全球首張基于彈性切片5G專網落地鄭大一附院,這些醫療場景呼之欲出

  • 2019-11-08
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10月18日,鄭州大學第一附屬醫院互聯網醫療系統與應用國家工程實驗室(以下簡稱國家工程實驗室),聯合中國移動通信集團河南有限公司、中國移動成都產業研究院、華為技術有限公司,共同打造了“基于彈性切片的全場景5G SA智慧醫療專網”,這是全球首張基于彈性切片的全場景跨區覆蓋5G專網。 為了更深入了解SA與彈性切片技術為醫院帶來了的顛覆性變化,記者對醫院和技術團隊進行了采訪交流,并梳理了以下核心內容。

“5G”浪潮席卷醫院僅一年有余。回望這一年,我們能看到全球首例5G支持下的骨科遠程手術在北京積水潭醫院成功完成;全國首例基于5G的遠程帕金森病“腦起搏器”植入手術在中國人民解放軍總醫院成功進行……種種成就無疑為“5G+醫療”的規模化應用奠定了良好的開端。

 

不過,這些試點工程雖然佐證了5G技術在醫療中的可用性。但從實驗室落地到實際應用場景,我們還需要一個完整的5G基礎建設工程,用以支持“5G+醫療”在“真實世界”的落地。

 

好消息是,我們已經看到了突破。10月18日,鄭州大學第一附屬醫院互聯網醫療系統與應用國家工程實驗室(以下簡稱國家工程實驗室),聯合中國移動通信集團河南有限公司、中國移動成都產業研究院、華為技術有限公司,共同打造了“基于彈性切片的全場景5G SA智慧醫療專網”,這是全球首張基于彈性切片的全場景跨區覆蓋5G專網。

 

本次發布的5G SA智慧醫療專網,遵循國際通信協會3GPP標準,基于5G SA核心網絡,采用了端到端彈性切片技術方式,針對“院內-院間-院外”醫療全場景提出了網絡自適應、網絡可感知、網絡智能化運維的5G醫療專網解決方案,實現醫療專網與公眾用戶網絡安全隔離,能夠很好地契合醫療行業用戶對5G醫療專網性能和安全訴求。

 

5G SA醫療專網不再依賴4G,是完整獨立的5G網絡。相對于目前的4G而言,5G SA網絡模式是一次顛覆式的變革,它采用的MEC+網絡切片技術應用,能夠真正實現網絡帶寬動態感知、不同業務相互隔離、網絡性能動態調配等功能,從而滿足不同垂直行業對5G專網的定制化需求。

 

經對鄭大一附院5G SA醫療專網現場對比測試,結果表明:在院內和跨區的互聯條件下,1G切片下載速率達到900Mb/s以上,上行速率達到180Mb/s以上,用戶平均時延8ms。在網絡負荷較高情況下,5G普通業務速率下降60%以上、最大時延增大6倍以上,而5G醫療專網內的各項業務服務質量指標正常,上行帶寬保障率達到95%、下行帶寬保障率達到90%以上、時延保障率達到99%。

 

此外,5G智慧醫療專網具備高度的可部署性和可復制性,本次實驗之后,未來的醫院5G專網部署或將大幅加速。

 

為了更深入了解SA與彈性切片技術為醫院帶來了的顛覆性變化,動脈網記者來到了鄭大一附院互聯網醫療系統與應用國家工程實驗室,和醫院技術團隊、華為、移動進行交流。其核心內容可梳理為以下幾點。

 

SA專網如何為醫院5G發展打好基礎?

 

彈性切片技術帶來了怎樣的突破?

 

SA與彈性切片技術支持下,哪些新的應用將因此崛起?



SA專網為5G全業務定下基調



5G技術擁有三大場景應用:eMBB(增強型移動帶寬,大幅提高上傳下載速度)、uRLLC(超可靠、低時延通信,例如無人駕駛業務)、mMTC(海量機器類通信、多連接,可用于城市物聯)。5G網絡部署具有兩種策略:獨立組網(SA) 和非獨立組網(NSA)。NSA組網的5G基站,需要依賴4G,以4G基站作為錨點,開展5G業務。而SA組網的5G基站,不依賴4G基站,可獨立開展業務。具體對比如下:

 

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NSA與SA組網方式功能分析


從上圖可以看出,NSA組網,只聚焦eMBB大帶寬連接,可滿足公眾用戶上網訴求,但低時延、大連接、網絡切片等新技術應用,需要采用SA組網架構。而在醫療場景之中,低延時下的遠程手術與海量設備連接下的移動醫護都對mMTC、uRLLC有極高的需求。

 

鄭大一附院此次正式基于SA組網模式,利用彈性切片技術,部署了端到端的醫療專網。將智慧醫療專網用戶與4G公眾用戶業務、以及5G普通公眾用戶業務完全隔離,這樣一來專網用戶就不會受到公眾用戶業務的影響,保障醫療專網的高安全性。

