隨著固定寬帶網絡已進入千兆光網時代,F5G全光網作為新型網絡基礎設施,打造了大帶寬、低時延和全光聯接的新一代全光網絡。
信息技術飛速發展,新一代信息技術應用逐漸在醫療信息化中發揮著重要的基石作用。隨著社會的發展和信息技術的迭代,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、時延都有了更高的要求。
大帶寬、低時延、高安全、易運維的網絡,對醫院各信息管理系統運行至關重要,同時醫院的網絡復雜,辦公內網、辦公外網、設備網、電話網、物聯網等獨立建設,各個網絡之間都是信息孤島,信息隔絕無法共享。因此,醫院網絡架構面臨巨大挑戰。
在滿足各種信息管理系統的訴求下,如何應用新一代信息技術夯實智慧醫院網絡底座建設?根據相關政策文件和智慧醫院建設的需求,本研究結合F5G技術大帶寬、低時延、高安全、易運維的特性和智慧化醫療服務的業務流程,對F5G技術在智慧醫院中的應用進行了探索和實踐,為F5G技術推進智慧醫院建設提供參考。
何謂F5G技術
F5G是The 5th Generation Fixed Networks的縮寫,即第五代固定網絡。以10G PON、Wi-Fi6、200G/400G、下一代OTN等技術為代表。是由中國提出的、歐洲電信標準協會(ETSI)接納的、業界廣泛參與的最新一代固定網絡。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,對固定網絡的代際作出了定義。F5G與5G是協同關系,有線網絡和無線網絡互相補充,為萬物感知和網絡應用賦能。
F5G具備大帶寬(eFBB,enhanced fixed broadband,增強型固定寬帶)、多連接(FFC,full-fiber connection,全光聯接)和好體驗(GRE,guaranteed reliable experience,極致體驗)三個關鍵特征,其代表性的技術采用10G PON技術和Wi-Fi6技術等。智慧醫院的F5G全光網主要指F5G無源光局域網(POL)。無源光局域網 POL是基于無源光網絡(PON)技術的局域網組網方式。該組網方式采用無源光通信技術為用戶提供融合的數據、語音、視頻及其他智能化系統業務。
POL 系統由光線路終端OLT(Optical Line Terminal)、光分配網絡ODN(Optical Distribution Network)、光網絡單元ONU(Optical Network Unit)或光網絡終端ONT(Optical Network Terminal)和核心交換設備、出口設備、網絡管理單元等組成。光線路終端OLT是F5G全光網的核心設備,下行通過分光器連接多個ONU,一方面可實現對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的核心交換機。
在智慧醫院F5G全光網中,主要是使用XGS-PON技術和GPON技術,具體的技術參數如下表所示。
表1: XGS-PON和GPON的技術參數
醫院網絡規劃建設中全面采用F5G全光網絡架構,利用F5G全光網支持多網融合的能力,根據醫院業務數據流及信息安全的要求,構建了“辦公網”“公共網”和“設備網”,如圖1所示。
F5G作為智慧醫院的基礎底座,為醫院醫療業務、精細化管理等的使用需求提供靈活可控的網絡接入,為醫療業務提供高速、安全、可靠的網絡帶寬,為運維人員提供便捷智能的運維管理手段,為醫院網絡建設提供可延續、可擴展、可升級的設計目標,帶來“帶寬無限”“萬物互聯”的無限可能,為智慧醫院的建設提供了堅實有效的支撐。
全面采用F5G全光網絡架構,其中“辦公網”和“公共網”通過同一張F5G全光網進行承載,辦公網與公共網之間進行邏輯隔離,內外網、電話、電視、物聯網、Wi-Fi6等采用多網融合設計,以實現數據、語音、IPTV、物聯網應用、Wi-Fi6等多項業務統一承載,覆蓋醫院數字化辦公、醫療業務開展、電話語音、IPTV電視、物聯網、移動醫療等應用場景。設備網采用F5G無源光物理隔離獨立組網,以實現樓宇自控、視頻監控、安防門禁、公共安全等多項業務,覆蓋樓宇智能化、公共安全等應用場景。
· 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。
· 高流量區域(如:手術室、醫技影像、病理、視頻監控、物聯網應用、Wi-Fi6應用等)采用XGS-PON技術,以支撐大帶寬業務的開展。
· 中等流量區域(如:醫生辦公室、診室等)采用GPON技術,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、安防門禁、公共安全等)采用GPON技術,滿足普通業務開展。
