WDM技术在医院院间互联的应用

罗映川

摘要：近年来，随着各大医院新院区的建设，医院对院间网络互联的带宽、运营成本、灵活可扩展性和自主可控性等提出了较高要求。然而，传统的运营商专线或祼纤无法满足带宽需求和成本控制等多方面要求。结合重庆医科大学附属儿童医院（以下简称“重医儿童医院”）两江院区和渝中院区的院间互联传输建设实践，深入探讨使用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术在院间传输网络的建设思路和重点环节，以期为医院同行提供借鉴与参考。

关键词： 院间互联 波分复用 密集波分复用技术 粗波分复用器

中图分类号：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，随着各大医院新建院区的建设和医疗信息化的发展，医院对院间网络互联的带宽、运营成本、灵活可扩展性、自主可控性等提出了较高的要求。基于业务需求，两院区之间需将两个院区的设备网、诊疗网、办公网、教学网、数据中心等打通。如果按原有传统的租赁运营商专线或祼纤方式，在满足高带宽（各子网间带宽1G～25G）的情况下，运营成本极高。

重医儿童医院为满足两江院区和渝中院区之间的院间高速互联，引入了波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术，利用WDM技术，把多个波长的光复用到一芯光纤上，既减少了光纤数量，又提高了互联带宽，降低了运营成本。

1 需求分析

重医儿童医院由两个院区组成：两江院区和渝中院区。各院区包含设备网、诊疗网、办公网、教学网、数据中心等。早期两江院区仅为门诊业务，业务需求较少，采用租赁运营商专线+祼纤方式满足院间互联，总带宽为2 Gbit/s。近年，两江院区二期医技楼、感染楼和三期科教楼相继投入使用，医院各业务子网对互联带宽和可靠性提出了较高要求。梳理院间各子网互联需求如表1所示。

基于上表需求，如继续采用租赁运营商专线+祼纤方式，每年带宽费用支出带来的运营成本极高。基于满足业务需求和降本增效的原则，亟待引入新的互联方案以满足院间互联需求。

2 WDM技术的应用

重医儿童医院基于需求对市场进行了跨行业调研，深入了解运营商、广电、金融、电力在传输网络中使用的技术，医院综合对比后选择低成本、性能高的稀疏波分复用（Coarse Wavelength Division Multiplexer，CWDM）技术。下面分别对WDM和CWDM进行介绍。

2.1 WDM技术介绍

波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

WDM技术分为粗波分复用、密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexer，DWDM）、滤波片式波分复用（Filter Wavelength Division Multiplexing，FWDM）、细波分复用（Lan-WDM，LWDM）、中等波分复用（Metro Wave Division Multiplexing，MWDM）。CWDM和DWDM技术非常成熟，在各行各业均有一定的应用。

2.2 CWDM技术介绍

CWDM是稀疏波分复用器，也称粗波分复用器。国际电信联盟电信标准分局（ITU-T）中建议CWDM使用1 270 ～1 610 nm的波长[1]隔20 nm的18个可用波长（主流为8波[2]），单波长支持速率1/2.5/10/25Gbit/s[3]，可以在G.652光纤上使用。CWDM具有低成本、低功耗、小体积等诸多优点。

常规组网如图1所示。当两端交换机均支持CWDM光模塊时，在两端交换机分别插上相同波长光模块即可通信。该方案光链路质量（光功率等参数）监控依赖于交换机和光模块的DDM技术。

当两端交换机不支持CWDM光模块时，需增加WDM转发器（又称波长转换器），将CDWM转换为普通1 310 nm单模或850 nm普通光模块。WDM转发器到交换机跳纤根据模块选择单模或多模跳纤，WDM转发器提供光路监控和告警（如图2所示）。

CWDM组件中的复用/解复用器件（MUX/DEMUX）自身不具备高可用架构，两端互联高可用需依赖两端网络设备实现，如链路汇聚控制协议（Link Aggregation Control Protocol，LACP）[4]、BFD For OSPF[5]等网络技术协议。

2.3 DWDM介绍

DWDM是密集波分复用器。DWDM的信道间隔为1.6/0.8/0.4 nm（200 GHz/100 GHz/50 GHz），远远小于CWDM。与CWDM相比，具有更紧密波长间隔的DWDM，可以在一个光纤上承载8～160个波长[6]（主流为96波[7]），单波速率支持1/2.5/10/25/40/100/400 Gbit/s[8]，更适于长距离传输，可支持≥200 km距离传输（需配合掺铒光纤放大器，即EDFA[9]）。DWDM由于技术难度较高，因此其设备成本较高， 适用于长距离的长途干线，如大型互联[10]应用场景。

