基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)院無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)施

王 磊 郭旭升 王穎晶 齊 明 李江泓 張雅君

(同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院計(jì)算機(jī)中心 上海 200065)

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基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)院無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)施

王 磊 郭旭升 王穎晶 齊 明 李江泓 張雅君

(同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院計(jì)算機(jī)中心 上海 200065)

以同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院為例，介紹基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方法和實(shí)施方案，總結(jié)并分析基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)施效果，通過(guò)新舊標(biāo)準(zhǔn)之間的比較對(duì)醫(yī)院無(wú)線局域網(wǎng)的建設(shè)方案和未來(lái)發(fā)展進(jìn)行探討。

醫(yī)院信息化； 無(wú)線局域網(wǎng)； 移動(dòng)通訊

1 引言

美國(guó)邁克爾·塞勒(Michael Saylor)在《移動(dòng)浪潮：移動(dòng)智能如何改變世界》一書(shū)中指出，移動(dòng)技術(shù)和社交網(wǎng)絡(luò)的合力將在未來(lái)10年內(nèi)提升世界50%國(guó)家的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值,且其影響力將不斷增強(qiáng),最終改變商業(yè)、工業(yè)以及整個(gè)經(jīng)濟(jì)[1]。醫(yī)院在這場(chǎng)浪潮中也將不可避免地受到影響，最終改變醫(yī)療模式，創(chuàng)造新的醫(yī)患互動(dòng)體驗(yàn)。伴隨著臨床信息化的發(fā)展，醫(yī)院正逐步地實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化、無(wú)膠片化和無(wú)線化，隨著無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和普及，其在全球范圍內(nèi)醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。作為醫(yī)院有線局域網(wǎng)的補(bǔ)充，無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks,WLAN)有效克服了有線網(wǎng)絡(luò)的弊端，利用PDA、平板無(wú)線電腦和移動(dòng)手推車隨時(shí)隨地進(jìn)行生命體征數(shù)據(jù)采集、醫(yī)護(hù)數(shù)據(jù)的查詢與錄入、醫(yī)生查房、床邊護(hù)理、呼叫通信、護(hù)理監(jiān)控、藥物配送、病人標(biāo)識(shí)碼識(shí)別以及基于WLAN的語(yǔ)音多媒體應(yīng)用等，充分發(fā)揮醫(yī)療信息系統(tǒng)的效能，突出數(shù)字化醫(yī)院的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[2]。但隨著醫(yī)院面積的不斷擴(kuò)張、移動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展、移動(dòng)終端類型的日新月異和爆發(fā)式增長(zhǎng)，無(wú)線局域網(wǎng)面臨著網(wǎng)絡(luò)擁塞、漫游體驗(yàn)差、覆蓋效果不理想等諸多問(wèn)題，使得醫(yī)院整個(gè)移動(dòng)應(yīng)用項(xiàng)目得不到理想的實(shí)施效果。

2013年6月，WiFi聯(lián)盟正式發(fā)布IEEE 802.11ac無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，為以上問(wèn)題提供了有效的解決方法。本文以同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院為例，介紹該院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方法和實(shí)施方案，總結(jié)和分析基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)施效果，通過(guò)新舊標(biāo)準(zhǔn)的比較，對(duì)醫(yī)院無(wú)線局域網(wǎng)的建設(shè)方案和未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行探討。

2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方法和實(shí)施方案

2.1 建設(shè)方法

2.1.1 確保有線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高性能 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為醫(yī)院局域網(wǎng)的一部分，其主要作用是解決終端接入方式和將有線網(wǎng)絡(luò)的“點(diǎn)”擴(kuò)大到“面”，因此無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)是融為一體的。一旦有線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，即使無(wú)線設(shè)備運(yùn)行正常，仍然會(huì)使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中斷、應(yīng)用軟件處于癱瘓狀態(tài)，給醫(yī)療活動(dòng)帶來(lái)災(zāi)難性影響。同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入前，對(duì)局域網(wǎng)兩臺(tái)核心交換機(jī)進(jìn)行了由千兆到萬(wàn)兆的升級(jí)，實(shí)現(xiàn)雙向熱備，同時(shí)接入層交換機(jī)全部實(shí)現(xiàn)雙鏈路上行和端口支持poe供電，以確保整體網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠。

