《中國醫院院長(cháng)》雜志：F5G夯實(shí)智慧醫院網(wǎng)絡(luò )底座建設

  隨著(zhù)固定寬帶網(wǎng)絡(luò )已進(jìn)入千兆光網(wǎng)時(shí)代，F5G全光網(wǎng)作為新型網(wǎng)絡(luò )基礎設施，打造了大帶寬、低時(shí)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)應用逐漸在醫療信息化中發(fā)揮著(zhù)重要的基石作用。隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和信息技術(shù)的迭代，醫院信息管理系統(Hospital Information System，HIS)、電子病歷(Electronic Medical Record，EMR)、醫學(xué)影像信息系統(Picture Archiving and Communication Systems，PACS)等各種信息管理系統并存，各系統對帶寬、時(shí)延都有了更高的要求。

  大帶寬、低時(shí)延、高安全、易運維的網(wǎng)絡(luò )，對醫院各信息管理系統運行至關(guān)重要，同時(shí)醫院的網(wǎng)絡(luò )復雜，辦公內網(wǎng)、辦公外網(wǎng)、設備網(wǎng)、電話(huà)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等獨立建設，各個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間都是信息孤島，信息隔絕無(wú)法共享。因此，醫院網(wǎng)絡(luò )架構面臨巨大挑戰。

  在滿(mǎn)足各種信息管理系統的訴求下，如何應用新一代信息技術(shù)夯實(shí)智慧醫院網(wǎng)絡(luò )底座建設?根據相關(guān)政策文件和智慧醫院建設的需求，本研究結合F5G技術(shù)大帶寬、低時(shí)延、高安全、易運維的特性和智慧化醫療服務(wù)的業(yè)務(wù)流程，對F5G技術(shù)在智慧醫院中的應用進(jìn)行了探索和實(shí)踐，為F5G技術(shù)推進(jìn)智慧醫院建設提供參考。

  何謂F5G技術(shù)

  F5G是The 5th Generation Fixed Networks的縮寫(xiě)，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、歐洲電信標準協(xié)會(huì )(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(dòng)大會(huì )上，首次提出了F5G。2019年底ETSI通過(guò)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )互相補充，為萬(wàn)物感知和網(wǎng)絡(luò )應用賦能。

  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(gè)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。智慧醫院的F5G全光網(wǎng)主要指F5G無(wú)源光局域網(wǎng)(POL)。無(wú)源光局域網(wǎng) POL是基于無(wú)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(wú)源光通信技術(shù)為用戶(hù)提供融合的數據、語(yǔ)音、視頻及其他智能化系統業(yè)務(wù)。

  POL 系統由光線(xiàn)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)和核心交換設備、出口設備、網(wǎng)絡(luò )管理單元等組成。光線(xiàn)路終端OLT是F5G全光網(wǎng)的核心設備，下行通過(guò)分光器連接多個(gè)ONU，一方面可實(shí)現對ON的控制、管理，另一方面對ONU上傳的信息進(jìn)行匯聚處理;上行一般情況下連接院區的核心交換機。

  在智慧醫院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)參數如下表所示。

表1: XGS-PON和GPON的技術(shù)參數

  醫院F5G全光網(wǎng)規劃與建設

  醫院網(wǎng)絡(luò )規劃建設中全面采用F5G全光網(wǎng)絡(luò )架構，利用F5G全光網(wǎng)支持多網(wǎng)融合的能力，根據醫院業(yè)務(wù)數據流及信息安全的要求，構建了“辦公網(wǎng)”“公共網(wǎng)”和“設備網(wǎng)”，如圖1所示。

  F5G作為智慧醫院的基礎底座，為醫院醫療業(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，為醫院網(wǎng)絡(luò )建設提供可延續、可擴展、可升級的設計目標，帶來(lái)“帶寬無(wú)限”“萬(wàn)物互聯(lián)”的無(wú)限可能，為智慧醫院的建設提供了堅實(shí)有效的支撐。

圖1: 醫院F5G全光網(wǎng)拓撲

  那么，醫院F5G全光網(wǎng)是如何規劃與建設的?

  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，其中“辦公網(wǎng)”和“公共網(wǎng)”通過(guò)同一張F5G全光網(wǎng)進(jìn)行承載，辦公網(wǎng)與公共網(wǎng)之間進(jìn)行邏輯隔離，內外網(wǎng)、電話(huà)、電視、物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi6等采用多網(wǎng)融合設計，以實(shí)現數據、語(yǔ)音、IPTV、物聯(lián)網(wǎng)應用、Wi-Fi6等多項業(yè)務(wù)統一承載，覆蓋醫院數字化辦公、醫療業(yè)務(wù)開(kāi)展、電話(huà)語(yǔ)音、IPTV電視、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)醫療等應用場(chǎng)景。設備網(wǎng)采用F5G無(wú)源光物理隔離獨立組網(wǎng)，以實(shí)現樓宇自控、視頻監控、安防門(mén)禁、公共安全等多項業(yè)務(wù)，覆蓋樓宇智能化、公共安全等應用場(chǎng)景。

  第二，F5G全光網(wǎng)PON技術(shù)選型

  · 采用XGS-PON和GPON相結合的模式，根據不同區域或科室對數據流量的帶寬要求不同，選擇不同的PON技術(shù)。

  · 高流量區域(如：手術(shù)室、醫技影像、病理、視頻監控、物聯(lián)網(wǎng)應用、Wi-Fi6應用等)采用XGS-PON技術(shù)，以支撐大帶寬業(yè)務(wù)的開(kāi)展。