醫院對網絡的可靠性要求比較高,做網絡設計須考慮對網絡設備和物理線路的保護。采用Type C雙歸屬保護和Type B雙歸屬保護相結合的方式,確保醫療業務零中斷。其中,采用Type C雙歸屬保護手術室、門急診收費處、藥房、急診急救區、信息中心等重點區域;采用Type B雙歸屬保護病房、普通診室、辦公等其他區域。
整體網絡主要由100G核心交換機、OLT、ODN、ONU、網絡管理系統等組成。系統采用F5G全光網絡架構,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,辦公網和公共網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,保障醫療業務零中斷。設備網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同時支持XGS-PON和GPON,滿足不同帶寬、不通場景的要求。
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ONU類型與帶寬需求,彈性選用分光比。
針對高流量區域使用2∶8分光器,根據網絡信息點及電話信息點的數量,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,根據網絡信息點及電話信息點的數量,按需選擇ONU(4GE)、ONU(8GE)、ONU(4GE+2POTS)、ONU(8GE+8POTS)和ONU(24GE POE)。
F5G全光網網管系統對其納管的設備提供全面的網絡管理功能,支持對設備進行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。主要功能為:基礎業務監控、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。通過分析網絡運維人員的日常工作和PON網絡的常見運維場景,通過智能化、場景化、簡潔化等手段,將運維人員從復雜的運維工作中解放出來,使得網絡可視化、自動化和智能化。
針對智慧醫院建設的需求,結合F5G技術大帶寬、低時延、高安全、易運維的特性,F5G技術在智慧醫院建設中,可以為如下應用場景提供可行性。
針對醫院內外網、電話、電視、物聯網、Wi-Fi6等采用多網融合設計,以實現數據、語音、IPTV、物聯網應用、Wi-Fi6等多業務統一承載,覆蓋醫院數字化辦公、醫療業務開展、電話語音、IPTV電視、物聯網、移動醫療等應用場景,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,可以確保日常醫療業務和數字化辦公的穩定高效;在醫療物聯場景,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,可以客觀、實時地采集患者生命體征信息,實現連續監測,同時提高醫護人員工作效率。
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應用適配等技術,以實現醫學影像的秒級調閱。同時,更好地支撐圖像自動分割、識別、三維重建、AI輔助診斷等醫學影像應用,從而提高醫生的閱片效率,提升患者就醫體檢。
基于F5G全光網的一體化手術室建設,首先,要確保PDA、移動推車、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、手術機器人、介入設備、醫療設備效益分析等醫療相關設備相連;最后,須滿足電話、手術直播、全息手術錄播、遠程手術,以及藥品、耗材智能管理等需要。F5G全光網能很好地承載一體化數字手術室的應用建設,滿足手術室醫療業務和日常管理的需求。
基于F5G全光網的后勤精細化管理,設備網采用F5G全光網獨立組網,實現了樓宇自控、視頻監控、安防門禁、公共安全等多業務應用,覆蓋樓宇智能化、公共安全等應用場景。F5G全光網能很好地承載建筑物聯網的接入,利用BIM、位置服務等物聯傳感技術,補齊當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,做好設備管理、安防管理的聯動,實現智慧后勤、智慧安防,打造智慧醫院的數字孿生。
相對于傳統的以太網架構,F5G全光網是一種創新性的全光網絡,和傳統的LAN網絡比較,主要是在系統架構和傳輸介質等方面進行了創新,利用F5G技術大帶寬、低時延、高安全、易運維的重要特性,從本質上改變了醫院的網絡,高效地承載了智慧醫院的應用建設。隨著醫院智慧化的趨勢和F5G技術的發展與推廣,F5G技術將在智慧醫院建設中有更廣泛、更深度的應用,進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質的服務。
本文轉載自《中國醫院院長》雜志
作者:路明春、呂周平、朱歲松
作者單位:華中科技大學協和深圳醫院