2.1.2 無(wú)線控制器分割 醫(yī)院使用“瘦AP”架構(gòu),即無(wú)線接入點(diǎn)(Access Point，AP)不能獨(dú)立工作,必須與無(wú)線控制器配合使用，通過(guò)無(wú)線控制器對(duì)所有AP進(jìn)行管理、調(diào)試和控制，這樣大大減少了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施和運(yùn)維人力成本，同時(shí)也能更直觀地對(duì)全院無(wú)線設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行配置和監(jiān)控。通過(guò)整體架構(gòu)實(shí)施統(tǒng)一的準(zhǔn)入控制和基礎(chǔ)服務(wù)，架構(gòu)的核心即為無(wú)線控制器，無(wú)線架構(gòu)由主、備兩套子控制器構(gòu)成，分別位于兩個(gè)不同樓宇的機(jī)房?jī)?nèi)。主、備控制器的配置信息實(shí)時(shí)同步，同時(shí)AP可以在兩套控制器間漂移，當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障后，AP和終端設(shè)備可以自動(dòng)漂移到備平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)零丟包切包。

2.2 實(shí)施方案

802.11ac是一項(xiàng)新興技術(shù)，為確保項(xiàng)目順利實(shí)施，制訂了如下方案：一是精確評(píng)估無(wú)線負(fù)載和覆蓋范圍，明確應(yīng)用場(chǎng)景；二是充分聽(tīng)取調(diào)研各廠商技術(shù)方案，遴選廠商在醫(yī)院搭建實(shí)際測(cè)試環(huán)境，同時(shí)考慮到無(wú)線環(huán)境兼容性差、抗干擾能力弱等特點(diǎn)，將無(wú)線測(cè)試、軟件測(cè)試與終端測(cè)試相結(jié)合；三是優(yōu)先保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠；四是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)減少單點(diǎn)故障隱患和高危險(xiǎn)的安全體系漏洞，必須建立各類故障發(fā)生后的容災(zāi)預(yù)案和準(zhǔn)入、運(yùn)行、審計(jì)全周期安全體系。一期同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院部署557臺(tái)AP，覆蓋所有住院、門急診、手術(shù)和會(huì)議區(qū)域，其中支持802.11ac AP數(shù)量147臺(tái)，占26%，主要部署在護(hù)士站、醫(yī)生辦公室、門急診區(qū)域、手術(shù)區(qū)域和會(huì)議區(qū)域。

3 無(wú)線局域網(wǎng)使用效果評(píng)價(jià)

3.1 數(shù)據(jù)吞吐量明顯增加

802.11ac采用新的信道綁定，每個(gè)通道的工作頻率將由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大約10%的實(shí)際頻率調(diào)制效率提升，最終理論傳輸速度將802.11n最高的600Mbps躍升至1.3Gbps[3]。實(shí)地測(cè)量結(jié)果表明，結(jié)合不同終端網(wǎng)卡性能的差異(支持空間流數(shù)量)，802.11ac的傳輸率接近目前802.11n實(shí)際傳輸率的3倍，見(jiàn)表1,提高了數(shù)據(jù)吞吐量。使得醫(yī)院無(wú)線影像傳輸、調(diào)閱更加及時(shí)，無(wú)線高清或者3D手術(shù)直播和視頻會(huì)議等應(yīng)用沒(méi)有障礙(網(wǎng)絡(luò)采用思科CT5508無(wú)線控制、思科AIR-CAP3602I、思科AIR-CAP3702E AP，測(cè)試工具采用iperf、netpersec 1.1，終端采用三星GALAXY Note 3、三星 GALAXY TabS、Apple MacBook Pro)。

表1 802.11n和802.11ac的物理速率對(duì)比

3.2 適應(yīng)高密度部署，獲得更好的無(wú)線接入體驗(yàn)

