周 彬 吳文俊 李唯一 章 燦 吳 檠 李 為

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院計(jì)算機(jī)管理中心，武漢，430022

在新型冠狀病毒肺炎疫情暴發(fā)的初期，面對(duì)迅速增長的患者人數(shù)，武漢市醫(yī)療資源明顯不足，這為疫情防控工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為了全面阻斷新冠病毒的傳播，武漢市采取了嚴(yán)格的防控措施，采用“應(yīng)收盡收，應(yīng)治必治”的原則[1]，緊急征用了各類場館與廠房，高速新建了十幾所方艙醫(yī)院[2]，收治所有輕癥確診患者。

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院(以下簡稱“武漢協(xié)和醫(yī)院”)是一所委屬委管的大型綜合性醫(yī)院，整個(gè)院區(qū)為重癥患者收治單位，總床位達(dá)1866張。此外還接管1800張床位的江漢方艙醫(yī)院、700張床位的江漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)方艙醫(yī)院，體現(xiàn)了醫(yī)院勇挑重?fù)?dān)的社會(huì)責(zé)任。方艙醫(yī)院要在48小時(shí)內(nèi)投入使用，留給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部署的時(shí)間相當(dāng)緊張。我們創(chuàng)新性地采用5G全無線方案，3小時(shí)內(nèi)快速構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分別滿足信息系統(tǒng)運(yùn)行和互聯(lián)網(wǎng)訪問的內(nèi)外網(wǎng)需求。不久的將來，5G技術(shù)的全無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以顛覆傳統(tǒng)的有線組網(wǎng)模式，也可用于多院區(qū)的網(wǎng)絡(luò)互連和有線網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)的快速應(yīng)急響應(yīng)。

1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的需求

方艙醫(yī)院是以醫(yī)療方艙為載體，醫(yī)療與醫(yī)技保障功能綜合集成的可快速部署的成套野外移動(dòng)醫(yī)療平臺(tái)[3]，是基于快速應(yīng)對(duì)突發(fā)公共衛(wèi)生事件，機(jī)動(dòng)型開展緊急醫(yī)療救治任務(wù)的新型模塊化醫(yī)院。方艙醫(yī)院全部收治輕癥患者[4]，這些患者診斷明確，臨床表現(xiàn)一致，主要以口服藥為治療手段，僅具有抽血檢驗(yàn)、核酸檢測、移動(dòng)CT等檢驗(yàn)檢查功能。所有患者必須實(shí)名登記建檔，醫(yī)療費(fèi)用由政府承擔(dān)。醫(yī)院的組織架構(gòu)較為簡單，主要有醫(yī)療、護(hù)理、檢驗(yàn)、檢查、藥房、院感、管理、后勤保障等部門。醫(yī)療團(tuán)隊(duì)則由接管單位的醫(yī)護(hù)人員與前來支援的各地醫(yī)護(hù)人員組成。為了緊急快速收治患者，所有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的部署工作必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成。

方艙醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一方面要支撐醫(yī)院各種信息系統(tǒng)，如HIS系統(tǒng)、電子病歷系統(tǒng)、LIS系統(tǒng)、PACS系統(tǒng)等的穩(wěn)定運(yùn)行，也要支撐疫情數(shù)據(jù)上報(bào)、醫(yī)療質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程會(huì)診的需要。另一方面也要滿足行政辦公、信息交互等訪問互聯(lián)網(wǎng)的需求。從安全角度出發(fā)，需要同時(shí)搭建內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)兩套網(wǎng)絡(luò)。方艙醫(yī)院床位較多，數(shù)據(jù)量較大，需要穩(wěn)定、持續(xù)、快速的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)。

2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的難點(diǎn)

