作者简介
第一作者：任晓强，男，硕士，1984年1月，高级工程师，主任，计算机科学，医学发表论文9篇，山西省人民医院。
通讯作者：方志远，硕士，中国移动通信集团山西有限公司，医疗行业技术总监。
1 引言
医疗系统网络的“5G化”是提升5G+智慧医疗创新的关键，从2020年开始，随着国家工信部、国家卫健委先后下发了《关于推动5G加快发展的通知》、《关于下达2020年度卫生健康标准项目计划的通知》、《关于进一步加强远程医疗网络能力建设的通知》、《“十四五”全民健康信息化规划》等重要政策文件，将开展5G+医疗健康应用试点，促进5G在卫生健康行业的重点应用创新。智慧医院的建设旨在利用信息技术提升医疗服务的质量和效率，改善患者体验。而5G专网作为一种创新的通信技术，具备高速、低延迟等优势，为智慧医院的发展提供了良好的基础。对于智慧医院5G专网模型构建及应用的研究，国内外学者已取得了一定的成果。国内方面，文献中的研究聚焦于基于5G本地区域网络的智慧医院定位与导航系统，提出了相关的设计和实现方案。文献则探讨了融合边缘计算的5G专网支撑下的远程麻醉机器人系统，该研究关注了远程医疗领域的创新应用。而文献的研究内容为融合5G与边缘计算的智能医疗系统架构，这一研究在智慧医疗领域探索了结合5G和边缘计算技术的系统架构。这些文献提出了相应的系统设计和实现方案，并通过实验室环境或局部应用场景进行了初步验证。然而，目前国内的研究还相对较少，尚处于探索阶段。国外方面，文献主要描述了一个基于5G的智能医疗系统框架，并提到了相关的驱动场景以及安全挑战。文献和分别关注了5G与软件定义网络以及物联网在智慧医疗领域的应用。这两篇文献都提到了通过5G和相关技术实现智能医疗系统的潜力，以及边缘计算在智慧医疗中的作用。这些研究大多还处于理论探索和概念验证的阶段，需要进一步的研究和实践来实现实际落地和商业化应用。目前国内外相关医疗机构等[11-15]，都重点围绕5G+智慧医疗应用开展创新拓展，并取得一定的成绩，例如：5G+远程会诊、5G+手术示教、5G+VR探视等。但所有的应用创新都是远程辅助类，非核心业务的创新，同时，也产生了对于5G网络的安全性、可靠性、以及接入方式的疑问，主要体现在：接入方式非5G（所有的5G+医疗应用主要采用的都是5G CPE（路由器）转WIFI方式，医疗终端实际仍采用WIFI方式接入）、安全性存疑（绝大部分的5G+智慧医疗应用都在互联网环境下，而不敢真正实现5G网络与医院内网的互通）、可靠性存疑（对于5G网络连接的可靠性缺乏理论与实践支持，可否保持7*24的稳定运行）。随着5G技术的不断成熟，特别是网络切片、SPN传输、边缘计算、人工智能等应用在其他行业的广泛应用，解决医院终端“安全、可靠”的接入5G网络，“高效、便捷”的访问医院核心业务，是真正实现5G“赋能”医院的关键，对于推动全国的5G+智慧医疗创新有着重要的意义，且引领作用重大。解决医疗终端设备“高效、快捷”的依托5G网络“安全、可靠”的接入医院的核心业务系统，是5G 技术赋能智慧医疗的关键。实现智慧医院的全面升级需要强大的网络基础设施支持。这就需要5G专网的构建和应用，以满足大规模数据传输、高清视频传输、远程诊疗等医疗需求。因此，本研究旨在探讨智慧医院与5G专网的融合应用，解决智慧医院建设过程中面临的关键问题，提高医疗服务质量和效率。2 5G医疗专网架构体系
2.1 5G专网技术概述
与4G项目，5G技术提供了更大的带宽，可以支持更高速的数据传输，从而实现更快的下载和上传速度。5G网络具有更低的传输延迟，通信时延可以降低到毫秒级别，这对实时应用如远程手术、虚拟现实和自动驾驶等具有重要意义。5G技术能够同时连接更多的设备，不仅涵盖移动终端设备，还可连接物联网设备和传感器，为智能城市和物联网提供了强大的支持。5G具备更好的网络可靠性和稳定性，通过使用多种技术手段来保证通信的高质量和连续性，以满足医疗等关键应用的需求。5G专网采用了一种灵活的网络架构，以满足不同应用场景的需求，主要包括以下组成要素：核心网（Core Network）：负责处理用户数据和控制信令，并提供服务管理功能。