島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合需求研究

吳 豪，張梅奎，陸 敏

1 島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合的研究背景

加強島礁建設(shè)，是從陸地走向深藍的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是，島礁地理空間狹小、基礎(chǔ)條件落后、自然條件脆弱等因素制約了人們長期在島礁上生活。因此，如何改善長期駐島礁人員（包括官兵和居民）的生活條件和工作條件，已成為亟待解決的突出問題。一方面，高溫潮濕，臺風頻發(fā)，自然環(huán)境復雜，使得各種皮膚病、關(guān)節(jié)炎、椎間盤突出等“海島病”突出，嚴重影響著島礁上人員的身體健康；另一方面，長期以來，我國島礁上的醫(yī)療設(shè)施落后、醫(yī)療資源匱乏、技術(shù)力量薄弱、醫(yī)護人員很少且普遍缺乏專業(yè)培訓，再加上受海上交通條件限制，人員進出島礁較為困難，使得就醫(yī)難問題尤為明顯。目前多采用的醫(yī)療船等巡診支援措施并不能滿足島礁上人員的基本醫(yī)療服務(wù)需求，而運送傷病員出島礁就醫(yī)耗資巨大，也無法保障島礁上的人員能夠及時就醫(yī)。因此，如何提高島礁醫(yī)療服務(wù)保障能力、服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，一直是我們國家關(guān)注的重點之一。遠程醫(yī)學保障已成為解決島礁生活條件和工作條件的重要手段。

2 解決島礁遠程醫(yī)學信息傳輸?shù)亩喾N通信方式

傳輸網(wǎng)絡(luò)是開展島礁遠程醫(yī)學的基礎(chǔ)，任何島礁遠程醫(yī)學系統(tǒng)都必須利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種醫(yī)學資源連接起來，實現(xiàn)資源的共享。視頻會議的傳輸介質(zhì)可以采用光纖、電纜、微波及衛(wèi)星等各種媒介，在傳輸方式上它可以在現(xiàn)有的多種網(wǎng)絡(luò)上展開，例如ATM、DDN、ISDN、SDH數(shù)字通信網(wǎng)或幀中繼網(wǎng)絡(luò)等。在視頻會議標準（H.323）中，視頻會議信號還可以在LAN、WAN、Internet、5G的各種計算機網(wǎng)上傳輸。根據(jù)已知不同通信方式的特點，島礁遠程醫(yī)學傳輸網(wǎng)的組成可以考慮以下幾種方式：

（1）光纖網(wǎng)。光纖通信以其傳輸?shù)男畔⒘看?、?jīng)濟性好、體積小、質(zhì)量輕、抗干擾強等特點成為通信傳輸?shù)闹髁?，但在島礁遠程醫(yī)學中卻不是，主要原因在于海底光纜架設(shè)成本較高。

（2）微波通信是使用電磁波進行信息交換的一種。微波通信具有可用頻帶寬、通信容量大、傳輸損傷小等特點，它不僅要完成語音和圖像交互，更重要的是它對數(shù)據(jù)交互小、抗干擾能力強等特點，可用于點對點、一點對多點或廣播等的能力要求較高。

（3）衛(wèi)星網(wǎng)。該通信方式具有通信距離遠、不受地理條件限制、機動靈活性強、可實時傳送多種信息的優(yōu)點，缺點是受天氣因素影響較大。

（4）5G網(wǎng)。這種通信方式具有峰值速率能達到Gb/s的標準、空中接口時延水平在1ms左右、超大網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜效率要比LTE提升10倍以上、用戶體驗速率達到100Mb/s、流量密度和連接數(shù)密度大幅度提高等特點，以滿足高清視頻，虛擬現(xiàn)實等大數(shù)據(jù)量傳輸。

（5）單兵COFDM背負設(shè)備。通信帶寬可達到8Mb/s以上，優(yōu)點是攜行方便，能確保高清視頻圖像傳輸以及話音交互，具有固定通信所不具備的移動通信特點，缺點是通信距離受限，且只能實現(xiàn)點對點通信，難以組網(wǎng)。

3 島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合難點

考慮帶寬大、速率高的問題，島礁遠程醫(yī)學傳輸需要實現(xiàn)高清醫(yī)學影像、視頻雙流以及三屏幕VR等信息傳輸，采用海底光纜往往是最有效的中繼解決方案。但是，由于海底光纜架設(shè)成本較高，且島礁用戶數(shù)量相對較少（小型島礁居住人數(shù)往往不超過100人），考慮性價比因素，往往選擇相對經(jīng)濟實惠的衛(wèi)星通信作為島礁遠程醫(yī)學中繼的主要通信手段，而選用自組網(wǎng)、單兵COFDM背負設(shè)備、4G/5G基站（專用）作為島礁覆蓋的通信手段。另外，考慮遠程醫(yī)學平臺的專有性，也只能采用目前廣為應(yīng)用的衛(wèi)星通信方式作為主干線路傳輸方式。因此，島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合存在以下難點：

