全光网络在智慧医院中的应用研究

摘要：当前，在医疗行业数字化转型加速推进的态势下，医院信息化建设已成为提升医疗服务质量、优化患者就医体验的关键途径。紧扣这一现实需求，对现代化医院信息网络的建设需求与组网现状展开深入剖析，针对F5G全光网络与以太全光网络两种典型技术，从网络架构、多业务承载与隔离、终端接入带宽等多个角度展开深入研究和对比，明晰各技术的优势与不足，以及全光网络在应用中需要注意的问题与对策，以期为智慧医院网络建设提供实用且具有前瞻性的参考与借鉴。

关键词：智慧医院"全光网络"PON"医院网络"融合网络架构

中图分类号：R197.32

Research"on"the"Application"of"All-Optical"Networks"in"Smart

Hospitals

WANG"Wenhui

Xiamen"Information"Port"Construction"and"Development"Co.，"Ltd.，"Xiamen，"Fujian"Province，"361000"China

Abstract：Currently，"with"the"acceleration"of"digital"transformation"in"the"medical"industry，"hospital

information"construction"has"become"a"key"way"to"improve"the"quality"of"medical"services"and"optimize"the"patient's"medical"experience."Focusing"on"this"practical"need，"this"article"conducts"an"in-depth"analysis"of"the"construction"requirements"and"networking"status"of"modern"hospital"information"networks."Two"typical"technologies，"F5G"all-optical"network"and"Ethernet"all-optical"network，"are"studied"and"compared"from"multiple"perspectives"such"as"network"architecture，"multi"service"bearer"and"isolation，"and"terminal"access"bandwidth."The"advantages"and"disadvantages"of"each"technology"are"clarified，"as"well"as"the"issues"and"countermeasures"that"need"to"be"paid"attention"to"in"the"application"of"all-optical"networks，"in"order"to"provide"practical"and"forward-looking"references"and"inspirations"for"the"construction"of"smart"hospital"networks.

Key"Words：Smart"hospital;All-optical"network;PON;Hospital"network;"Converged"network"architecture

近年来，国家卫生健康委员会大力推动智慧医院建设，明确构建了以电子病历为核心，融合智慧服务与智慧管理的“三位一体”信息化建设框架，旨在全面提升医疗服务效率与质量。然而，当前医疗影像数据量的爆发式增长、远程医疗服务需求激增，医疗业务高峰期流量高并发，传统网络凸显出明显局限性，成为智慧医院发展的瓶颈。在此背景下，全光网络作为一种新型的网络基础设施，为突破这一困境提供了有力支撑。

1"智慧医院网络需求及组网现状

当前，医院网络在功能和应用层面上通常划分为内网、外网及智能化专网[1]。

1.1"内网

内网为医疗专用信息应用网络，承载了智慧医疗与智慧管理的核心业务数据，包括医疗业务平台的数据交换、HIS、EMR、LIS、PACS，以及排队叫号、医护对讲、手术示教等各类医疗辅助系统。此外，医院内网还涵盖内网Wi-Fi接入与医疗物联网，覆盖医院各临床科室的诊区和病区、医技科室、办公区域、收费处、药房、门急诊大厅等诸多医疗场所，是医院的核心工作网络。

1.2"外网

外网主要用于办公室、公共区域等场景的互联网接入及外网Wi-Fi接入服务，并对外提供预约诊疗、线上复诊、信息公告、远程医疗等服务。随着“互联网+医疗健康”战略的深入实施，医院构建互联网医院，实现互联网预约、问诊、缴费等智慧服务功能已成为趋势。

1.3智能化专网

智能化专网主要用于安防监控、紧急求助、入侵报警、门禁控制、停车管理、楼宇自控及环境监控等智能化系统的信号传输，是医院安全防护及能源、环境管理的重要支撑。

2"医院全光网络技术研究

经过多年的技术演进，当前医院全光网络的建设主要有以太全光网络和F5G全光网络两种类型。

2.1"F5G全光网络技术

F5G全光网络主要指F5G"无源光局域网（Passive"Optical"LAN，POL），其核心组件包括光线路终端（Optical"Line"Terminal，OLT）、光分配网络（Optical"Distribution"Network，ODN）及光网络单元（Optical"Network"Unit，ONU）。OLT作为网络的核心，负责汇聚所有ONU的接入，并执行数据交换与转发任务。ODN由分光器和光纤等无源器件构成，负责光信号的分配与传输。ONU部署于用户端，提供终端业务的接入功能[2]。

