光子通信在金融领域的应用探析

吴永飞 王彦博 宫小奕 李东英

Analysis on Application of

Photon Communication in Finance

数字经济时代下，随着移动大数据、云计算、边缘计算等一批新兴技术的迅猛发展，各行业对数据快速传输都提出了更高的要求。在此背景下，基于光子科技的通信技术近年来发展日益加速。一方面，从政策端来看，各级政府高度重视相关技术的发展，工业和信息化部印发的《基础电子元器件产业发展行动计划（2021—2023年）》强调要“重点发展高速光通信芯片”；另一方面，从需求端来看，中国是全球最大的移动通信市场之一，运营商和用户对高速、大带宽的通信需求旺盛，进一步推动了基于光子科技的通信发展进程。此外，5G网络的建设也给光通信行业带来了巨大的机会，加快了光纤传输和光模块设备的发展速度。

本文立足于金融科技视角，面向光子金融科技中的“光子通信”方向，聚焦其中的光子网络技术细分领域，通过构建全光局域网以适用于银行业务场景，并简单有效地完成对局域网升级改造，从而进一步提升商业银行办公效率、降低建设成本，以期为光子金融科技时代背景下商业银行广泛应用光子通信技术提供借鉴。

基于光子科技的通信技术发展

本文提及的基于光子科技的通信技术在广义上是指以光波作为传输媒介、以光子作为信息载体的通信技术。光子同时具有波动性和粒子性两个特性，从业界的应用来看，如果仅使用单一粒子来做通信，则可能纳入量子通信范畴；如果仅使用波动性来做通信，则往往更倾向于光学范畴。

基于光子科技的通信技术优势

具体来说，对比传统的电子通信技术，基于光子科技的通信技术具有以下优势：一是在电子传输中，电阻等客观因素影响了电子运动的速度，使数据的传输速度减慢；而光子不具有质量，且不会受到类似电阻的阻力影响，因而传输速度更快。二是在电子电路中，传输电子的电子流在通过铜线与芯片晶体管时会产生大量电阻，进而产生大量热量，且热量与数据传输量成正比，一旦到达临界点，数据的安全及设备的安全将难以保障；而基于光子科技的通信方案不产生热量，信息在光子中传输，速度更快且能耗更低，在“铜退光进”的时代，使用光子方案可以有效降低能耗。三是使用光子作为信息载体，其容量超过电子载体多个储存量级；传输速率方面，光子载体目前可达Tb/s的传输速率，远超电子载体Gb/s的速率量级。

1966年，高锟从理论上分析并证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性。1977年，美国通信服务商AT&T建立了第一条从纽约到芝加哥的光纤通信线路。此后的20年间，各个国家积极尝试光纤通信模式，并研发出了光开关、光交换机等新技术。进入21世纪，光纤网络逐渐成为全球化现代通信的重要组成部分之一。2010年以来，随着5G通信、云计算、物联网等领域的快速发展，可以预见，基于光子科技的通信方案将有更大的发展潜力及市场上升空间。

光子网络技术的发展

广义来看，基于光子科技的通信技术涵盖光子网络技术和光子传感技术两个主要方面。

在光子网络技术方面，全光局域網络是其重要方向之一。全光局域网络是一种点到多点的企业类局域网络，通过一套光纤网络为企业用户提供多种类型的数据、业务的接入。该技术已广泛应用于全社会各类场景中，例如电信、医疗、教育及金融等领域。2013年，IBM组织成立了全球无源光纤局域网联盟（Association for Passive Optical LAN，APOLAN），旨在通过产业链的合作，推进全光局域网在企业园区的商用进程。

全光局域网络构建的核心技术是无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术。该技术起源于20世纪90年代，从原始窄带PON技术到GPON技术经历了多个阶段：窄带PON技术最初被提出时，只适用于2Mbit/s以下的业务；随着技术的发展，窄带接入技术逐渐被宽带接入技术所取代；目前主要的宽带接入技术包括APON（ATM PON）、EPON（Ethernet PON）和GPON（Gigabit-Capable PON）技术。

APON技术方面。20世纪90年代末期，国际电信联盟（ITU）首次正式提出了一种新的PON技术，即APON。该技术使用异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）进行分组通信，但后续APON因ATM协议的逐渐退出，以及考虑到其产品的价格昂贵，最终无法在市场上得到广泛应用。

EPON技术方面。随着以太网（Ethernet）技术的兴起，以太网技术与传统的PON技术传输结构结合起来的EPON技术应运而生。该技术采用点到多点结构、无源光纤传输，可以在以太网基础之上提供多种业务。EPON部署系统具有经济灵活且高效可靠的双重突出通信网络优势，这使得它能同时成为实现电信网、广播电视网及互联网的“三网合一”和“最后一公里”目标有效可行的通信系统方法。

GPON技术方面。全业务接入网络（Full Service Access Networks， FSAN）联盟于2001年首次提出了GPON的基本概念。该技术是基于ITU-TG.984.x标准设计而成，具备高带宽、高效率等多个优点，被大多数行业人士认为是网络全面改造的理想技术。中国移动率先按照用户规模要求全面引入移动GPON光网关技术，并在2020年成功开发建成全球最大规模的GPON网关和光网络传输接入系统。本文所描述的全光局域网建设中采用的无源光网络技术即为GPON技术。

