WDM技術在醫院院間互聯的應用

羅映川

摘要：近年來，隨著各大醫院新院區的建設，醫院對院間網絡互聯的帶寬、運營成本、靈活可擴展性和自主可控性等提出了較高要求。然而，傳統的運營商專線或祼纖無法滿足帶寬需求和成本控制等多方面要求。結合重慶醫科大學附屬兒童醫院（以下簡稱“重醫兒童醫院”）兩江院區和渝中院區的院間互聯傳輸建設實踐，深入探討使用波分復用（Wavelength?Division?Multiplexing，WDM）技術在院間傳輸網絡的建設思路和重點環節，以期為醫院同行提供借鑒與參考。

關鍵詞：?院間互聯?波分復用?密集波分復用技術?粗波分復用器

中圖分類號：TP315;R197.323

Application?of?WDM?Technology?in?the?Interhospital?Interconnection?of?Hospitals

LUO?Yingchuan

（Children's?Hospital?of?Chongqing?Medical?University，?Chongqing，?400010?China）

Abstract：?In?recent?years，?with?the?construction?of?the?new?hospital?areas?of?major?hospitals，?hospitals?have?put?forward?higher?requirements?for?the?bandwidth，?operating?costs，?flexible?scalability?and?independent?controllability?of?interhospital?network?interconnection.?However，?traditional?special?carrier?lines?or?bare?fibers?cannot?meet?the?requirements?of?many?aspects?such?as?bandwidth?and?cost?control.?Combined?with?the?construction?practice?of?interhospital?interconnection?transmission?in?the?Liangjiang?hospital?area?and?the?Yuzhong?hospital?area?of?the?Children's?Hospital?of?Chongqing?Medical?University，?this?paper?deeply?discusses?the?construction?ideas?and?key?links?of?using?wavelength?division?multiplexing?（WDM）?technology?to?transmit?the?network?among?hospitals，?in?order?to?provide?reference?for?hospital?peers.

Key?Words：Interhospital?interconnection;?Wavelength?division?multiplexing;?Dense-waveLength?division?multiplexing;?Coarse-wavelength?division?multiplexer

近年來，隨著各大醫院新建院區的建設和醫療信息化的發展，醫院對院間網絡互聯的帶寬、運營成本、靈活可擴展性、自主可控性等提出了較高的要求?；跇I務需求，兩院區之間需將兩個院區的設備網、診療網、辦公網、教學網、數據中心等打通。如果按原有傳統的租賃運營商專線或祼纖方式，在滿足高帶寬（各子網間帶寬1G～25G）的情況下，運營成本極高。

重醫兒童醫院為滿足兩江院區和渝中院區之間的院間高速互聯，引入了波分復用（Wavelength?Division?Multiplexing，WDM）技術，利用WDM技術，把多個波長的光復用到一芯光纖上，既減少了光纖數量，又提高了互聯帶寬，降低了運營成本。

1?需求分析

重醫兒童醫院由兩個院區組成：兩江院區和渝中院區。各院區包含設備網、診療網、辦公網、教學網、數據中心等。早期兩江院區僅為門診業務，業務需求較少，采用租賃運營商專線+祼纖方式滿足院間互聯，總帶寬為2?Gbit/s。近年，兩江院區二期醫技樓、感染樓和三期科教樓相繼投入使用，醫院各業務子網對互聯帶寬和可靠性提出了較高要求。梳理院間各子網互聯需求如表1所示。

基于上表需求，如繼續采用租賃運營商專線+祼纖方式，每年帶寬費用支出帶來的運營成本極高?；跐M足業務需求和降本增效的原則，亟待引入新的互聯方案以滿足院間互聯需求。

2?WDM技術的應用

重醫兒童醫院基于需求對市場進行了跨行業調研，深入了解運營商、廣電、金融、電力在傳輸網絡中使用的技術，醫院綜合對比后選擇低成本、性能高的稀疏波分復用（Coarse?Wavelength?Division?Multiplexer，CWDM）技術。下面分別對WDM和CWDM進行介紹。

2.1?WDM技術介紹

波分復用是將兩種或多種不同波長的光載波信號在發送端經復用器（亦稱合波器，Multiplexer）匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經解復用器（亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer）將各種波長的光載波分離，然后由光接收機進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術，稱為波分復用。

WDM技術分為粗波分復用、密集波分復用（Dense?Wavelength?Division?Multiplexer，DWDM）、濾波片式波分復用（Filter?Wavelength?Division?Multiplexing，FWDM）、細波分復用（Lan-WDM，LWDM）、中等波分復用（Metro?Wave?Division?Multiplexing，MWDM）。CWDM和DWDM技術非常成熟，在各行各業均有一定的應用。

