邊緣計算在醫療領域的應用

崔滔

如今，很多醫療機構的IT部門正在遭受數據存儲和網絡速度的困擾，醫生對患者進行診斷以幫助其擺脫困境，這種治療過程需要進行良好的管理。一直持續蔓延的新型冠狀病毒疫情加劇了醫療機構的基礎設施快速轉型，這對其業務和數據的處理帶來了不利影響。

數據存儲普遍存在的問題已經在許多行業領域中顯現。例如，數據中心運營商Digital Realty公司發布的一份數據引力指數分析報告指出，如果不能更好地存儲大量數據，將會影響各行業組織開展的業務，并帶來變革阻力。

遠程工作成為常態

由于發生疫情，很多企業和機構開始采用遠程工作的模式。研究表明，遠程工作這一趨勢將不會逆轉，根據調研機構Juniper Research公司的預測，疫情對醫療機構帶來的一個永久性影響是，支持遠程咨詢和數字治療的市場需求每年將增長69%，該公司預計到2025年的這方面的市場收入將達到534億美元。由于醫學研究數據的大量增長，葛蘭素史克公司等藥物生產開發商為加速藥物研究而在歐洲構建了運行速度高達400petaflops的超級計算機，以加速藥物研究。

國際冠狀病毒數據聯盟（ICODA）等機構在2021年3月舉行的一次研討會上表示，企業需要將IT基礎設施問題（而不是快速增長的數據量）視為其業務發展面臨的主要挑戰。

邊緣計算技術并不能成為醫療機構解決基礎設施問題的靈丹妙藥，因為醫療行業是歷史悠久的服務類別，其面臨的挑戰因文化和基礎設施而有所不同。例如在英國醫療衛生體系中，管理文化可能比電力、冷卻或通信連接更難調和。

雖然很多企業和機構擁有職責明確的數據中心運營和管理團隊，但醫療機構的IT員工可能對電源、冷卻和通信機架等技術并不精通。如果托管服務提供商能夠為他們提供幫助，那么這將不是問題，但是構建所需的基礎設施則面臨著巨大的挑戰。

找到部署的房間

一家托管服務提供商稱，只是在醫院中部署一個微型數據中心就是難題，該服務提供商致力于將邊緣計算IT設施部署到醫院中。該公司表示，“我們邊緣計算工作中最艱巨的部分是在醫院建筑中找到一個適合部署IT設備的房間?！?/p>

其面臨最大的挑戰是時間緊張。醫院IT項目負責人可能會決定立即需要部署服務器，但是IT供應商可能要花費3個月的時間才能完成部署。

例如在一個項目中，醫院指定一家安裝商構建微型數據中心。托管服務提供商向安裝商建議了最佳選擇，并在處理報告時等待指示。在最初的考察中，安裝人員尋找到一個非常適合部署托管數據中心的房間。而在幾個月之后，醫院卻重新調換了另一個房間，必須重新進行部署，但完成這些工作需要8個月的時間。當一切準備就緒時，卻傳來該建筑物即將被拆除的消息。

一位不愿透露姓名的安裝人員說：“在醫院構建數據中心，我們需要反復考慮并尋找適合安裝數據中心設備的房間，但如果不能提供適合的空間，只能在停車場或房間的角落安裝或部署?！?/p>

監控和冷卻

在醫院中部署通常有一種安裝模式：構建一個或2個數據中心（一個主要運營業務的數據中心，另一個作為災難恢復設施），其中有多個獨立的電源室，每個電源室都安裝不間斷電源（UPS）。而這家醫院采用200臺小型UPS電源，這些設備各自分散并且難以管理。托管服務提供商只能通過內置的DCIM平臺進行遠程監控，并將所有信息匯總到客戶端。

作為邊緣計算設施的一部分，提供使用液體冷卻的集裝箱數據中心可以解決醫院的多個問題。由于將服務器浸泡在絕緣的冷卻液體中，因此可以防止電路過熱引發火災的可能性。浸泡式冷卻方法也可以防止粉塵被吹到電路板上，從而避免造成短路。

人工智能護理

在決策速度更快的私有醫療保健機構中，部署IT設備的挑戰在于如何充分適應環境。養老院是邊緣計算解決網絡擁塞和合規性問題的另一個例子。

疫情給療養院的工作人員帶來了巨大的壓力，使他們更難抽出時間來照顧病人。他們還不得不同時面對新的隱私法規，這些法規限制了可以安裝的攝像頭監控的數量。阿姆斯特丹大學（UoA）為解決該問題提出了一種方法，Harro Stokman博士利用人工智能來了解每個房間中事件模式的方法。

隱私法規限制了工作人員通過攝像頭觀看病人的時間。但是，對于計算機卻沒有這種限制，如果它足夠智能，則可以根據這些計算機判斷患者的健康情況。這就是Stokman博士開發的KNN人工智能系統的邏輯，該系統觀察患者并確定是否需要人為干預或護理（例如跌倒）。

問題在于，KNN系統創建的數據太多，全部發送到云平臺進行存儲和處理可能產生網絡瓶頸和更多費用。作為回應，阿姆斯特丹大學使用Nvidia公司的Jetson Xavier NX模塊構建了一個邊緣計算設備Edge Box，可以本地處理所有數據，提高了數據質量。通過本地化分析，可以減少發送到云平臺進行處理的數據。

仍需要配套的網絡基礎設施

創建邊緣計算硬件是一回事，但是配套的網絡基礎設施從何而來？調研機構Disruptive分析公司創始人、移動電信行業觀察家Dean Bubley警告說，人們對采用5G技術的期望是不現實的，特別是在需要即時響應時間的支持系統方面。

Bubley表示，某些情況下，與5G相關的超可靠低延遲（URLLC）可以最大限度地減少需要即時響應的的網絡往返時間。他說“：在這方面，移動邊緣計算能夠以每個基站的區域計算設施或服務器的形式滿足他們的需求?！?/p>

但是在許多應用程序中，這種網絡延遲必須更低。內窺鏡或顯微外科手術工具可能需要響應每秒發送100次的觸覺反饋。還有人提議將無人機用于醫院之間的藥物運輸，但是這些無人機必須在2ms內對控制信號或面臨的風險做出反應。5G是否能夠提供用于研究的光子傳感器所需的等待時間也值得懷疑，因為光子傳感器需要以皮秒的時間運行。

光纖能否提供幫助

美國應對基礎設施挑戰的方法之一是開放接入或競爭性光纖網絡，如SiFi Networks公司的FiberCity光纖產品。該公司承諾這將允許接入多個服務提供商和光纖網絡上的不同路徑，從而提供99.9999%的可靠性。

在這個模型中，每個家庭用戶和企業都將采用城市范圍的光纖網絡，并有效地為他們提供一個專用網絡。醫院或研究機構也可以通過光纖高速傳輸數據。

SiFi Networks公司首席執行官Ben Bawtree-Jobson表示，這將顯著減少通過云平臺發送數據的問題。將文件存儲在本地設施中也會產生問題，需要在異地或國際范圍內共享，云存儲可能更適合這樣的無縫協作。問題是需要多少帶寬，而采用光纖網絡可以解決這一問題?！?/p>

與此同時，根據Juniper Research公司發布的一份調查報告，很多移動運營商正在全球范圍內建立合作伙伴關系，以構建移動邊緣計算基礎設施。到2025年，美國的AT&T、韓國的LG Google等知名廠商將投資83億美元構建這些邊緣計算系統的網絡設施。