基于5G多接入边缘计算实现医院应用提升的探索

【摘要】    在以5G为代表的物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术的驱动下，人类社会进入万物互联的智能时代。在医疗行业，如何借助5G及其关联技术，如多接入边缘计算和切片技术，减少医院应用对传统网络的依赖，提升医院内部各应用系统的部署和交互效率，打通系统间的屏障，最终为人民提供更高质量的医疗服务，变得越来越迫切。

【关键词】    5G无线网络技术    多接入边缘计算    医院    应用提升

一、现状

为了支撑医院相关系统的运行，目前医院内部基本采用有线网络和无线WLAN相结合的方式。有线网络和无线WLAN一般是划分接入层、汇聚层和核心层三层，对于一些中小等规模的医院，可采用二层组网模式，即将汇聚层和核心层合并。但这两种网络方式都有一些弊端存在，比如说传统的有线网络，存在新增信息点困难、变更施工工期长、排障难等问题，不适应医院业务发展的需求;无线WLAN存在连接成功率低、切换时长长、易受干扰和攻击等问题。

为了解决以上的痛点，更好地服务医院业务的拓展，作者认为可以借助5G及其关联技术，特别是MEC（Multi-access Edge Computing，多接入边缘计算）和切片技术，将医院的各项业务承载在5G专网上，依靠5G网络特有的技术特点，解决大带宽、低时延高可靠、大连接的业务需求。多接入边缘计算技术可降低业务的响应时延并保证数据安全性，而切片技术实现医院内所有业务基于同一张网且做到逻辑隔离，应用范围涉及视频监控安全系统、远程查房系统、智能终端无线化等。

二、5G技术

5G网络具有大带宽，低时延高可靠，大连接的基本特性，可实现高数据速率、减少延迟、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接，其体验速率能达到100Mbps，峰值速度可达10Gbps，空口时延可达1ms，端到端时延在20ms以内，可支持的移动性为500km/h，最大连接数为100万/km2。5G 在 UE 身份安全方面也进行了很大的优化，引入SUPI和SUCI，提高了网络的安全性，即使知道了用户的IMSI，也无法对其进行监听或窃取数据。4G及无线WIFI能勉强满足4K和100ms级别时延的业务，而5G能轻松满足8K、裸眼3D、360度全景摄像头和10ms时延级别的业务，这将大幅提升或拓展医院的业务。

三、MEC技术

MEC技术是实现5G低延迟和提升带宽速率等的关键技术之一，同时MEC为应用程序和服务打开了网络边缘，包括来自第三方的应用程序和服务，使得通信网络可以转变成为其它行业和特定客户群的多功能服务平台[1]。MEC技术可以为医院院内、院间、院外提供高性能、定制化、差异化的无线通信服务，主要有两种下沉方式，即将MEC部署在医院自有机房或运营商机房。针对小型医院或单院区场景，MEC可选择下沉到医院本地机房，流量在本地卸载，数据不出院区;针对跨院区建设场景，MEC可考虑部署在总院中心汇聚机房或者运营商骨干机房，为各分院的医疗业务提供用户面接入服务，分院业务数据直接由5G基站路由到MEC，无需经过运营商公网。不论采用何种下沉方式，MEC设备都需接入运营商的5GC SA（Standalone，独立组网）网络中进行管理和信令接续。

未来医院大概率会采用云机房，将业务系统全部搬到云端;在医院内部不配置机房，或仅保留数据备份服务器。对于这种情况，将专属MEC部署在运营商机房会更加合适，当然也可以采用优享或共享模式，即共享MEC模式，这可以大大减少网络成本，但是安全性会有所下降;然后再从MEC设备至少布放两条数据专线至医院核心或汇聚网络打通业务通道，这两条专线严格要求满足双路由。图1是5G MEC的基础架构图。

在医院内的5G用户可分为医院专网用户和公网用户，根据对公网数据不同的路由方法，MEC组网方案可分为基于IP分流的串接组网方案和基于DNN专网的并接组网方案。基于IP分流的方案就是不论公网或专网数据都流入对应的专网MEC，然后专网MEC再根据目的IP来判定数据是转发是专网服务器还是公网的UPF;而基于DNN的方案，专网用户的上行数据根据5G专用接入点和专用切片将数据路由专属MEC以及医院内部业务服务器，而公网用户数据则由5G通用接入点最终流向Internet。这两类用户可以选择共用5G基站，也可以选择分开，通常选择共用基站。医疗机构的终端及其现有服务器借助5G模组或CPE以无线连接方式接入5G基站。

