GSM-WLAN一體化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的原理及在醫(yī)院的應(yīng)用

趙移畛，金琰，吳圣杰

1.洛陽(yáng)正骨醫(yī)院 戰(zhàn)略與信息管理部，河南 洛陽(yáng) 471002；2.河南省洛陽(yáng)移動(dòng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471000

GSM-WLAN一體化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的原理及在醫(yī)院的應(yīng)用

趙移畛1，金琰1，吳圣杰2

1.洛陽(yáng)正骨醫(yī)院 戰(zhàn)略與信息管理部，河南 洛陽(yáng) 471002；2.河南省洛陽(yáng)移動(dòng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471000

目的 實(shí)現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療信息的高度共享和有效利用，從而提高工作效率、節(jié)省人力資源、提高醫(yī)療服務(wù)水平。方法 設(shè)計(jì)一種基于GSM-WLAN一體化室分系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋租用解決方案。該方案利用頻分多路復(fù)用技術(shù)，使GSM和WLAN信號(hào)在同一信號(hào)分布網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院無(wú)線應(yīng)用的全覆蓋。結(jié)果 該系統(tǒng)施工方便，終端全部采用無(wú)線接入，覆蓋范圍廣，維護(hù)管理方便，可大幅度提高工作效率。結(jié)論 醫(yī)院和運(yùn)營(yíng)商合作，租用運(yùn)營(yíng)商預(yù)先部署的GSMWLAN一體化室分網(wǎng)絡(luò)，可低成本實(shí)現(xiàn)醫(yī)院無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

無(wú)線局域網(wǎng)；無(wú)線醫(yī)療；GSM-WLAN一體化室內(nèi)覆蓋

0 前言

醫(yī)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為醫(yī)院移動(dòng)醫(yī)療的基礎(chǔ)，是醫(yī)院信息化工作必須要考慮的問(wèn)題[1-3]。本文提出一種基于GSM-WLAN一體化室分系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案，探討醫(yī)院和運(yùn)營(yíng)商合作，租用運(yùn)營(yíng)商預(yù)先部署的GSMWLAN一體化室分網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)醫(yī)院無(wú)線應(yīng)用的全覆蓋。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）是指應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)，將計(jì)算機(jī)設(shè)備（包括智能手機(jī)、PDA等）互聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成可以互相通信和實(shí)現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系。它利用射頻（Radio Frequency，RF）技術(shù)取代雙絞銅線所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無(wú)線局域網(wǎng)的存取架構(gòu)變得簡(jiǎn)單[4-5]。

WLAN的無(wú)線接入點(diǎn)（AP）和無(wú)線接入控制服務(wù)器（AC）是其核心。AP是移動(dòng)終端用戶進(jìn)入有線網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，主要用于寬帶家庭、大樓內(nèi)部以及園區(qū)內(nèi)部，距離覆蓋幾十米至上百米，目前主要技術(shù)為802.11系列。大多數(shù)無(wú)線AP還帶有接入點(diǎn)客戶端模式（AP client），可以和其他AP進(jìn)行無(wú)線連接，延展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。AC負(fù)責(zé)把來(lái)自不同AP的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚并接入Internet，同時(shí)完成AP設(shè)備的配置管理、無(wú)線用戶的認(rèn)證、管理及寬帶訪問(wèn)、安全等控制功能。

GSM-WLAN一體化室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)是指GSM和WLAN信號(hào)通過(guò)同一信號(hào)分布網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送[6]，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由BTS、直放站、無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)AP、干線放大器、信號(hào)分布系統(tǒng)等部分組成，見(jiàn)圖1。

圖1 GSM-WLAN一體化室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

GSM-WLAN一體化室分覆蓋系統(tǒng)的WLAN部分的信號(hào)源為無(wú)線接入點(diǎn)AP，只要符合WLAN標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備都可以接入WLAN室分覆蓋系統(tǒng)中[7-8]。干線放大器起到放大AP和無(wú)線終端射頻信號(hào)的作用，和WLAN系統(tǒng)的雙工方式（TDD）相適應(yīng)，干線放大器也工作在TDD方式。一般采用功率檢測(cè)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)TDD切換。干線放大器實(shí)時(shí)檢測(cè)AP的下行信號(hào)輸出，當(dāng)功率放大器檢測(cè)到AP的發(fā)射功率后啟動(dòng)切換電路，進(jìn)入下行功率放大工作狀態(tài)，將AP發(fā)出的下行射頻信號(hào)放大。該信號(hào)通過(guò)分布網(wǎng)絡(luò)傳輸給無(wú)線終端仍然可以滿足無(wú)線終端的接收靈敏度要求。否則干線放大器工作在上行信號(hào)低噪聲放大工作狀態(tài)，將無(wú)線終端發(fā)射的微弱信號(hào)放大后傳送給AP，使其滿足AP的接收靈敏度要求。信號(hào)分布網(wǎng)絡(luò)將AP的下行信號(hào)分布到需要覆蓋的區(qū)域，并將覆蓋區(qū)域內(nèi)無(wú)線終端發(fā)射的信號(hào)接收匯集傳輸?shù)紸P。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍

