F5G夯实智慧医院网络底座建设

随着固定宽带网络已进入千兆光网时代，F5G全光网作为新型网络基础设施，打造了大带宽、低时延和全光联接的新一代全光网络。

信息技术飞速发展，新一代信息技术应用逐渐在医疗信息化中发挥着重要的基石作用。随着社会的发展和信息技术的迭代，医院信息管理系统（Hospital Information System，HIS）、电子病历（Electronic Medical Record，EMR）、医学影像信息系统（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）等各种信息管理系统并存，各系统对带宽、时延都有了更高的要求。

大带宽、低时延、高安全、易运维的网络，对医院各信息管理系统运行至关重要，同时医院的网络复杂，办公内网、办公外网、设备网、电话网、物联网等独立建设，各个网络之间都是信息孤岛，信息隔绝无法共享。因此，医院网络架构面临巨大挑战。

在满足各种信息管理系统的诉求下，如何应用新一代信息技术夯实智慧医院网络底座建设？根据相关政策文件和智慧医院建设的需求，本研究结合F5G技术大带宽、低时延、高安全、易运维的特性和智慧化医疗服务的业务流程，对F5G技术在智慧医院中的应用进行了探索和实践，为F5G技术推进智慧医院建设提供参考。

何谓F5G技术

F5G是The 5th Generation Fixed Networks的缩写，即第五代固定网络。以10G PON、Wi-Fi6、200G/400G、下一代OTN等技术为代表。是由中国提出的、欧洲电信标准协会（ETSI）接纳的、业界广泛参与的最新一代固定网络。2019年6月，中国信息通信研究院在上海移动大会上，首次提出了F5G。2019年底ETSI通过了F5G立项，对固定网络的代际作出了定义。F5G与5G是协同关系，有线网络和无线网络互相补充，为万物感知和网络应用赋能。

F5G具备大带宽（eFBB，enhanced fixed broadband，增强型固定宽带）、多连接（FFC，full-fiber connection，全光联接）和好体验（GRE，guaranteed reliable experience，极致体验）三个关键特征，其代表性的技术采用10G PON技术和Wi-Fi6技术等。智慧医院的F5G全光网主要指F5G无源光局域网（POL）。无源光局域网 POL是基于无源光网络（PON）技术的局域网组网方式。该组网方式采用无源光通信技术为用户提供融合的数据、语音、视频及其他智能化系统业务。

POL 系统由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光分配网络ODN（Optical Distribution Network）、光网络单元ONU（Optical Network Unit）或光网络终端ONT（Optical Network Terminal）和核心交换设备、出口设备、网络管理单元等组成。光线路终端OLT是F5G全光网的核心设备，下行通过分光器连接多个ONU，一方面可实现对ON的控制、管理，另一方面对ONU上传的信息进行汇聚处理；上行一般情况下连接院区的核心交换机。

在智慧医院F5G全光网中，主要是使用XGS-PON技术和GPON技术，具体的技术参数如表1所示。

医院F5G全光网规划与建设

医院网络规划建设中全面采用F5G全光网络架构，利用F5G全光网支持多网融合的能力，根据医院业务数据流及信息安全的要求，构建了“办公网”“公共网”和“设备网”，如图1所示。

F5G作为智慧医院的基础底座，为医院医疗业务、精细化管理等的使用需求提供灵活可控的网络接入，为医疗业务提供高速、安全、可靠的网络带宽，为运维人员提供便捷智能的运维管理手段，为医院网络建设提供可延续、可扩展、可升级的设计目标，带来“带宽无限”“万物互联”的无限可能，为智慧医院的建设提供了坚实有效的支撑。

那么，医院F5G全光网是如何规划与建设的？

第一，F5G全光网组网模式。

全面采用F5G全光网络架构，其中“办公网”和“公共网”通过同一张F5G全光网进行承载，办公网与公共网之间进行逻辑隔离，内外网、电话、电视、物联网、Wi-Fi6等采用多网融合设计，以实现数据、语音、IPTV、物联网应用、Wi-Fi6等多项业务统一承载，覆盖医院数字化办公、医疗业务开展、电话语音、IPTV电视、物联网、移动医疗等应用场景。设备网采用F5G无源光物理隔离独立组网，以实现楼宇自控、视频监控、安防门禁、公共安全等多项业务，覆盖楼宇智能化、公共安全等应用场景。

第二，F5G全光网PON技术选型。

采用XGS-PON和GPON相结合的模式，根据不同区域或科室对数据流量的带宽要求不同，选择不同的PON技术。

高流量区域（如：手术室、医技影像、病理、视频监控、物联网应用、Wi-Fi6应用等）采用XGS-PON技术，以支撑大带宽业务的开展。

中等流量区域（如：医生办公室、诊室等）采用GPON技术，预留较大的下行带宽，以支撑中等流量的影像图片文件的调阅。

普通流量区域（如：病房、行政办公、药房及收费窗口、楼宇自控、安防门禁、公共安全等）采用GPON技术，满足普通业务开展。

第三，F5G全光网保护方式。

医院对网络的可靠性要求比较高，做网络设计须考虑对网络设备和物理线路的保护。采用Type C双归属保护和Type B双归属保护相结合的方式，确保医疗业务零中断。其中，采用Type C双归属保护手术室、门急诊收费处、药房、急诊急救区、信息中心等重点区域；采用Type B双归属保护病房、普通诊室、办公等其他区域。

