陳大鵬，吳劍威，肖揚(yáng)，陳垚文，鄭溪水

聯(lián)勤保障部隊(duì)第900醫(yī)院 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與管理科，福建 福州 350025

引言

我院是福建省醫(yī)療行業(yè)體系的重要組成部門，同時(shí)，醫(yī)院野戰(zhàn)醫(yī)療救援隊(duì)是參與自然災(zāi)害、事故災(zāi)害和公共衛(wèi)生等應(yīng)急事件醫(yī)療救援的重要力量之一。隨著國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，關(guān)愛救護(hù)生命被提到了新的高度，對(duì)醫(yī)療救援的快速反應(yīng)、準(zhǔn)確判斷、協(xié)同作戰(zhàn)能力也提出了更高的要求[1-5]。為保證醫(yī)療救援任務(wù)的快速實(shí)施，使各醫(yī)療分隊(duì)的設(shè)備在共同醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場醫(yī)療數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速交互，需要在救援現(xiàn)場臨時(shí)搭建數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)[6-7]。當(dāng)前主要采用有線方式進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，其主要存在以下問題：① 現(xiàn)場臨時(shí)搭建，受地理環(huán)境影響耗費(fèi)人力多、時(shí)間長，耽誤應(yīng)急救援黃金時(shí)間；② 采用網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離受限（最大傳輸距離100 m）；③ 接頭易受環(huán)境影響產(chǎn)生松動(dòng)、損壞，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能不穩(wěn)定[8-11]。因此，急需探索一種基于高速穩(wěn)定的專網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式，具備覆蓋距離遠(yuǎn)、安裝簡易且不易受環(huán)境影響等特點(diǎn)，以滿足應(yīng)急救援過程中的通信需求。

1 部署方案

近年來，隨著公網(wǎng)4G 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加上LTE 技術(shù)本身已經(jīng)成熟，如何將LTE 這一穩(wěn)定的寬帶無線技術(shù)應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域（包含應(yīng)急醫(yī)療救護(hù)），國內(nèi)外一直在積極探索和研究[12-14]。本方案基于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)TD-LTE 的技術(shù)平臺(tái)，采用OFDM、MIMO 等多種TD-LTE先進(jìn)技術(shù)以及定制的專業(yè)寬帶集群技術(shù)，具有專業(yè)集群通信、高可靠性和高實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)視頻傳輸能力。方案提供專業(yè)的集群指揮功能，通過專業(yè)的分組方案及語音集群功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域、不同時(shí)間、不同權(quán)限工作人員的分組管理，是整個(gè)醫(yī)療救援期間調(diào)度指揮的重要通信手段，將被應(yīng)用于醫(yī)療救護(hù)的各個(gè)工作環(huán)節(jié)。方案通過對(duì)4G 無線寬帶專網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行整合配裝，達(dá)到快速展開、迅捷組網(wǎng)的目標(biāo)，對(duì)提高醫(yī)院的指揮通信效率、加強(qiáng)部門間協(xié)作、處理各種緊急突發(fā)事件起到至關(guān)重要的作用。

1.1 組網(wǎng)方案

4G 無線寬帶專網(wǎng)可用于承載話音集群調(diào)度、視頻監(jiān)控及視頻回傳以及用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互、協(xié)同作業(yè)的寬帶無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N業(yè)務(wù)[15-16]。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，本方案采用4G 無線寬帶專網(wǎng)快速部署系統(tǒng)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與聯(lián)勤保障部隊(duì)第900 醫(yī)院現(xiàn)有醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)器對(duì)接，滿足醫(yī)療數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)訴求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)語音集群、視頻回傳等業(yè)務(wù)功能。具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。各醫(yī)療組通過4G 無線寬帶專網(wǎng)快速部署系統(tǒng)所建立的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行醫(yī)療數(shù)據(jù)的交互，并接入醫(yī)院醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)器，確保了數(shù)據(jù)的一致性和完整性。管理員通過調(diào)度臺(tái)對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)度處理。

圖1 4G無線寬帶專網(wǎng)邏輯組網(wǎng)架構(gòu)

聯(lián)勤保障部隊(duì)第900 醫(yī)院4G 無線寬帶專網(wǎng)快速部署系統(tǒng)組網(wǎng)方案的總體架構(gòu)由終端設(shè)備層、無線接入層、核心層、業(yè)務(wù)層組成（圖2）。

圖2 4G無線寬帶專網(wǎng)組網(wǎng)方案拓?fù)鋱D

終端設(shè)備層：4G 無線寬帶專網(wǎng)終端包括手持終端和寬帶數(shù)據(jù)終端，兩種終端都通過4G 信號(hào)接入傳輸專網(wǎng)。其中，寬帶數(shù)據(jù)終端為現(xiàn)有醫(yī)療終端提供Wi-Fi 信號(hào)接入，手持終端提供集語音、視頻、GIS 等多種業(yè)務(wù)合一的集群調(diào)度業(yè)務(wù)。