网络切片（Network Slicing）：通过网络切片技术；5G专网可以将网络资源按需划分为多个逻辑网络；边缘计算（Edge Computing）：将计算和存储资源靠近终端设备，提供更低的延迟和更快的响应速度；Massive MIMO：利用Massive MIMO（大规模多输入多输出）技术来提供更好的信号覆盖和更高的频谱效率，支持大量同时连接的设备；虚拟化技术：通过网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN），5G专网实现了网络资源的灵活分配和管理，提供更高的可扩展性和灵活性。通过5G专网的架构和组成要素，智慧医院可以实现更快速、可靠和安全的数据传输，提供远程诊疗、远程手术、医疗设备的远程监控等创新医疗服务，进一步提高医疗服务的效率和质量。2.2 智慧医院的5G专网模型构建
2.2.1智慧医院5G专网系统需求分析
（1）网络安全：智慧医院需要5G专网具备高级网络安全功能，以保护医疗数据和病人隐私的安全。这包括数据加密、身份认证、访问控制等安全机制，防止未经授权的访问和数据泄露。（2）数据传输速率：智慧医院的医疗应用需要高速的数据传输能力，以支持实时的医疗数据传输和处理。5G专网应提供低延迟和高带宽的网络连接，确保医疗数据的即时性和准确性。（3）设备连接密度：智慧医院内部有大量医疗设备和传感器需要连接到5G专网进行数据采集和交互。因此，5G专网需要具备高设备连接密度的能力，以支持同时连接大量设备，满足医疗设备的正常运行和数据采集的需求。（4）应用场景需求：智慧医院涵盖多种应用场景，如远程手术、医疗设备的远程监控、医疗图像的传输等。对于不同的应用场景，5G专网需要满足不同的服务质量需求，提供低延迟、高可靠性和大带宽等特性，以支持实时数据传输和处理。综上所述，智慧医院对于5G专网的需求包括网络安全、数据传输速率、设备连接密度等方面的要求。为了满足这些需求，5G专网需要提供高级的网络安全功能、低延迟高带宽的数据传输能力，并具备高设备连接密度的特性，以支持智慧医院的各类应用场景和服务需求。2.2.2智慧医院5G专网的设计和实施
基于5G专网的基础上，通过超级SIM安全网关产品为医院提供医疗终端的身份认证和业务访问能力，确保在5G医疗专网中实现让正确的人，使用正确的终端，使用正确的权限，访问正确的业务，获得正确的数据，确保医院5G专网服务的高效、稳定、可靠（如图1所示）。
图1 5G专网+超级SIM安全网关方案示意图
5G医疗专网的核心网与面向大网用户的SA网络相对独立，采用“无线基站共用，核心网独立部署，传输资源隔离”的方式组网，为医院客户提供一张隔离的、端到端高性能的专用接入网络（如图2所示）。为了保障用户业务安全，通过定制数据网络名称（data network name，DNN）来区分数据网络与路由隔离，保障用户业务体验，以及医院用户数据的绝对安全。
图2 5G医疗专网总体组网
3 智慧医院5G专网应用案例
3.1 医院5G专网实施方案
山西省人民医院移动终端600部，在医院机房内网区与内网前置区交界的防火墙旁挂部署超级SIM安全网关硬件，并在外网前置区部署一台代理服务器作请求转发到互联网，与超级SIM身份认证平台完成对接。在完成设备网络对接后，方案计划整体分为3个阶段进行部署和测试。第一阶段为“连通测试”阶段；第二阶段为“功能测试验证”阶段；第三阶段为“生产试用”阶段。各阶段主要任务如下：第一阶段——“连通测试”阶段，主要完成超级SIM安全网关和上下游系统（如5G专网客户端侧、内网业务系统侧、互联网出口等）网络联通、设备参数配置以及测试账号录入。第二阶段——“功能测试验证”阶段，完成零信任安全网关各项功能场景（如SIM认证一键登录、连接稳定性、应用访问、SPA端口隐藏、访问控制、审计等）进行测试验证。第三阶段——“生产试用”阶段，主要将医院正式用户分批、逐步接入安全网关，正式开始分批次进行接入试用。通过以上三个阶段，逐步推进完善，在尽可能的减少对现有生产环境的影响的条件下，完成网关部署和支撑试用工作。
图3 系统整体设计实施方案图
3.2 实现多终端的5G改造
所有的5G+医疗应用主要采用的都是5G CPE（路由器）转WIFI方式，医疗终端实际仍采用WIFI方式接入。通过多种形态的的5G模组（USB、PCI-E、CPE、网口）安装在电脑终端，实现终端的5G改造，支持医院的亚终端、电脑、PDA等。
