基于802.11ac標準的醫院無線局域網實施

王 磊 郭旭升 王穎晶 齊 明 李江泓 張雅君

(同濟大學附屬同濟醫院計算機中心 上海 200065)

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基于802.11ac標準的醫院無線局域網實施

王 磊 郭旭升 王穎晶 齊 明 李江泓 張雅君

(同濟大學附屬同濟醫院計算機中心 上海 200065)

以同濟大學附屬同濟醫院為例，介紹基于802.11ac標準的無線網絡建設方法和實施方案，總結并分析基于802.11ac標準的無線局域網實施效果，通過新舊標準之間的比較對醫院無線局域網的建設方案和未來發展進行探討。

醫院信息化； 無線局域網； 移動通訊

1 引言

美國邁克爾·塞勒(Michael Saylor)在《移動浪潮：移動智能如何改變世界》一書中指出，移動技術和社交網絡的合力將在未來10年內提升世界50%國家的國內生產總值,且其影響力將不斷增強,最終改變商業、工業以及整個經濟[1]。醫院在這場浪潮中也將不可避免地受到影響，最終改變醫療模式，創造新的醫患互動體驗。伴隨著臨床信息化的發展，醫院正逐步地實現無紙化、無膠片化和無線化，隨著無線局域網技術的不斷成熟和普及，其在全球范圍內醫療行業中的應用已經成為一種趨勢。作為醫院有線局域網的補充，無線局域網(Wireless Local Area Networks,WLAN)有效克服了有線網絡的弊端，利用PDA、平板無線電腦和移動手推車隨時隨地進行生命體征數據采集、醫護數據的查詢與錄入、醫生查房、床邊護理、呼叫通信、護理監控、藥物配送、病人標識碼識別以及基于WLAN的語音多媒體應用等，充分發揮醫療信息系統的效能，突出數字化醫院的技術優勢[2]。但隨著醫院面積的不斷擴張、移動應用的發展、移動終端類型的日新月異和爆發式增長，無線局域網面臨著網絡擁塞、漫游體驗差、覆蓋效果不理想等諸多問題，使得醫院整個移動應用項目得不到理想的實施效果。

2013年6月，WiFi聯盟正式發布IEEE 802.11ac無線標準認證，為以上問題提供了有效的解決方法。本文以同濟大學附屬同濟醫院為例，介紹該院無線網絡建設方法和實施方案，總結和分析基于802.11ac標準的無線局域網實施效果，通過新舊標準的比較，對醫院無線局域網的建設方案和未來發展前景進行探討。

2 無線網絡建設方法和實施方案

2.1 建設方法

2.1.1 確保有線網絡穩定、高性能 無線網絡為醫院局域網的一部分，其主要作用是解決終端接入方式和將有線網絡的“點”擴大到“面”，因此無線網絡和有線網絡是融為一體的。一旦有線網絡出現故障，即使無線設備運行正常，仍然會使無線網絡中斷、應用軟件處于癱瘓狀態，給醫療活動帶來災難性影響。同濟大學附屬同濟醫院在無線網絡接入前，對局域網兩臺核心交換機進行了由千兆到萬兆的升級，實現雙向熱備，同時接入層交換機全部實現雙鏈路上行和端口支持poe供電，以確保整體網絡穩定可靠。

2.1.2 無線控制器分割 醫院使用“瘦AP”架構,即無線接入點(Access Point，AP)不能獨立工作,必須與無線控制器配合使用，通過無線控制器對所有AP進行管理、調試和控制，這樣大大減少了無線網絡的實施和運維人力成本，同時也能更直觀地對全院無線設備運行狀況進行配置和監控。通過整體架構實施統一的準入控制和基礎服務，架構的核心即為無線控制器，無線架構由主、備兩套子控制器構成，分別位于兩個不同樓宇的機房內。主、備控制器的配置信息實時同步，同時AP可以在兩套控制器間漂移，當主控制器出現故障后，AP和終端設備可以自動漂移到備平臺，實現零丟包切包。

