基于邊緣計(jì)算的5G專網(wǎng)在醫(yī)療信息化中的應(yīng)用

文/侯佳

5G 作為當(dāng)下處于風(fēng)口浪尖的新興技術(shù)，引起了社會(huì)各界的高度重視。各種5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和應(yīng)用如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)而出。在醫(yī)療行業(yè)先后開始了諸如遠(yuǎn)程診療、遠(yuǎn)程閱片、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程急救等一系列業(yè)務(wù)嘗試，但往往淺嘗輒止，驗(yàn)證性大于應(yīng)用性。一方面是因?yàn)槟壳拔覈鞘泻诵木W(wǎng)的線路和設(shè)備絕大部分仍然是4G 模式，對于5G 網(wǎng)絡(luò)的體驗(yàn)本身就不對稱。另一方面受限于移動(dòng)運(yùn)營商對于5G公網(wǎng)的整體推進(jìn)速度。因此很多醫(yī)療機(jī)構(gòu)被迫放慢自身對于5G 網(wǎng)絡(luò)的需求，退而待網(wǎng)。另一方面，5G 的對稱應(yīng)用還受目前終端硬件設(shè)備的物理缺陷所限制，沒有5G 相關(guān)模塊來接收5G 信號。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，對醫(yī)療信息化的要求已經(jīng)從匯集數(shù)據(jù)的簡單應(yīng)用邁入到了數(shù)據(jù)利用階段。由傳統(tǒng)的單體醫(yī)院服務(wù)模式邁入了區(qū)域醫(yī)療服務(wù)模式。渴望使用信息化的手段來為解決異地患者的便捷就醫(yī)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的延伸。而這些相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用，均需要極高的網(wǎng)絡(luò)帶寬支撐和極低時(shí)延的數(shù)據(jù)響應(yīng)。所以當(dāng)5G 網(wǎng)絡(luò)一問世，就引起了醫(yī)療界的重點(diǎn)關(guān)注和討論。它將促使4G 核心網(wǎng)時(shí)代的各種遠(yuǎn)程性質(zhì)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)蛻變，為大規(guī)模的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 5G應(yīng)用面臨的問題

（1）5G 網(wǎng)僅由目前的四大移動(dòng)運(yùn)營商負(fù)責(zé)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搭建。其公網(wǎng)推進(jìn)速度需結(jié)合政府規(guī)劃和自身實(shí)際情況來分步進(jìn)行。所以在同一個(gè)城市的不同區(qū)域很難做到5G 網(wǎng)絡(luò)同步覆蓋。

（2）在醫(yī)療信息化行業(yè)，對于患者的數(shù)據(jù)安全防護(hù)是十分重視的。原則上患者的診療數(shù)據(jù)是不能出院區(qū)的。但當(dāng)前如果在醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)利用5G 公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然享受到了一定程度上的大帶寬低時(shí)延的快感，但患者的診療數(shù)據(jù)會(huì)從醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)接入層傳輸?shù)结t(yī)院外的基站，經(jīng)由基站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)，再由核心網(wǎng)返回到醫(yī)院完成數(shù)據(jù)的傳輸。因此在患者的數(shù)據(jù)安全防護(hù)問題上將面臨非常大的挑戰(zhàn)。

目前市政核心網(wǎng)絡(luò)仍然是以4G 為主。想要全面體驗(yàn)到5G 網(wǎng)絡(luò)的大帶寬低時(shí)延特性，即便在醫(yī)院范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了5G 公網(wǎng)信號的覆蓋，依然是典型的”頭重腳輕”，非對稱帶寬瓶頸限制了5G 網(wǎng)絡(luò)性能發(fā)揮。

