摘要：當前，在醫療行業數字化轉型加速推進的態勢下，醫院信息化建設已成為提升醫療服務質量、優化患者就醫體驗的關鍵途徑。緊扣這一現實需求，對現代化醫院信息網絡的建設需求與組網現狀展開深入剖析，針對F5G全光網絡與以太全光網絡兩種典型技術，從網絡架構、多業務承載與隔離、終端接入帶寬等多個角度展開深入研究和對比，明晰各技術的優勢與不足，以及全光網絡在應用中需要注意的問題與對策，以期為智慧醫院網絡建設提供實用且具有前瞻性的參考與借鑒。

關鍵詞：智慧醫院"全光網絡"PON"醫院網絡"融合網絡架構

中圖分類號：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

近年來，國家衛生健康委員會大力推動智慧醫院建設，明確構建了以電子病歷為核心，融合智慧服務與智慧管理的“三位一體”信息化建設框架，旨在全面提升醫療服務效率與質量。然而，當前醫療影像數據量的爆發式增長、遠程醫療服務需求激增，醫療業務高峰期流量高并發，傳統網絡凸顯出明顯局限性，成為智慧醫院發展的瓶頸。在此背景下，全光網絡作為一種新型的網絡基礎設施，為突破這一困境提供了有力支撐。

1"智慧醫院網絡需求及組網現狀

當前，醫院網絡在功能和應用層面上通常劃分為內網、外網及智能化專網[1]。

1.1"內網

內網為醫療專用信息應用網絡，承載了智慧醫療與智慧管理的核心業務數據，包括醫療業務平臺的數據交換、HIS、EMR、LIS、PACS，以及排隊叫號、醫護對講、手術示教等各類醫療輔助系統。此外，醫院內網還涵蓋內網Wi-Fi接入與醫療物聯網，覆蓋醫院各臨床科室的診區和病區、醫技科室、辦公區域、收費處、藥房、門急診大廳等諸多醫療場所，是醫院的核心工作網絡。

1.2"外網

外網主要用于辦公室、公共區域等場景的互聯網接入及外網Wi-Fi接入服務，并對外提供預約診療、線上復診、信息公告、遠程醫療等服務。隨著“互聯網+醫療健康”戰略的深入實施，醫院構建互聯網醫院，實現互聯網預約、問診、繳費等智慧服務功能已成為趨勢。

1.3智能化專網

智能化專網主要用于安防監控、緊急求助、入侵報警、門禁控制、停車管理、樓宇自控及環境監控等智能化系統的信號傳輸，是醫院安全防護及能源、環境管理的重要支撐。

2"醫院全光網絡技術研究

經過多年的技術演進，當前醫院全光網絡的建設主要有以太全光網絡和F5G全光網絡兩種類型。

2.1"F5G全光網絡技術

F5G全光網絡主要指F5G"無源光局域網（Passive"Optical"LAN，POL），其核心組件包括光線路終端（Optical"Line"Terminal，OLT）、光分配網絡（Optical"Distribution"Network，ODN）及光網絡單元（Optical"Network"Unit，ONU）。OLT作為網絡的核心，負責匯聚所有ONU的接入，并執行數據交換與轉發任務。ODN由分光器和光纖等無源器件構成，負責光信號的分配與傳輸。ONU部署于用戶端，提供終端業務的接入功能[2]。

2.2"以太全光網絡技術

以太網全光網絡采用點到點架構，其沿用成熟的以太網通信技術標準，通過光纖直接入室，摒棄了傳統的樓層接入設備，從而實現樓棟內的統一匯聚。通常由核心交換機、匯聚交換機、接入交換機、光模塊和光纖等組成。目前，市場上還推出了一種以太彩光組網方案，該方案核心是通過簡化網絡架構層級，并引入CWDM彩光技術，通過在單根光纖上復用多個不同波長的光信號，以此提高單根光纖的利用率。其核心構成包括彩光交換機、彩光模塊和光纖等。這兩種方案在醫院全光網絡建設中提供了不同的路徑選擇。

