《中國醫(yī)院院長》雜志：F5G夯實智慧醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)底座建設(shè)

  隨著固定寬帶網(wǎng)絡(luò)已進入千兆光網(wǎng)時代，F5G全光網(wǎng)作為新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，打造了大帶寬、低時延和全光聯(lián)接的新一代全光網(wǎng)絡(luò)。

  信息技術(shù)飛速發(fā)展，新一代信息技術(shù)應(yīng)用逐漸在醫(yī)療信息化中發(fā)揮著重要的基石作用。隨著社會的發(fā)展和信息技術(shù)的迭代，醫(yī)院信息管理系統(tǒng)(Hospital Information System，HIS)、電子病歷(Electronic Medical Record，EMR)、醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)(Picture Archiving and Communication Systems，PACS)等各種信息管理系統(tǒng)并存，各系統(tǒng)對帶寬、時延都有了更高的要求。

  大帶寬、低時延、高安全、易運維的網(wǎng)絡(luò)，對醫(yī)院各信息管理系統(tǒng)運行至關(guān)重要，同時醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，辦公內(nèi)網(wǎng)、辦公外網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)、電話網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等獨立建設(shè)，各個網(wǎng)絡(luò)之間都是信息孤島，信息隔絕無法共享。因此，醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨巨大挑戰(zhàn)。

  在滿足各種信息管理系統(tǒng)的訴求下，如何應(yīng)用新一代信息技術(shù)夯實智慧醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)底座建設(shè)?根據(jù)相關(guān)政策文件和智慧醫(yī)院建設(shè)的需求，本研究結(jié)合F5G技術(shù)大帶寬、低時延、高安全、易運維的特性和智慧化醫(yī)療服務(wù)的業(yè)務(wù)流程，對F5G技術(shù)在智慧醫(yī)院中的應(yīng)用進行了探索和實踐，為F5G技術(shù)推進智慧醫(yī)院建設(shè)提供參考。

  何謂F5G技術(shù)

  F5G是The 5th Generation Fixed Networks的縮寫，即第五代固定網(wǎng)絡(luò)。以10G PON、Wi-Fi6、200G/400G、下一代OTN等技術(shù)為代表。是由中國提出的、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)接納的、業(yè)界廣泛參與的最新一代固定網(wǎng)絡(luò)。2019年6月，中國信息通信研究院在上海移動大會上，首次提出了F5G。2019年底ETSI通過了F5G立項，對固定網(wǎng)絡(luò)的代際作出了定義。F5G與5G是協(xié)同關(guān)系，有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)互相補充，為萬物感知和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用賦能。

  F5G具備大帶寬(eFBB，enhanced fixed broadband，增強型固定寬帶)、多連接(FFC，full-fiber connection，全光聯(lián)接)和好體驗(GRE，guaranteed reliable experience，極致體驗)三個關(guān)鍵特征，其代表性的技術(shù)采用10G PON技術(shù)和Wi-Fi6技術(shù)等。智慧醫(yī)院的F5G全光網(wǎng)主要指F5G無源光局域網(wǎng)(POL)。無源光局域網(wǎng) POL是基于無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)的局域網(wǎng)組網(wǎng)方式。該組網(wǎng)方式采用無源光通信技術(shù)為用戶提供融合的數(shù)據(jù)、語音、視頻及其他智能化系統(tǒng)業(yè)務(wù)。

  POL 系統(tǒng)由光線路終端OLT(Optical Line Terminal)、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN(Optical Distribution Network)、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU(Optical Network Unit)或光網(wǎng)絡(luò)終端ONT(Optical Network Terminal)和核心交換設(shè)備、出口設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理單元等組成。光線路終端OLT是F5G全光網(wǎng)的核心設(shè)備，下行通過分光器連接多個ONU，一方面可實現(xiàn)對ON的控制、管理，另一方面對ONU上傳的信息進行匯聚處理;上行一般情況下連接院區(qū)的核心交換機。

  在智慧醫(yī)院F5G全光網(wǎng)中，主要是使用XGS-PON技術(shù)和GPON技術(shù)，具體的技術(shù)參數(shù)如下表所示。

表1: XGS-PON和GPON的技術(shù)參數(shù)

  醫(yī)院F5G全光網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)

  醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中全面采用F5G全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用F5G全光網(wǎng)支持多網(wǎng)融合的能力，根據(jù)醫(yī)院業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流及信息安全的要求，構(gòu)建了“辦公網(wǎng)”“公共網(wǎng)”和“設(shè)備網(wǎng)”，如圖1所示。

  F5G作為智慧醫(yī)院的基礎(chǔ)底座，為醫(yī)院醫(yī)療業(yè)務(wù)、精細化管理等的使用需求提供靈活可控的網(wǎng)絡(luò)接入，為醫(yī)療業(yè)務(wù)提供高速、安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)帶寬，為運維人員提供便捷智能的運維管理手段，為醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供可延續(xù)、可擴展、可升級的設(shè)計目標(biāo)，帶來“帶寬無限”“萬物互聯(lián)”的無限可能，為智慧醫(yī)院的建設(shè)提供了堅實有效的支撐。

圖1: 醫(yī)院F5G全光網(wǎng)拓撲

  那么，醫(yī)院F5G全光網(wǎng)是如何規(guī)劃與建設(shè)的?