2.2?CWDM技術介紹

CWDM是稀疏波分復用器，也稱粗波分復用器。國際電信聯盟電信標準分局（ITU-T）中建議CWDM使用1?270?～1?610?nm的波長[1]隔20?nm的18個可用波長（主流為8波[2]），單波長支持速率1/2.5/10/25Gbit/s[3]，可以在G.652光纖上使用。CWDM具有低成本、低功耗、小體積等諸多優點。

常規組網如圖1所示。當兩端交換機均支持CWDM光模塊時，在兩端交換機分別插上相同波長光模塊即可通信。該方案光鏈路質量（光功率等參數）監控依賴于交換機和光模塊的DDM技術。

當兩端交換機不支持CWDM光模塊時，需增加WDM轉發器（又稱波長轉換器），將CDWM轉換為普通1?310?nm單?；?50?nm普通光模塊。WDM轉發器到交換機跳纖根據模塊選擇單?；蚨嗄Ｌw，WDM轉發器提供光路監控和告警（如圖2所示）。

CWDM組件中的復用/解復用器件（MUX/DEMUX）自身不具備高可用架構，兩端互聯高可用需依賴兩端網絡設備實現，如鏈路匯聚控制協議（Link?Aggregation?Control?Protocol，LACP）[4]、BFD?For?OSPF[5]等網絡技術協議。

2.3?DWDM介紹

DWDM是密集波分復用器。DWDM的信道間隔為1.6/0.8/0.4?nm（200?GHz/100?GHz/50?GHz），遠遠小于CWDM。與CWDM相比，具有更緊密波長間隔的DWDM，可以在一個光纖上承載8～160個波長[6]（主流為96波[7]），單波速率支持1/2.5/10/25/40/100/400?Gbit/s[8]，更適于長距離傳輸，可支持≥200?km距離傳輸（需配合摻鉺光纖放大器，即EDFA[9]）。DWDM由于技術難度較高，因此其設備成本較高，?適用于長距離的長途干線，如大型互聯[10]應用場景。

常規組網如圖3所示，4臺DWDM設備組成環網，設備提供合分波、光放、光保護、波長轉換等功能，與交換機連接按需選擇光、電鏈路或模塊，支持豐富的光、電鏈路層協議。

2.4?CWDM與DWDM參數對比

2.5?建設方案

基于CWDM和DWDM技術分析，醫院優先考慮CWDM技術。典型的8波，每波長10?Gbit/s，每條（兩芯）祼纖典型支持80?Gbit/s帶寬，兩條（四芯）祼纖典型支持160?Gbit/s帶寬，這些參數滿足了當前院間的互聯需求。

拓撲如圖4所示，相關內容如下。

（1）?分別向兩個運營商申請兩芯祼纖，每路祼纖路由長度建議≤60?km，建議總光衰≤16?dB，光模塊收到光功率建議≤-22?dBm?；诳煽啃钥紤]，兩家運營商路由必須避免走同一路由管網，防止因市政施工導致兩條光纖同時中斷。

（2）?各子網選擇不同的波長，兩端互聯設備選擇支持CWDM光模塊的交換機，交換機配置對應波長的光纖模塊。兩臺交換機堆疊（數據中心M-LAG[11]）后做跨設備的LACP鏈路聚合技術實現冗余。

（3）?光模塊選用與交換機同一品牌，支持數字診斷監控（DDM）?[12]的光模塊可以監控光路質量，交換機以SNMP?Trap技術將告警發送到網管平臺[13]。

（4）?數據中心分為業務平面和存儲平面，存儲平面采用IP?SAN和NAS存儲。通過IP存儲網絡實現存儲數據同步/異步復制。

（5）?醫院當前僅使用了6個波長，余兩個波長，后續可按需擴容。如有特殊需求還可以使用其他12個非典型波長（1?271?～1?451?nm）。

3?建設優勢與實施要點

前期，院間互聯采購了多條運營商專線以滿足設備網、辦公網、教學網需求，同時還采購了一條祼纖+專線用于診療網主備鏈路。院間互聯整體成本高、管理運營復雜、可擴展性差。本次改造引入CWDM解決方案后，兩條祼纖即可滿足所有業務需求。帶寬從原有的每子網100/1?000Mbit/s互聯提升到20?Gbit/s互聯。CWDM+祼光纖方案的年運營成本不到租用運營商專線總成本的30?%?？傮w而言，WDM方案非常適用于醫院院間互聯使用。根據各院實際情況不同選擇CWDM或DWDM技術，原則上距離近（≤60?km）、帶寬需求適中（≤160?Gbit/s）優選CWDM技術；距離遠、帶寬需求高必須選擇DWDM技術。DWDM技術與CWDM技術在建設初期按一次性設備投入時，DWDM設備成本高，而后期運營相差較?。ú町愒贒WDM設備維保費用上）。