  · 中等流量區域(如：醫生辦公室、診室等)采用GPON技術(shù)，預留較大的下行帶寬，以支撐中等流量的影像圖片文件的調閱。

  · 普通流量區域(如：病房、行政辦公、藥房及收費窗口、樓宇自控、安防門(mén)禁、公共安全等)采用GPON技術(shù)，滿(mǎn)足普通業(yè)務(wù)開(kāi)展。

  第三，F5G全光網(wǎng)保護方式

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

  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 )管理系統等組成。系統采用F5G全光網(wǎng)絡(luò )架構，核心交換機和OLT均采用一主一備的冗余架構，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據中心機房，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，保障醫療業(yè)務(wù)零中斷。設備網(wǎng)2臺核心交換機和2臺OLT集中部署在安防監控機房，方便運維。OLT同時(shí)支持XGS-PON和GPON，滿(mǎn)足不同帶寬、不通場(chǎng)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(lèi)ONU約5000個(gè)，分光器約600個(gè)。采用一級分光的方式，分光器部署于每個(gè)樓層弱電間，根據ONU類(lèi)型與帶寬需求，彈性選用分光比。

  針對高流量區域使用2∶8分光器，根據網(wǎng)絡(luò )信息點(diǎn)及電話(huà)信息點(diǎn)的數量，按需選擇ONU(8GE)、ONU(4GE+2POTS)、ONU(8GE+8POTS)和ONU(24GE POE);針對中流量區域和普通流量區域使用2∶16分光器，根據網(wǎng)絡(luò )信息點(diǎn)及電話(huà)信息點(diǎn)的數量，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)管系統對其納管的設備提供全面的網(wǎng)絡(luò )管理功能，支持對設備進(jìn)行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。主要功能為：基礎業(yè)務(wù)監控、告警管理、設備版本升級、一體化拓撲管理、性能監測、自動(dòng)化報表、日志管理、自定義大屏、ONU即插即用、故障處理等。通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò )運維人員的日常工作和PON網(wǎng)絡(luò )的常見(jiàn)運維場(chǎng)景，通過(guò)智能化、場(chǎng)景化、簡(jiǎn)潔化等手段，將運維人員從復雜的運維工作中解放出來(lái)，使得網(wǎng)絡(luò )可視化、自動(dòng)化和智能化。

  F5G在智慧醫院中的應用

  針對智慧醫院建設的需求，結合F5G技術(shù)大帶寬、低時(shí)延、高安全、易運維的特性，F5G技術(shù)在智慧醫院建設中，可以為如下應用場(chǎng)景提供可行性。

  場(chǎng)景一：基于F5G全光網(wǎng)的萬(wàn)物感知

  針對醫院內外網(wǎng)、電話(huà)、電視、物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi6等采用多網(wǎng)融合設計，以實(shí)現數據、語(yǔ)音、IPTV、物聯(lián)網(wǎng)應用、Wi-Fi6等多業(yè)務(wù)統一承載，覆蓋醫院數字化辦公、醫療業(yè)務(wù)開(kāi)展、電話(huà)語(yǔ)音、IPTV電視、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)醫療等應用場(chǎng)景，從而達到萬(wàn)物感知。

  在辦公場(chǎng)景，辦公電腦、電話(huà)、PDA、移動(dòng)推車(chē)等接入F5G全光網(wǎng)，可以確保日常醫療業(yè)務(wù)和數字化辦公的穩定高效;在醫療物聯(lián)場(chǎng)景，呼吸機、心電監護儀、輸液泵、可穿戴設備、溫度計、血壓計等接入F5G全光網(wǎng)，可以客觀(guān)、實(shí)時(shí)地采集患者生命體征信息，實(shí)現連續監測，同時(shí)提高醫護人員工作效率。

  場(chǎng)景二：基于F5G全光網(wǎng)的醫學(xué)影像應用

  利用F5G全光纖大帶寬、低時(shí)延、高可靠的特性，采用XGS-PON、分布式對象存儲和GPU應用適配等技術(shù)，以實(shí)現醫學(xué)影像的秒級調閱。同時(shí)，更好地支撐圖像自動(dòng)分割、識別、三維重建、AI輔助診斷等醫學(xué)影像應用，從而提高醫生的閱片效率，提升患者就醫體檢。

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

  基于F5G全光網(wǎng)的一體化手術(shù)室建設，首先，要確保PDA、移動(dòng)推車(chē)、診療信息、影像數據、醫療安全AI輔助接入;其次，須保證麻醉監護、3D腹腔鏡、手術(shù)機器人、介入設備、醫療設備效益分析等醫療相關(guān)設備相連;最后，須滿(mǎn)足電話(huà)、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字手術(shù)室的應用建設，滿(mǎn)足手術(shù)室醫療業(yè)務(wù)和日常管理的需求。

  場(chǎng)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，設備網(wǎng)采用F5G全光網(wǎng)獨立組網(wǎng)，實(shí)現了樓宇自控、視頻監控、安防門(mén)禁、公共安全等多業(yè)務(wù)應用，覆蓋樓宇智能化、公共安全等應用場(chǎng)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)，補齊當前后勤管理方面的短板，全面覆蓋后勤管理的各個(gè)流程，提升管理效率、能耗利用率，做好設備管理、安防管理的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現智慧后勤、智慧安防，打造智慧醫院的數字孿生。

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

  本文轉載自《中國醫院院長(cháng)》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)和深圳醫院