【摘要】? ? 在以5G為代表的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)的驅(qū)動下,人類社會進(jìn)入萬物互聯(lián)的智能時(shí)代。在醫(yī)療行業(yè),如何借助5G及其關(guān)聯(lián)技術(shù),如多接入邊緣計(jì)算和切片技術(shù),減少醫(yī)院應(yīng)用對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的依賴,提升醫(yī)院內(nèi)部各應(yīng)用系統(tǒng)的部署和交互效率,打通系統(tǒng)間的屏障,最終為人民提供更高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù),變得越來越迫切。
【關(guān)鍵詞】? ? 5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)? ? 多接入邊緣計(jì)算? ? 醫(yī)院? ? 應(yīng)用提升
一、現(xiàn)狀
為了支撐醫(yī)院相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行,目前醫(yī)院內(nèi)部基本采用有線網(wǎng)絡(luò)和無線WLAN相結(jié)合的方式。有線網(wǎng)絡(luò)和無線WLAN一般是劃分接入層、匯聚層和核心層三層,對于一些中小等規(guī)模的醫(yī)院,可采用二層組網(wǎng)模式,即將匯聚層和核心層合并。但這兩種網(wǎng)絡(luò)方式都有一些弊端存在,比如說傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò),存在新增信息點(diǎn)困難、變更施工工期長、排障難等問題,不適應(yīng)醫(yī)院業(yè)務(wù)發(fā)展的需求;無線WLAN存在連接成功率低、切換時(shí)長長、易受干擾和攻擊等問題。
為了解決以上的痛點(diǎn),更好地服務(wù)醫(yī)院業(yè)務(wù)的拓展,作者認(rèn)為可以借助5G及其關(guān)聯(lián)技術(shù),特別是MEC(Multi-access Edge Computing,多接入邊緣計(jì)算)和切片技術(shù),將醫(yī)院的各項(xiàng)業(yè)務(wù)承載在5G專網(wǎng)上,依靠5G網(wǎng)絡(luò)特有的技術(shù)特點(diǎn),解決大帶寬、低時(shí)延高可靠、大連接的業(yè)務(wù)需求。多接入邊緣計(jì)算技術(shù)可降低業(yè)務(wù)的響應(yīng)時(shí)延并保證數(shù)據(jù)安全性,而切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)所有業(yè)務(wù)基于同一張網(wǎng)且做到邏輯隔離,應(yīng)用范圍涉及視頻監(jiān)控安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程查房系統(tǒng)、智能終端無線化等。
二、5G技術(shù)
5G網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬,低時(shí)延高可靠,大連接的基本特性,可實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接,其體驗(yàn)速率能達(dá)到100Mbps,峰值速度可達(dá)10Gbps,空口時(shí)延可達(dá)1ms,端到端時(shí)延在20ms以內(nèi),可支持的移動性為500km/h,最大連接數(shù)為100萬/km2。5G 在 UE 身份安全方面也進(jìn)行了很大的優(yōu)化,引入SUPI和SUCI,提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性,即使知道了用戶的IMSI,也無法對其進(jìn)行監(jiān)聽或竊取數(shù)據(jù)。4G及無線WIFI能勉強(qiáng)滿足4K和100ms級別時(shí)延的業(yè)務(wù),而5G能輕松滿足8K、裸眼3D、360度全景攝像頭和10ms時(shí)延級別的業(yè)務(wù),這將大幅提升或拓展醫(yī)院的業(yè)務(wù)。
三、MEC技術(shù)
MEC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)5G低延遲和提升帶寬速率等的關(guān)鍵技術(shù)之一,同時(shí)MEC為應(yīng)用程序和服務(wù)打開了網(wǎng)絡(luò)邊緣,包括來自第三方的應(yīng)用程序和服務(wù),使得通信網(wǎng)絡(luò)可以轉(zhuǎn)變成為其它行業(yè)和特定客戶群的多功能服務(wù)平臺[1]。MEC技術(shù)可以為醫(yī)院院內(nèi)、院間、院外提供高性能、定制化、差異化的無線通信服務(wù),主要有兩種下沉方式,即將MEC部署在醫(yī)院自有機(jī)房或運(yùn)營商機(jī)房。針對小型醫(yī)院或單院區(qū)場景,MEC可選擇下沉到醫(yī)院本地機(jī)房,流量在本地卸載,數(shù)據(jù)不出院區(qū);針對跨院區(qū)建設(shè)場景,MEC可考慮部署在總院中心匯聚機(jī)房或者運(yùn)營商骨干機(jī)房,為各分院的醫(yī)療業(yè)務(wù)提供用戶面接入服務(wù),分院業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)直接由5G基站路由到MEC,無需經(jīng)過運(yùn)營商公網(wǎng)。不論采用何種下沉方式,MEC設(shè)備都需接入運(yùn)營商的5GC SA(Standalone,獨(dú)立組網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行管理和信令接續(xù)。
