全球首张基于弹性切片5G专网落地郑大一附院,这些医疗场景亮了

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  • 来源:重庆师范大学教务系统_南昌大学共青学院教务处_石河子大学教务处
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“5G”浪潮席卷医院仅一年有余。回望这一年,我们能看到全球首例5G支持下的骨科远程手术在北京积水潭医院成功完成;全国首例基于5G的远程帕金森病“脑起搏器”植入手术在中国人民解放军总医院成功进行……种种成就无疑为“5G+医疗”的规模化应用奠定了良好的开端。

不过,这些试点工程虽然佐证了5G技术在医疗中的可用性。但从实验室落地到实际应用场景,我们还需要一个完整的5G基础建设工程,用以支持“5G+医疗”在“真实世界”的落地。

好消息是,我们已经看到了突破。10月18日,郑州大学第一附属医院互联网医疗系统与应用国家工程实验室(以下简称国家工程实验室),联合中国移动通信集团河南有限公司、中国移动成都产业研究院、华为技术有限公司,共同打造了“基于弹性切片的全场景5G SA智慧医疗专网”,这是全球首张基于弹性切片的全场景跨区覆盖5G专网。

本次发布的5G SA智慧医疗专网,遵循国际通信协会3GPP标准,基于5G SA核心网络,采用了端到端弹性切片技术方式,针对“院内-院间-院外”医疗全场景提出了网络自适应、网络可感知、网络智能化运维的5G医疗专网解决方案,实现医疗专网与公众用户网络安全隔离,能够很好地契合医疗行业用户对5G医疗专网性能和安全诉求。

5G SA医疗专网不再依赖4G,是完整独立的5G网络。相对于目前的4G而言,5G SA网络模式是一次颠覆式的变革,它采用的MEC+网络切片技术应用,能够真正实现网络带宽动态感知、不同业务相互隔离、网络性能动态调配等功能,从而满足不同垂直行业对5G专网的定制化需求。

经对郑大一附院5G SA医疗专网现场对比测试,结果表明:在院内和跨区的互联条件下,1G切片下载速率达到900Mb/s以上,上行速率达到180Mb/s以上,用户平均时延8ms。在网络负荷较高情况下,5G普通业务速率下降60%以上、最大时延增大6倍以上,而5G医疗专网内的各项业务服务质量指标正常,上行带宽保障率达到95%、下行带宽保障率达到90%以上、时延保障率达到99%。

此外,5G智慧医疗专网具备高度的可部署性和可复制性,本次实验之后,未来的医院5G专网部署或将大幅加速。

为了更深入了解SA与弹性切片技术为医院带来了的颠覆性变化,动脉网记者来到了郑大一附院互联网医疗系统与应用国家工程实验室,和医院技术团队、华为、移动进行交流。其核心内容可梳理为以下几点。

SA专网如何为医院5G发展打好基础? 弹性切片技术带来了怎样的突破? SA与弹性切片技术支持下,哪些新的应用将因此崛起?

SA专网为5G全业务定下基调

5G技术拥有三大场景应用:eMBB(增强型移动带宽,大幅提高上传下载速度)、uRLLC(超可靠、低时延通信,例如无人驾驶业务)、mMTC(海量机器类通信、多连接,可用于城市物联)。5G网络部署具有两种策略:独立组网(SA) 和非独立组网(NSA)。NSA组网的5G基站,需要依赖4G,以4G基站作为锚点,开展5G业务。而SA组网的5G基站,不依赖4G基站,可独立开展业务。具体对比如下:

NSA与SA组网方式功能分析

从上图可以看出,NSA组网,只聚焦eMBB大带宽连接,可满足公众用户上网诉求,但低时延、大连接、网络切片等新技术应用,需要采用SA组网架构。而在医疗场景之中,低延时下的远程手术与海量设备连接下的移动医护都对mMTC、uRLLC有极高的需求。

郑大一附院此次正式基于SA组网模式,利用弹性切片技术,部署了端到端的医疗专网。将智慧医疗专网用户与4G公众用户业务、以及5G普通公众用户业务完全隔离,这样一来专网用户就不会受到公众用户业务的影响,保障医疗专网的高安全性。

网络隔离能力来源于医疗专网本身的架构特性。郑大一附院部署的医疗专网包含了三条通道,分别是专享管道、优享管道与普通管道,其中,专享管道与优享管道可承诺SLA,保障医疗业务的质量。