無線接入層：包含4G 專網(wǎng)基站的基帶BBU 和射頻RRU 設(shè)備，主要完成無線接入功能，包括管理空中接口、接入控制、移動(dòng)性控制、用戶資源分配等無線資源管理功能，4G 無線接入層可提供大容量的無線傳輸通道。

核心層：包括核心網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理單元和多媒體調(diào)度平臺(tái)等。其中核心網(wǎng)負(fù)責(zé)用戶開戶管理、終端移動(dòng)性管理、鑒權(quán)、漫游控制、分組數(shù)據(jù)的交換和路由；網(wǎng)絡(luò)管理單元是專網(wǎng)全部設(shè)備的集成統(tǒng)一綜合管理平臺(tái)，包括拓?fù)涔芾?、配置管理、性能管理、故障管理、軟件管理、安全管理、系統(tǒng)管理、終端管理、日志管理、設(shè)備巡檢等全面的設(shè)備管理功能；多媒體調(diào)度平臺(tái)是4G 寬帶專網(wǎng)的指揮調(diào)度核心，提供語音、對(duì)講、視頻、數(shù)據(jù)、GIS 等多種調(diào)度方式。

業(yè)務(wù)層：主要為現(xiàn)有醫(yī)療業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)器與4G 無線寬帶專網(wǎng)快速部署系統(tǒng)在系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行路由端口對(duì)接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有醫(yī)療終端以無線Wi-Fi 信號(hào)接入的形式與系統(tǒng)側(cè)的醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行雙向的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。

1.2 4G無線寬帶專網(wǎng)快速部署設(shè)備

針對(duì)應(yīng)急場景，方案采用一套快速部署設(shè)備集成了TD-LTE 核心網(wǎng)、基站、調(diào)度系統(tǒng)等功能，具有一體化、小型化的特點(diǎn)，適用于需要快速部署、覆蓋面積不廣的應(yīng)急通信場景。在搶險(xiǎn)救助時(shí)，利用車輛等運(yùn)輸工具，將通信系統(tǒng)運(yùn)抵現(xiàn)場，進(jìn)行快速部署，給災(zāi)后的救援工作提供支持。在設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場后，可以在非常短的時(shí)間內(nèi)快速部署一套4G 無線寬帶專網(wǎng)快速部署通信系統(tǒng)，為現(xiàn)場的工作人員提供語音、調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、視頻監(jiān)控等通信業(yè)務(wù)。快速部署設(shè)備主要由主機(jī)箱、射頻箱、電源箱、天饋箱（含天線支架和高增益天線）等部件構(gòu)成（圖3）。

圖3 無線寬帶專網(wǎng)快速部署系統(tǒng)構(gòu)成

主機(jī)箱主要包含一體化基站eSCN231、工控機(jī)、小交換機(jī)、電源模塊。其中，一體化設(shè)備eSCN231 是基于HERT 平臺(tái)開發(fā)的寬帶多媒體企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)的集成化設(shè)備，集成了TD-LTE 核心網(wǎng)與基站基帶單元BBU 功能的綜合設(shè)備；工控機(jī)用于部署綜合網(wǎng)管系統(tǒng)和多媒體調(diào)度系統(tǒng)，多媒體調(diào)度系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、短信息和視頻等調(diào)度業(yè)務(wù)的系統(tǒng)，綜合網(wǎng)管系統(tǒng)是管理專網(wǎng)網(wǎng)元、終端和運(yùn)營的綜合管理平臺(tái)。

射頻箱是分布式基站的射頻模塊部分，主要功能包括：接收或發(fā)送基帶數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與基帶部分的通信；完成基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)處理和功率放大；提供射頻通道接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的復(fù)用和濾波。

電源箱作為在無市電接入場景下的備電，為各網(wǎng)元提供電源輸入。

天饋箱主要包含天線支架和高增益天線，其中天線支架高度根據(jù)實(shí)際需要可以選用2.5 m 和8 m 兩種，用于架高天線，增強(qiáng)覆蓋范圍。高增益天線可分為動(dòng)中通天線和靜中通天線，在動(dòng)中通場景下可選用鞭狀天線，在靜中通場景下可選用玻璃鋼天線。

2 應(yīng)用測試

本方案對(duì)4G 設(shè)備進(jìn)行了整合配裝，便于實(shí)際應(yīng)用。為了較好的驗(yàn)證方案的可用性，我們?cè)趹敉膺M(jìn)行了部署展開試驗(yàn)，在實(shí)際情況下對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度和帶寬穩(wěn)定性進(jìn)行了測試（圖4）。

