院前急救車4G/5G網絡協同保障方案研究

肖 羽，王 帥，潘 峰（.中國聯合網絡通信集團有限公司，北京 000；.中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.中國聯通山東分公司，山東濟南 5000）

1 概述

目前我國很多地區公共醫療體系還不夠完善，醫療成本高、效率低、服務差、醫療資源不均衡、醫療供需失衡的情況普遍存在。因此，智慧醫療的概念被提了出來，智慧醫療采用新型傳感器、物聯網、通信等技術結合現代醫學理念，構建出以電子健康檔案為中心的區域醫療信息平臺，將醫院之間的業務流程進行整合，優化了區域醫療資源，實現跨醫療機構的在線預約和雙向轉診，縮短病患就診流程，縮減相關手續，使得醫療資源合理化分配，真正做到了以病人為中心。隨著健康中國成為國家戰略，醫療行業迎來新的發展機遇期，新的智慧醫療設備和場景也如雨后春筍般涌現，如AI 輔助診療、遠程探視、院前急救車、機器人導醫、遠程手術教學等。

在智慧醫療體系中，院前急救車是重要的組成部分之一。對于急救領域而言，時間就是生命，必須充分利用好黃金救護時間，實現對病人生命健康最大限度的保障。新型院前急救車需要大帶寬、低時延、連續性的網絡保障，從而將急救車內醫療設備、病人生命體征等信息實時傳遞回醫院或急救中心。而目前在5G 網絡建設初期，無法實現5G 網絡的連續覆蓋和深度覆蓋。在急救車大范圍移動時，如何通過4G/5G網絡的協同，滿足急救車連續的網絡接入需求是本文研究的重點。

2 院前急救車簡介

2.1 院前急救車現狀

院前急救車通常需要配備司機、護士、醫生、醫療設備、急救藥品等相關護理資源，醫療設備一般有監護儀、心電儀、呼吸機等，對病患的生命體征進行監測或救護。

傳統的院前急救車受醫療設備和移動網絡帶寬的制約，與急救中心或醫院的實時交互性較差，在院前急救過程的質控、院前院內的銜接等方面存在諸多問題。

a）車載醫療設備及其采集的患者生命體征等信息和現有醫療信息系統的實時交互較差，院內無法及時掌握病患狀況，急診室無法提前準備手術相關的醫生、醫療設備和藥品，造成搶救延誤。

b）急救車醫生和護士與院內專家之間僅限于電話溝通，院內專家無法通過高清視頻、AR 等方式觀看急救車內的情況，并做出實時的急救指導。

c）救護車醫生無法方便地獲取患者的電子病歷或健康檔案，為車上急救進行輔助指導。

院前急救車已不僅僅是把患者送往醫院的轉運工具，而是挽救患者生命的一間可移動的急診室。為了提升院前急救車救治患者的效率和效果，需要對救護車進行升級改造，配備更多現代化的醫療設備，并使之具備網絡連接能力。

2.2 院前急救車新的發展

為了和時間賽跑，最大限度保障患者的生命健康，院前急救車亟須進行信息化、智能化的升級，配備現代化醫療設備和聯網能力，并構建高質量、廣覆蓋的院前急救醫療專網，實現院前和院內急救的無縫銜接。現代院前急救車通常需要具備以下能力。

a）5G 救護車內配備多功能監護儀、呼吸機、除顫監護儀、便攜式B超機等醫療設備，對患者的生命體征進行采集，并通過網絡實時回傳至急救中心或醫院，供院內專家進行診斷，為急診室準備手術提供信息參考，縮短搶救準備時間。

b）通過高清視頻互動系統或AR設備回傳急救車內、患者的圖像，院前和院內可進行音視頻的實時交互，遠程專家可以對急救車內醫護人員進行遠程指導。

c）急救車可通過網絡從醫療系統獲取患者電子病歷或健康檔案，如過往病史、血型、CT 影像、體檢報告等，為急救醫生搶救患者提供直接輔助信息。

d）車載醫療設備狀態信息、車輛信息（位置、軌跡等）實時回傳至急救中心。

3 院前急救車對網絡的需求

時間，在急救醫學上是一個重要的要素，尤其是對心臟驟停、急性卒中、急性心肌梗死、嚴重創傷等“時間窗相關性疾病”。以最緊急的急診——院外心搏驟停（Out-of-Hospital cadiac arrest，OHCA）為例，以往的研究都更關注院后的高級生命支持治療。而越來越多的醫學實踐證明，院前急救對于搶救患者生命尤其重要。

