SA專網(wǎng)為5G全業(yè)務定下基調(diào)，SA與彈性切片技術(shù)為醫(yī)院帶來什么改變

“5G”浪潮席卷醫(yī)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(shù)在北京積水潭醫(yī)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(shù)在中國人民解放軍總醫(yī)院成功進行……種種成就無疑為“5G+醫(yī)療”的規(guī)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(shù)在醫(yī)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(chǔ)建設(shè)工程，用以支持“5G+醫(yī)療”在“真實世界”的落地。

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

本次發(fā)布的5G SA智慧醫(yī)療專網(wǎng)，遵循國際通信協(xié)會3GPP標準，基于5G SA核心網(wǎng)絡，采用了端到端彈性切片技術(shù)方式，針對“院內(nèi)-院間-院外”醫(yī)療全場景提出了網(wǎng)絡自適應、網(wǎng)絡可感知、網(wǎng)絡智能化運維的5G醫(yī)療專網(wǎng)解決方案，實現(xiàn)醫(yī)療專網(wǎng)與公眾用戶網(wǎng)絡安全隔離，能夠很好地契合醫(yī)療行業(yè)用戶對5G醫(yī)療專網(wǎng)性能和安全訴求。

5G SA醫(yī)療專網(wǎng)不再依賴4G，是完整獨立的5G網(wǎng)絡。相對于目前的4G而言，5G SA網(wǎng)絡模式是一次顛覆式的變革，它采用的MEC+網(wǎng)絡切片技術(shù)應用，能夠真正實現(xiàn)網(wǎng)絡帶寬動態(tài)感知、不同業(yè)務相互隔離、網(wǎng)絡性能動態(tài)調(diào)配等功能，從而滿足不同垂直行業(yè)對5G專網(wǎng)的定制化需求。

經(jīng)對鄭大一附院5G SA醫(yī)療專網(wǎng)現(xiàn)場對比測試，結(jié)果表明：在院內(nèi)和跨區(qū)的互聯(lián)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(wǎng)絡負荷較高情況下，5G普通業(yè)務速率下降60%以上、最大時延增大6倍以上，而5G醫(yī)療專網(wǎng)內(nèi)的各項業(yè)務服務質(zhì)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(yī)療專網(wǎng)具備高度的可部署性和可復制性，本次實驗之后，未來的醫(yī)院5G專網(wǎng)部署或?qū)⒋蠓铀佟?/p>

為了更深入了解SA與彈性切片技術(shù)為醫(yī)院帶來了的顛覆性變化，鄭大一附院互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)與應用國家工程實驗室，和醫(yī)院技術(shù)團隊、華為、移動進行交流。其核心內(nèi)容可梳理為以下幾點。

SA專網(wǎng)如何為醫(yī)院5G發(fā)展打好基礎(chǔ)？彈性切片技術(shù)帶來了怎樣的突破？

SA與彈性切片技術(shù)支持下，哪些新的應用將因此崛起？

SA專網(wǎng)為5G全業(yè)務定下基調(diào)

5G技術(shù)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(yè)務）、mMTC（海量機器類通信、多連接，可用于城市物聯(lián)）。

5G網(wǎng)絡部署具有兩種策略：獨立組網(wǎng)（SA） 和非獨立組網(wǎng)（NSA）。NSA組網(wǎng)的5G基站，需要依賴4G，以4G基站作為錨點，開展5G業(yè)務。而SA組網(wǎng)的5G基站，不依賴4G基站，可獨立開展業(yè)務。具體對比如下：

NSA與SA組網(wǎng)方式功能分析從上圖可以看出，NSA組網(wǎng)，只聚焦eMBB大帶寬連接，可滿足公眾用戶上網(wǎng)訴求，但低時延、大連接、網(wǎng)絡切片等新技術(shù)應用，需要采用SA組網(wǎng)架構(gòu)。而在醫(yī)療場景之中，低延時下的遠程手術(shù)與海量設(shè)備連接下的移動醫(yī)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(wǎng)模式，利用彈性切片技術(shù)，部署了端到端的醫(yī)療專網(wǎng)。將智慧醫(yī)療專網(wǎng)用戶與4G公眾用戶業(yè)務、以及5G普通公眾用戶業(yè)務完全隔離，這樣一來專網(wǎng)用戶就不會受到公眾用戶業(yè)務的影響，保障醫(yī)療專網(wǎng)的高安全性。