  第一，F5G全光網(wǎng)組網(wǎng)模式

  全面采用F5G全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中“辦公網(wǎng)”和“公共網(wǎng)”通過同一張F5G全光網(wǎng)進行承載，辦公網(wǎng)與公共網(wǎng)之間進行邏輯隔離，內(nèi)外網(wǎng)、電話、電視、物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi6等采用多網(wǎng)融合設(shè)計，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、IPTV、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、Wi-Fi6等多項業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載，覆蓋醫(yī)院數(shù)字化辦公、醫(yī)療業(yè)務(wù)開展、電話語音、IPTV電視、物聯(lián)網(wǎng)、移動醫(yī)療等應(yīng)用場景。設(shè)備網(wǎng)采用F5G無源光物理隔離獨立組網(wǎng)，以實現(xiàn)樓宇自控、視頻監(jiān)控、安防門禁、公共安全等多項業(yè)務(wù)，覆蓋樓宇智能化、公共安全等應(yīng)用場景。

  第二，F5G全光網(wǎng)PON技術(shù)選型

  · 采用XGS-PON和GPON相結(jié)合的模式，根據(jù)不同區(qū)域或科室對數(shù)據(jù)流量的帶寬要求不同，選擇不同的PON技術(shù)。

  · 高流量區(qū)域(如：手術(shù)室、醫(yī)技影像、病理、視頻監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、Wi-Fi6應(yīng)用等)采用XGS-PON技術(shù)，以支撐大帶寬業(yè)務(wù)的開展。

  · 中等流量區(qū)域(如：醫(yī)生辦公室、診室等)采用GPON技術(shù)，預(yù)留較大的下行帶寬，以支撐中等流量的影像圖片文件的調(diào)閱。

  · 普通流量區(qū)域(如：病房、行政辦公、藥房及收費窗口、樓宇自控、安防門禁、公共安全等)采用GPON技術(shù)，滿足普通業(yè)務(wù)開展。

  第三，F5G全光網(wǎng)保護方式

  醫(yī)院對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求比較高，做網(wǎng)絡(luò)設(shè)計須考慮對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和物理線路的保護。采用Type C雙歸屬保護和Type B雙歸屬保護相結(jié)合的方式，確保醫(yī)療業(yè)務(wù)零中斷。其中，采用Type C雙歸屬保護手術(shù)室、門急診收費處、藥房、急診急救區(qū)、信息中心等重點區(qū)域;采用Type B雙歸屬保護病房、普通診室、辦公等其他區(qū)域。

  第四，F5G全光網(wǎng)部署模式

  整體網(wǎng)絡(luò)主要由100G核心交換機、OLT、ODN、ONU、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)采用F5G全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，核心交換機和OLT均采用一主一備的冗余架構(gòu)，雙核心雙鏈路，辦公網(wǎng)和公共網(wǎng)2臺核心交換機部署在數(shù)據(jù)中心機房，14臺OLT分布式部署在各建筑樓棟匯聚機房，相比于集中部署拓展性更好，故障影響范圍更小，保障醫(yī)療業(yè)務(wù)零中斷。設(shè)備網(wǎng)2臺核心交換機和2臺OLT集中部署在安防監(jiān)控機房，方便運維。OLT同時支持XGS-PON和GPON，滿足不同帶寬、不通場景的要求。

  第五，F5G全光網(wǎng)ONU及分光器選型

  全院整體使用各類ONU約5000個，分光器約600個。采用一級分光的方式，分光器部署于每個樓層弱電間，根據(jù)ONU類型與帶寬需求，彈性選用分光比。

  針對高流量區(qū)域使用2∶8分光器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息點及電話信息點的數(shù)量，按需選擇ONU(8GE)、ONU(4GE+2POTS)、ONU(8GE+8POTS)和ONU(24GE POE);針對中流量區(qū)域和普通流量區(qū)域使用2∶16分光器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息點及電話信息點的數(shù)量，按需選擇ONU(4GE)、ONU(8GE)、ONU(4GE+2POTS)、ONU(8GE+8POTS)和ONU(24GE POE)。

  第六，F5G全光網(wǎng)運維

  F5G全光網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)對其納管的設(shè)備提供全面的網(wǎng)絡(luò)管理功能，支持對設(shè)備進行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。主要功能為：基礎(chǔ)業(yè)務(wù)監(jiān)控、告警管理、設(shè)備版本升級、一體化拓撲管理、性能監(jiān)測、自動化報表、日志管理、自定義大屏、ONU即插即用、故障處理等。通過分析網(wǎng)絡(luò)運維人員的日常工作和PON網(wǎng)絡(luò)的常見運維場景，通過智能化、場景化、簡潔化等手段，將運維人員從復(fù)雜的運維工作中解放出來，使得網(wǎng)絡(luò)可視化、自動化和智能化。