四、应用场景

4.1智能视频监控系统

未来的视频监控系统，将不单单是配置简单摄像机进行视频的采集，更多的将会是智能摄像机，融合各种不同的应用场景，具有人脸识别、车牌识别、穿戴识别、行为分析等AI功能，借助5G摄像头与智能视频监控平台结合，实现真正的智能安防。5G摄像头可支持100Mbps傳输速率和8K以上分辨率，同时支持裸眼3D（带宽需求50-100Mbps）和360度全景摄像头（带宽需求80-100Mbps），能实现高清采集、存储和分析。在此基础上可将监控系统与业务系统相结合，根据人脸识别结果关联到病人就诊信息，实现病人在院内的智能导诊等业务。

4.2移动护理系统

5G专网能很好地满足移动护理中各类场景对网络时延及带宽需求，保障数据更快、更完整的采集，实现高效智能移动护理。在日常查房护理中，借助5G网络，医护人员可以通过高清音视频进行实时交互沟通，处理各种突发情况，在护理过程中发现病人的病情有可疑变化时，能保障信息的准确及时传送，抓住黄金抢救时间;实现患者各项体征数据的移动化采集和高速传输，提高查房和护理服务的质量和效率。移动医护中的其他环节业务如医嘱管理、药品管理、静配核对等也可以通过5G专网来高效完成。与传统4G或WLAN网络相比，5G PDA将大大提升医疗护理效率。

4.3胎心监护系统

胎心监护是孕晚期孕妈妈必做的一项检查，旨在通过监测胎动和胎心率的变化来了解胎儿储备能力，同时医生对胎儿在宫内状况做出评估，以此判断胎儿在母体内安危。目前胎心监护网络化一般都是采用频段为2.4G、5.8G或医用433M的WLAN，但WLAN存在切换时间长、易受同频或异频干扰，可靠性差，会引起经常性、长时间的掉线，这严重影响了数据准确性和可分析性。那如果胎心监护仪设备侧增加5G通信模组或借助CPE接入医院5G专网，通过5G基站将采集数据直接经MEC疏导到院内胎心监护系统业务服务器，然后在医院各个区域设置胎心监护中央站，根据胎心监护仪编号从服务器端获取胎心监护数据;医生在中央站上进行数据分析后，再将报告通过院内有线网络或5G无线上传到HIS系统中。借助5G技术，将加快胎心监护系统的部署速度，提高胎心监护数据的采集效率、稳定性和可靠性，解决掉线问题，实时准确地监护胎儿在宫内状况，将孕晚期风险降到最低。

4.4体重秤等智能终端无线化

除了上述提及的系统，医院内部还存在很多的智能终端，如体重秤，血压仪，血气分析仪等，如果每新增一个智能终端，就要新增网络接入点，除了考虑有线布放的工程量外，还要考虑接入或汇聚交换机的端口数是否够用，这是比较难以实现的。借助院内的5G专网，只需将这些智能终端接入5G模组或5G CPE实现无线化，智能终端就能将采集后的数据经确认后实时上传到院内相关业务系统，将大大减少人工登记的工作量，避免人力因素导致数据录入错误，提高数据的准确度和工作效率。

五、结束語

借助5G技术，在医院内部引入5G专网，减少医院应用对传统网络的依赖，提升医院内部各应用系统的部署效率并打通系统间的屏障。5G专网不仅有医院传统自有网络的数据安全保证，其高带宽，低时延、高可靠等特性还能提高了医疗数据的传输效率和可靠性，同时通过将终端智能化在一定程度上将医护人员从繁锁的工作解放出来，进一步提升了医疗数据的准确性和工作效率。

参  考  文  献

[1]陈丹、肖羽等.多接入边缘计算在医疗行业中的应用[J].信息技术与标准化.2021.4

施振祥（1985.09-），男，汉族，福建泉州，厦门市妇幼保健院，硕士研究生，工程师，350524198509113011。