隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，高校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在國家“十四五”規(guī)劃期間出現(xiàn)集中升級(jí)迭代趨勢，特別是5G、IPv6和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)正日益成為推動(dòng)高等教育現(xiàn)代化的重要力量，為高校升級(jí)教育教學(xué)、科學(xué)研究以及園區(qū)管理等多元場景提供可能。在此背景下，探索醫(yī)學(xué)教育背景下高校如何進(jìn)行5G物聯(lián)網(wǎng)IPv6部署，不僅對(duì)提升高校教育質(zhì)量具有重要意義，同時(shí)也是推動(dòng)高校數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展的關(guān)鍵一步。
醫(yī)學(xué)教育背景下高校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀
醫(yī)學(xué)教育場景復(fù)雜帶來的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挑戰(zhàn)
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育教學(xué)場景十分豐富，越來越多的教學(xué)引入數(shù)字教學(xué)工具和數(shù)字教學(xué)資源，線上線下高度結(jié)合的教學(xué)方式廣泛應(yīng)用，如滿足異地或多地的遠(yuǎn)程教學(xué)、基于AR/VR手術(shù)示范、臨床手術(shù)觀摩、檢驗(yàn)檢測等，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)條件無法滿足大帶寬、低時(shí)延、高穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)性能要求。同時(shí)醫(yī)學(xué)教育教學(xué)涉及臨床醫(yī)療數(shù)據(jù)、病人數(shù)據(jù)隱私、電子病歷等大量敏感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全管理十分必要，對(duì)基于端到端的傳輸鏈路、接入層終端安全要求日益迫切。網(wǎng)絡(luò)資源條件差異帶來的資源配置挑戰(zhàn)中南大學(xué)分布多個(gè)校區(qū)和多家附屬醫(yī)院，醫(yī)院和校區(qū)之間網(wǎng)絡(luò)資源分散、傳輸距離遠(yuǎn)，需要通過城域主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多校區(qū)和醫(yī)院之間互聯(lián)互通，網(wǎng)絡(luò)性能差異明顯，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不高。不同醫(yī)學(xué)科室、醫(yī)學(xué)校區(qū)以及醫(yī)院之間受辦學(xué)時(shí)間、辦學(xué)投入、信息技術(shù)水平等多種因素影響，網(wǎng)絡(luò)資源分配不均，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施配置差異較大。同時(shí)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和信息系統(tǒng)需要大量資金持續(xù)投入，更新與維護(hù)成本較高，各單位維護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源配置處于較高水平的難度較大。
教學(xué)與臨床深度融合帶來的管理挑戰(zhàn)
醫(yī)學(xué)教學(xué)、科研、醫(yī)務(wù)管理等深度融合，教學(xué)場景與醫(yī)療臨床管理邊界日益模糊。教師不僅承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時(shí)還承擔(dān)大量的醫(yī)務(wù)工作甚至是醫(yī)院院務(wù)管理工作；醫(yī)學(xué)生不僅在課堂進(jìn)行學(xué)業(yè)學(xué)習(xí)，同時(shí)也在醫(yī)院科室進(jìn)行臨床跟訓(xùn)或?qū)嵙?xí)。醫(yī)學(xué)校區(qū)包含教室、實(shí)驗(yàn)室，還有各種醫(yī)學(xué)研究的標(biāo)本室、檢測室等，教學(xué)辦公區(qū)與醫(yī)院園區(qū)業(yè)務(wù)交叉場景融合。醫(yī)學(xué)校區(qū)普遍缺少既懂醫(yī)學(xué)又懂信息的綜合型人才，在設(shè)備資產(chǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維、醫(yī)療業(yè)務(wù)場景構(gòu)建等方面，信息技術(shù)賦能智慧醫(yī)療、智慧教育難以充分發(fā)揮作用。
中南大學(xué)5G物聯(lián)網(wǎng)IPv6部署方案實(shí)踐
中南大學(xué)共有六個(gè)校區(qū)，擁有3所大型甲等綜合性附屬醫(yī)院和6所非直屬附屬醫(yī)院，本方案依托中南大學(xué)優(yōu)質(zhì)教育醫(yī)療資源以及完備的科研能力，通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施“一張網(wǎng)工程”，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量有線無線一體化建設(shè)；推進(jìn)5G信號(hào)全覆蓋，構(gòu)建5G+F5G智慧校園基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系，有力支撐IPv6規(guī)模部署。結(jié)合中南大學(xué)在教學(xué)、科研以及臨床的具體業(yè)務(wù)需求，搭建“產(chǎn)—教—學(xué)—研—用”的物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一支撐平臺(tái)，研究物聯(lián)網(wǎng)終端接入條件，采用融合雙棧及IVI技術(shù)，優(yōu)先IPv6，全面部署，統(tǒng)一接入，實(shí)現(xiàn)IPv4到IPv6的平滑演進(jìn)。