2.1 設(shè)備材料緊缺且調(diào)運(yùn)困難

疫情期間城市停擺，許多廠商關(guān)門歇業(yè)，對(duì)于火神山、雷神山及20多所方艙醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)需求，整個(gè)武漢市的物資儲(chǔ)備和疫期的工程技術(shù)人員顯然不夠。不管是醫(yī)院正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的維護(hù)設(shè)備材料、還是新建方艙醫(yī)院所需的大量的設(shè)備材料等，市面上“一貨難求”。出行的人員與車輛流動(dòng)需要專門的證明，使得好不容易聯(lián)系到的設(shè)備和材料又出現(xiàn)運(yùn)輸?shù)碾y題。

2.2 現(xiàn)場施工與技術(shù)支持缺乏

醫(yī)院規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)，需要大量的現(xiàn)場施工和安裝調(diào)試來完成。臨近春節(jié)，許多單位均已放假，眾多人員都外出過節(jié)。在管控措施出臺(tái)以后，全國各地也采取了非常嚴(yán)格的交通管制，使得醫(yī)院的信息人員、廠家的工程師和網(wǎng)絡(luò)施工的工人有許多滯留外地?zé)o法返回。還有一些人員對(duì)疫情有恐懼心理，基本上不愿到醫(yī)院或醫(yī)院周邊活動(dòng)，更不用說在現(xiàn)場施工。

2.3 疫情時(shí)期感染風(fēng)險(xiǎn)較高

方艙醫(yī)院由政府承建，交由醫(yī)院運(yùn)行，雖然要快速搭建，但也應(yīng)具備相關(guān)功能，達(dá)到院感要求。除開醫(yī)療上的準(zhǔn)備，廠館改建的工程也較多，所以現(xiàn)場有管理人員、醫(yī)務(wù)人員，還有建筑工人、電工水工、清潔工人等各類施工人員。緊急情況下每個(gè)人的健康狀況無從知曉，現(xiàn)場聚集的上百號(hào)人，不停地穿梭交叉，這也使建設(shè)者們面臨較高的感染風(fēng)險(xiǎn)。

3 5G全無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

3.1 傳統(tǒng)的分院區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案

按照以太網(wǎng)的建設(shè)規(guī)范，醫(yī)院分院區(qū)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式主要采取“接入-匯聚-核心”3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過綜合布線方式，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組網(wǎng)，再租用運(yùn)營商的電路，與本院區(qū)連接。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，從安全角度考慮，內(nèi)外網(wǎng)間需要物理隔離。內(nèi)網(wǎng)用于信息系統(tǒng)的運(yùn)行，外網(wǎng)支持互聯(lián)網(wǎng)訪問的行政辦公要求。前期工作為需求調(diào)研，不管是內(nèi)網(wǎng)還是外網(wǎng)，首先要明確工作地點(diǎn)，這樣可以確定信息點(diǎn)的數(shù)量與分布。在此基礎(chǔ)上，勘察綜合布線的有線路由，確定信息點(diǎn)接入的物理位置，接入點(diǎn)匯聚的物理位置，計(jì)算所需網(wǎng)絡(luò)線材和橋架、套管等輔助材料，整個(gè)組網(wǎng)所需的接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)和核心交換機(jī)，分院與本院連接的方式和網(wǎng)絡(luò)帶寬，最終形成整體的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。

3.2 基于5G技術(shù)的全無線網(wǎng)絡(luò)方案

根據(jù)方艙醫(yī)院的特點(diǎn)，24小時(shí)內(nèi)完成任務(wù)的時(shí)限，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案所面臨的困難，對(duì)5G技術(shù)的內(nèi)涵與特點(diǎn)進(jìn)行挖掘[5]，從技術(shù)、管理、運(yùn)維、持續(xù)發(fā)展以及無線醫(yī)護(hù)管理系統(tǒng)直接面向一線醫(yī)護(hù)人員等方面考慮[6-7]，我們決定采用5G全無線方案。按各部門工作場所的實(shí)際地理位置，無線設(shè)備信號(hào)能夠覆蓋到的范圍，基于集中共享的原則，將方艙醫(yī)院整體網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元獨(dú)自采用一套5G信號(hào)及VPN加密隧道與本部數(shù)據(jù)中心建立無線連接。同時(shí)分別啟用網(wǎng)絡(luò)單元的兩個(gè)無線路由器功能，一個(gè)實(shí)現(xiàn)無線內(nèi)網(wǎng)終端的網(wǎng)絡(luò)連接，另一個(gè)解決無線外網(wǎng)終端的互聯(lián)網(wǎng)訪問需求。在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元，均可支持移動(dòng)終端的內(nèi)外網(wǎng)應(yīng)用需求。