 

網絡隔離能力來源于醫療專網本身的架構特性。鄭大一附院部署的醫療專網包含了三條通道,分別是專享管道、優享管道與普通管道,其中,專享管道與優享管道可承諾SLA,保障醫療業務的質量。

 

SLA表示運營商能夠給用戶提供的服務等級,包括帶寬、時延、抖動、丟包、安全性、可靠性等。5G時代,垂直行業對網絡尤其是承載網提出了很高的要求,包括大帶寬、低時延、高可靠等。如何提供可承諾的SLA,是推動5G在垂直行業商業化走向成功的關鍵。5G智慧醫療專網通過基于彈性切片的SLA可管、基于智能選路的SLA可控、基于NCE+iFIT的SLA可視實現SLA可承諾。

 

通俗來講,專享管道就好比醫院擁有的私家車,是由醫院獨自享用的VIP通道。這一通道可為醫院提供全時專用的網絡服務,與公眾用戶網絡完全隔離,承載醫院內的所有業務與應用。

 

在實際之中,專享管道一般用于院內和院間場景中,將醫療業務與公眾上網業務隔離;院間業務與公網隔離。該管道能夠保證醫療數據不出院;在3秒內下載一張CT或核磁圖片(800MB);提供<50ms的音視頻業務互動時延、<20ms的遠程超聲等控制類業務時延。

 

相比之下,優享管道則是針對一些突發性事件,如移動急救和危重轉院,類似于出租車的作用。在整體體系中,優享管道為移動救護提供臨時性專用管道,將急救擺在前端的位置優先處理,為患者爭取更多治療時間。

 

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智慧醫聯網四大業務場景 

   

要實現各類數據的安全流轉,醫療專網自身的安全性也非常關鍵。一方面,由于5G安全標準天然高于4G,如256位加密算法、用戶級安全策略、統一鑒權等標準要求給予了5G更好的防火能力;另一方面,由于多種管道并行,數據分包發送,即使專網受到攻擊,黑客能獲取的也僅是零散的、不可組合的數據,用戶的信息安全將得到極大保障。


彈性切片改變醫院數據傳輸流程


鄭大一附院5G醫療專網的另一大特點是搭載了由華為打造的FlexE切片技術。該切片擁有業界最精細的1G顆粒度,數量是業界的3倍,其彈性設計可保證醫院根據帶寬需求對網絡進行調整,隨用隨部署,實現精細化網絡管理。 

華為研究人員表示:“過去醫院等主體在購買帶寬前,不能對帶寬進行準確計算,只有在使用之后,才知道帶寬夠不夠用。


而在彈性切片下,企業可提前計算出企業對于帶寬的需求。在使用時,通過設置可動態分配帶寬。舉個例子,若早上8-10點門診的患者量比較大,那么我們便可在此時間段提取空余部門的帶寬,并將其分配至門診部門。在這樣的架構下,有限的帶寬將進行精確的分配,使資源的利用效率最大化,而醫院只需要確立一個峰值帶寬,便可以合理的價格部署5G網絡。

 

此外,在FlexE切片下,上下行發包流程由過去的逐包發送機制,變成了嚴格TDM調度機制。

 

如下圖所示,FlexE每次發包由切片確認每包數據的組成,在實際之中,其組成應該由醫院不同業務的帶寬需求所決定。在這種模式下,每包數據即使沒排滿,也將正常發出。這樣的秩序保證了不同醫療業務可并行發送,避免緊急業務出現高時延。

 

當遇到網絡擁擠時,FlexE分割出的獨立發包管道可將特有醫療業務與其他醫療業務硬管道隔離,優先保證特有醫療業務低時延、高效進行。此外,即使網絡其他業務出現擁塞或者被攻擊,相互隔離的發包管道也可以保證醫療切片內的業務不會受到影響。 

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通過這種方式,緊急業務的數據可以避免排隊等待

 

以遠程會診為例,5G醫療專網加上彈性切片可以對總院到分院之間的網絡時延實時采集和監控,在網絡中選出一條低時延路徑,并在網絡環境變差,時延變長時進行及時調整,始終保障業務的時延不受影響。

 

總的來說,我們可將基于彈性切片的專網的優勢概括為以下6點:

1、5G醫療專網代替院內WiFi網絡,實現醫院高質量無線接入需求;

2、利用5G切片與邊緣計算技術,實現個人上網與醫院自有數據中心上網的融合;

3、引入公有云的先進技術,可解決醫院自建IDC成本高、運維水平低的問題;

4、數據不出院區,保障醫院數據上云的安全問題;

5、高速率大帶寬,滿足醫院的融合AI能力的需求,加速變革,提升醫院診療水平;

6、端到端網絡切片,保障醫療業務數據可靠性,支撐院內、院間、院外醫療服務;


從生死接力到萬物互聯,5G能夠最先運用于什么領域?