2.2 實施方案

802.11ac是一項新興技術，為確保項目順利實施，制訂了如下方案：一是精確評估無線負載和覆蓋范圍，明確應用場景；二是充分聽取調研各廠商技術方案，遴選廠商在醫院搭建實際測試環境，同時考慮到無線環境兼容性差、抗干擾能力弱等特點，將無線測試、軟件測試與終端測試相結合；三是優先保障網絡穩定可靠；四是無線網絡減少單點故障隱患和高危險的安全體系漏洞，必須建立各類故障發生后的容災預案和準入、運行、審計全周期安全體系。一期同濟大學附屬同濟醫院部署557臺AP，覆蓋所有住院、門急診、手術和會議區域，其中支持802.11ac AP數量147臺，占26%，主要部署在護士站、醫生辦公室、門急診區域、手術區域和會議區域。

3 無線局域網使用效果評價

3.1 數據吞吐量明顯增加

802.11ac采用新的信道綁定，每個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%的實際頻率調制效率提升，最終理論傳輸速度將802.11n最高的600Mbps躍升至1.3Gbps[3]。實地測量結果表明，結合不同終端網卡性能的差異(支持空間流數量)，802.11ac的傳輸率接近目前802.11n實際傳輸率的3倍，見表1,提高了數據吞吐量。使得醫院無線影像傳輸、調閱更加及時，無線高清或者3D手術直播和視頻會議等應用沒有障礙(網絡采用思科CT5508無線控制、思科AIR-CAP3602I、思科AIR-CAP3702E AP，測試工具采用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的物理速率對比

3.2 適應高密度部署，獲得更好的無線接入體驗

以前在門急診區域和大型會議室，醫院很少部署無線，即使部署也不會向患者或會議來賓免費開放，而802.11ac標準憑借MU-MIMO技術(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output),對多用戶接入能力大幅提升，這就為此種場景的無線應用提供了可能[4]。在醫院實地無線測試結果表明，客戶端接入數在50個的環境下，802.11ac的接入性能(189Mbps)是802.11n(34Mbps)的近5倍,見表2(網絡采用思科CT5508無線控制、思科AIR-CAP3602I、思科AIR-CAP3702E AP，測試工具采用inSSID 3.1.2.1、iperf、netpersec 1.1，終端采用配置Intel 6300無線網卡Dell電腦)。

表2 50個客戶端接入性能對比

3.3 降低運維成本，延長移動終端使用時間

無線網絡項目不僅初期投入巨大，隨即而來的高昂運維成本也是醫院對此類項目謹慎實施的原因之一。而基于最新802.11ac標準的無線設備，可以說是無線技術的一個綜合載體，產品本身會搭載更強的芯片、更優的抗干擾算法和更科學的電池電量控制等先進技術[5]，雖然經測算新標準設備的價格將提升15%左右，但是更健壯的無線解決方案，對于降低運維成本和優化移動服務體驗會有很大幫助。經廠商測算，802.11ac的產品電源消耗相比802.11n至少可節省電量1倍，這就使得移動終端有了更長的使用時間，電池充電次數減少，從而減輕了人力維護并延長了電池的使用壽命，運維成本得以下降，同時對實時定位和跟蹤等移動服務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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無線網絡是醫院信息系統的“路”，新標準將其拓寬成“高速路”，但是這并不會直接帶來醫院信息化質的飛躍，所以選擇何種標準來建立醫院的無線網絡還必須考慮其自身的信息化建設特點和條件。就已建無線網絡的醫院來說，沒有必要馬上改造成新標準，802.11n并非過時，從網絡技術發展歷史來看它還將繼續為人們服務很多年，除非醫院增加大量的移動醫療需求。況且有些公司也支持控制器系統軟件升級來滿足802.11ac的需要，只需購買支持新標準的AP即可。而新建無線網絡的醫院，則可考慮成本因素建設新舊兩種標準的混合模式，或考慮到802.11ac的最終大規模部署是不可避免的而完全采用新標準模式。

4.2 無線網絡與有線網絡之間的關系

無線網絡必須和有線網絡結合，有線網絡提供AP接入能力甚至通過有線網絡為AP提供電源，且絕大多數的服務器也是建立在有線網內的，因此在實施前要統籌考慮無線和有線，而此問題在802.11ac中尤為突出。因為它的吞吐量是802.11n的3倍，此時醫院的有線網絡很容易變成網絡性能的新瓶頸，所以在實施新一代無線前期必須把醫院的有線網絡進行升級擴容，達到萬兆級。