一是接口規(guī)范不一致。在信號輸入輸出上，往往存在高清接口和標清接口問題，但是，在信號交互過程中，需要考慮高、標清兼容問題，因此，接口規(guī)范是需要考慮的難點之一。

二是調(diào)制解調(diào)方式不一致。不同通信方式往往采取不同的調(diào)制解調(diào)手段，導致難以實現(xiàn)直接的互聯(lián)互通，因此，在處理手段上需要考慮使不同的調(diào)制解調(diào)信號之間能實現(xiàn)實時信息交互。

三是編碼解碼方式不一致。編碼是信息從一種形式或格式轉(zhuǎn)換為另一種形式的過程。解碼，是編碼的逆過程。采用不同的文字、數(shù)字或其他對象進行編碼，或?qū)⑿畔ⅰ?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的電脈沖信號，導致解碼方式迥異。

四是傳輸協(xié)議不一致。調(diào)制解調(diào)、編碼解碼和接口規(guī)范的不一致，最終的根源在于傳輸協(xié)議不一致，難以形成高效的互聯(lián)互通和傳輸。

五是控制方式不一致。傳輸方式不同，導致難以對全網(wǎng)設(shè)備進行有效的智能化控制，也導致難以快速、直觀地排查全網(wǎng)存在的問題。

4 島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合解決方案

在島礁遠程醫(yī)學建設(shè)的過程中，為有效解決以上問題，需要考慮異構(gòu)網(wǎng)融合的問題，要專門分析從前端（島礁）到后端（陸地網(wǎng)管中心）的鏈路情況，區(qū)分數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)控子網(wǎng)（控制鏈路）、視音頻通信子網(wǎng)（視音頻鏈路）兩種不同情況。

針對控制鏈路，需要將前端和中間傳輸?shù)母鞣N設(shè)備的控制狀態(tài)信息，通過不同的接口方式，轉(zhuǎn)換成TCP/IP信號，以便后端讀取或解析，從而正確判斷相關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)，保證協(xié)調(diào)工作。同時，為避免整個網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分離、管理和傳輸效率降低，造成衛(wèi)星資源浪費，需要結(jié)合衛(wèi)星通信技術(shù)，進一步提高衛(wèi)星通信專網(wǎng)的使用效率；需要在工程建設(shè)中，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研制相應(yīng)控制軟件，將地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)融合為統(tǒng)一的星狀和網(wǎng)狀混合、機固結(jié)合的整體網(wǎng)絡(luò)。

視音頻鏈路在帶寬、速率和可用度上能否滿足遠程醫(yī)學業(yè)務(wù)的需要，是遠程醫(yī)學的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將前端采集的視音頻信號，經(jīng)過編解碼和調(diào)制解調(diào)技術(shù)，傳輸?shù)胶蠖?，實現(xiàn)視音頻交互，是遠程醫(yī)學的重中之重。因此，無論是自組網(wǎng)方式，還是COFDM，以及4G/5G或衛(wèi)星通信傳輸方式，核心環(huán)節(jié)是將不同傳輸方式下的視音頻信號，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成能夠交互的TCP/IP信號，采用視音頻復合方式，解決異構(gòu)網(wǎng)條件下的多種信號接入和傳輸問題。

通過異構(gòu)網(wǎng)融合處理，構(gòu)建基于多種無線與有線傳輸技術(shù)相結(jié)合的高可靠性醫(yī)學圖像傳輸?shù)撵`活機固結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建滿足地域特性的島礁遠程醫(yī)學服務(wù)平臺的總體架構(gòu)和技術(shù)方案，集成研發(fā)適用于不同應(yīng)用場景下的遠程醫(yī)學服務(wù)平臺，實現(xiàn)技術(shù)層面的綜合集成，從而滿足島礁遠程醫(yī)療預約、遠程視頻實時會診、遠程查房、遠程影像診斷、遠程手術(shù)指導、遠程健康監(jiān)測、遠程心理干預、遠程實時健康咨詢、遠程非實時健康咨詢以及遠程醫(yī)學教育培訓等多種服務(wù)的需求，尤其是要滿足突發(fā)事件中的緊急救治等遠程醫(yī)學服務(wù)需要；形成一套完善的面向島礁官兵與居民的遠程醫(yī)學服務(wù)異構(gòu)網(wǎng)融合解決方案，確保方案的適用性和實用效果。

5 結(jié)束語

島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合的核心在于建設(shè)IP化網(wǎng)絡(luò)，有效途徑是不斷試驗和改進。島礁遠程醫(yī)學不僅可以為島礁人員日常醫(yī)療健康管理保駕護航，同時也可為島礁附近的艦船和漁民等提供遠程醫(yī)學服務(wù)。因此，研究島礁遠程醫(yī)學異構(gòu)網(wǎng)融合問題，對于提升遠程醫(yī)學服務(wù)保障質(zhì)量、改善島礁人員就醫(yī)環(huán)境、提升島礁人員身心健康具有重大意義。