醫(yī)療機(jī)構(gòu)借助信息化手段的各種遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都對網(wǎng)絡(luò)帶寬有很高的要求，要想充分發(fā)揮5G 網(wǎng)絡(luò)的大帶寬低時(shí)延和多連接的特點(diǎn)。就必須要具備支持5G 信號接收的設(shè)備，但目前的終端設(shè)備基本不支持5G信號的接收，妥協(xié)之下只能將5G 信號以無線網(wǎng)絡(luò)的模式進(jìn)行發(fā)布。其真實(shí)的速率和有線網(wǎng)差不多。這是造成5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用瓶頸的另一重要因素。

另外，常規(guī)模式下的5G 網(wǎng)絡(luò)和4G 網(wǎng)絡(luò)一樣，有流量限制。而醫(yī)院各種業(yè)務(wù)的開展有著極高的流量需求。很顯然各大運(yùn)營商傳統(tǒng)的流量套餐業(yè)務(wù)并不適用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

圖1

2 應(yīng)對問題的手段

（1）應(yīng)和移動(dòng)運(yùn)營商進(jìn)行5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)業(yè)務(wù)洽談。從應(yīng)用在組織過程資產(chǎn)和社會(huì)環(huán)境因素所造成的效應(yīng)來促使移動(dòng)運(yùn)營商將目前有限的資源提前部署到位。

（2）5G 公網(wǎng)所服務(wù)的范圍并不專屬于醫(yī)療機(jī)構(gòu)。采用的數(shù)據(jù)傳輸模式會(huì)造成數(shù)據(jù)安全的極大壓力。這是醫(yī)療行業(yè)的特殊性所不允許的。經(jīng)過和移動(dòng)運(yùn)營商以及華為方的反復(fù)討論，確定了在醫(yī)院內(nèi)建設(shè)5G 專網(wǎng)的方案。由公網(wǎng)變?yōu)閷＞W(wǎng)后，其性質(zhì)相當(dāng)于建立了一個(gè)相對封閉且專用的局域網(wǎng)。在這個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流量不受限制。然后在專網(wǎng)條件下引入邊緣計(jì)算，部署至醫(yī)院數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出院區(qū)，降低數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)延。

3 具體實(shí)施方案

（1）通過和移動(dòng)運(yùn)營商的協(xié)商，將移動(dòng)基站建設(shè)在實(shí)體醫(yī)院內(nèi)部，在醫(yī)院指定樓層部署5G CPE 設(shè)備，將5G 信號以無線網(wǎng)的形式進(jìn)行覆蓋。確保數(shù)據(jù)在從接入端到基站的過程中不出院區(qū)。在醫(yī)院內(nèi)的云數(shù)據(jù)中心中增設(shè)3至4 個(gè)機(jī)柜專門用于邊緣計(jì)算服務(wù)器及相關(guān)配套環(huán)境的安置。實(shí)現(xiàn)將原本由基站傳輸至核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)路線進(jìn)行重新規(guī)劃。醫(yī)療數(shù)據(jù)通過邊緣計(jì)算服務(wù)群后并不外出至核心網(wǎng)，而是直接在邊緣計(jì)算服務(wù)群中進(jìn)行處理，加快了數(shù)據(jù)的響應(yīng)，降低了時(shí)延。由邊緣計(jì)算服務(wù)群將數(shù)據(jù)直接傳回云數(shù)據(jù)中心。分擔(dān)了數(shù)據(jù)中心服務(wù)壓力的同時(shí)，降低了數(shù)據(jù)服務(wù)的響應(yīng)時(shí)延，保證了數(shù)據(jù)的安全性和私密性。

（2）組建5G 專網(wǎng)解決了由于在線問診和在線視頻和高清圖像傳輸所面臨的流量限制問題。5G 專網(wǎng)的組建，讓醫(yī)院業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)只在一個(gè)閉環(huán)的環(huán)境內(nèi)流轉(zhuǎn)，不占用4G 核心網(wǎng)帶寬，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的效果。