4.3 覆蓋范圍不會增加

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，信號干擾源也較2.4GHz大為減少，且相比舊協議802.11ac還增加了信號收發天線的數量。但是這些技術并不增加單個AP的覆蓋范圍，整體項目中的AP數量不會減少。

4.4 移動終端選擇

現有802.11ac產品幾乎都向后兼容802.11系列現有和即將發布的所有標準和規范，包括即將發布的802.11s無線網狀架構以及802.11u等。但是802.11ac也有其局限性，如果網絡中接入舊終端設備，其最大速度將受制于舊設備的最大值，即使是一款支持802.11ac的新設備，由于網卡芯片性能、兼容性的不同，抗干擾算法的差異，甚至網卡驅動的不同也將會得到不相同的效果。所以醫院如果升級無線網絡到802.11ac，必須將已購舊終端設備與網絡設備進行充分測試；而如果是新建無線網絡，也必須要求終端廠商搭載經過實地環境測試或網絡設備廠商推薦的無線網卡。

4.5 加強安全體系建設

建設802.11ac無線網絡的目的是開展更多的移動應用，方便醫務人員和患者，改造診療模式，這也將使得更多的人接入到網絡中來,而802.11ac標準本身并不能大幅度提升無線網絡的安全性。因此需針對不同對象、不同應用制定針對性的安全策略，且無線網絡是醫院整體信息化的一部分，其隱蔽性、易破壞性要遠高于傳統的有線網絡。

5 結語

移動醫療作為一種較早就出現的概念，第5代無線標準和以智能手機為代表的新一代移動終端的興起將給其帶來第2次生命，為醫院信息化甚至整個醫療體制改革帶來新的活力[6]。未來要積極探索基于高質量無線網絡、符合《信息系統安全等級保護基本要求》第3級安全保護能力的醫院信息化安全體系建設，對無線流量和信號質量進行精細化管理[7]，合理高效地利用無線資源，依托無線網絡為患者提供室內定位導航[8]、宣教推送等應用，同時采集醫務人員和患者的移動數據[9]，通過大數據分析手段優化診療流程[10]，以提高醫院信息化應用水平，更便捷地為醫療活動提供支撐。

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

2 王琳 .移動與無線技術在醫院信息化建設中的應用[J].中國醫療設備， 2013,28(7)： 79-80,90.

3 蔣軍.下一代5+GHz+WLAN標準802.11ac室內覆蓋分析[J]. 郵電設計技術，2013, (11)：28-32.

4 Bellalta B, Barcelo J, Staehle D， et al. On the Performance of Packet Aggregation in IEEE 802.11ac MU-MIMO WLANs[J]. IEEE Communications Letters, 2012, 16(10):1588-1591.

5 孫舒鵬,高澤華,高峰.電信級WLAN相關標準研究[J]. 數據通信, 2013, (5):28-31,47.

6 鄭娥,馮先瓊 .移動護理信息系統應用效果的研究進展[J].中國實用護理雜志,2014, 30(7):63-65.

7 杜柯,朱新銀,趙碧霞.無線通信技術在智慧醫療管理系統中的應用[J].醫學信息學雜志,2013,34(6):14-17.

8 張玲,邱軍.無線定位技術在門診信息系統中的應用研究[J].醫學信息學雜志,2013,34(9):34-39.

9 劉文,徐濤.無線網絡技術在醫院設備管理中的應用[J].醫學信息學雜志,2010,31(12):34-37.

10 趙立春, 何宇瑞,梁健.HIS環境下無線查詢系統設計與實施[J].醫學信息學雜志,2012,33(2):25-27.

敬告作者

《醫學信息學雜志》網站現已開通，投稿作者請登錄期刊網站：http:∥www.yxxxx.ac.cn，在線注冊并投稿。

《醫學信息學雜志》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，技術員，發表論文4篇；通訊作者：郭旭升。

R-058

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