SLA表示运营商能够给用户提供的服务等级,包括带宽、时延、抖动、丢包、安全性、可靠性等。5G时代,垂直行业对网络尤其是承载网提出了很高的要求,包括大带宽、低时延、高可靠等。如何提供可承诺的SLA,是推动5G在垂直行业商业化走向成功的关键。5G智慧医疗专网通过基于弹性切片的SLA可管、基于智能选路的SLA可控、基于NCE+iFIT的SLA可视实现SLA可承诺。

通俗来讲,专享管道就好比医院拥有的私家车,是由医院独自享用的VIP通道。这一通道可为医院提供全时专用的网络服务,与公众用户网络完全隔离,承载医院内的所有业务与应用。

在实际之中,专享管道一般用于院内和院间场景中,将医疗业务与公众上网业务隔离;院间业务与公网隔离。该管道能够保证医疗数据不出院;在3秒内下载一张CT或核磁图片(800MB);提供

相比之下,优享管道则是针对一些突发性事件,如移动急救和危重转院,类似于出租车的作用。在整体体系中,优享管道为移动救护提供临时性专用管道,将急救摆在前端的位置优先处理,为患者争取更多治疗时间。

智慧医联网四大业务场景

要实现各类数据的安全流转,医疗专网自身的安全性也非常关键。一方面,由于5G安全标准天然高于4G,如256位加密算法、用户级安全策略、统一鉴权等标准要求给予了5G更好的防火能力;另一方面,由于多种管道并行,数据分包发送,即使专网受到攻击,黑客能获取的也仅是零散的、不可组合的数据,用户的信息安全将得到极大保障。

弹性切片改变医院数据传输流程

郑大一附院5G医疗专网的另一大特点是搭载了由华为打造的FlexE切片技术。该切片拥有业界最精细的1G颗粒度,数量是业界的3倍,其弹性设计可保证医院根据带宽需求对网络进行调整,随用随部署,实现精细化网络管理。

华为研究人员表示:“过去医院等主体在购买带宽前,不能对带宽进行准确计算,只有在使用之后,才知道带宽够不够用。

而在弹性切片下,企业可提前计算出企业对于带宽的需求。在使用时,通过设置可动态分配带宽。举个例子,若早上8-10点门诊的患者量比较大,那么我们便可在此时间段提取空余部门的带宽,并将其分配至门诊部门。在这样的架构下,有限的带宽将进行精确的分配,使资源的利用效率最大化,而医院只需要确立一个峰值带宽,便可以合理的价格部署5G网络。

此外,在FlexE切片下,上下行发包流程由过去的逐包发送机制,变成了严格TDM调度机制。

如下图所示,FlexE每次发包由切片确认每包数据的组成,在实际之中,其组成应该由医院不同业务的带宽需求所决定。在这种模式下,每包数据即使没排满,也将正常发出。这样的秩序保证了不同医疗业务可并行发送,避免紧急业务出现高时延。

当遇到网络拥挤时,FlexE分割出的独立发包管道可将特有医疗业务与其他医疗业务硬管道隔离,优先保证特有医疗业务低时延、高效进行。此外,即使网络其他业务出现拥塞或者被攻击,相互隔离的发包管道也可以保证医疗切片内的业务不会受到影响。

通过这种方式,紧急业务的数据可以避免

以远程会诊为例,5G医疗专网加上弹性切片可以对总院到分院之间的网络时延实时采集和监控,在网络中选出一条低时延路径,并在网络环境变差,时延变长时进行及时调整,始终保障业务的时延不受影响。

总的来说,我们可将基于弹性切片的专网的优势概括为以下6点:

1、5G医疗专网代替院内WiFi网络,实现医院高质量无线接入需求;

2、利用5G切片与边缘计算技术,实现个人上网与医院自有数据中心上网的融合;

3、引入公有云的先进技术,可解决医院自建IDC成本高、运维水平低的问题;

4、数据不出院区,保障医院数据上云的安全问题;

5、高速率大带宽,满足医院的融合AI能力的需求,加速变革,提升医院诊疗水平;

6、端到端网络切片,保障医疗业务数据可靠性,支撑院内、院间、院外医疗服务;

从生死接力到万物互联,5G能够最先运用于什么领域?