2.1 數(shù)據(jù)速率分析

目前采用802.11n協(xié)議的AP的速率為300 Mbps，采用TDD雙工方式的下行數(shù)據(jù)速率為150 Mbps。如果采用1個(gè)AP進(jìn)行覆蓋，下行數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到150 Mbps，按照目前網(wǎng)絡(luò)比較空閑時(shí)的下載速率為500 kbps左右計(jì)算，覆蓋兩層樓的接入的用戶數(shù)量可以達(dá)到：150 Mbps/500 kbps=300（個(gè)），完全可以滿足整層樓所有用戶的需求。

2.2 覆蓋范圍分析

干線放大器的下行輸出電平為27 dB，上行系統(tǒng)的增益為22 dB。對(duì)于一個(gè)干線放大器覆蓋一層樓的情況分析如下：

WLAN干線放大器的輸出電平：27 dB

電纜損耗（干放系統(tǒng)）：12×25/100=3.0 dB

功分器衰耗：3.5 dB

合路器衰耗：3.0 dB

電纜衰耗（井道）：12.83×5/100=0.6 dB

進(jìn)入該層樓的電平：27-3.0-3.5-3.5-0.6=16.4 dB

3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

（1）采用一體化室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)避免了移動(dòng)語(yǔ)音通信室內(nèi)覆蓋和WLAN室內(nèi)覆蓋分開布線的煩瑣，通常一棟建筑物只需要一次布線就可以完成語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)集中放置在各層樓固定的位置，這樣可以大大地降低工程量同時(shí)又便于維護(hù)。

（2）傳統(tǒng)的WLAN室內(nèi)覆蓋，一棟建筑物通常需要若干個(gè)AP才能進(jìn)行完全的覆蓋，這并不是因?yàn)閱蝹€(gè)AP的傳輸速率不夠（802.11 b標(biāo)準(zhǔn)中定義單個(gè)AP的最大傳輸速率為11 Mbps），而是因?yàn)閱蝹€(gè)AP的覆蓋范圍有限，于是只能通過(guò)增加AP數(shù)量的辦法來(lái)擴(kuò)大覆蓋面積[9]。通過(guò)采用一體化室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)擴(kuò)大了單個(gè)AP的覆蓋范圍，只要干線放大器的指標(biāo)允許，單個(gè)AP甚至可以完成整棟樓的覆蓋[10]。這樣在實(shí)際工程中大量地減少了AP的數(shù)量，降低了設(shè)備成本。

（3）人們?cè)诮M建一個(gè)大的無(wú)線局域網(wǎng)時(shí)，為了保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的漫游能力，將全部AP的SSID設(shè)置成一樣，并且將MAC地址過(guò)濾的功能關(guān)閉（如果網(wǎng)絡(luò)配置了接入控制器，通常是在接入控制器上進(jìn)行MAC地址過(guò)濾）或是將所有用戶的MAC地址輸入到每個(gè)AP中。于是每個(gè)終端至少可以直接訪問(wèn)整個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的資源[11]。另外，目前標(biāo)準(zhǔn)的AP并沒(méi)有用戶終端隔離的功能，通過(guò)采用一體化室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，可以在物理上劃分內(nèi)部的無(wú)線局域網(wǎng)和公共的無(wú)線局域網(wǎng)。