2.3"技術對比

2.3.1網絡架構方面

F5G全光網絡及以太全光網絡相較于傳統以太網的顯著區別在于將接入交換機或ONU直接下沉部署到了房間或終端用戶處，這一策略顯著縮短了銅纜的距離，有效降低了信號衰減和電磁干擾的風險，同時賦予了信息點位更加靈活的擴展能力。以太全光網絡遵循傳統“核心—匯聚—接入”三層架構，而以太彩光技術和F5G無源全光網絡雖在形式上也采用類似的三層架構，但由于其中間傳輸鏈路采用無源器件，故而可近似視作“核心—接入”扁平化二層架構，這種扁平架構的核心優勢體現在兩個方面：一是優化了南北向流量的傳輸效率；二是減少了有源設備的數量，從而降低了故障發生率、能耗以及潛在的火災風險。然而，這種優勢也是一把雙刃劍，因為傳統三層架構的設計初衷是確保大型網絡的擴展性和靈活性，對于中小型網絡而言，以太全光網絡也可以簡化為兩層甚至一層架構。另外，值得注意的是，這種扁平化架構在面向物流量較多的場景時，可能面臨效率瓶頸，需要在設計時充分考慮合理的收斂比，以平衡網絡帶寬的利用與數據處理的效率。

綜上所述，在網絡架構方面F5G全光網絡與以太全光網絡相比各具優勢。在大型網絡、對物流量要求較高的場景方面，以太全光網絡更具有優勢。

2.3.2多業務承載與隔離方面

以太全光網絡及F5G全光網絡均支持常見的網絡、IP電話、IPTV、物聯網、Wi-Fi、視頻監控等多種業務承載，其主要區別在于多業務隔離機制方面。

F5G全光網絡通過實施硬管道隔離策略，結合時分復用（Time-division"Multiplexing，TDM）和波分復用（Wavelength"Division"Multiplexing，WDM）技術，為每個ONU分配固定的時隙和波長，從而實現了數據流在物理層上的嚴格區分。通過這一機制，F5G全光網絡在多業務承載中可以實現高效的物理隔離，保障了數據傳輸的高安全性和隔離性。

相較于F5G，以太全光網絡在實現多業務隔離時主要依賴于軟件層面，如虛擬局域網（Virtual"Local"Area"Network，VLAN）、多協議標簽交換（Multi-Protocol"Label"Switching，MPLS）和網絡虛擬化技術等網絡技術來實現業務之間的邏輯隔離[3]。這些技術雖能在同一物理基礎設施上構建出多個獨立的虛擬網絡環境，但當業務需求升級至需要物理層專網支持時，以太全光網絡就需要為每個專網分別組網，導致主干網絡中的光纖數量顯著增加。為了應對此問題，以太全光網絡推出了以太彩光技術，該技術利用波分復用（Coarse"wavelength"Division"Multiplexer，CWDM）原理，通過特定的彩光模塊將不同業務的數據調制至不同波長上進行傳輸。

2.3.3終端接入帶寬方面

目前，醫院全光網絡實際場景中接入層交換機已采用分布式部署，下沉到前端，通常以極簡化4/8口/16口為主，假設不考慮無源光網絡動態帶寬分配機制，采用8口設備，XGS-PON與以太全光網絡在單用戶終端接入平均速率均為1"250"Mbps/8=160"Mbps，這個速率在六類非屏蔽網線的傳輸速率范圍內，也符合目前市場上主流終端千兆網卡的現狀[4]。對于，4K/8K、AR、CloudVR等1"G至10"Gbps超高帶寬應用場景，兩種全光網絡可通過減小的分光比或收斂比，選擇更高帶寬設備實現。

在當前應用場景下，基于XGS-PON技術的F5G全光無源局域網與以太全光網絡在終端接入帶寬能力上水平相當。但從帶寬演進方面，目前PON技術商用主要在10G"GPON，50G"PON剛起步，100G"PON還在概念階段，以太全光40G/100G商用成熟，400G已開始逐步商業化管理，以太全光網絡在帶寬演進方面更具有優勢[5]。