光子传感技术的发展

光子传感技术是光子通信的另一个重要技术分支。与传统电子传感技术相比，光子传感技术具有更低的噪声、更高的精度和更强的抗干扰性能，因此在许多领域具有重要的研究及应用价值。该技术主要利用光学原理检测、传递或处理信息。一般情况下，基于光和物质之间的相互作用，并利用这些相互作用来实现各种测量和控制任务。例如，利用光子传感技术可以实现高灵敏度、快速响应和高分辨率的温度、压力、湿度、化学成分等参数的测量和监测，在医疗、能源等领域能够发挥重要作用。2021年，盖雪姣基于光子晶体传感材料，以展青霉素适配体和巯基化的寡核苷酸序列为识别元件，分别建立了用于展青霉素和蓖麻毒素的超灵敏传感检测技术，实现了对展青霉素和蓖麻毒素的无标记超灵敏检测。2022年，申慧婧利用高度有序的光子晶体作为传感平台，结合金纳米颗粒（AuNPs）具有的局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）信号放大作用，构建了操作简单、响应快速、特异性好的新型传感检测技术，成功应用于伏马毒素B1和金黄色葡萄球菌肠毒素的超灵敏检测。

面向商业银行的全光局域网建设

数字经济时代，金融行业数字化转型快速发展，不仅产生数据的量级大幅增加，同时各项业务的融合创新也在催生着局域网的变革。业务模式的转型升级迫使传统的局域网络做出改变，传统局域网的带宽和容量已经难以适应未来的发展趋势，面临着网络结构复杂化、布线占用空间大、维护难度大、覆盖距离短等问题。如何构建一种安全、稳定、高效、经济的局域网络架构，便于今后升级和再配置，适应金融业数字化转型发展的办公新模式，已经成为当前商业银行需要解决的问题。华夏银行乌鲁木齐分行通过构建全光局域网，为商业银行智慧运营场景提供了基于光子科技的通信新方案，有效降低了设备能耗，减少了系统故障点，提高了系统可靠性，具体方案如下。

在实施软科学方法方面，全光局域网建设项目进行改造的试点办公楼采用的是传统双绞线综合布线，由于使用年限较长，弱电井中光缆、网线繁杂，既不利于日常管理维护且存在安全隐患。改造过程中构建了科学工作流程，形成“3个确定+1个实施”，即一是确定业务场景、二是确定并发带宽、三是确定组网类型、四是全光网络布线实施。改造方案中根据功能区域具体划分为内部网络和外部网络两套网络予以实施。

在网络技术选型方面，华夏银行乌鲁木齐分行建设的全光网络是基于千兆比特无源光网络GPON技术构建的企业类局域网。该技术的网络架构主要由光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）网络单元、用户端设备连接的光网络单元（Optical Network Unit，ONU）模块以及光线路信号传输中通道连接的光分配网络（Optical Distribution Network，ODN）单元模块组成，该系统架构具有极高的安全性，能有效保护用户数据信息安全与用户传输网络数据隐私。

在实施效果方面，使用全光网络技术对银行办公环境的改造主要有如下四个优势：一是能够提高网络安全保障能力。全光网络与传统网络最大的区别在于光纤作为传输介质被最大限度地应用在全光网络的建设当中，而非使用传统电信号传输方式中的铜线作为介质。在保障网络安全的同时，光纤还可以提高对场地、设备、人员的保护能力，光纤使用环境温度区间宽，光纤通信不带电，所以使用起来十分安全，不同的护套材料和内部构造可以应对恶劣的办公环境。二是提高设备可靠性。全光网络方案中需要在中心机房增加配置光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）设备，将原来汇聚机房和接入机房内的汇聚交换机和接入交换机分别用分纤箱和分光器替代，使有源变为无源，降低了设备能耗，减少了故障点，提高了可靠性。三是实现光纤直接入网。由于光纤的大面积使用，在中间段采用无源分光器替代了传统网络中的交换机，光网络单元（Optical Network Unit，ONU）进一步下沉到用户端，实现“光纤到桌面”。四是建造性价比高。光纤价格较低，安装建设周期短，施工简单方便，人工成本低，且不易损坏。五是符合业务发展方向。全光网络方案实现了网络结构的扁平化和运行维护的简单化，并且大量减少了云业务的转发节点，大大降低了传输网络时延，提高了数据传输的质量，使得办公场所网络架构升级迭代成为面向云业务的架构，为满足后期业务发展对网络资源的需求打下了坚实的技术基础。

结语

在数字经济时代，数字化转型已成为金融机构实现快速发展的一条必由之路。随着业务发展對网络性能需求的不断提升，金融行业对通信能力的要求也在持续提高。如何运用新兴技术将传统通信网络进行升级改造，为业务的高效实现、数据的更加安全提供保障，是银行金融机构亟待解决的问题。本文面向光子金融科技的光子通信细分领域展开研究，并在华夏银行乌鲁木齐分行运用全光网络技术完成了对局域网的升级改造，为全社会广泛应用光子科技提供了借鉴。

（龙盈智达﹝北京﹞科技有限公司杨璇、高新凯、徐奇、刘慧萍对本文亦有贡献）

（作者单位：华夏银行股份有限公司，

龙盈智达﹝北京﹞科技有限公司）

责任编辑：董 治

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