在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心機(jī)房部署網(wǎng)絡(luò)安全通道網(wǎng)關(guān)，通過防火墻等安全設(shè)備，接入醫(yī)院核心交換機(jī)，同時(shí)作為匯聚層，用于構(gòu)成VPN虛擬加密隧道，形成經(jīng)認(rèn)證的互聯(lián)網(wǎng)與醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的連接。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元配置一臺(tái)無線網(wǎng)絡(luò)前置設(shè)備CPE(Customer Premise Equipment)，置入本地運(yùn)營商的5G流量卡，實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)單元的無線互聯(lián)網(wǎng)訪問功能。該前置設(shè)備CPE連接一臺(tái)帶VPN功能的小型分支路由器，啟用此路由器的VPN功能，使其通過CPE的互聯(lián)網(wǎng)通道與醫(yī)院端的網(wǎng)絡(luò)安全通道網(wǎng)關(guān)之間經(jīng)認(rèn)證連接，建立起該網(wǎng)絡(luò)單元與醫(yī)院數(shù)據(jù)中心間的5G無線加密的數(shù)據(jù)鏈路，支持安全、穩(wěn)定與可靠的內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)單元的CPE配置為無線外網(wǎng)連接，覆蓋本網(wǎng)絡(luò)單元，滿足網(wǎng)絡(luò)單元的互聯(lián)網(wǎng)訪問需求。小型分支路由器配置為無線內(nèi)網(wǎng)連接，覆蓋本網(wǎng)絡(luò)單元，使終端電腦和移動(dòng)設(shè)備可以訪問醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)。見圖1。

4 全新網(wǎng)絡(luò)方案的實(shí)施與成效

4.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的部署與實(shí)施

按方艙醫(yī)院各部門場所的物理位置，將所有工作區(qū)域劃分成8個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元。在艙內(nèi)，設(shè)置1個(gè)患者登記建檔網(wǎng)絡(luò)單元、3個(gè)醫(yī)護(hù)網(wǎng)絡(luò)單元。在艙外，分別設(shè)置1個(gè)移動(dòng)CT網(wǎng)絡(luò)單元、1個(gè)檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)單元、1個(gè)藥房網(wǎng)絡(luò)單元、1個(gè)管理網(wǎng)絡(luò)單元。所有網(wǎng)絡(luò)單元都可支持內(nèi)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)訪問。

在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心機(jī)房架設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全通道網(wǎng)關(guān)，經(jīng)醫(yī)院防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，與核心交換機(jī)連接，并做好設(shè)置。將供電模塊的兩端通過網(wǎng)絡(luò)跳線分別連接CPE和小型分支路由器，在CPE中插入1張運(yùn)營商的5G流量卡，將其電源線插入插座，完成1個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元配置。用筆記本登錄網(wǎng)管云平臺(tái)進(jìn)行配置，再分別登陸這兩臺(tái)設(shè)備設(shè)置，配置完成后即進(jìn)入工作狀態(tài)。筆記本的網(wǎng)絡(luò)連接測試參數(shù)顯示，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)單元與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)器之間的連接，穩(wěn)定可靠，完全滿足信息系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

調(diào)試完成后，再將其余網(wǎng)絡(luò)單元同樣配置，形成插電即用模式。將網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備分別放置在所劃分的8個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元的辦公桌上，加電后完成部署。經(jīng)現(xiàn)場測試，5G信號(hào)穩(wěn)定，沒有掉包現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)帶寬比4G快近10倍，內(nèi)網(wǎng)電腦連接帶寬至少50M，無論是內(nèi)網(wǎng)程序運(yùn)行，還是外網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)訪問，完全達(dá)到預(yù)期效果，圓滿完成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

