首 頁王磊：無源光網絡助力醫院下一代園區網建設（上）
1、醫院簡介
山東大學齊魯醫院是國家衛生健康委委屬（管）醫院，教育部直屬重點大學——山東大學的直屬附屬醫院，首批委省共建國家區域醫療中心（綜合類）牽頭和主體建設單位。醫院現有濟南中心院區、濟南東院區、青島院區，實際開放床位5000張，2019年度完成門急診量496萬人次，最高日門急診服務量2.4萬人次，出院病人23萬人次，手術量17萬臺次。
2、園區網現狀
2001年醫院濟南中心院區進行了全院園區網建設，院區內所有樓宇均進行了綜合布線，建設信息點5000多個。上一代園區網建成迄今已近20年，原有橋架老化嚴重、線路混亂、故障頻發、信息點不足等問題日益凸顯，不僅使得網絡工程師們疲于奔命，也嚴重制約了醫院信息化發展，下一代園區網的建設迫在眉睫。
3、下一代園區網設想
鑒于下一代園區網的重要作用，我們希望其能夠具有以下特點：結構簡單、帶寬高（可升級）、成本低廉、支持多業務、擴展性強、壽命長、運維方便。
圖1 帶寬與介質的對照關系
如上圖所示，采用銅纜建設園區網，在帶寬升級時需要更換線纜，而采用光纜則不需要，在“光進銅退”的大趨勢面前，下一代園區網最好建設為全光網絡。
1、全光網絡實現方式
（1）點對點方式（圖2中的①）：從網絡設備到用戶終端之間采用點到點的光通信方式，該方式需要光纖資源多、光模塊多，成本高，用戶分布密集時，對走線空間要求高，布線工作量大。
（2）有源光網絡方式（圖2中的②）：接入設備拉近到用戶側，但接入設備為有源設備，該方式較點到點網絡所需要光纖資源少、工程部署難度低，但有源設備的部署涉及機房空間和供電問題且維護成本高。
（3）無源光網絡方式（圖2中的③）：規避了方式二接入設備機房空間、供電及維護等問題，部署與維護綜合成本最低。
圖2 全光網絡實現方式
2、無源光網絡介紹
PON（Passive Optical Network），即無源光網絡，由光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、無源光分配網ODN（Optical Distribution Network）、光網絡單元ONU（Optical Network Unit）或光網絡終端ONT（Optical Network Terminal）組成的點到多點信號傳輸系統，簡稱PON系統。
POL（Passive Optical LAN），即無源光局域網，是基于無源光網絡（PON）技術的局域網。
圖3 光線路終端OLT
無源光分配網ODN，由分光器POS（Passive Optical Splitter）、光纜/光纖及其它光路的接續、跳轉設備組成，其作用是在OLT與ONU之間提供光傳輸通道。
圖4 分光器POS
圖5 
3、拓撲對比
圖6 網絡拓撲示意圖
如上網絡拓撲示意圖中，左側為傳統以太網，中間為點到多點有源光網絡，右側為點到多點無源光網絡。可見，有源光網絡的特點是在傳統以太網的基礎上，減少銅纜使用，將接入交換機盡量部署到用戶附近；而無源光網絡使用OLT作為匯聚層，分光器與ONU的組合作為接入層。
4、無源光網絡制式
PON技術的概念是20世紀90年代初提出的，主要可分為用非同步傳輸模式（ATM）進行分組通信的APON技術、用于寬帶接入的基于非同步傳輸模式（ATM）的BPON技術、基于以太網（Ethernet）分組傳送的EPON技術以及兼顧ATM/Ethernet/TDM綜合化的GPON技術等。
下表列舉了在POL中主要使用的PON技術，目前GPON技術應用最為廣泛，10G GPON對稱技術也逐漸成為主流。
表1 POL中主要使用的PON技術
PON技術 | 線路速率 | 分光比 | ||
上行速率 | 下行速率 | 理論最大值 | ||
EPON | 1.25G | 1.25G | 1:64 | |
GPON | 1.25G | 2.5G | 1:128 | |
10G EPON | 非對稱 | 1.25G | 10G | 1:256 |
對稱 | 10G | 10G | 1:256 | |
10G GPON | 非對稱 | 2.5G | 10G | 1:512 |
對稱 | 10G | 10G | 1:512 | |
5、無源光網絡技術特點
第一，單芯雙向，波分復用：以GPON為例，在單根光纖上，上下行分別采用中心波長為1310/1490us的光傳輸信號，實現OLT與ONU的通信。
圖7 單芯雙向，波分復用