中南大學(xué)5G物聯(lián)網(wǎng)IPv6部署主要從IPv6+的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)、5G專網(wǎng)建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)一體化平臺(tái)建設(shè)三方面展開。
IPv6+的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)
中南大學(xué)全面開展智慧校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施“一張網(wǎng)工程”，構(gòu)建一張承載有線、無線、物聯(lián)網(wǎng)的綜合網(wǎng)絡(luò)。通過極簡架構(gòu)、極速帶寬、極簡運(yùn)維、極易演進(jìn)四方面改造，完成校園網(wǎng)絡(luò)總體升級(jí)。“一張網(wǎng)”工程分三期解決學(xué)生宿舍區(qū)、教學(xué)辦公區(qū)及圖書館等公共場景的有線無線一體化網(wǎng)絡(luò)改造問題，實(shí)現(xiàn)校區(qū)間高速網(wǎng)絡(luò)的可靠互聯(lián)。Wi-Fi6接入帶來大帶寬和高并發(fā)處理能力，極速性能帶來穩(wěn)定的用戶體驗(yàn)。多網(wǎng)合一，搭建統(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)信息實(shí)時(shí)可視、故障精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)智能化運(yùn)營運(yùn)維。
通過部署OTN光傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)校區(qū)互聯(lián)，形成50ms快速切換保護(hù)的環(huán)網(wǎng)，應(yīng)用DWDM技術(shù)的OTN僅需兩對(duì)光纖，支撐專線快速部署。多校區(qū)波分環(huán)網(wǎng)（圖1），通過波分復(fù)用，實(shí)現(xiàn)最大單纖4T業(yè)務(wù)容量，校區(qū)間互聯(lián)帶寬自主掌控，無需依賴運(yùn)營商租用模式。光傳送系統(tǒng)支持單纖48T系統(tǒng)平滑升級(jí)。
圖1 多校區(qū)波分環(huán)網(wǎng)
全網(wǎng)基于SDN技術(shù)架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)的“硬件資源池化”解決傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展難、調(diào)整難、運(yùn)維難等問題。整體架構(gòu)在性能、容量、高可靠及技術(shù)運(yùn)用方面滿足未來5到10年的整體發(fā)展需求。
5G專網(wǎng)建設(shè)
中南大學(xué)與三家運(yùn)營商簽訂戰(zhàn)略框架協(xié)議，雙方就5G智慧校園建設(shè)、應(yīng)用平臺(tái)支撐、教學(xué)科研以及人才培養(yǎng)達(dá)成合作共識(shí)，聯(lián)合共建IPv6+5G應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，校企聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、項(xiàng)目孵化，深化產(chǎn)教融合，把人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求結(jié)合在一起，形成多方參與、協(xié)同育人的格局，全面提升5G網(wǎng)絡(luò)支撐能力。
運(yùn)營商推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，優(yōu)化5G宏站數(shù)量，在全校220棟樓宇全面部署5G室內(nèi)分布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)全域覆蓋。建設(shè)5G教育專網(wǎng)，通過UPF下沉、數(shù)據(jù)專線傳輸，用戶身份二次鑒權(quán)，打通統(tǒng)一身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)校園Wi-Fi無線網(wǎng)與運(yùn)營商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)深度融合。5G專網(wǎng)全面支持IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸，可滿足6.5萬師生用戶和約20萬終端接入能力。
物聯(lián)網(wǎng)一體化平臺(tái)建設(shè)
