《中國醫(yī)院院長》雜志：F5G夯實智慧醫(yī)院網絡底座建設

  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(lián)接的新一代全光網絡。

  信息技術飛速發(fā)展，新一代信息技術應用逐漸在醫(yī)療信息化中發(fā)揮著重要的基石作用。隨著社會的發(fā)展和信息技術的迭代，醫(yī)院信息管理系統(tǒng)(Hospital Information System，HIS)、電子病歷(Electronic Medical Record，EMR)、醫(yī)學影像信息系統(tǒng)(Picture Archiving and Communication Systems，PACS)等各種信息管理系統(tǒng)并存，各系統(tǒng)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(yī)院各信息管理系統(tǒng)運行至關重要，同時醫(yī)院的網絡復雜，辦公內網、辦公外網、設備網、電話網、物聯(lián)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(yī)院網絡架構面臨巨大挑戰(zhàn)。

  在滿足各種信息管理系統(tǒng)的訴求下，如何應用新一代信息技術夯實智慧醫(yī)院網絡底座建設?根據相關政策文件和智慧醫(yī)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(yī)療服務的業(yè)務流程，對F5G技術在智慧醫(yī)院中的應用進行了探索和實踐，為F5G技術推進智慧醫(yī)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(xié)會(ETSI)接納的、業(yè)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(xié)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(lián)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(yī)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(shù)據、語音、視頻及其他智能化系統(tǒng)業(yè)務。

  POL 系統(tǒng)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(xiàn)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(qū)的核心交換機。

  在智慧醫(yī)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(shù)如下表所示。

表1: XGS-PON和GPON的技術參數(shù)

  醫(yī)院F5G全光網規(guī)劃與建設

  醫(yī)院網絡規(guī)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(yī)院業(yè)務數(shù)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(yī)院的基礎底座，為醫(yī)院醫(yī)療業(yè)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(yī)療業(yè)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(yī)院網絡建設提供可延續(xù)、可擴展、可升級的設計目標，帶來“帶寬無限”“萬物互聯(lián)”的無限可能，為智慧醫(yī)院的建設提供了堅實有效的支撐。

圖1: 醫(yī)院F5G全光網拓撲

  那么，醫(yī)院F5G全光網是如何規(guī)劃與建設的?

  第一，F5G全光網組網模式

  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(lián)網、Wi-Fi6等采用多網融合設計，以實現(xiàn)數(shù)據、語音、IPTV、物聯(lián)網應用、Wi-Fi6等多項業(yè)務統(tǒng)一承載，覆蓋醫(yī)院數(shù)字化辦公、醫(yī)療業(yè)務開展、電話語音、IPTV電視、物聯(lián)網、移動醫(yī)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(xiàn)樓宇自控、視頻監(jiān)控、安防門禁、公共安全等多項業(yè)務，覆蓋樓宇智能化、公共安全等應用場景。

  第二，F5G全光網PON技術選型

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

  · 高流量區(qū)域(如：手術室、醫(yī)技影像、病理、視頻監(jiān)控、物聯(lián)網應用、Wi-Fi6應用等)采用XGS-PON技術，以支撐大帶寬業(yè)務的開展。

  · 中等流量區(qū)域(如：醫(yī)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(qū)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(yè)務開展。

  第三，F5G全光網保護方式

  醫(yī)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(yī)療業(yè)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(qū)、信息中心等重點區(qū)域;采用Type B雙歸屬保護病房、普通診室、辦公等其他區(qū)域。

  第四，F5G全光網部署模式

  整體網絡主要由100G核心交換機、OLT、ODN、ONU、網絡管理系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)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(shù)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(yī)療業(yè)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(jiān)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。

  第五，F5G全光網ONU及分光器選型

  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(qū)域使用2∶8分光器，根據網絡信息點及電話信息點的數(shù)量，按需選擇ONU(8GE)、ONU(4GE+2POTS)、ONU(8GE+8POTS)和ONU(24GE POE);針對中流量區(qū)域和普通流量區(qū)域使用2∶16分光器，根據網絡信息點及電話信息點的數(shù)量，按需選擇ONU(4GE)、ONU(8GE)、ONU(4GE+2POTS)、ONU(8GE+8POTS)和ONU(24GE POE)。

  第六，F5G全光網運維

  F5G全光網網管系統(tǒng)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(yè)務監(jiān)控、告警管理、設備版本升級、一體化拓撲管理、性能監(jiān)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。

  F5G在智慧醫(yī)院中的應用

  針對智慧醫(yī)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(yī)院建設中，可以為如下應用場景提供可行性。

  場景一：基于F5G全光網的萬物感知

  針對醫(yī)院內外網、電話、電視、物聯(lián)網、Wi-Fi6等采用多網融合設計，以實現(xiàn)數(shù)據、語音、IPTV、物聯(lián)網應用、Wi-Fi6等多業(yè)務統(tǒng)一承載，覆蓋醫(yī)院數(shù)字化辦公、醫(yī)療業(yè)務開展、電話語音、IPTV電視、物聯(lián)網、移動醫(yī)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(yī)療業(yè)務和數(shù)字化辦公的穩(wěn)定高效;在醫(yī)療物聯(lián)場景，呼吸機、心電監(jiān)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(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，同時提高醫(yī)護人員工作效率。

  場景二：基于F5G全光網的醫(yī)學影像應用

  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(xiàn)醫(yī)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(yī)學影像應用，從而提高醫(yī)生的閱片效率，提升患者就醫(yī)體檢。

  場景三：基于F5G全光網的一體化手術室建設

  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(shù)據、醫(yī)療安全AI輔助接入;其次，須保證麻醉監(jiān)護、3D腹腔鏡、手術機器人、介入設備、醫(yī)療設備效益分析等醫(yī)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(shù)字手術室的應用建設，滿足手術室醫(yī)療業(yè)務和日常管理的需求。

  場景四：基于F5G全光網的后勤精細化管理

  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(xiàn)了樓宇自控、視頻監(jiān)控、安防門禁、公共安全等多業(yè)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(lián)網的接入，利用BIM、位置服務等物聯(lián)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(lián)動，實現(xiàn)智慧后勤、智慧安防，打造智慧醫(yī)院的數(shù)字孿生。

  相對于傳統(tǒng)的以太網架構，F5G全光網是一種創(chuàng)新性的全光網絡，和傳統(tǒng)的LAN網絡比較，主要是在系統(tǒng)架構和傳輸介質等方面進行了創(chuàng)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(yī)院的網絡，高效地承載了智慧醫(yī)院的應用建設。隨著醫(yī)院智慧化的趨勢和F5G技術的發(fā)展與推廣，F5G技術將在智慧醫(yī)院建設中有更廣泛、更深度的應用，進而更好地承載智慧醫(yī)院應用水平，為患者和醫(yī)護人員提供更優(yōu)質的服務。

  本文轉載自《中國醫(yī)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(xié)和深圳醫(yī)院