第四，F5G全光网部署模式。

整体网络主要由100G核心交换机、OLT、ODN、ONU、网络管理系统等组成。系统采用F5G全光网络架构，核心交换机和OLT均采用一主一备的冗余架构，双核心双链路，办公网和公共网2台核心交换机部署在数据中心机房，14台OLT分布式部署在各建筑楼栋汇聚机房，相比于集中部署拓展性更好，故障影响范围更小，保障医疗业务零中断。设备网2台核心交换机和2台OLT集中部署在安防监控机房，方便运维。OLT同时支持XGS-PON和GPON，满足不同带宽、不同场景的要求。

第五，F5G全光网ONU及分光器选型。

全院整体使用各类ONU约5000个，分光器约600个。采用一级分光的方式，分光器部署于每个楼层弱电间，根据ONU类型与带宽需求，弹性选用分光比。

针对高流量区域使用2∶8分光器，根据网络信息点及电话信息点的数量，按需选择ONU（8GE）、ONU（4GE+2POTS）、ONU（8GE+8POTS）和ONU（24GE POE）；针对中流量区域和普通流量区域使用2∶16分光器，根据网络信息点及电话信息点的数量，按需选择ONU（4GE）、ONU（8GE）、ONU（4GE+2POTS）、ONU（8GE+8POTS）和ONU（24GE POE）。

第六，F5G全光网运维。

F5G全光网网管系统对其纳管的设备提供全面的网络管理功能，支持对设备进行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。主要功能为：基础业务监控、告警管理、设备版本升级、一体化拓扑管理、性能监测、自动化报表、日志管理、自定义大屏、ONU即插即用、故障处理等。通过分析网络运维人员的日常工作和PON网络的常见运维场景，通过智能化、场景化、简洁化等手段，将运维人员从复杂的运维工作中解放出来，使得网络可视化、自动化和智能化。

F5G在智慧医院中的应用

针对智慧医院建设的需求，结合F5G技术大带宽、低时延、高安全、易运维的特性，F5G技术在智慧医院建设中，可以为如下应用场景提供可行性。

场景一：基于F5G全光网的万物感知。

针对医院内外网、电话、电视、物联网、Wi-Fi6等采用多网融合设计，以实现数据、语音、IPTV、物联网应用、Wi-Fi6等多业务统一承载，覆盖医院数字化办公、医疗业务开展、电话语音、IPTV电视、物联网、移动医疗等应用场景，从而达到万物感知。

在办公场景，办公电脑、电话、PDA、移动推车等接入F5G全光网，可以确保日常医疗业务和数字化办公的稳定高效；在医疗物联场景，呼吸机、心电监护仪、输液泵、可穿戴设备、温度计、血压计等接入F5G全光网，可以客观、实时地采集患者生命体征信息，实现连续监测，同时提高医护人员工作效率。

场景二：基于F5G全光网的医学影像应用。

利用F5G全光纤大带宽、低时延、高可靠的特性，采用XGS-PON、分布式对象存储和GPU应用适配等技术，以实现医学影像的秒级调阅。同时，更好地支撑图像自动分割、识别、三维重建、AI辅助诊断等医学影像应用，从而提高医生的阅片效率，提升患者就医体验。

场景三：基于F5G全光网的一体化手术室建设。

基于F5G全光网的一体化手术室建设，首先，要确保PDA、移动推车、诊疗信息、影像数据、医疗安全AI辅助接入；其次，须保证麻醉监护、3D腹腔镜、手术机器人、介入设备、医疗设备效益分析等医疗相关设备相连；最后，须满足电话、手术直播、全息手术录播、远程手术，以及药品、耗材智能管理等需要。F5G全光网能很好地承载一体化数字手术室的应用建设，满足手术室医疗业务和日常管理的需求。

场景四：基于F5G全光网的后勤精细化管理。

基于F5G全光网的后勤精细化管理，设备网采用F5G全光网独立组网，实现了楼宇自控、视频监控、安防门禁、公共安全等多业务应用，覆盖楼宇智能化、公共安全等应用场景。F5G全光网能很好地承载建筑物联网的接入，利用BIM、位置服务等物联传感技术，补齐当前后勤管理方面的短板，全面覆盖后勤管理的各个流程，提升管理效率、能耗利用率，做好设备管理、安防管理的联动，实现智慧后勤、智慧安防，打造智慧医院的数字孪生。

相对于传统的以太网架构，F5G全光网是一种创新性的全光网络，和传统的LAN网络比较，主要是在系统架构和传输介质等方面进行了创新，利用F5G技术大带宽、低时延、高安全、易运维的重要特性，从本质上改变了医院的网络，高效地承载了智慧医院的应用建设。随着医院智慧化的趋势和F5G技术的发展与推广，F5G技术将在智慧医院建设中有更广泛、更深度的应用，进而更好地承载智慧医院应用水平，为患者和医护人员提供更优质的服务。

本文作者：

路明春 华中科技大学协和深圳医院网络技术科工程师

吕周平 华中科技大学协和深圳医院网络技术科副主任

朱岁松 华中科技大学协和深圳医院网络技术科主任、ONA医疗行业研究部主任

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