搭建物聯(lián)網(wǎng)一體化平臺(tái)，滿足校園物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用統(tǒng)一支撐能力。基于學(xué)校超融合云環(huán)境部署物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一支撐平臺(tái)（圖2），支持終端直連、網(wǎng)關(guān)對(duì)接、子平臺(tái)對(duì)接三種接入方式，快速建立物模型。基于輕量級(jí)密碼算法和輕量級(jí)密碼協(xié)議實(shí)現(xiàn)醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)安全管理，傳輸層以IPv6作為通信基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)IPv4到IPv6的平滑演進(jìn)。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)
構(gòu)建5G、Wi-Fi、有線融合的一體化物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)校園管理數(shù)字化、醫(yī)院服務(wù)智能化、運(yùn)營方式低碳化進(jìn)行管理效率、服務(wù)效率、能源效率三項(xiàng)提升，以適應(yīng)多類場景需求。如圖3所示，物聯(lián)網(wǎng)終端采集接入滿足物理層協(xié)議（NB-loT、LoRa、Zigbee）、應(yīng)用層協(xié)議（CoAP、MQTT、Modbus、LWM2M）多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)接入，支持IPv4/IPv6雙棧部署，滿足醫(yī)療多場景需求。
圖3 物聯(lián)網(wǎng)接入方式
在醫(yī)療場景中，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)支持IPv4/IPv6，數(shù)據(jù)通過該融合協(xié)議網(wǎng)關(guān)傳遞至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過IPv6地址訪問，可以采集獲取到網(wǎng)關(guān)傳遞的數(shù)據(jù)，包括事件和消息的上報(bào)等。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)終端建立物模型，對(duì)于上行傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行事件和消息的分類解析和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從終端到平臺(tái)基于IPv6傳輸。
依托5G網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，在校園教學(xué)樓區(qū)、食堂區(qū)、宿舍區(qū)、運(yùn)動(dòng)場區(qū)、圖書館區(qū)等區(qū)域，配置食品機(jī)、咖啡機(jī)、儲(chǔ)物柜、快遞柜、洗衣機(jī)、充電寶、垃圾分類等5G智能設(shè)備，提供一站式服務(wù)，各類終端設(shè)備通過IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)對(duì)接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)IPv6化解析和管理，助力構(gòu)建校園師生服務(wù)5G智慧生態(tài)圈，提升校園生活服務(wù)質(zhì)量。
建設(shè)成效與價(jià)值
全面提升IPv6+的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐能力。中南大學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完成優(yōu)化調(diào)整校區(qū)核心網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)容校區(qū)間OTN城域網(wǎng)；構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)底座，實(shí)現(xiàn)萬兆全光網(wǎng)入室、千兆到桌面，支持物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展，為開展遠(yuǎn)程醫(yī)療教學(xué)、遠(yuǎn)程會(huì)診、醫(yī)教研一體化提供堅(jiān)實(shí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。以10GPON+Wi-Fi6模式構(gòu)建面向校園全場景的高性能、高并發(fā)的無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)Wi-Fi6無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，IPv6全覆蓋。基于SDN控制器實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、PON、無線網(wǎng)等設(shè)備統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的自動(dòng)化上線。有線、無線的上網(wǎng)認(rèn)證策略統(tǒng)一執(zhí)行，確保有線、無線終端的訪問策略一致。
IPv6業(yè)務(wù)應(yīng)用及流量增幅明顯。2024年4月IPv6互聯(lián)網(wǎng)出口速率峰值上下行達(dá)2.53G/6.53G，連接數(shù)峰值達(dá)437.17K。IPv6流量應(yīng)用層協(xié)議以HTTP協(xié)議為主，占總流量的42.11%，IPv6用戶約6.7萬個(gè)。