谈及需求,我们必须先了解5G技术的发展现状。

自2018年年末5G标准R15冻结后,各家企业已经在5G应用领域大展拳脚。但R15标准主要聚焦于eMBB,也就是把建设的重心放在了大带宽上。这将带来下载速度与数据传输安全的大幅提升。

海量机器通信与超低时延将是未来R16后的目标。在更远的将来,5G将推动未来医院运作和整个演变模式的变化,比如,5G可能会打破诊疗的地域限制;将目前的医疗结构,逐步地向健康管理中心的区域医疗中心模式转变发展。

那么,哪些技术在这样的特征下能够率先得以应用呢?国家工程实验室工作人员谈到了以下几个方向。(那么,哪些应用在这样的特征下能够率先得以实现、落地呢?)

远程急救

院外场景下的远程急救是现有条件下需求最轻且能迅速实现的应用之一。虽然现有的急救车已经配置了大量检查设备,但囿于带宽的限制,很多数据只能在设施相对简陋的急救车上进行处理,无法及时传输至医院进行实时诊断,5G无疑能解决这个问题。

按照郑大一附院SA专网的部署情况看,急救车的回传带宽将达到50M,可满足4K视频下的远程会诊。在这种情况下,患者一旦上车,他的电子病历信息、实时检测信息都将在第一时间传送至医院,而医生也可通过高清视频清晰观察患者的身体状况,从而开出更加准确的检查单。此外,智慧城市下的5G网络将为急救车规划出最为快速的行车路线,以便为患者谋求更多的抢救时间。

互联网医院与远程会诊

5G对于互联网医院主要包含两点。一方面是为患者提供更加丰富的远程问诊服务;另一方面是为互联网医院服务商提供一条高带宽、低时延、安全保障的医疗专线。

在无线网络情况下,互联网医院更多的是为患者提供轻问诊服务,而随着5G的普及,医生能够以4K甚至更高的分辨率与患者对话,如皮肤病、眼疾等疾病,患者只需按照医生的要求执行便可一定程度上完成诊断。

因此,5G对于互联网医院的意义在于通过增强移动的超高带宽特性以优化互联网医疗的流程,扩大其服务范围。

远程会诊同样利用了大带宽的特征,帮助医生更为清晰地了解患者状况,获取更多的患者信息。基层的群众将因此享受到专家级的医疗服务。

5G下的医院管理

在当前技术模式下,5G医院管理的优势在于实现无人监控与机器人导医。对于郑大一附院这个量级的医院,要对万人级的住院患者进行实时数据监控,4G模式下的网络架构将产生巨大的资费,而其刚性的带宽会造成很大程度上的网络资源浪费。

相比之下,弹性切片支持下的SA专网能够连接更多设备,同时提供更稳定的网络传输服务,同时,院方对网络建设的成本投入也将更为合理。此外,只要部署了5G,该区域的医院、卫生所均可以快速接入到智慧医疗专网,同时专网的切片带宽可以进行灵活配置,满足不同业务不同类型医院高、中、低配置的要求。

在未来,5G支持下的医院或可将更多地应用本地云化,以降低医院对于硬件成本的需求,这一模式同样将大幅降低医院的运营成本。

综上所述,5G医疗专网虽只是一个基础设施,但通过同人工智能、云计算等技术的结合,5G能够使后者在新场景下发挥出更有效的价值。而随着5G技术的基础发展,当低时延、万物互联成为现实后,将改变未来的医疗生态和就医模式。

写在最后

深度学习起源于40年前,但直到GPU、FPGA、ASIC等芯片成为计算枢纽后,整个技术才从理论走向现实。而如今的5G正起到“芯片”的作用,为相关应用的发展打好了地基。

所以,在医疗领域,即使现在并未出现一个杀手级应用,但5G仍拥有改变医疗模式的巨大潜力。正如浙江数字研究院研究员姜唯所说:“基础设施决定上层应用的落地速度。“5G作为一个基础设施,一定是先于应用,并对应用起引导作用。而完成了基础建设,也就取得了应用发展的先手。

正如现在看待10年前推广的4G一样,很少有人能看到技术在未来可能带来的巨变。在医院专网建设、互联网医院与远程会诊、远程急救等5G医疗应用之外,5G与VR/AR、高清医疗影像、触觉反馈、可穿戴设备、人工智能的结合,或能真正打破医生提供医疗服务时面临的地理限制、时间限制,未来尤可期。

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