《電子技術應用》
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面向VR探視業務的5G SA醫療專網方案研究
2020年電子技術應用第6期
黃山松1,2,翟運開1,2,3
1.互聯網醫療系統與應用國家工程實驗室,河南 鄭州450052;2.鄭州大學第一附屬醫院,河南 鄭州 450052; 3.鄭州大學 管理工程學院,河南 鄭州450052
摘要: 5G技術的開發有助于醫療行業在遠程應用中加速發展,遠程會診、遠程診斷、遠程急救、遠程手術等業務也隨之逐漸趨于成熟。視頻業務作為5G三大應用場景的主要業務之一,通過高分辨率、高幀率視頻的快速傳輸,為開發醫療技術、優化診斷結果、提高醫療效率提供了基礎。其中,虛擬現實(VR)是5G視頻業務的重要領域,可有效地與醫療結合,實現院內院外VR直播和VR探視等功能。但是VR對承載網要求較高,傳統4G網絡構架帶寬和時延均無法達到醫療領域中VR數據傳輸要求。以VR探視為例,提出基于5G SA智慧醫療專網的承載網方案,運用Flex-E彈性切片技術將醫療資源與公共資源隔離,確保VR數據的高效傳輸,同時加入邊緣計算和基于云的VR技術增強VR場景的切片方案,為VR應用在醫療業務數據傳輸中提供快速穩定的網絡方案。
中圖分類號: TN915.43
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200168
中文引用格式: 黃山松,翟運開. 面向VR探視業務的5G SA醫療專網方案研究[J].電子技術應用,2020,46(6):16-20.
英文引用格式: Huang Shansong,Zhai Yunkai. A network solution of 5G SA medical private network for VR visit[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(6):16-20.
A network solution of 5G SA medical private network for VR visit
Huang Shansong1,2,Zhai Yunkai1,2,3
1.National Engineering Laboratory for Internet Medical Systems and Applications,Zhengzhou 450052,China; 2.The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China; 3.School of Management Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China
Abstract: The advance of 5G technology can help to accelerate the development of remote applications in medical industry. Some telemedicine technologies are gradually improved, such as teleconsultation, remote diagnosis, remote ambulance, remote surgery and so on. As one of the main scenarios of 5G applications, 5G video services are required to achieve rapid transmission of high-resolution and high-frame-rate videos, as a result to optimize diagnostic results and improve medical efficiency. Virtual reality(VR) is a significant part of 5G video services, which is able to work with medical treatment to achieve functions like VR live broadcast in hospital, VR visit and so on. However, VR requires high capability of network, and the bandwidth and delay achieved by traditional 4G network cannot meet its requirements in medical application. This paper takes examples of VR visit and proposes a network solution to 5G medical applications based on SA smart medical private networks. Through Flex-E network slicing, edge computing and cloud application of VR, the medical resources are isolated from public resources to ensure the efficiency of VR data transmission, and a slicing scheme specific for VR scenarios is developed, which provides a fast and stable network solution for data transmission of VR applications in medical industry.
Key words : smart medical;telemedicine;VR visit;5G slice network;VR live broadcast

0 引言

    智慧醫療作為5G技術發展的重要應用之一,對網絡的能力有精準嚴格的要求。首先,超低延遲是智慧醫療網絡所需的基本特性之一,可靠的超低延遲網絡在優化處理大量的數據包時,僅有毫秒級的延遲[1]。5G網絡可以將端到端的時延縮小到1 ms,為時延更加嚴格和精準的新型遠程手術以及實時監測技術等提供了基礎。其次,高帶寬意味著大量的數據可在給定時間內完成高質量的傳輸,一些超高清實時的圖片傳輸是帶寬有限的傳統3G、4G網絡無法實現的,需要5G承載網提供方案[2]。

    5G醫療應用分為4個主要方向,包括醫院管理、采集檢測、遠程操控和診斷指導,并可進一步細分為遠程急救、遠程手術、遠程示范教學、無線護理、引導機器人等近20個場景[3]。其中,大部分應用都對圖像傳輸要求嚴格,任何低質量的視頻和圖片都有可能導致醫生模糊分辨而做出對病人不可逆的錯誤決定。例如,AI和觸覺反饋的遠程超聲需要30 Mb/s傳輸速率和不大于10 ms的時延,遠程就診的實時視頻傳輸需要1080P清晰度、30 FPS的幀率和10 ms以內的傳輸時延。除了現有4G網絡本身的傳輸限制,當今很少有醫院擁有獨立的專網,絕大部分醫院進行遠程會診所使用的公共網絡也會造成低質量的視頻傳輸,從而增加了醫生誤診的風險。除此之外,如在遠程手術中,為了保證傳輸過程中醫生的手部動作和力量反饋精準同步,承載網絡需要全范圍的網絡覆蓋、不中斷的通信穩定性和超低時延的通信質量,現有醫用網絡難以保障。

    本文針對醫療行業的虛擬現實(VR)應用,提出了基于5G的網絡解決方案。VR在廣義上包含增強現實(AR)和混合現實(MR),屬于5G視頻類業務。VR作為5G視頻技術的一大領域,可有效地與醫療結合,實現VR直播、VR探視等功能,但VR應用需要高質量的視頻傳輸來保證VR終端畫面呈現的精準度和用戶觀感及體驗效果。本文介紹了醫療場景中VR應用的技術要求,提出了基于5G SA智慧醫療專網的VR切片方案,運用Flex-E切片技術和MEC邊緣計算來實現VR視訊流量與其他業務的傳輸隔離以及VR計算任務到云端的轉移,由此確保高帶寬、低時延的傳輸質量和清晰精準的VR渲染。




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作者信息:

黃山松1,2,翟運開1,2,3

(1.互聯網醫療系統與應用國家工程實驗室,河南 鄭州450052;2.鄭州大學第一附屬醫院,河南 鄭州 450052;

3.鄭州大學 管理工程學院,河南 鄭州450052)

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