未來醫(yī)院大概率會采用云機(jī)房,將業(yè)務(wù)系統(tǒng)全部搬到云端;在醫(yī)院內(nèi)部不配置機(jī)房,或僅保留數(shù)據(jù)備份服務(wù)器。對于這種情況,將專屬M(fèi)EC部署在運(yùn)營商機(jī)房會更加合適,當(dāng)然也可以采用優(yōu)享或共享模式,即共享MEC模式,這可以大大減少網(wǎng)絡(luò)成本,但是安全性會有所下降;然后再從MEC設(shè)備至少布放兩條數(shù)據(jù)專線至醫(yī)院核心或匯聚網(wǎng)絡(luò)打通業(yè)務(wù)通道,這兩條專線嚴(yán)格要求滿足雙路由。圖1是5G MEC的基礎(chǔ)架構(gòu)圖。
在醫(yī)院內(nèi)的5G用戶可分為醫(yī)院專網(wǎng)用戶和公網(wǎng)用戶,根據(jù)對公網(wǎng)數(shù)據(jù)不同的路由方法,MEC組網(wǎng)方案可分為基于IP分流的串接組網(wǎng)方案和基于DNN專網(wǎng)的并接組網(wǎng)方案?;贗P分流的方案就是不論公網(wǎng)或?qū)>W(wǎng)數(shù)據(jù)都流入對應(yīng)的專網(wǎng)MEC,然后專網(wǎng)MEC再根據(jù)目的IP來判定數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)發(fā)是專網(wǎng)服務(wù)器還是公網(wǎng)的UPF;而基于DNN的方案,專網(wǎng)用戶的上行數(shù)據(jù)根據(jù)5G專用接入點(diǎn)和專用切片將數(shù)據(jù)路由專屬M(fèi)EC以及醫(yī)院內(nèi)部業(yè)務(wù)服務(wù)器,而公網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)則由5G通用接入點(diǎn)最終流向Internet。這兩類用戶可以選擇共用5G基站,也可以選擇分開,通常選擇共用基站。醫(yī)療機(jī)構(gòu)的終端及其現(xiàn)有服務(wù)器借助5G模組或CPE以無線連接方式接入5G基站。
四、應(yīng)用場景
4.1智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)
未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng),將不單單是配置簡單攝像機(jī)進(jìn)行視頻的采集,更多的將會是智能攝像機(jī),融合各種不同的應(yīng)用場景,具有人臉識別、車牌識別、穿戴識別、行為分析等AI功能,借助5G攝像頭與智能視頻監(jiān)控平臺結(jié)合,實(shí)現(xiàn)真正的智能安防。5G攝像頭可支持100Mbps傳輸速率和8K以上分辨率,同時(shí)支持裸眼3D(帶寬需求50-100Mbps)和360度全景攝像頭(帶寬需求80-100Mbps),能實(shí)現(xiàn)高清采集、存儲和分析。在此基礎(chǔ)上可將監(jiān)控系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合,根據(jù)人臉識別結(jié)果關(guān)聯(lián)到病人就診信息,實(shí)現(xiàn)病人在院內(nèi)的智能導(dǎo)診等業(yè)務(wù)。
4.2移動護(hù)理系統(tǒng)
5G專網(wǎng)能很好地滿足移動護(hù)理中各類場景對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延及帶寬需求,保障數(shù)據(jù)更快、更完整的采集,實(shí)現(xiàn)高效智能移動護(hù)理。在日常查房護(hù)理中,借助5G網(wǎng)絡(luò),醫(yī)護(hù)人員可以通過高清音視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)交互溝通,處理各種突發(fā)情況,在護(hù)理過程中發(fā)現(xiàn)病人的病情有可疑變化時(shí),能保障信息的準(zhǔn)確及時(shí)傳送,抓住黃金搶救時(shí)間;實(shí)現(xiàn)患者各項(xiàng)體征數(shù)據(jù)的移動化采集和高速傳輸,提高查房和護(hù)理服務(wù)的質(zhì)量和效率。移動醫(yī)護(hù)中的其他環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)如醫(yī)囑管理、藥品管理、靜配核對等也可以通過5G專網(wǎng)來高效完成。與傳統(tǒng)4G或WLAN網(wǎng)絡(luò)相比,5G PDA將大大提升醫(yī)療護(hù)理效率。