急救中首先與網絡密切相連的是急救通信系統，即急救網絡中樞。它是急救工作的聯絡、協調、指揮、調度、傳達中心，使醫院急救和院前急救工作的環節能夠緊密結合。反應迅速、運行無阻是對急救通信系統的基本要求，搭載5G網絡的系統將更好保證醫院在患者到達前做好充分準備，從而快速投入搶救。

院前急救車對于病患而言無異于一艘“生命之舟”，需要充分利用信息技術、網絡技術，實現與急救通信系統的實時無障礙通信，從而為生命保駕護航。而5G 網絡、邊緣計算（MEC）、專網等新技術的出現可以為院前急救提供高速率、穩定、可靠的信息高速公路，其主要特點如下。

a）可以為車載高清視頻、AR 遠程診斷等醫療應用提供大帶寬接入，滿足業務承載的網絡質量要求和業務體驗。

b）通過專網/邊緣計算技術實現車載信息、患者生命體征信息在本地的分流和卸載，不通過互聯網傳輸，在實現業務低時延傳輸的同時，保障了醫療信息的安全私密性。

c）在5G建網初期，通過4G和5G網絡協同保障急救車大范圍移動時的業務連續性，在5G網絡無覆蓋或弱覆蓋區域，通過4G醫療專網接入院前急救車。

4 4G/5G網絡協同保障方案

現代院前急救車裝配了大量急救設備、高清視頻通信系統，需要通過4G、5G 網絡為其搭建一張高質量、穩定可靠、業務連續性的專屬網絡，以保障急救信息快速、安全地送回院內相關醫療信息系統。

5G 和邊緣計算結合可以為院前急救車構建一張醫療專網，急救車內的醫療設備和視訊系統可以通過5G 模組或5G CPE 接入至5G 基站，用戶面數據流量不再通過運營商集中設置在省會的UPF 經專線回傳至院內，而是通過本地承載網絡直接送到醫院內部署的MEC 設備，實現用戶面數據的本地卸載，降低了醫療數據的傳輸時延，提高了數據傳輸的可靠性。

但是目前5G 處于建網初期，站址少，單站覆蓋半徑有限，無法實現5G 信號的連續連片覆蓋和深度覆蓋，而急救車的活動范圍比較大，軌跡不固定，僅僅依靠5G網絡無法實現急救車醫療信息的連續回傳，需要在沒有5G網絡覆蓋的區域通過4G網絡實現醫療信息的回傳，通過4G 網絡和5G 網絡協同為院前急救車打造一個連續接入、流量本地卸載的高質量專屬醫療專網。

在為院前急救車構建廣域醫療專網時，運營商需要為院前急救車的相關終端號卡分配專用APN/DNN（不同于通用的物聯網APN/DNN），通過邊緣計算技術中的DNN 分流方式實現將急救車醫療信息本地分流至院內醫療系統。

4.1 5G網絡保障方案

4.1.1 急救車5G醫療專網組網

為院前急救車搭建醫療專網，需要在醫院準備一套MEC 設備（包括核心網用戶面功能UPF 和MEP 平臺），MEC 與5G 基站之間通過N3 接口實現終端用戶面數據的接入，與5GC 核心網的SMF 之間通過N4 接口實現信令的交互，與醫院內網之間通過N6接口實現用戶面數據的轉發。急救車的用戶面數據流量在該套MEC 實現本地卸載，在保障急救業務高帶寬和低時延的同時，可以基于MEP 平臺部署醫療類APP，實現急救信息的近端實時處理和分發。

MEP 主要的職責是流量控制（Traffic Rule Con?trol）、DNS 處理（DNS Handling）和服務分發（Service Delivery），在MEP 平臺上可以部署如移動心電、CT 影像、AR 遠程診斷、HIS 等各種醫療類應用系統，而且可以與醫院現有的醫療信息系統進行對接，在不改變現有醫療系統部署架構的情況下，實現5G醫療終端的近端接入。