實(shí)現(xiàn)5G+IPv6教育專網(wǎng)與校園網(wǎng)融合部署。運(yùn)營商在校園全面布局5G有源+無源室分系統(tǒng)，5G信號(hào)全覆蓋，保障校園內(nèi)5G+智慧校園等應(yīng)用穩(wěn)定可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合互補(bǔ)。中南大學(xué)5G站點(diǎn)162個(gè)（單獨(dú)規(guī)劃中南TAC），室外宏站92個(gè)，微站95個(gè)；室分站點(diǎn)874個(gè)，覆蓋宿舍樓、教學(xué)樓和辦公樓等室內(nèi)區(qū)域。在中南大學(xué)機(jī)房內(nèi)新建共享型園區(qū)級(jí)UPF（User Plane Function，用戶面功能），與校園網(wǎng)服務(wù)器直連，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)不出校園，業(yè)務(wù)安全隔離。5G專網(wǎng)用戶測試結(jié)果反映5G專網(wǎng)能按規(guī)劃的IP地址池訪問校園網(wǎng)絡(luò)，支持IPv6訪問。
5G+IPv6+IoT促進(jìn)智慧醫(yī)療發(fā)展。中南大學(xué)加強(qiáng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)校區(qū)及醫(yī)學(xué)教學(xué)場景園區(qū)網(wǎng)絡(luò)IPv6部署100%。通過優(yōu)化“網(wǎng)絡(luò)IPv6、平臺(tái)IPv6、業(yè)務(wù)IPv6”三重IPv6網(wǎng)絡(luò)載體，部署全局性智能物聯(lián)平臺(tái)，提升校園物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用統(tǒng)一支撐能力。結(jié)合多元化物聯(lián)終端，滿足多種醫(yī)療場景需求，不斷完善“安全可靠、智能運(yùn)營、多元體驗(yàn)”的IPv6醫(yī)療物聯(lián)體系，為智慧醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前在智慧健康養(yǎng)老、5G遠(yuǎn)程跨域指導(dǎo)、5G智慧病房、5G院前急診等場景中得到廣泛應(yīng)用。
湘雅醫(yī)院全數(shù)字化全流程5G遠(yuǎn)程重癥監(jiān)護(hù)應(yīng)用、湘雅二醫(yī)院基于5G平臺(tái)重癥監(jiān)護(hù)單元（心臟）遠(yuǎn)程智慧綜合管理系統(tǒng)、湘雅二醫(yī)院基于5G+智慧醫(yī)院多中心管理、湘雅三醫(yī)院基于5G的全人群慢病智慧健康管理平臺(tái)研發(fā)等項(xiàng)目，分別入圍工信部和國家衛(wèi)健委5G+醫(yī)療健康應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目名單，各項(xiàng)目也在5G應(yīng)用征集大賽行業(yè)虛擬專網(wǎng)專題賽中取得優(yōu)異成績。
未來工作展望
中南大學(xué)將進(jìn)一步推進(jìn)部署“實(shí)時(shí)檢測、安全編排、聯(lián)動(dòng)響應(yīng)”的全局性智能物聯(lián)平臺(tái)，提升網(wǎng)絡(luò)管理效率，優(yōu)化資源。持續(xù)完善校園物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)功能，由支持IPv6雙棧切換至IPv6單棧，實(shí)現(xiàn)智能業(yè)務(wù)平臺(tái)的平緩演進(jìn)和實(shí)施。
進(jìn)一步完善“安全可靠、智能運(yùn)營、多元體驗(yàn)”的IPv6醫(yī)療物聯(lián)體系。通過認(rèn)證機(jī)制確保醫(yī)療數(shù)據(jù)在傳輸和儲(chǔ)存過程中的安全性，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的部署，預(yù)測、阻止可能發(fā)生的安全攻擊行為。結(jié)合多元化終端，加大力度研究物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備接入IPv6能力，研究非IP終端如RS485（Modubs）、藍(lán)牙、RFID。通過IPv6物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)接入IPv6網(wǎng)絡(luò)，滿足更多醫(yī)療場景需求，為智慧醫(yī)療打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
此外，輸出“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、行業(yè)適用、適度前瞻”的IPv6物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。擬定《中南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)終端接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，定制終端協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，完善校級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，分享研究成果，發(fā)揮生態(tài)伙伴力量，賦能IPv6下的5G物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。
*試點(diǎn)項(xiàng)目：2022年中央網(wǎng)信辦等12部門聯(lián)合IPv6技術(shù)創(chuàng)新和融合應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目。
來源：《中國教育網(wǎng)絡(luò)》2025年2-3月合刊
作者：張明月、黎胤（中南大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)中心）
責(zé)編：陳榮