圖4 系統(tǒng)測試現(xiàn)場圖

2.1 快速部署系統(tǒng)覆蓋測試

本次驗(yàn)證測試主要采用靜中通（2.5 m 支架+玻璃鋼天線），分別采用400 MHz 和1.8 GHz 頻段按照城區(qū)、鄉(xiāng)村、視距場景進(jìn)行測試，從測試結(jié)果看滿足野外訓(xùn)練醫(yī)療保障場景的需求，具體測試數(shù)據(jù)如表1。

表1 eLTE快速部署系統(tǒng)覆蓋測試（km）

2.2 速率帶寬測試

野外訓(xùn)練醫(yī)療保障場景主要是上行業(yè)務(wù)，因此本次驗(yàn)證測試主要測試基于快速部署系統(tǒng)單個(gè)終端的最大上傳速率進(jìn)行驗(yàn)證。從驗(yàn)證結(jié)果看，上行速率能夠達(dá)到24 Mbps，能夠滿足醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸要求（圖5、圖6）。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

本方案需要具備如下特點(diǎn)。

（1）快速部署。采用箱式設(shè)計(jì)，支持快速和便捷系統(tǒng)部署，5～15 min 將整套系統(tǒng)搭建部署完成，具體箱體尺寸和重量指標(biāo)如表2。

圖5 測試機(jī)發(fā)送端測試圖

圖6 測試機(jī)接收端測試圖

表2 快速部署系統(tǒng)的箱體尺寸和重量

（2）高移動(dòng)性。支持多種運(yùn)輸方式，包括放置在車上的車載運(yùn)輸、堅(jiān)硬路面的滑輪運(yùn)輸、道路泥濘甚至毀壞時(shí)的人力背負(fù)運(yùn)輸。采用滾輪和背負(fù)式設(shè)計(jì)，便于攜帶，支持多箱單人腳輪拖動(dòng)，單箱單人背負(fù)或腳輪拖動(dòng)。采用單箱設(shè)計(jì)，重量合理，重心設(shè)置滿足穩(wěn)定要求，多箱疊加不會(huì)造成設(shè)備損壞，搬動(dòng)把手穩(wěn)固，便于搬動(dòng)，方便運(yùn)輸。然而，由于單箱體尺寸和重量比較大，人工背負(fù)不是很方便，仍需繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。

（3）無需車改的車載通信系統(tǒng)。4G 無線寬帶專網(wǎng)快速部署系統(tǒng)支持車載部署，而且在車上部署時(shí)，無需對(duì)車輛進(jìn)行改裝。

（4）高集成性。采用箱式結(jié)構(gòu)和高集成的小型化設(shè)計(jì)，將基站、核心網(wǎng)、調(diào)度機(jī)、射頻設(shè)備、天饋設(shè)備、電源設(shè)備和車載附件進(jìn)行模塊化組合，能夠滿足大容量用戶的語音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸需求，更加適應(yīng)搶險(xiǎn)、應(yīng)急等快速部署場景，具體支持的規(guī)格指標(biāo)如表3。

表3 快速部署系統(tǒng)支持的集成性規(guī)格

（5） 高適應(yīng)性。電源箱對(duì)于400 M 系統(tǒng)，滿足備電4 h，提供野外部署（無市電環(huán)境）業(yè)務(wù)能力；在短時(shí)間、小雨和大風(fēng)情況下，主機(jī)箱和電源箱無需遮蔽可以正常工作；射頻箱和天饋箱工作溫度為，工作濕度為5% RH～95% RH，防護(hù)等級(jí)IP54，在雨中可長時(shí)間工作。

（6） 多種回傳方式。支持多種回傳方式，如衛(wèi)星、有線（光纖和網(wǎng)線），實(shí)現(xiàn)前后方互聯(lián)互通。

（7）強(qiáng)覆蓋能力。單個(gè)設(shè)備支持的覆蓋半徑：城區(qū)為1.55 km，鄉(xiāng)村為3.8 km，視距場景可以達(dá)到5.7 km。同時(shí)，由于無線信號(hào)傳輸受高樓、樹木以及天氣等環(huán)境狀況的影響，實(shí)際的覆蓋半徑會(huì)有所偏差。

4 結(jié)論

本方案相比于現(xiàn)有的方案能夠?qū)崿F(xiàn)快速搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、覆蓋更大面積、縮小天氣和地理?xiàng)l件影響，有效提高應(yīng)急救援效率，將在以后的自然災(zāi)害醫(yī)療救援、城市應(yīng)急醫(yī)療救援以及重大演習(xí)醫(yī)療救護(hù)保障中推廣使用。同時(shí)該方案還能作為救援現(xiàn)場指揮調(diào)度使用，只有基于集群語音、視頻及地理位置信息對(duì)現(xiàn)場救援人員進(jìn)行的指揮調(diào)度才可能提高現(xiàn)場機(jī)會(huì)決策效率。