2.2"以太全光网络技术

以太网全光网络采用点到点架构，其沿用成熟的以太网通信技术标准，通过光纤直接入室，摒弃了传统的楼层接入设备，从而实现楼栋内的统一汇聚。通常由核心交换机、汇聚交换机、接入交换机、光模块和光纤等组成。目前，市场上还推出了一种以太彩光组网方案，该方案核心是通过简化网络架构层级，并引入CWDM彩光技术，通过在单根光纤上复用多个不同波长的光信号，以此提高单根光纤的利用率。其核心构成包括彩光交换机、彩光模块和光纤等。这两种方案在医院全光网络建设中提供了不同的路径选择。

2.3"技术对比

2.3.1网络架构方面

F5G全光网络及以太全光网络相较于传统以太网的显著区别在于将接入交换机或ONU直接下沉部署到了房间或终端用户处，这一策略显著缩短了铜缆的距离，有效降低了信号衰减和电磁干扰的风险，同时赋予了信息点位更加灵活的扩展能力。以太全光网络遵循传统“核心—汇聚—接入”三层架构，而以太彩光技术和F5G无源全光网络虽在形式上也采用类似的三层架构，但由于其中间传输链路采用无源器件，故而可近似视作“核心—接入”扁平化二层架构，这种扁平架构的核心优势体现在两个方面：一是优化了南北向流量的传输效率；二是减少了有源设备的数量，从而降低了故障发生率、能耗以及潜在的火灾风险。然而，这种优势也是一把双刃剑，因为传统三层架构的设计初衷是确保大型网络的扩展性和灵活性，对于中小型网络而言，以太全光网络也可以简化为两层甚至一层架构。另外，值得注意的是，这种扁平化架构在面向物流量较多的场景时，可能面临效率瓶颈，需要在设计时充分考虑合理的收敛比，以平衡网络带宽的利用与数据处理的效率。

综上所述，在网络架构方面F5G全光网络与以太全光网络相比各具优势。在大型网络、对物流量要求较高的场景方面，以太全光网络更具有优势。

2.3.2多业务承载与隔离方面

以太全光网络及F5G全光网络均支持常见的网络、IP电话、IPTV、物联网、Wi-Fi、视频监控等多种业务承载，其主要区别在于多业务隔离机制方面。

F5G全光网络通过实施硬管道隔离策略，结合时分复用（Time-division"Multiplexing，TDM）和波分复用（Wavelength"Division"Multiplexing，WDM）技术，为每个ONU分配固定的时隙和波长，从而实现了数据流在物理层上的严格区分。通过这一机制，F5G全光网络在多业务承载中可以实现高效的物理隔离，保障了数据传输的高安全性和隔离性。

相较于F5G，以太全光网络在实现多业务隔离时主要依赖于软件层面，如虚拟局域网（Virtual"Local"Area"Network，VLAN）、多协议标签交换（Multi-Protocol"Label"Switching，MPLS）和网络虚拟化技术等网络技术来实现业务之间的逻辑隔离[3]。这些技术虽能在同一物理基础设施上构建出多个独立的虚拟网络环境，但当业务需求升级至需要物理层专网支持时，以太全光网络就需要为每个专网分别组网，导致主干网络中的光纤数量显著增加。为了应对此问题，以太全光网络推出了以太彩光技术，该技术利用波分复用（Coarse"wavelength"Division"Multiplexer，CWDM）原理，通过特定的彩光模块将不同业务的数据调制至不同波长上进行传输。

2.3.3终端接入带宽方面

目前，医院全光网络实际场景中接入层交换机已采用分布式部署，下沉到前端，通常以极简化4/8口/16口为主，假设不考虑无源光网络动态带宽分配机制，采用8口设备，XGS-PON与以太全光网络在单用户终端接入平均速率均为1"250"Mbps/8=160"Mbps，这个速率在六类非屏蔽网线的传输速率范围内，也符合目前市场上主流终端千兆网卡的现状[4]。对于，4K/8K、AR、CloudVR等1"G至10"Gbps超高带宽应用场景，两种全光网络可通过减小的分光比或收敛比，选择更高带宽设备实现。

在当前应用场景下，基于XGS-PON技术的F5G全光无源局域网与以太全光网络在终端接入带宽能力上水平相当。但从带宽演进方面，目前PON技术商用主要在10G"GPON，50G"PON刚起步，100G"PON还在概念阶段，以太全光40G/100G商用成熟，400G已开始逐步商业化管理，以太全光网络在带宽演进方面更具有优势[5]。