常规组网如图3所示，4台DWDM设备组成环网，设备提供合分波、光放、光保护、波长转换等功能，与交换机连接按需选择光、电链路或模块，支持丰富的光、电链路层协议。

2.4 CWDM与DWDM参数对比

2.5 建设方案

基于CWDM和DWDM技术分析，医院优先考虑CWDM技术。典型的8波，每波长10 Gbit/s，每条（两芯）祼纤典型支持80 Gbit/s带宽，两条（四芯）祼纤典型支持160 Gbit/s带宽，这些参数满足了当前院间的互联需求。

拓扑如图4所示，相关内容如下。

（1） 分别向两个运营商申请两芯祼纤，每路祼纤路由长度建议≤60 km，建议总光衰≤16 dB，光模块收到光功率建议≤-22 dBm。基于可靠性考虑，两家运营商路由必须避免走同一路由管网，防止因市政施工导致两条光纤同时中断。

（2） 各子网选择不同的波长，两端互联设备选择支持CWDM光模块的交换机，交换机配置对应波长的光纤模块。两台交换机堆叠（数据中心M-LAG[11]）后做跨设备的LACP链路聚合技术实现冗余。

（3） 光模块选用与交换机同一品牌，支持数字诊断监控（DDM） [12]的光模块可以监控光路质量，交换机以SNMP Trap技术将告警发送到网管平台[13]。

（4） 数据中心分为业务平面和存储平面，存储平面采用IP SAN和NAS存储。通过IP存储网络实现存储数据同步/异步复制。

（5） 医院当前仅使用了6个波长，余两个波长，后续可按需扩容。如有特殊需求还可以使用其他12个非典型波长（1 271 ～1 451 nm）。

3 建设优势与实施要点

前期，院间互联采购了多条运营商专线以满足设备网、办公网、教学网需求，同时还采购了一条祼纤+专线用于诊疗网主备链路。院间互联整体成本高、管理运营复杂、可扩展性差。本次改造引入CWDM解决方案后，两条祼纤即可满足所有业务需求。带宽从原有的每子网100/1 000Mbit/s互联提升到20 Gbit/s互联。CWDM+祼光纤方案的年运营成本不到租用运营商专线总成本的30 %。总体而言，WDM方案非常适用于医院院间互联使用。根据各院实际情况不同选择CWDM或DWDM技术，原则上距离近（≤60 km）、带宽需求适中（≤160 Gbit/s）优选CWDM技术；距离远、带宽需求高必须选择DWDM技术。DWDM技术与CWDM技术在建设初期按一次性设备投入时，DWDM设备成本高，而后期运营相差较小（差异在DWDM设备维保费用上）。

3.1项目实施前期调研

（1） 祼纤资源的调研。向运营商了解包含但不仅限于祼纤资源、路由、距离、光衰等情况。

（2） 技术选择。结合祼纤资源、带宽需求，最终选择CWDM或DWDM技术。

（3） 选择CWDM技术。调研交换机是否支持CWDM光模块，光模块支持的波长情况、收发灵敏度以及最大传输距离；查询交换机支持的冗余技术、倒切时间是否满足需求；根据交换机及光模块支持波长，选择对应波长的MUX/DEMUX；如果交换机不支持CWDM模块，需采购WDM转发器。

（4） 选择DWDM技术。根据祼纤长度、用户侧带宽及业务需求进行DWDM设备选型，用户侧通常连接交换机、路由器、FC SAN交换机等。

3.2 项目安装调试要点

（1） 跟踪祼纤链路是否符合设计要求。

（2） 对模块和MUX/DEMUX设备进行重点质量检测。

（3） 业务上线前做好充分的可靠性测试、灾备演练和应急预案。

日常运维需每天检测光质量，发现光质量波动，提前处理存在的风险，定时监控链路带宽，并及时按需扩容。

4 结语

近年来，伴随着大量医院新建院区，医院对网络传输性能的要求不断提高，传输系统已在医院的定位属于核心L0层。目前，大部分医院还在采用租赁专线方式以满足较低带宽的需求。但随着业务需求的不断增加，未来更加灵活的全光传输网络（Optical Transport Network，OTN）技术也会更广泛地运用在医院网络中，并作为医院网络、数据中心的重要组成部分发挥越来越大的作用。

参考文献

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[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.

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