除此之外，在物理安全層面，F5G全光網絡與以太網中間采用無源設備，相較于以太全光的匯聚層采用有源設備，有效降低潛在故障風險，增強了網絡的安全性。在加密機制方面，F5G全光網絡支持在數據鏈路層進行加密，直接集成"AES-128"或更高級的加密算法于設備中，對從核心層至用戶終端的每一數據包進行加密處理，實現了端到端的鏈路層安全保障。相較于以太網全光依賴媒體訪問安全協議的方式，配置與管理較為簡單。而在綠色節能方面F5G全光網絡的無源特性更具優勢。

根據以上對比，對于需要大帶寬、高可靠且運維簡便的應用場景，以太全光網絡更有優勢；而對于追求成本控制、節能減排以及高效管理的項目，F5G全光網絡可能是更為符合邏輯和實際需求的選擇[6]。考慮到多數醫院的現實運行環境，全光網絡的建設并非能夠一蹴而就，醫院建設部門需要綜合評估設施利舊與控制投入成本的需求，制定清晰的演進路線圖，按需升級，具體應用中，可以采用逐步替換到期設備和建設新網絡的方式，或融合組網方案有序推進網絡的升級換代。

3"醫院全光網應用需注意的問題與對策

3.1終端接入設備供電

在實際應用中，為了更好地解決終端接入設備的供電問題，在項目前期，建議將終端設備的用電納入醫院整體電氣設計進行全面統籌考慮。綜合采用冗余電源、不間斷電源（Uninterruptible"Power"Supply，UPS）等設備，以切實確保穩定供電。同時，配置智能電源管理系統，實現智能開關控制、節能控制以及故障監測等精細化管理功能，降低能源消耗同時保障電源系統可靠性。

3.2終端設備箱選型及安裝

在醫院環境中，由于空間有限，終端設備箱的選型與安裝至關重要。應選取合適尺寸的設備箱，確保網絡接入高效同時不影響醫療設備布局和使用。此外，設備箱還需綜合考慮散熱、防塵、防潮及電磁干擾等因素。宜配備散熱風扇、通風孔以維持適宜的溫度。選擇具有高防護等級（"IP65"或更高等級）的設備箱，有效防塵防潮，減少電磁干擾。同時，采用靜音設計的產品，避免對醫院的安靜環境造成干擾。

3.3"安全與維護

由于接入交換機或ONU下沉部署至房間或終端用戶處，增加了安全風險及維護難度。為加強管理，提升效率，建議可從3個方面著手：一是配置智能化維護管理系統，實時監控全光網絡中的設備，當設備出現異常情況時可即時警報，以便維護人員快速處理；二是終端接入設備選型盡量選用快速維護或免維護的，減少維護頻率和難度，降低成本，提高可用性；三是在設備安全防護上，可考慮增加智能鎖、入侵報警、溫濕度監測等智能防護措施實現遠程監測，及時發現并處理異常，提高安全與維護工作的成效。

4"結語

新型業務需求與技術革新攜手并進，強力驅動全光網絡持續演進與廣泛應用。在醫院信息化建設中全光網絡以其獨特的高帶寬、低時延、高可靠性、靈活擴展等特性，成為支撐遠程會診、移動醫療、物聯網醫療等智慧醫療業務發展的關鍵技術。展望未來，全光網絡技術的不斷成熟與終端設備帶寬的持續提升，一個以光纖直連終端為核心、純粹高效的光網絡時代正逐步成為現實。這一變革將深刻影響醫院信息化建設的格局，推動醫療行業邁向更加智能化、高效化、人性化的新時代。

參考文獻

[1]"張園林.智能信息化在現代智慧醫院中的應用[J].信息系統工程，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] 李世軒.基于軟件定義的光接入網切片方法研究[D]."北京：北京郵電大學，2023

[4] 中國通信標準化協會.智慧醫院專網融合組網架構與技術要求：YD/T"4897-2024[S].北京：工業和信息化部，2024.

[5] 林茂，羅向征，袁懿.基于光通信技術的園區網絡技術探索與解決方案[J].電子技術應用，2023，49（6）：126-133.

[6] 路明春，呂周平，朱歲松.F5G夯實智慧醫院網絡底座建設[J].中國醫院院長，2022，18（21）：68-70.