網(wǎng)絡隔離能力來源于醫(yī)療專網(wǎng)本身的架構(gòu)特性。鄭大一附院部署的醫(yī)療專網(wǎng)包含了三條通道，分別是專享管道、優(yōu)享管道與普通管道，其中，專享管道與優(yōu)享管道可承諾SLA，保障醫(yī)療業(yè)務的質(zhì)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(yè)對網(wǎng)絡尤其是承載網(wǎng)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(yè)商業(yè)化走向成功的關(guān)鍵。5G智慧醫(yī)療專網(wǎng)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(xiàn)SLA可承諾。

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

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

相比之下，優(yōu)享管道則是針對一些突發(fā)性事件，如移動急救和危重轉(zhuǎn)院，類似于出租車的作用。在整體體系中，優(yōu)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(yōu)先處理，為患者爭取更多治療時間。

智慧醫(yī)聯(lián)網(wǎng)四大業(yè)務場景 要實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的安全流轉(zhuǎn)，醫(yī)療專網(wǎng)自身的安全性也非常關(guān)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(tǒng)一鑒權(quán)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(shù)據(jù)分包發(fā)送，即使專網(wǎng)受到攻擊，黑客能獲取的也僅是零散的、不可組合的數(shù)據(jù)，用戶的信息安全將得到極大保障。

彈性切片改變醫(yī)院數(shù)據(jù)傳輸流程

鄭大一附院5G醫(yī)療專網(wǎng)的另一大特點是搭載了由華為打造的FlexE切片技術(shù)。該切片擁有業(yè)界最精細的1G顆粒度，數(shù)量是業(yè)界的3倍，其彈性設(shè)計可保證醫(yī)院根據(jù)帶寬需求對網(wǎng)絡進行調(diào)整，隨用隨部署，實現(xiàn)精細化網(wǎng)絡管理。

華為研究人員表示：“過去醫(yī)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(yè)可提前計算出企業(yè)對于帶寬的需求。在使用時，通過設(shè)置可動態(tài)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(gòu)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(yī)院只需要確立一個峰值帶寬，便可以合理的價格部署5G網(wǎng)絡。

此外，在FlexE切片下，上下行發(fā)包流程由過去的逐包發(fā)送機制，變成了嚴格TDM調(diào)度機制。

如下圖所示，F(xiàn)lexE每次發(fā)包由切片確認每包數(shù)據(jù)的組成，在實際之中，其組成應該由醫(yī)院不同業(yè)務的帶寬需求所決定。在這種模式下，每包數(shù)據(jù)即使沒排滿，也將正常發(fā)出。這樣的秩序保證了不同醫(yī)療業(yè)務可并行發(fā)送，避免緊急業(yè)務出現(xiàn)高時延。

當遇到網(wǎng)絡擁擠時，F(xiàn)lexE分割出的獨立發(fā)包管道可將特有醫(yī)療業(yè)務與其他醫(yī)療業(yè)務硬管道隔離，優(yōu)先保證特有醫(yī)療業(yè)務低時延、高效進行。此外，即使網(wǎng)絡其他業(yè)務出現(xiàn)擁塞或者被攻擊，相互隔離的發(fā)包管道也可以保證醫(yī)療切片內(nèi)的業(yè)務不會受到影響。

通過這種方式，緊急業(yè)務的數(shù)據(jù)可以避免排隊等待以遠程會診為例，5G醫(yī)療專網(wǎng)加上彈性切片可以對總院到分院之間的網(wǎng)絡時延實時采集和監(jiān)控，在網(wǎng)絡中選出一條低時延路徑，并在網(wǎng)絡環(huán)境變差，時延變長時進行及時調(diào)整，始終保障業(yè)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(wǎng)的優(yōu)勢概括為以下6點：