談及需求,我們必須先了解5G技術的發展現狀。

 

自2018年年末5G標準R15凍結后,各家企業已經在5G應用領域大展拳腳。但R15標準主要聚焦于eMBB,也就是把建設的重心放在了大帶寬上。這將帶來下載速度與數據傳輸安全的大幅提升。

 

海量機器通信與超低時延將是未來R16后的目標。在更遠的將來,5G將推動未來醫院運作和整個演變模式的變化,比如,5G可能會打破診療的地域限制;將目前的醫療結構,逐步地向健康管理中心的區域醫療中心模式轉變發展。

 

那么,哪些技術在這樣的特征下能夠率先得以應用呢?國家工程實驗室工作人員談到了以下幾個方向。(那么,哪些應用在這樣的特征下能夠率先得以實現、落地呢?)


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遠程急救


院外場景下的遠程急救是現有條件下需求最輕且能迅速實現的應用之一。雖然現有的急救車已經配置了大量檢查設備,但囿于帶寬的限制,很多數據只能在設施相對簡陋的急救車上進行處理,無法及時傳輸至醫院進行實時診斷,5G無疑能解決這個問題。

 

按照鄭大一附院SA專網的部署情況看,急救車的回傳帶寬將達到50M,可滿足4K視頻下的遠程會診。在這種情況下,患者一旦上車,他的電子病歷信息、實時檢測信息都將在第一時間傳送至醫院,而醫生也可通過高清視頻清晰觀察患者的身體狀況,從而開出更加準確的檢查單。此外,智慧城市下的5G網絡將為急救車規劃出最為快速的行車路線,以便為患者謀求更多的搶救時間。 


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互聯網醫院與遠程會診


5G對于互聯網醫院主要包含兩點。一方面是為患者提供更加豐富的遠程問診服務;另一方面是為互聯網醫院服務商提供一條高帶寬、低時延、安全保障的醫療專線。

 

在無線網絡情況下,互聯網醫院更多的是為患者提供輕問診服務,而隨著5G的普及,醫生能夠以4K甚至更高的分辨率與患者對話,如皮膚病、眼疾等疾病,患者只需按照醫生的要求執行便可一定程度上完成診斷。

 

因此,5G對于互聯網醫院的意義在于通過增強移動的超高帶寬特性以優化互聯網醫療的流程,擴大其服務范圍。

 

遠程會診同樣利用了大帶寬的特征,幫助醫生更為清晰地了解患者狀況,獲取更多的患者信息。基層的群眾將因此享受到專家級的醫療服務。 


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5G下的醫院管理


在當前技術模式下,5G醫院管理的優勢在于實現無人監控與機器人導醫。對于鄭大一附院這個量級的醫院,要對萬人級的住院患者進行實時數據監控,4G模式下的網絡架構將產生巨大的資費,而其剛性的帶寬會造成很大程度上的網絡資源浪費。

 

相比之下,彈性切片支持下的SA專網能夠連接更多設備,同時提供更穩定的網絡傳輸服務,同時,院方對網絡建設的成本投入也將更為合理。此外,只要部署了5G,該區域的醫院、衛生所均可以快速接入到智慧醫療專網,同時專網的切片帶寬可以進行靈活配置,滿足不同業務不同類型醫院高、中、低配置的要求。

 

在未來,5G支持下的醫院或可將更多地應用本地云化,以降低醫院對于硬件成本的需求,這一模式同樣將大幅降低醫院的運營成本。

 

綜上所述,5G醫療專網雖只是一個基礎設施,但通過同人工智能、云計算等技術的結合,5G能夠使后者在新場景下發揮出更有效的價值。而隨著5G技術的基礎發展,當低時延、萬物互聯成為現實后,將改變未來的醫療生態和就醫模式。


寫在最后


深度學習起源于40年前,但直到GPU、FPGA、ASIC等芯片成為計算樞紐后,整個技術才從理論走向現實。而如今的5G正起到“芯片”的作用,為相關應用的發展打好了地基。

 

所以,在醫療領域,即使現在并未出現一個殺手級應用,但5G仍擁有改變醫療模式的巨大潛力。正如浙江數字研究院研究員姜唯所說:“基礎設施決定上層應用的落地速度。“5G作為一個基礎設施,一定是先于應用,并對應用起引導作用。而完成了基礎建設,也就取得了應用發展的先手。

 

正如現在看待10年前推廣的4G一樣,很少有人能看到技術在未來可能帶來的巨變。在醫院專網建設、互聯網醫院與遠程會診、遠程急救等5G醫療應用之外,5G與VR/AR、高清醫療影像、觸覺反饋、可穿戴設備、人工智能的結合,或能真正打破醫生提供醫療服務時面臨的地理限制、時間限制,未來尤可期。


來源:動脈網  作者: 趙泓維


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