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​基于IPv6+5G技术的医院物流机器人运输平台的探索——瑞金医院IPv6规模部署和应用案例

2022年06月09日 14:00 来源: 中国网信网

一、项目背景

上海交通大学医学院附属瑞金医院(以下简称“瑞金医院”)是一所综合性三甲医院,近年来致力于打造成为一家智慧医院,为实现此目标,需要逐步将信息化建设深入到医院运行的方方面面。智慧院内运送项目建设需要对医疗物资运送业务进行科学、合理的有效监管,从而保证运送业务安全、高效、有序开展。瑞金医院计算机中心在院内IPv6+5G医疗专网的基础上,与医疗物流机器人技术结合,将原先线下人工派单转为线上自动给物流机器人下单,探索出了一套医疗物资运送服务全流程管理模式。

二、做法与经验

2020年6月,瑞金医院开始试用物流机器人运送医疗物资,基于机器人载重量大、平稳性强、时间稳定性高等特点,并结合医院运送需求,暂时配备2台运送机器人负责九舍病区药品运送。

整个机器人运送流程如下:

(1)静配中心人员对病区输液药品进行单独装箱后,通过系统呼叫机器人。

(2)通过工号牌打开机器人箱门进行存放,将箱码扫描入机器人,完毕后点击机器人上的触摸屏,点击“装车完成”。

(3)机器人开始进行运送,通过坐电梯、自动开门来到指定病区。

(4)病区护士通过工号牌打开机器人箱门,取出药箱并通过PDA进行扫描签收。收货完毕后机器人自动去下一个指定病区,任务全部完成后至静配中心等候。

(5)当机器人电量不足或者下班后,机器人会自动去指定地点充电存放。

图1.物流机器人工作流程图

由于医院物流机器人常常需要进行跨区域、跨楼层运输,因此它和调度后台服务器之间的通信高度依赖于网络。WiFi漫游性能较差,而5G相对好很多,再加上5G时延已达到毫秒级别,配合IPv6网络处理效率高的特点,机器人和后台服务器之间能减少因网络漫游和切换带来的通信延迟,实现实时、高速通信。

图2.IPv6+5G医疗专网

根据新应用直接IPv6部署、已建成应用则先保留IPv4后按需逐步升级改造的原则,在保障网络安全可靠的前提下,瑞金医院有序推进IPv6网络改造工作。相关应用将直接部署到医院自建的私有云上,私有云的访问边界已部署支持IPv6和IPv4双栈访问的网络转换设备。

在项目具体实施过程中,瑞金医院首先对物流机器人运送路线需途经的网络接入环境进行了IPv6+5G改造,物流机器人及各类相关终端全部使用IPv6地址和5G接入。服务器端部署在医院的私有云上,优先使用IPv4地址,私有云端网络边界防火墙上启用NAT64技术,通过IPv6/IPv4地址转换技术,实现IPv6终端到IPv4源站的访问。

相关技术实现方案如下:

图3.地址转换实现方案

1.IPv6单栈用户发起远端服务的AAAA DNS请求。

2.DNS64收到请求报文后,先解析AAAA请求,如果解析不到IPv6地址,再发起A请求,通过解析发现此服务地址为IPv4地址,根据配置的Prefix64::/n(64:ff9b::/96),合成NAT64地址(64:ff9b::0101:0101),然后发给用户,完成地址解析。

3.用户收到DNS64的回复报文后,把解析的地址作为目的地址发往远端服务器。

4.NAT64设备收到用户发出的IPv6报文后,使用地址转换算法提取出IPv6报文中的IPv4地址,以此IPv4地址作为IPv4报文的目的地址。然后根据NAT64策略配置的映射关系,以NAT地址池中的地址为IPv4报文的源地址,将IPv6报文转换为IPv4报文,发送给IPv4网络中的服务器。并生成有地址对应关系的会话表。

5.服务器收到报文后,回复响应报文。

6.NAT64收到IPv4网络中服务器的响应报文后,根据会话表将IPv4报文转换为IPv6报文,然后发送至IPv6用户。

三、成效与亮点

IPv6+5G医疗物流机器人运送系统项目从2020年6月开始建设,后逐步推广到各病区使用。截至2021年6月,物流机器人已经服务临床病区6个,减少运送岗位人员数1名,总计发车数2384次,运输距离436800米,载物总重量46785千克,累计完成14060运单。单一机器人每次运载3个病区站点货物,平均到达第一站点时间为2分钟,平均到达第二站点(与第一站点同楼层)时间为5分钟,平均到达第二站点(与第一站点非同楼层)时间为10分钟,平均到达第三站点时间为14分钟。在2384次发车过程中,存在11次的异常次数(系统故障或人为拦停),异常率为0.4614%。

从整个物流机器人运行成效来看,机器人运送比人为运送规范性更强,运送效率更高,在运送过程中对医疗物资的保障性更高。

四、总结与展望

瑞金医院通过建设IPv6+5G医疗物流机器人运送系统,探索智慧医院建设经验,将智能化融入到医院运行当中,不仅规范了操作流程,也使得工作效率明显提高,病区服务质量也得到提升。

未来,随着智慧医院建设的逐步深入,小到患者佩戴的识别腕带,大到病床、地板等医疗设备和物联网设备,都将完成智慧化升级并接入网络。从技术和基础环境上来看,IPv6+5G医疗专网全面支持海量设备以公网地址接入,故其规模化推广部署具有可行性,为瑞金医院智慧医院建设奠定了基石。

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