1、5G醫(yī)療專網(wǎng)代替院內(nèi)WiFi網(wǎng)絡，實現(xiàn)醫(yī)院高質(zhì)量無線接入需求；

2、利用5G切片與邊緣計算技術(shù)，實現(xiàn)個人上網(wǎng)與醫(yī)院自有數(shù)據(jù)中心上網(wǎng)的融合；

3、引入公有云的先進技術(shù)，可解決醫(yī)院自建IDC成本高、運維水平低的問題；

4、數(shù)據(jù)不出院區(qū)，保障醫(yī)院數(shù)據(jù)上云的安全問題；

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

6、端到端網(wǎng)絡切片，保障醫(yī)療業(yè)務數(shù)據(jù)可靠性，支撐院內(nèi)、院間、院外醫(yī)療服務；

從生死接力到萬物互聯(lián)，5G能夠最先運用于什么領(lǐng)域？

談及需求，我們必須先了解5G技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

自2018年年末5G標準R15凍結(jié)后，各家企業(yè)已經(jīng)在5G應用領(lǐng)域大展拳腳。但R15標準主要聚焦于eMBB，也就是把建設(shè)的重心放在了大帶寬上。這將帶來下載速度與數(shù)據(jù)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(yī)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(yī)療結(jié)構(gòu)，逐步地向健康管理中心的區(qū)域醫(yī)療中心模式轉(zhuǎn)變發(fā)展。

那么，哪些技術(shù)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(xiàn)、落地呢？）

遠程急救

院外場景下的遠程急救是現(xiàn)有條件下需求最輕且能迅速實現(xiàn)的應用之一。雖然現(xiàn)有的急救車已經(jīng)配置了大量檢查設(shè)備，但囿于帶寬的限制，很多數(shù)據(jù)只能在設(shè)施相對簡陋的急救車上進行處理，無法及時傳輸至醫(yī)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(wǎng)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(yī)院，而醫(yī)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(wǎng)絡將為急救車規(guī)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。

互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院與遠程會診

5G對于互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)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(lián)網(wǎng)醫(yī)院服務商提供一條高帶寬、低時延、安全保障的醫(yī)療專線。

在無線網(wǎng)絡情況下，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院更多的是為患者提供輕問診服務，而隨著5G的普及，醫(yī)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(yī)生的要求執(zhí)行便可一定程度上完成診斷。

因此，5G對于互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院的意義在于通過增強移動的超高帶寬特性以優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)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(yī)生更為清晰地了解患者狀況，獲取更多的患者信息?；鶎拥娜罕妼⒁虼讼硎艿綄＜壹壍尼t(yī)療服務。

5G下的醫(yī)院管理

在當前技術(shù)模式下，5G醫(yī)院管理的優(yōu)勢在于實現(xiàn)無人監(jiān)控與機器人導醫(yī)。對于鄭大一附院這個量級的醫(yī)院，要對萬人級的住院患者進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，4G模式下的網(wǎng)絡架構(gòu)將產(chǎn)生巨大的資費，而其剛性的帶寬會造成很大程度上的網(wǎng)絡資源浪費。

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

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

綜上所述，5G醫(yī)療專網(wǎng)雖只是一個基礎(chǔ)設(shè)施，但通過同人工智能、云計算等技術(shù)的結(jié)合，5G能夠使后者在新場景下發(fā)揮出更有效的價值。而隨著5G技術(shù)的基礎(chǔ)發(fā)展，當?shù)蜁r延、萬物互聯(lián)成為現(xiàn)實后，將改變未來的醫(yī)療生態(tài)和就醫(yī)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(shù)才從理論走向現(xiàn)實。而如今的5G正起到“芯片”的作用，為相關(guān)應用的發(fā)展打好了地基。

所以，在醫(yī)療領(lǐng)域，即使現(xiàn)在并未出現(xiàn)一個殺手級應用，但5G仍擁有改變醫(yī)療模式的巨大潛力。正如浙江數(shù)字研究院研究員姜唯所說：“基礎(chǔ)設(shè)施決定上層應用的落地速度?！?G作為一個基礎(chǔ)設(shè)施，一定是先于應用，并對應用起引導作用。而完成了基礎(chǔ)建設(shè)，也就取得了應用發(fā)展的先手。

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

責任編輯：gt