4.2 網(wǎng)絡(luò)管理與安全保障

方艙醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)管理采用了云平臺(tái)的方式，利用手機(jī)或桌面終端，網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠隨時(shí)隨地經(jīng)認(rèn)證后登陸云端的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控方艙醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、終端設(shè)備連接數(shù)、流量情況、事件日志和運(yùn)行摘要報(bào)告等。一旦發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，通過云平臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)抓包完成故障點(diǎn)排查，啟動(dòng)緊急修復(fù)和參數(shù)優(yōu)化，快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)設(shè)置DHCP、NAT、QoS等多種訪問控制策略，對(duì)方艙醫(yī)院與醫(yī)院本部數(shù)據(jù)中心之間的VPN隧道進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)傳輸安全，保障方艙醫(yī)院信息系統(tǒng)不間斷安全運(yùn)行[8]。

圖1 方艙醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

4.3 新型全無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)成效

以醫(yī)院的一名工程師為主，在一名相關(guān)公司技術(shù)人員的協(xié)助下，在確保做好人員防護(hù)措施的前提下，從設(shè)備的連接、設(shè)置、調(diào)試、安裝、啟用在3小時(shí)內(nèi)完成，基于5G的所有網(wǎng)絡(luò)單元成功上線，迅速完成方艙醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，為后續(xù)電腦等硬件設(shè)備、醫(yī)院信息系統(tǒng)等的安裝贏得寶貴時(shí)間。方艙醫(yī)院每天內(nèi)網(wǎng)客戶端的連接數(shù)量約為50個(gè)，上行和下行的總帶寬合計(jì)約為500M，每個(gè)桌面客戶端帶寬約為50M。采用VPN虛擬加密隧道技術(shù)，使得數(shù)據(jù)的傳輸安全得到保障。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成簡單，分為8個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元僅有無線網(wǎng)絡(luò)前置設(shè)備CPE、小型分支路由器、供電模塊組成，沒有傳統(tǒng)的3層架構(gòu)、有線轉(zhuǎn)無線的AP、網(wǎng)絡(luò)布線、交換機(jī)等，使得中間環(huán)節(jié)大為減少，基本沒有故障點(diǎn)，所以沒有現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的任務(wù)。插電即用的模式，在艙內(nèi)新增網(wǎng)絡(luò)單元時(shí)，由工作人員將設(shè)備帶入，擺放好以后插電，即可完成網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充。這樣減少了信息人員進(jìn)出隔離區(qū)的次數(shù)，在降低感染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，節(jié)約緊缺的醫(yī)療防護(hù)物資，取得了較為明顯的效果。實(shí)踐證明，本研究的新型組網(wǎng)模式完全是可行和可復(fù)制的。

5 討論

5.1 重大疫情下醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須快速應(yīng)對(duì)

在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)融入群眾的工作、生活、休閑等各個(gè)方面，可以說是把社會(huì)“一網(wǎng)打盡”。醫(yī)院作為“救死扶傷，治病救人”的單位，人民群眾生命健康的守護(hù)者，在新冠肺炎重大疫情發(fā)生時(shí)，當(dāng)仁不讓地沖在第一線。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是醫(yī)護(hù)人員搶救生命、專家組收集信息與研究搶救手段、領(lǐng)導(dǎo)者決策部署與調(diào)度指揮的重要保障。因此，醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在特殊時(shí)期，應(yīng)做到構(gòu)建方便快速、通訊高速穩(wěn)定、傳輸安全可靠、擴(kuò)充簡便易行、運(yùn)行維護(hù)盡量為零。