以前在門急診區(qū)域和大型會(huì)議室，醫(yī)院很少部署無(wú)線，即使部署也不會(huì)向患者或會(huì)議來(lái)賓免費(fèi)開(kāi)放，而802.11ac標(biāo)準(zhǔn)憑借MU-MIMO技術(shù)(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output),對(duì)多用戶接入能力大幅提升，這就為此種場(chǎng)景的無(wú)線應(yīng)用提供了可能[4]。在醫(yī)院實(shí)地?zé)o線測(cè)試結(jié)果表明，客戶端接入數(shù)在50個(gè)的環(huán)境下，802.11ac的接入性能(189Mbps)是802.11n(34Mbps)的近5倍,見(jiàn)表2(網(wǎng)絡(luò)采用思科CT5508無(wú)線控制、思科AIR-CAP3602I、思科AIR-CAP3702E AP，測(cè)試工具采用inSSID 3.1.2.1、iperf、netpersec 1.1，終端采用配置Intel 6300無(wú)線網(wǎng)卡Dell電腦)。

表2 50個(gè)客戶端接入性能對(duì)比

3.3 降低運(yùn)維成本，延長(zhǎng)移動(dòng)終端使用時(shí)間

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目不僅初期投入巨大，隨即而來(lái)的高昂運(yùn)維成本也是醫(yī)院對(duì)此類項(xiàng)目謹(jǐn)慎實(shí)施的原因之一。而基于最新802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線設(shè)備，可以說(shuō)是無(wú)線技術(shù)的一個(gè)綜合載體，產(chǎn)品本身會(huì)搭載更強(qiáng)的芯片、更優(yōu)的抗干擾算法和更科學(xué)的電池電量控制等先進(jìn)技術(shù)[5]，雖然經(jīng)測(cè)算新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的價(jià)格將提升15%左右，但是更健壯的無(wú)線解決方案，對(duì)于降低運(yùn)維成本和優(yōu)化移動(dòng)服務(wù)體驗(yàn)會(huì)有很大幫助。經(jīng)廠商測(cè)算，802.11ac的產(chǎn)品電源消耗相比802.11n至少可節(jié)省電量1倍，這就使得移動(dòng)終端有了更長(zhǎng)的使用時(shí)間，電池充電次數(shù)減少，從而減輕了人力維護(hù)并延長(zhǎng)了電池的使用壽命，運(yùn)維成本得以下降，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)定位和跟蹤等移動(dòng)服務(wù)的性能也有明顯的改善。

4 討論

4.1 如何選擇802.11ac

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無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是醫(yī)院信息系統(tǒng)的“路”，新標(biāo)準(zhǔn)將其拓寬成“高速路”，但是這并不會(huì)直接帶來(lái)醫(yī)院信息化質(zhì)的飛躍，所以選擇何種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建立醫(yī)院的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還必須考慮其自身的信息化建設(shè)特點(diǎn)和條件。就已建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院來(lái)說(shuō)，沒(méi)有必要馬上改造成新標(biāo)準(zhǔn)，802.11n并非過(guò)時(shí)，從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷史來(lái)看它還將繼續(xù)為人們服務(wù)很多年，除非醫(yī)院增加大量的移動(dòng)醫(yī)療需求。況且有些公司也支持控制器系統(tǒng)軟件升級(jí)來(lái)滿足802.11ac的需要，只需購(gòu)買支持新標(biāo)準(zhǔn)的AP即可。而新建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院，則可考慮成本因素建設(shè)新舊兩種標(biāo)準(zhǔn)的混合模式，或考慮到802.11ac的最終大規(guī)模部署是不可避免的而完全采用新標(biāo)準(zhǔn)模式。

4.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須和有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，有線網(wǎng)絡(luò)提供AP接入能力甚至通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)為AP提供電源，且絕大多數(shù)的服務(wù)器也是建立在有線網(wǎng)內(nèi)的，因此在實(shí)施前要統(tǒng)籌考慮無(wú)線和有線，而此問(wèn)題在802.11ac中尤為突出。因?yàn)樗耐掏铝渴?02.11n的3倍，此時(shí)醫(yī)院的有線網(wǎng)絡(luò)很容易變成網(wǎng)絡(luò)性能的新瓶頸，所以在實(shí)施新一代無(wú)線前期必須把醫(yī)院的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)容，達(dá)到萬(wàn)兆級(jí)。

