式接至核心交换机，用于前端接入设备的面板式ONU安装于用户侧。对于病房、诊室、办公室、休息室等区域采用1端口ONU。护士站、大型办公区域采用8端口ONU。对于门禁、广播、楼控等需要POE供电的设备采用24端口ONU（带POE供电）。病房区域为实现网络漫游无间断全覆盖，采用敏分方案实现，中心AP通过两组万兆光纤上行到OLT。ODN光配线网络基于PON设备的FTTD光缆网络，用于为OLT何ONU搭建光信号传输的途径。考虑到医疗建筑对于末端点位带宽要求较高，分光比一般采用2:32，对于某些特殊科室区域，分光比一般采用2:16以满足对于网络带宽的高需求。分光器全部设置于机房的ODF内，便于集中维护和调试。从ODF到末端采用星型结构，更利于末端设备的定位及及时的维护。对于各个楼层的弱电竖井，设置光纤熔接箱。套管采用微套管技术，由信息中心沿竖向桥架引至各弱电竖井光纤熔接箱。并通过各层水平桥架引至各区域信息、安防、监控等末端点位对应的ONU。每个信息点位设置2芯光纤，满足一用一备。全光网络优势分析全光网络POL解决方案不仅可以通过光纤网络进行POTS电话业务、电视业务、互联网业务、医疗专线业务、视频监控业务等，还可以快速适应并满足未来多元化业务的需求。使得组网成本和维护成本大大节省，实现新业务的快速部署。在网络带宽方面，无需对无源光网络组件进行大规模转换即可实现从单纤2.5G到10G、40G以及更高带宽的转换，用更少的投资实现带宽升级，满足快速增长的需求。具体来说，全光网络的优势如下：（1）架构先进：对于医疗建筑而言，网络的建设需要提供高带宽以满足部分科室的功能需求，全光网络采用单模光纤可以使带宽具备更好的使用和升级条件，未来随着时代发展，功能需求的提升，全光网具备更高的可拓展性。（2）安全性：全光网络中PON设备可以供极其强大的Dos防御能力，信息传输过程中防探测、抗电磁干扰，并能有效抵抗网络攻击，确保医疗内部专用信息的安全性。（3）集成融合性：全光网可以通过搭建一张网络即可实现对视频、语音、数据、串口等业务的承载，使传统综合布线同智能化网络完美融合。（4）物理空间：在物理空间方面，全光网络架构由于才用了“OLT-分光-ONU-末端”的架构形式，对于汇聚机房及各楼层的弱电间使用面积需求大大降低，由于无需设备间的空调设备，也有效的节省了物理空间。（5）绿色节能：全光网络采用无源分光器，取代了传统网络架构中的汇聚层设备，发热量大大减少，及节能又消除了多方面的安全隐患。（6）后期运维：目前时期处于传统网络到全光网络转型的阶段，从改造的角度上看，线路的优化使得运维期间问题可以更好地排查，集中管理的方式也使得使用更加高效。（7）传输距离：传统网络采用Cat网线形式进行数据传输，使用距离限制在70-90米，全光网有效地解决了距离带来的布线问题。（8）拓展性：全光网的接入端设置于用户侧，后期随着需求增加末端设备更加便利，无需再次规划路由穿管走线。医疗建筑中全光网与传统网络的比较横向对比如表2所示。结语全光网络正在带着其无可比拟的优势在多领域逐步推进展开，新冠疫情的到来对于医疗建筑信息网络传输的需求和依赖也在逐步增加。远程会议、远程会诊、多院区数据互联、病区网络零漫游等都需要一个迅捷高效、绿色安全的满足社会科技需求发展的网络软硬件设施环境和条件。综上所述，全光网络具备着众多超出传统网络不具备的优势条件。无论是在未来的医疗建筑领域，还是民用建筑，商用建筑等多个领域，全光网络为智慧医疗信息化建设奠定了先进可靠的网络基础。参考文献[1]任增龙.对医院综合布线系统建设的几点意见[J].中国医疗设备,2010,25(4):62-64.DOI:10.3969/j.issn.1674-1633.2010.04.025.[2]胡鹏,陈车,李蔚.现代医院建筑全光网络建设方案浅析[J].智能建筑电气技术,2021,15(2):41-46.[3]吕凯,唐建军,张安旭,等.骨干全光网技术发展趋势探讨[J].信息通信技