綜上所述，初期部署(MEC)RGW，醫(yī)院終端接入院區(qū)5G 專網(wǎng)，通過MEC 分流，和醫(yī)院本地服務(wù)器進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)不出園區(qū)，并且能保障低時(shí)延、大帶寬；并且不受流量限制，后續(xù)待5G 標(biāo)準(zhǔn)的完善以及大網(wǎng)完成5GC 新建，RGW 可軟件升級至UPF，將UPF 和5GC進(jìn)行對接，可提供更完善的5G 目標(biāo)網(wǎng)MEC和網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)。

可以看到，如圖1和圖2所示，在數(shù)據(jù)不出院區(qū)和通過MEC 實(shí)現(xiàn)了分流和低時(shí)延的響應(yīng)的情況下，受目前核心網(wǎng)是4G 的影響，離5G 真正的大帶寬、低時(shí)延、多連接的特性還有一段不小的距離。其帶寬體驗(yàn)和目前的實(shí)體網(wǎng)線速率差不多。由于MEC 的作用，會(huì)比單純網(wǎng)線的體驗(yàn)要快。只有對目前終端設(shè)備和核心網(wǎng)同步完善后，5G 網(wǎng)絡(luò)的性能才能充分展現(xiàn)。

4 5G專網(wǎng)條件下的應(yīng)用展望

基于5G 專網(wǎng)的環(huán)境，可以進(jìn)行智慧院區(qū)的打造，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是利用射頻識(shí)別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等構(gòu)建一種全物信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。目前其概念已經(jīng)應(yīng)用到可穿戴醫(yī)療設(shè)備、智能家居、環(huán)境感知和運(yùn)輸系統(tǒng)之中，5G 專網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的融合，除了物物互聯(lián)還增加了人物之間的互聯(lián)和感應(yīng)，在萬物之間實(shí)現(xiàn)融合、協(xié)同和可視化功能。可以對醫(yī)院的固定資產(chǎn)和設(shè)備方面增加條碼或射頻感應(yīng)管理。實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的位置和狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過感應(yīng)工牌實(shí)現(xiàn)員工實(shí)時(shí)考勤，通過實(shí)時(shí)的人臉識(shí)別系統(tǒng)，能隨時(shí)感知到一棟大樓里目前共有多少名患者。在院外實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車系統(tǒng)，自動(dòng)導(dǎo)航都剩余停車位置，在院內(nèi)實(shí)現(xiàn)AR 或VR 導(dǎo)航，利用手機(jī)掃描令墻上和地面的各種導(dǎo)航指示現(xiàn)形，提高患者的就診體驗(yàn)。在診室里，可以打造智能感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樓宇節(jié)能。

根據(jù)美國最新的科研表明，5G 在醫(yī)療行業(yè)最有價(jià)值的應(yīng)用就在于AI 個(gè)性化醫(yī)療的應(yīng)用。而AI 個(gè)性化醫(yī)療，必須有相關(guān)醫(yī)療專用設(shè)備在患者和服務(wù)器之間充當(dāng)橋梁。通過物與物之間的感應(yīng)，實(shí)時(shí)上傳患者的體征數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析并給出治療方案和相關(guān)建議。讓患者由被動(dòng)就醫(yī)變?yōu)橹鲃?dòng)。自主選擇所需的方案。實(shí)現(xiàn)預(yù)防為主，治療為輔。而這一切都離不開5G 專網(wǎng)的支撐。

5 總結(jié)

綜上所述，5G 專網(wǎng)具有極大的應(yīng)用價(jià)值，將在醫(yī)療行業(yè)發(fā)揮巨大的作用。但拿來主義是行不通的，需要針對醫(yī)療行業(yè)的特性做出適應(yīng)性改造。在以4G 核心網(wǎng)為主的當(dāng)前，采用邊緣計(jì)算不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)省帶寬，加快響應(yīng)效果的目的，還能確保醫(yī)療數(shù)據(jù)不出院區(qū)。因此，基于邊緣計(jì)算的5G 專網(wǎng)在目前醫(yī)療行業(yè)具有較高的應(yīng)用價(jià)值和豐富的應(yīng)用場景。