表1 多终端5G改造
3.3 应用效果
3.3.1 性能对比
医院传统的网络建设方案主要采取综合布线+WLAN方式，将各个终端设备连接至医院的数据中心，以满足终端访问内网的需求。由于包括查线、布置线缆、调试交换机、线路连接等过程，不仅整体建设耗时较长，而且后续维护工作大。此外，随着医院移动设备的增多、覆盖范围的增大，内网WLAN暴露出覆盖范围不足、补点难度大、单AP接入能力限制、易被网络攻击等众多问题。工程实施难度大：施工穿墙布线复杂，施工难度大；覆盖范围不足：随着医院业务的不断拓展，对于无线覆盖范围，不断提出要求，受限建设之初AP点位设计的影响，对于零星需求，基本无法满足；单AP接入能力限制：单AP的接入能力有限，随着医院移动业务的不断增减，高峰期对于无线网络需求不断增加，易造成网络拥塞；存在安全风险：WLAN受限于其技术的广播特性，易通过接入侧发起攻击，存在接入的安全风险；兼容性差：不同厂家设备不兼容，更换难度大。（如表2所示），本文从速率/时延、安全、频段、移动性、终端、部署模式、维护方式等方面对5G专网与传统“WLAN”方式进行对比，5G专网方式均优于传统“WLAN”模式。
表2 5G专网与传统“WLAN”模式性能对比
3.2.2 安全性分析
医院5G专网模型在安全方面具有以下优势：高级加密保护：5G专网采用了更加强大的加密算法，提供了更高水平的数据传输安全性。这意味着在数据传输过程中，敏感信息将受到更强的保护，减少了被黑客攻击或窃取的风险。隔离网络环境：5G专网可以为智慧医院建立一个独立的网络环境，与公共互联网隔离开来。这种隔离可以有效地防止外部恶意攻击和未经授权的访问。低延迟通信：5G专网的低延迟特性可以确保实时通信和数据传输。在医疗环境中，实时性是非常重要的，例如远程手术、远程会诊等。低延迟通信可以提高医疗服务的效率和质量。弹性网络架构：5G专网具备弹性网络架构，能够适应高负载和大规模连接的需求。在智慧医院中，有大量的医疗设备、传感器和终端设备需要连接到网络，5G专网可以提供稳定的网络连接，并支持大规模设备的同时通信。网络切片技术：5G专网支持网络切片技术，可以将网络资源按需分配给不同的应用场景和服务类型。这样，智慧医院可以根据实际需求，为不同的医疗应用提供专门的网络切片，确保每个应用都能获得足够的网络资源和优质的服务。综上所述，智慧医院5G专网模型在安全方面的优势主要表现在数据加密保护、隔离网络环境、低延迟通信、弹性网络架构和网络切片技术等方面，这些优势可以提高医院网络安全性和数据传输的可靠性。3.2.3 经济效益
以中型三甲医院为例，采用全部建设WLAN无线模式（含三年维保费），再外加三年维保费总计六年，以六年为一个周期计算，六年期总支出约400万元；采用5G专网服务方式，按照医院600个无线终端计算，每终端租赁费为500元/年，且可按需调整，年服务费约为30万元，六年期总费用约为180万元；单个中型三甲医院综合考虑六年期可节省220余万元左右，且不需考虑设备老化维保及报废等因素，如广泛应用经济效益会更好。3.2.4 社会效益
虽然5G赋能智慧医疗提出多年，但始终未能形成好的解决方案，本次利用5G技术解决医院移动终端内网接入，是该医院与网络通信运营商的一种创新尝试，具备安全性、可靠性双提升，具有极高的创新性，改变了原有wifi模式，解决了原有5G应用仅在医疗互联网端的应用，对于赋能医卫行业，既有非常重要的社会意义。4 总结
通过本次项目的实施，山西省人民医院及医联体单位完成建设试点部署，构建一个完全依托5G网络的医疗移动专网，实现智慧医院5G专网无线基站共用，核心网独立部署，传输资源隔离的新型5G专网模式。同时，为全国打造了具有可复制的5G+医院场景技术方案及模式，利用5G技术，丰富医疗应用的场景，实现5G与医疗业务的深度融合，此模式进一步创新了5G在卫生健康行业的重点应用，并可借鉴全国推广应用。智慧医院5G专网模型的未来发展将聚焦于更广阔的网络覆盖和容量、边缘计算与人工智能的结合、虚拟和增强现实应用、无线医疗设备和传感器的发展、远程医疗与移动医疗以及数据安全和隐私保护等方面。这些趋势将促进智慧医院的数字化转型，提供更高质量和便捷的医疗服务。免责声明：转载仅做分享，本文著作权归原创者所有，如有侵权请联系小编进行删除。