  F5G在智慧醫(yī)院中的應(yīng)用

  針對智慧醫(yī)院建設(shè)的需求，結(jié)合F5G技術(shù)大帶寬、低時延、高安全、易運維的特性，F5G技術(shù)在智慧醫(yī)院建設(shè)中，可以為如下應(yīng)用場景提供可行性。

  場景一：基于F5G全光網(wǎng)的萬物感知

  針對醫(yī)院內(nèi)外網(wǎng)、電話、電視、物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi6等采用多網(wǎng)融合設(shè)計，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、IPTV、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、Wi-Fi6等多業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載，覆蓋醫(yī)院數(shù)字化辦公、醫(yī)療業(yè)務(wù)開展、電話語音、IPTV電視、物聯(lián)網(wǎng)、移動醫(yī)療等應(yīng)用場景，從而達到萬物感知。

  在辦公場景，辦公電腦、電話、PDA、移動推車等接入F5G全光網(wǎng)，可以確保日常醫(yī)療業(yè)務(wù)和數(shù)字化辦公的穩(wěn)定高效;在醫(yī)療物聯(lián)場景，呼吸機、心電監(jiān)護儀、輸液泵、可穿戴設(shè)備、溫度計、血壓計等接入F5G全光網(wǎng)，可以客觀、實時地采集患者生命體征信息，實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，同時提高醫(yī)護人員工作效率。

  場景二：基于F5G全光網(wǎng)的醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用

  利用F5G全光纖大帶寬、低時延、高可靠的特性，采用XGS-PON、分布式對象存儲和GPU應(yīng)用適配等技術(shù)，以實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的秒級調(diào)閱。同時，更好地支撐圖像自動分割、識別、三維重建、AI輔助診斷等醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用，從而提高醫(yī)生的閱片效率，提升患者就醫(yī)體檢。

  場景三：基于F5G全光網(wǎng)的一體化手術(shù)室建設(shè)

  基于F5G全光網(wǎng)的一體化手術(shù)室建設(shè)，首先，要確保PDA、移動推車、診療信息、影像數(shù)據(jù)、醫(yī)療安全AI輔助接入;其次，須保證麻醉監(jiān)護、3D腹腔鏡、手術(shù)機器人、介入設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備效益分析等醫(yī)療相關(guān)設(shè)備相連;最后，須滿足電話、手術(shù)直播、全息手術(shù)錄播、遠程手術(shù)，以及藥品、耗材智能管理等需要。F5G全光網(wǎng)能很好地承載一體化數(shù)字手術(shù)室的應(yīng)用建設(shè)，滿足手術(shù)室醫(yī)療業(yè)務(wù)和日常管理的需求。

  場景四：基于F5G全光網(wǎng)的后勤精細化管理

  基于F5G全光網(wǎng)的后勤精細化管理，設(shè)備網(wǎng)采用F5G全光網(wǎng)獨立組網(wǎng)，實現(xiàn)了樓宇自控、視頻監(jiān)控、安防門禁、公共安全等多業(yè)務(wù)應(yīng)用，覆蓋樓宇智能化、公共安全等應(yīng)用場景。F5G全光網(wǎng)能很好地承載建筑物聯(lián)網(wǎng)的接入，利用BIM、位置服務(wù)等物聯(lián)傳感技術(shù)，補齊當(dāng)前后勤管理方面的短板，全面覆蓋后勤管理的各個流程，提升管理效率、能耗利用率，做好設(shè)備管理、安防管理的聯(lián)動，實現(xiàn)智慧后勤、智慧安防，打造智慧醫(yī)院的數(shù)字孿生。

  相對于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)架構(gòu)，F5G全光網(wǎng)是一種創(chuàng)新性的全光網(wǎng)絡(luò)，和傳統(tǒng)的LAN網(wǎng)絡(luò)比較，主要是在系統(tǒng)架構(gòu)和傳輸介質(zhì)等方面進行了創(chuàng)新，利用F5G技術(shù)大帶寬、低時延、高安全、易運維的重要特性，從本質(zhì)上改變了醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)，高效地承載了智慧醫(yī)院的應(yīng)用建設(shè)。隨著醫(yī)院智慧化的趨勢和F5G技術(shù)的發(fā)展與推廣，F5G技術(shù)將在智慧醫(yī)院建設(shè)中有更廣泛、更深度的應(yīng)用，進而更好地承載智慧醫(yī)院應(yīng)用水平，為患者和醫(yī)護人員提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

  本文轉(zhuǎn)載自《中國醫(yī)院院長》雜志

  作者：路明春、呂周平、朱歲松

  作者單位：華中科技大學(xué)協(xié)和深圳醫(yī)院