4.3胎心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)
胎心監(jiān)護(hù)是孕晚期孕媽媽必做的一項(xiàng)檢查,旨在通過監(jiān)測胎動和胎心率的變化來了解胎兒儲備能力,同時(shí)醫(yī)生對胎兒在宮內(nèi)狀況做出評估,以此判斷胎兒在母體內(nèi)安危。目前胎心監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)化一般都是采用頻段為2.4G、5.8G或醫(yī)用433M的WLAN,但WLAN存在切換時(shí)間長、易受同頻或異頻干擾,可靠性差,會引起經(jīng)常性、長時(shí)間的掉線,這嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可分析性。那如果胎心監(jiān)護(hù)儀設(shè)備側(cè)增加5G通信模組或借助CPE接入醫(yī)院5G專網(wǎng),通過5G基站將采集數(shù)據(jù)直接經(jīng)MEC疏導(dǎo)到院內(nèi)胎心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)服務(wù)器,然后在醫(yī)院各個(gè)區(qū)域設(shè)置胎心監(jiān)護(hù)中央站,根據(jù)胎心監(jiān)護(hù)儀編號從服務(wù)器端獲取胎心監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù);醫(yī)生在中央站上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后,再將報(bào)告通過院內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)或5G無線上傳到HIS系統(tǒng)中。借助5G技術(shù),將加快胎心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的部署速度,提高胎心監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的采集效率、穩(wěn)定性和可靠性,解決掉線問題,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)護(hù)胎兒在宮內(nèi)狀況,將孕晚期風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
4.4體重秤等智能終端無線化
除了上述提及的系統(tǒng),醫(yī)院內(nèi)部還存在很多的智能終端,如體重秤,血壓儀,血?dú)夥治鰞x等,如果每新增一個(gè)智能終端,就要新增網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn),除了考慮有線布放的工程量外,還要考慮接入或匯聚交換機(jī)的端口數(shù)是否夠用,這是比較難以實(shí)現(xiàn)的。借助院內(nèi)的5G專網(wǎng),只需將這些智能終端接入5G模組或5G CPE實(shí)現(xiàn)無線化,智能終端就能將采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)確認(rèn)后實(shí)時(shí)上傳到院內(nèi)相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng),將大大減少人工登記的工作量,避免人力因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)錄入錯誤,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和工作效率。
五、結(jié)束語
借助5G技術(shù),在醫(yī)院內(nèi)部引入5G專網(wǎng),減少醫(yī)院應(yīng)用對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的依賴,提升醫(yī)院內(nèi)部各應(yīng)用系統(tǒng)的部署效率并打通系統(tǒng)間的屏障。5G專網(wǎng)不僅有醫(yī)院傳統(tǒng)自有網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全保證,其高帶寬,低時(shí)延、高可靠等特性還能提高了醫(yī)療數(shù)據(jù)的傳輸效率和可靠性,同時(shí)通過將終端智能化在一定程度上將醫(yī)護(hù)人員從繁鎖的工作解放出來,進(jìn)一步提升了醫(yī)療數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和工作效率。
參? 考? 文? 獻(xiàn)
[1]陳丹、肖羽等.多接入邊緣計(jì)算在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化.2021.4
施振祥(1985.09-),男,漢族,福建泉州,廈門市婦幼保健院,碩士研究生,工程師,350524198509113011。