（4）傳統(tǒng)的WLAN室內(nèi)覆蓋，某一時(shí)間，當(dāng)用戶比較集中在某個(gè)AP下面（半徑約20 m的范圍），而其他的AP下卻沒(méi)有用戶，這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的阻塞、資源的浪費(fèi)[12]。如果采用一體化的室內(nèi)覆蓋，每個(gè)區(qū)域內(nèi)均可以保證有3個(gè)AP同時(shí)無(wú)干擾工作（傳統(tǒng)的覆蓋可以保證某個(gè)區(qū)域3個(gè)AP同時(shí)無(wú)干擾工作，但是不能保證每個(gè)區(qū)域都無(wú)干擾工作，否則，頻率沒(méi)法規(guī)劃），同時(shí)事先根據(jù)不同的AP對(duì)用戶進(jìn)行了分類，這樣每個(gè)AP均能在任意時(shí)刻分擔(dān)相同的用戶，從而保證了用戶的帶寬而網(wǎng)絡(luò)又不易阻塞。

（5）采用一體化室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，擴(kuò)展了單個(gè)AP的覆蓋范圍，有效地減少了用戶在漫游過(guò)程中的切換（在不同的AP下進(jìn)行切換）次數(shù)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了用戶認(rèn)證、鑒權(quán)的處理過(guò)程。

4 醫(yī)院應(yīng)用分析

（1）將網(wǎng)線延伸到病房，方便醫(yī)生查房時(shí)，可以使用隨身攜帶的平板電腦、智能手機(jī)等無(wú)線終端，查看病人資料，開出新醫(yī)囑等。

（2）傳統(tǒng)的醫(yī)院信息系統(tǒng)，一般是通過(guò)網(wǎng)線組建網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間長(zhǎng)了網(wǎng)線容易老化，這時(shí)候?qū)收系呐挪榫吐闊┑亩唷６鳺LAN只需維護(hù)上層交換機(jī)、分布系統(tǒng)，終端全部采用無(wú)線接入，這樣不僅維護(hù)方便而且對(duì)終端的管理更便捷。

（3）深入承載醫(yī)院信息系統(tǒng)，打破以往格局，提高醫(yī)患關(guān)系的透明度?；颊咦≡褐恍枭暾?qǐng)一個(gè)賬號(hào)，即可通過(guò)自有的無(wú)線終端接入信息系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查看自己的病例、用藥情況、醫(yī)囑、繳費(fèi)記錄等。例如一個(gè)簡(jiǎn)單的體溫測(cè)量，患者完全可以自主查看醫(yī)囑，自主測(cè)量，并通過(guò)WLAN將身體指標(biāo)傳送至醫(yī)護(hù)人員平臺(tái)，免去護(hù)士和患者不必要的來(lái)回跑動(dòng)。

（4）增加娛樂(lè)功能，為打造更好的住院環(huán)境，可在WLAN承載的網(wǎng)絡(luò)上加入Internet接口，方便病人上網(wǎng)?？稍O(shè)立專門的醫(yī)院內(nèi)部論壇，由信息科專業(yè)人員維護(hù)網(wǎng)站，病人可在醫(yī)院內(nèi)部論壇進(jìn)行心情溝通等。

GSM-WLAN一體化室內(nèi)覆蓋方案體現(xiàn)了資源共享、提高效率、降低投入的思想，應(yīng)用該方案可實(shí)現(xiàn)醫(yī)院無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)低成本、高效運(yùn)行。

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Principles of GSM-WLAN Integrated Wireless Network and its Application in the Hospital

ZHAO Yi-zhen1, J IN Yan1, WU Sheng-jie2
1.Department of Strategy and Information Management, Luoyang Orthopedic-Traumatological Hospital, Luoyang Henan 471002, China; 2.China Mobile Communications Corporation Luoyang Branch, Luoyang Henan 471000, China

Objective To realize the sharing and effective use of medical equipment and medical information in the hospital so as to promote the work efficiency, save human resources and improve the level of medical service. Methods To make full coverage of wireless applications in the hospital, a wireless network was designed based on the GSM-WLAN (Global System for Mobile Communication - Wireless Local Area Network) integration system, which used the frequency-division multiplexing technology and made the GSM and WLAN signals transmitted in a same-signal-distributed network. Results With adoption of wireless access to the terminals, this easy-to-implement system had wide coverage and was convenient for maintenance and management, which could greatly improve the work efficiency. Conclusion Through cooperation with the operator, renting the GSM-WLAN integration system that was pre-deployed by the operator could reduce the costs of wireless network in the hospital.

wireless local area network; wireless medical care; GSM-WLAN integration in-room coverage

TP393.17

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.026

1674-1633(2015)05-0086-03

2014-11-26

2015-01-28

本文作者：趙移畛，高級(jí)工程師。

作者郵箱：lyzyzywyh@126.com