院前急救車的5G醫療專網拓撲圖如圖1所示。

圖1 急救車5G醫療專網拓撲圖

4.1.2 急救車5G醫療專網業務流程

急救車醫療專網業務流程如圖2所示。普通公眾用戶終端的業務流量按照圖2中的a路由進行，公眾用戶無論在院區內，還是院區外發起業務，都使用大網分配的通用APN/DNN，SMF 將選擇核心網大網UPF 為用戶提供數據服務，公眾用戶終端不能訪問醫院邊緣云和內網，從而保障醫院邊緣云和內網的安全性。

院前急救車的5G專網業務流量按照圖2中的b路由進行，急救終端的信令送至5G 核心網后，5GC 的SMF根據5G 終端簽約的專用APN/DNN 選擇醫院邊緣UPF，從而完成急救終端PDU 會話的建立。醫院MEC通過IP 地址和端口號或DNS 解析等方式進行業務分流，經N6 接口以局域網方式送至MEP 平臺或醫院內網部署的醫療應用系統，實現急救醫療信息的本地分流和近端實時處理。

4.2 4G/5G網絡協同保障方案

院前急救車的活動范圍一般都比較大，在5G建網初期較難保證其5G接入的連續性，而急救信息傳輸的連續性對于保障病患的生命健康有重要意義，因此為了實現急救車安全高效的醫療通信，本文提出4G/5G網絡協同保障方案。

鑒于運營商的4G 網絡部署時間長、覆蓋范圍廣，在5G 網絡沒有覆蓋或弱覆蓋區域，可以將4G 網絡作為5G 網絡的有效補充。在5G 覆蓋良好的區域，急救終端優先通過5G 網絡接入，否則通過4G 網絡進行接入。

在5G 建設初期，5G SA 核心網和4G 核心網是2個不同的網絡，急救終端從5G 向4G 切換或從4G 向5G切換時，正在進行的業務會中斷，無法實現平滑切換，而且急救終端通過4G接入時，急救醫療信息無法實現在醫院的本地分流。

為了保障急救車急救信息回傳的連續性和穩定性，5G 網絡需要優化調整，5G 核心網需要進行功能升級，具體工作如下。

圖2 急救車5G醫療專網業務流程示意圖

a）AMF升級支持AMF/MME。

b）SMF升級支持SMF/SGW-C/PGW-C。

c）UPF（MEC 的轉發網元）升級支持UPF/SGW-U/PGW-U。

以上升級工作完成后，SMF/SGW-C/PGW-C 會在急救設備切換至4G 網絡時，根據急救專用APN/DNN將當前業務分配至醫院邊緣UPF/SGW-U/PGW-U 承載，因此急救業務的傳輸路由和通過5G接入時的路由保持一致，提升了急救終端通過4G 接入時的業務感知。4G/5G協同的拓撲圖如圖3所示。

圖3 院前急救4G/5G協同保障方案示意圖

5G 智慧急救整體解決方案除了需要為院前急救車提供5G 醫療專網外，還需要考慮醫療急救設備的5G 接入問題。當車載醫療設備只支持Wi-Fi 或有線通信時，可通過部署在車上的CPE 或DTU，將Wi-Fi或有線信號轉換為4G 或5G 信號，進行數據的回傳。當急救車內的4G/5G 信號強度受車體屏蔽影響而較弱時，可通過加裝外置天線增強車內的信號強度。

5 結束語

院前急救車的4G/5G 協同網絡保障方案解決了5G 建設初期5G 信號覆蓋不足、數據無法連續回傳的問題，為急救醫療信息的實時回傳提供了高質量的網絡，也為其他業務場景如應急救援、車聯網、云游戲等提供了可供借鑒的技術方案。

隨著5G、人工智能、大數據、邊緣計算、醫療應用、智能穿戴等產業的發展，智慧醫療離人們的生活越來越近，它正在改變著傳統的醫療行業，為醫療行業注入新的發展動力，為人民的美好健康生活保駕護航。