4.3 覆蓋范圍不會(huì)增加

802.11ac支持5GHz頻段，相比之前的2.4 GHz, 5GHz頻段憑借更廣的頻寬可以提供更多的信道，信號(hào)干擾源也較2.4GHz大為減少，且相比舊協(xié)議802.11ac還增加了信號(hào)收發(fā)天線的數(shù)量。但是這些技術(shù)并不增加單個(gè)AP的覆蓋范圍，整體項(xiàng)目中的AP數(shù)量不會(huì)減少。

4.4 移動(dòng)終端選擇

現(xiàn)有802.11ac產(chǎn)品幾乎都向后兼容802.11系列現(xiàn)有和即將發(fā)布的所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，包括即將發(fā)布的802.11s無(wú)線網(wǎng)狀架構(gòu)以及802.11u等。但是802.11ac也有其局限性，如果網(wǎng)絡(luò)中接入舊終端設(shè)備，其最大速度將受制于舊設(shè)備的最大值，即使是一款支持802.11ac的新設(shè)備，由于網(wǎng)卡芯片性能、兼容性的不同，抗干擾算法的差異，甚至網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的不同也將會(huì)得到不相同的效果。所以醫(yī)院如果升級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)到802.11ac，必須將已購(gòu)舊終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行充分測(cè)試；而如果是新建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，也必須要求終端廠商搭載經(jīng)過(guò)實(shí)地環(huán)境測(cè)試或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商推薦的無(wú)線網(wǎng)卡。

4.5 加強(qiáng)安全體系建設(shè)

建設(shè)802.11ac無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的目的是開(kāi)展更多的移動(dòng)應(yīng)用，方便醫(yī)務(wù)人員和患者，改造診療模式，這也將使得更多的人接入到網(wǎng)絡(luò)中來(lái),而802.11ac標(biāo)準(zhǔn)本身并不能大幅度提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全性。因此需針對(duì)不同對(duì)象、不同應(yīng)用制定針對(duì)性的安全策略，且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是醫(yī)院整體信息化的一部分，其隱蔽性、易破壞性要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)醫(yī)療作為一種較早就出現(xiàn)的概念，第5代無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)和以智能手機(jī)為代表的新一代移動(dòng)終端的興起將給其帶來(lái)第2次生命，為醫(yī)院信息化甚至整個(gè)醫(yī)療體制改革帶來(lái)新的活力[6]。未來(lái)要積極探索基于高質(zhì)量無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、符合《信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》第3級(jí)安全保護(hù)能力的醫(yī)院信息化安全體系建設(shè)，對(duì)無(wú)線流量和信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行精細(xì)化管理[7]，合理高效地利用無(wú)線資源，依托無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為患者提供室內(nèi)定位導(dǎo)航[8]、宣教推送等應(yīng)用，同時(shí)采集醫(yī)務(wù)人員和患者的移動(dòng)數(shù)據(jù)[9]，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析手段優(yōu)化診療流程[10]，以提高醫(yī)院信息化應(yīng)用水平，更便捷地為醫(yī)療活動(dòng)提供支撐。

1 邁克爾·塞勒 . 移動(dòng)浪潮：移動(dòng)智能如何改變世界[M].鄒韜譯. 北京：中信出版社 2013.

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《醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志》編輯部

Implementation of WLAN in Hospitals Based on 802.11 ac Standard

WANGLei,GUOXu-sheng,WANGYing-jing,QIMing,LIJiang-hong,ZHANGYa-jun,

ComputerCenterofTongjiHospitalAffiliatedTongjiUniversity,Shanghai200065,China

In the paper, a case study of Tongji Hospital of Tongji University is conducted and the construction method and the implementation plan for the wireless network based on 802.11 ac standard are introduced. The implementation effect of WLAN based on 802.11 ac standard is summarized and analyzed. By comparing the old and the new standard, the construction plan and the future development of WLAN in hospitals are discussed.

Hospital Informatization; Wireless Local Area Networks(WLAN); Mobile Communication

2014-11-22

王磊，技術(shù)員，發(fā)表論文4篇；通訊作者：郭旭升。

R-058

A 〔DOI〕10.3969/j.issn.1673-6036.2015.09.008