5.2 5G在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用有著極為廣闊的前景

5G具有“高帶寬、低時(shí)延、廣連接” 的特點(diǎn)[9]，一經(jīng)推出即為全社會(huì)所期待。在醫(yī)療行業(yè)被應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、車載救護(hù)、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人、無線監(jiān)護(hù)、無線輸液、移動(dòng)查房、移動(dòng)護(hù)理和患者實(shí)時(shí)位置采集與監(jiān)測等許多方面。本次方艙醫(yī)院基于5G的全無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的快速部署，應(yīng)用到了5G技術(shù)不受網(wǎng)絡(luò)限制且數(shù)據(jù)傳輸速率較快的特點(diǎn)[10]，為5G在醫(yī)療行業(yè)的落地應(yīng)用做出了成功的示范。

5.3 傳統(tǒng)的組網(wǎng)模式已被顛覆

新型組網(wǎng)模式就是把傳統(tǒng)有線組網(wǎng)模式變?yōu)槿珶o線的方式。它主要分為2個(gè)部分，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)單元。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)按傳統(tǒng)的光纖模式構(gòu)建，核心交換機(jī)通過防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，與網(wǎng)絡(luò)通道網(wǎng)關(guān)相連，即網(wǎng)絡(luò)通道網(wǎng)關(guān)類似于原來的匯聚交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)單元按無線信號(hào)全覆蓋院區(qū)物理范圍的數(shù)量配置。各個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元的WiFi信號(hào)無線連接本單元的電腦終端或移動(dòng)終端。另外，網(wǎng)絡(luò)單元運(yùn)用5G信號(hào)以無線的方式，與數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)安全通道網(wǎng)關(guān)連接，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外終端對(duì)數(shù)據(jù)中心的安全訪問。全無線匯聚連接的方式，整體架構(gòu)簡潔，故障點(diǎn)少，配置與管理及維護(hù)容易，完全去掉布線工程，大大縮短醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)工程的建設(shè)周期，降低構(gòu)建成本。

5.4 5G無線網(wǎng)絡(luò)是分院與本院網(wǎng)絡(luò)互連的新途徑

集團(tuán)醫(yī)院有多個(gè)院區(qū)，對(duì)于各院區(qū)醫(yī)院信息系統(tǒng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)共享的要求，分院區(qū)的網(wǎng)絡(luò)必須接入本院區(qū)。院區(qū)間的連接，由醫(yī)院開挖城市路面，敷設(shè)光纜是不可能的。一般通過租賃運(yùn)營商的光纖或數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在可以有新的選擇，一是沿用方艙醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)模式，另一個(gè)則是在分院區(qū)已有的核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，連接網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備，通過5G無線網(wǎng)絡(luò)與本部核心交換機(jī)連接。

5.5 5G無線網(wǎng)絡(luò)是醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急響應(yīng)的新方式

在醫(yī)院容易造成人群聚集或引起醫(yī)患矛盾的窗口部門，需要持續(xù)不斷運(yùn)行的治療、檢驗(yàn)檢查、藥事服務(wù)等醫(yī)療部門，配備網(wǎng)絡(luò)單元。在這些重點(diǎn)部門的網(wǎng)絡(luò)因主干光纜和樓層光纜因施工挖斷、匯聚交換機(jī)或接入交換機(jī)發(fā)生故障停機(jī)、接入機(jī)房和匯聚機(jī)房停電時(shí)，即刻可以啟用5G信號(hào)，與核心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接，達(dá)到應(yīng)急響應(yīng)快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的目的。

6 結(jié)論

創(chuàng)造性運(yùn)用5G技術(shù)，24小時(shí)內(nèi)構(gòu)建方艙醫(yī)院全無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與母體醫(yī)院相連，支撐定制化輕量型信息系統(tǒng)運(yùn)行，為方艙醫(yī)院的正常運(yùn)轉(zhuǎn)做出貢獻(xiàn)，并為快速應(yīng)對(duì)重大傳染性疾病等突發(fā)公共衛(wèi)生事件時(shí)的網(wǎng)絡(luò)部署、顛覆傳統(tǒng)組網(wǎng)模式、多院區(qū)互連以及網(wǎng)絡(luò)故障的快速應(yīng)急響應(yīng)做了成功的示范。