除此之外，在物理安全层面，F5G全光网络与以太网中间采用无源设备，相较于以太全光的汇聚层采用有源设备，有效降低潜在故障风险，增强了网络的安全性。在加密机制方面，F5G全光网络支持在数据链路层进行加密，直接集成"AES-128"或更高级的加密算法于设备中，对从核心层至用户终端的每一数据包进行加密处理，实现了端到端的链路层安全保障。相较于以太网全光依赖媒体访问安全协议的方式，配置与管理较为简单。而在绿色节能方面F5G全光网络的无源特性更具优势。

根据以上对比，对于需要大带宽、高可靠且运维简便的应用场景，以太全光网络更有优势；而对于追求成本控制、节能减排以及高效管理的项目，F5G全光网络可能是更为符合逻辑和实际需求的选择[6]。考虑到多数医院的现实运行环境，全光网络的建设并非能够一蹴而就，医院建设部门需要综合评估设施利旧与控制投入成本的需求，制定清晰的演进路线图，按需升级，具体应用中，可以采用逐步替换到期设备和建设新网络的方式，或融合组网方案有序推进网络的升级换代。

3"医院全光网应用需注意的问题与对策

3.1终端接入设备供电

在实际应用中，为了更好地解决终端接入设备的供电问题，在项目前期，建议将终端设备的用电纳入医院整体电气设计进行全面统筹考虑。综合采用冗余电源、不间断电源（Uninterruptible"Power"Supply，UPS）等设备，以切实确保稳定供电。同时，配置智能电源管理系统，实现智能开关控制、节能控制以及故障监测等精细化管理功能，降低能源消耗同时保障电源系统可靠性。

3.2终端设备箱选型及安装

在医院环境中，由于空间有限，终端设备箱的选型与安装至关重要。应选取合适尺寸的设备箱，确保网络接入高效同时不影响医疗设备布局和使用。此外，设备箱还需综合考虑散热、防尘、防潮及电磁干扰等因素。宜配备散热风扇、通风孔以维持适宜的温度。选择具有高防护等级（"IP65"或更高等级）的设备箱，有效防尘防潮，减少电磁干扰。同时，采用静音设计的产品，避免对医院的安静环境造成干扰。

3.3"安全与维护

由于接入交换机或ONU下沉部署至房间或终端用户处，增加了安全风险及维护难度。为加强管理，提升效率，建议可从3个方面着手：一是配置智能化维护管理系统，实时监控全光网络中的设备，当设备出现异常情况时可即时警报，以便维护人员快速处理；二是终端接入设备选型尽量选用快速维护或免维护的，减少维护频率和难度，降低成本，提高可用性；三是在设备安全防护上，可考虑增加智能锁、入侵报警、温湿度监测等智能防护措施实现远程监测，及时发现并处理异常，提高安全与维护工作的成效。

4"结语

新型业务需求与技术革新携手并进，强力驱动全光网络持续演进与广泛应用。在医院信息化建设中全光网络以其独特的高带宽、低时延、高可靠性、灵活扩展等特性，成为支撑远程会诊、移动医疗、物联网医疗等智慧医疗业务发展的关键技术。展望未来，全光网络技术的不断成熟与终端设备带宽的持续提升，一个以光纤直连终端为核心、纯粹高效的光网络时代正逐步成为现实。这一变革将深刻影响医院信息化建设的格局，推动医疗行业迈向更加智能化、高效化、人性化的新时代。

参考文献

[1]"张园林.智能信息化在现代智慧医院中的应用[J].信息系统工程，2024（10）：107-110.

[2]" LU"W"J，"CHEN"Q"Z，"ZENG"H"A，"et"al."All"optical"artificial"synapses"based"on"long-afterglow"material"for"optical"neural"network[J]."Nano"Research，2023，16：10004-10010.

[3] 李世轩.基于软件定义的光接入网切片方法研究[D]."北京：北京邮电大学，2023

[4] 中国通信标准化协会.智慧医院专网融合组网架构与技术要求：YD/T"4897-2024[S].北京：工业和信息化部，2024.

[5] 林茂，罗向征，袁懿.基于光通信技术的园区网络技术探索与解决方案[J].电子技术应用，2023，49（6）：126-133.

[6] 路明春，吕周平，朱岁松.F5G夯实智慧医院网络底座建设[J].中国医院院长，2022，18（21）：68-70.