第二，上行時分復用：各ONU在屬于自己的時隙里傳輸數據，光信號在分光器處進行耦合。
圖8 上行時分復用
第三，下行廣播，ONU選擇性接收：所有的ONU都能收到相同的數據，但ONU會丟棄掉不屬于自己的數據。
圖9 下行廣播，ONU選擇性接收
1、建設階段優勢分析（優勢項標紅）
項目 | 傳統以太網絡+視頻監控網絡+有線電視+電話 | 有源光網絡 | 無源光網絡 |
業務承載能力 | 多種業務需要多個并行子網（數據,視頻監控,有線電視、電話等) | 一張光纖網絡支撐IP業務，傳統電話、有線電視等業務需要另外組網 | 一張光纖網絡支撐所有業務（含傳統電話、有線電視、RS232等） |
建設成本 | 中（設備成本低，綜合布線成本高） | 高（設備成本高，綜合布線成本中） | 低（設備成本中/低、綜合布線成本低） |
綜合布線 | 大量的線纜及空間占用 | 中等的線纜及空間占用，較易部署 | 少量的線纜及空間占用，易部署 |
布線周期 | 長 | 中 | 短 |
空間占用 | 占用較大設備機房和布線空間 | 占用中等設備機房和中等布線空間（需要在弱電間放置樓宇匯聚交換機） | 占用較小設備機房和布線空間，分光器通常可壁掛（弱電間主要放置分光器） |
距離限制 | 弱電間到房間小于85m | 樓宇匯聚到房間可達10km（使用普通單模光模塊） | OLT到ONU距離可達40km |
部署方式 | 單一（光纖到弱電間） | 豐富（光纖到弱電間、光纖到房間以及光纖到桌面） | 豐富（光纖到弱電間、光纖到房間以及光纖到桌面） |
設備類型 | 終端設備單一（機架式接入交換機） | 較豐富（機架式接入交換機、桌面設備、86盒式設備） | 豐富（機架式ONU、桌面ONU、86盒式ONU、光模塊式ONU） |
設備帶寬 | 由收斂比和設備規格決定，弱電間接入交換機上下行帶寬1G~20G | 由收斂比和設備規格決定，用戶側接入交換機上下行帶寬1G~20G | 由分光比和設備規格決定，ONU上行帶寬9.8M~10G下行帶寬19.6M~10G |
用戶帶寬 | 由設備帶寬和設備規格決定，用戶帶寬40M~800M（24口交換機） | 由設備帶寬和用戶側設備規格決定，用戶帶寬250M~2.5G（4口交換機） | 由設備帶寬和ONU規格決定，用戶帶寬5M~2.5G（4口ONU） |
帶寬潛力 | 無 | 巨大的帶寬潛力(高達400G) | 巨大的帶寬潛力(高達400G) |
可靠性 | 雙匯聚、接入交換機雙鏈路上聯 | 雙匯聚、雙樓宇匯聚、接入交換機雙鏈路上聯 | 雙OLT、雙分光器、ONU雙鏈路上聯 |
網絡安全 | 需要額外的網絡安全措施 | SDN可以為最復雜的環境提供更高級的網絡監控功能，網絡安全依賴于管理者能力 | 內建的安全特性（OLT支持流氓ONU檢測，ONU支持MAC綁定，GPON下行支持AES加密，10GGPON上下行支持AES加密） |
2、運維階段優勢分析（優勢項標紅）
項目 類型 | 傳統以太網絡+視頻監控網絡+有線電視+電話 | 有源光網絡 | 無源光網絡 |
運營維護 | 匯聚交換機、接入交換機需獨立配置，管理運維效率低，運維成本高，SDN不普及；網線多，運維管理復雜 | 采用交換機入房間方案需要配套使用SDN技術，管理運維效率較高;光纜多，運維管理較復雜 | 所有前端ONU/ONT都通過OLT或網管系統集中進行配置、管理、監控，管理運維效率高；光纜少，運維管理簡單 |
能耗 | 能耗高，匯聚交換機、接入交換機要求供電和備電(UPS)、冷卻 | 能耗中，匯聚交換機要求供電和備電(UPS)、冷卻，接入交換機不需要 | 能耗低，分光器、ONU不需要供電和備電(UPS)、冷卻 |
擴展性 | 差 | 較好 | 好 |
使用壽命 | 設計使用壽命15年 | 設計使用壽命30年 | 設計使用壽命30年 |
抗干擾 | 網線易受電磁等環境干擾 | 抗電磁及環境干擾 | 抗電磁及環境干擾 |
升級演進 | 無法平滑升級演進（網線本身帶寬有限制且使用壽命短，所以網線本身也需要不斷升級，同時匯聚、接入交換機都需要更換升級） | 平滑升級，整個光布線網絡都無需做任何改變，只需要更換匯聚設備和對應的交換機即可 | 平滑升級，整個光布線網絡（光纖、分光器）都無需做任何改變，只需要更換OLT的用戶板和對應的ONT/ONU即可 |
（未完待續）
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