3.1項目實施前期調研

（1）?祼纖資源的調研。向運營商了解包含但不僅限于祼纖資源、路由、距離、光衰等情況。

（2）?技術選擇。結合祼纖資源、帶寬需求，最終選擇CWDM或DWDM技術。

（3）?選擇CWDM技術。調研交換機是否支持CWDM光模塊，光模塊支持的波長情況、收發靈敏度以及最大傳輸距離；查詢交換機支持的冗余技術、倒切時間是否滿足需求；根據交換機及光模塊支持波長，選擇對應波長的MUX/DEMUX；如果交換機不支持CWDM模塊，需采購WDM轉發器。

（4）?選擇DWDM技術。根據祼纖長度、用戶側帶寬及業務需求進行DWDM設備選型，用戶側通常連接交換機、路由器、FC?SAN交換機等。

3.2?項目安裝調試要點

（1）?跟蹤祼纖鏈路是否符合設計要求。

（2）?對模塊和MUX/DEMUX設備進行重點質量檢測。

（3）?業務上線前做好充分的可靠性測試、災備演練和應急預案。

日常運維需每天檢測光質量，發現光質量波動，提前處理存在的風險，定時監控鏈路帶寬，并及時按需擴容。

4?結語

近年來，伴隨著大量醫院新建院區，醫院對網絡傳輸性能的要求不斷提高，傳輸系統已在醫院的定位屬于核心L0層。目前，大部分醫院還在采用租賃專線方式以滿足較低帶寬的需求。但隨著業務需求的不斷增加，未來更加靈活的全光傳輸網絡（Optical?Transport?Network，OTN）技術也會更廣泛地運用在醫院網絡中，并作為醫院網絡、數據中心的重要組成部分發揮越來越大的作用。

參考文獻

[1] ITU-T?Study?Group?15.Spectral?grids?for?WDM?applications：?CWDM?wavelength?grid：Rec?I?T?U.?G.?694.2?[S].?International?Telecommunication?Union，?ITU-T，?2003.

[2] 華為S7700產品文檔-10GE-CWDM?SFP+封裝彩色光模塊[EB/OL].（?2023-09-26）.https：//support.huawei.com/hedex/hdx.do？docid=EDOC1100300018&id=ZH-CN_CONCEPT_0284648814

[3] 殷建偉，徐宏.無源波分5G前傳承載淺析[J].電信快報，2020（7）：25-27，38.

[4] 盧偉.鏈路聚合實現網絡帶寬提升與高可靠性需求[J].廣播電視網絡，2022，29（2）：90-92

[5] 季冬冬，于松民，李強.基于BFD的冗余鏈路IP組播傳輸的快速重路由實現[J].電聲技術，2022，46（12）：149-152.

[6] ITU-T?Study?Group?15.Spectral?grids?for?WDM?applications：?DWDM?frequency?grid：Rec?ITU-T?G.694.1?[S].?International?Telecommunication?Union，?ITU-T，?2020.

[7] 華為技術有限公司OptiXtrans?E6600智能光傳送平臺[EB/OL].（2023-09-26）.https：//e.huawei.com/cn/products/optical-transmission/optiXtrans-e6600.

[8] 黎志偉.400G?OTN/WDM的技術發展研究及應用部署建議[J].長江信息通信，2021，34（12）：153-155.

[9] 秦蒙，陳凌希，李宏等.基于波分復用技術的光纖倍增系統設計與實現[J].無線互聯科技，2023，20（13）：1-4.

[10] 孟超，陸源，張立明等.新型DCI互聯波分技術原理及應用研究[J].山東通信技術，2021，41（2）：10-13.

[11] 韓一楠，田耕.一種跨設備鏈路聚合技術的設計和實現[J].網絡新媒體技術，2023，12（2）：39-47.

[12] 何秀紅.在網絡設備上實現多個光模塊的數字診斷功能[J].電子世界，2018（18）：87，89.

[13] 歐珊珊.基于SNMP的通信網絡管理系統的設計[J].信息通信，2019（6）：208-209.