醫院無線寬帶部署及工程優化方案

張儼

（荊州市中心醫院，湖北 荊州 434020）

醫院無線寬帶部署及工程優化方案

張儼

（荊州市中心醫院，湖北 荊州 434020）

本文討論在開通無線寬帶及部署AP時的相關技術，討論了室內外天饋線的布放，就某中心醫院無線寬帶的部署和工程優化進行分析，探討醫院內不同場景下布放AP的規則和方式，對同類型工程有較為專業的指導意義。

AP；天線；功率；衰耗

當前隨著手持式通信設備的廣泛應用，國際電工電子工程學會（IEEE）制定的標準無線局域網協議 802.11 系列協議已漸漸成為原有固定寬帶的有效延伸，通常采用 AP（Access Point）作為寬帶接入，在具體的工程中，信號質量受到環境影響較大。本文不考慮網絡層技術，僅就AP的物理部署方案和位置予以討論。

1 無線信號的空間傳輸特性

1.1 自由空間

無 線 寬 帶 一 般 使 用 的 是 WiFi（Wireless Fidelity，無線保真）技術，目前手機、平板電腦等通常都能夠支持 IEEE802.11n，它兼容 802.11a/b/ g，可工作于 2.4GHz 或 5GHz 頻段。在這些頻段下，用戶終端到AP為都是直線方式傳輸，計算功率的方式也是指的兩點之間的直線距離。按照無線信號在自由空間中傳輸時的損耗計算公式：

Los=32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)

式中：Los——傳輸損耗，dB；

d——距離，km；

f——工作頻率，MHz。

2.4GHz信號在空氣傳播衰減計算值大約如表1。

表1

1.2 障礙物

如果AP和用戶終端之間有面積較大的障礙物，例如鋼筋混凝土墻壁、金屬吊牌等，信號將受到極大衰耗。這里，我們給出了 2.4GHz 電磁波在穿透常規建筑材料時衰減的經驗數值（表2）。

表2

相較 2.4GHz 來說，使用 5GHz 頻段信號傳輸距離短，傳輸過程衰耗更大，信號穿透、繞射能力較弱，更容易被物體遮擋。

障礙物除了遮擋吸收信號外，還會對信號進行反射，使得信號在特定區域內由于不同路徑到達的波形疊加，導致信號在不同位置可能加強或者減弱，特別是波峰波谷如果疊加到一起，對信號衰減會非常顯著，我們在設計時，一般需要考慮第一菲涅耳區，即直線路徑與折線路徑的行程差為λ/2 的位置處。如果在距離反射面（x=0）的 0.3 米處安裝 AP，其菲涅爾區如圖1所示。

圖1 光滑平面反射波的干涉區

由于墻面和障礙物的反射和吸收都不是規則的，因此對信號的影響更加復雜，需要根據實際情況進行計算測量。

2013年，廣東全省各地水政執法人員開展河道巡查2329次，聯合執法169次，出動執法人員34877人次，出動車輛5555輛次，出動船只1122艘次，查處非法堆砂場110處，河道清障170處，查獲非法采（運）砂船（設備）230艘（輛、臺）次，查處水事違法行為2218宗，有效地遏制了河道水事違法行為蔓延的勢頭。

1.3 軟件仿真

仿真軟件可用來模擬無線信號的空間傳輸，在規劃時，可通過仿真設計來選擇合適的天線和布放位置，例如 HFSS 和 XFDTD 軟件都采用基于自適應網格剖分技術，能較好模擬三維電磁場，可以幫助分析無線信號在具體空間中的傳輸效果，但仿真軟件并不能完全模擬真實材質全部特性，且對使用者的專業技術水平有一定要求，因此實際工程中應用并不廣泛。

2 AP的安裝使用

在部署無線寬帶時，最重要的就是選擇合適AP布放在合適的位置上，在不同的應用場景，應當選擇不同的布放方法。

2.1 室內使用

室內 AP通常安裝在三種位置：將 AP直接安裝在桌面上或墻壁、天花板角落；將AP裝在較為隱蔽的位置，通過饋線和吸頂天線將信號發射點部署到特定位置；在吊頂或夾層內安裝 AP。這三種位置安裝各有優缺點。

直接使用 AP，部署時不需要專業知識，甚至可以通過在使用中調整AP的位置和天線方向角，選擇較好接入效果的位置，但由于其不夠美觀，而且在大多數場合下，都存在取電、有線連接問題，因此一般在作為臨時接入或連接小范圍密集用戶使用。

吸頂天線一般用于會議室、公共休息區等地方，部署時需提前規劃，可以將天線布置在需要的地方，室內整體效果較美觀，但存在造成信號衰減的菲涅爾區域，在該區域使用時會有一定影響，而且如果不統一考慮整體裝修，無線信號很可能會被臨時增加的吊牌、屏風、隔斷、風扇扇葉等阻隔，達不到預期效果。

在吊頂或隔熱層內安裝，美觀性非常好，但信號受到鋁合金扣板等阻隔，平層內覆蓋范圍小。且存在取電和有線網絡連接的困難，一旦出現故障，幾乎無法維護。

2.2 室外使用

在室外使用AP，通常將 AP布放在較高的建筑物的一側，使用扇面天線覆蓋某個特定區域；或在使用區域的中央架設電桿安裝 AP，并使用全向天線覆蓋；如果距離較遠，也有使用定向天線覆蓋的情況。一般會選用功率較大的 AP，增加覆蓋面積。

3 醫院各場景下 AP 部署和優化方案

根據實際情況和業務需求，AP的部署方案各有不同，如下是醫院中幾個有代表性場所的AP部署和優化示例。

3.1 門診大廳

門診大廳面積約 600m2，中間是導診臺，周圍是掛號、繳費、交單取藥窗口，如圖2所示。

圖2 門診大廳平面示意圖

在靠近大門角落的休息區，人員上網的可能性較大，因此在該處布置一個信號源點，但由于樓梯阻隔，該AP無法全部覆蓋整個大廳，且距離較遠時信號并不好，因此在靠近大廳中部安裝另一個信號源點。由于這兩個點的位置取電和網絡連接都不方便，如果直接布放AP，后期會非常難以維護，因此將AP放在房間一角方便安裝維護和取電的地方，然后通過射頻電纜把信號引到大廳中部區域的吸頂天線上。目前已達到整個大廳的全覆蓋，將來如果需要增加電子導診等應用時，可以通過增加AP數量來提升業務體驗，部署方式可與已部署的AP相同。

3.2 影像醫學中心

在“影像醫學中心”，醫療設備有限，診療處理時間較長。為滿足病人或家屬在等候時的上網需求，醫院增加了無線寬帶接入。大廳結構如圖3所示，等候區在大廳一角，寬帶引入接口在另一面墻壁上，大廳中部有一承重柱。

圖3 影像醫學中心等待區平面示意圖

最初安裝無線網絡時，為了方便連接將AP直接固定在靠近網口的位置的角落上，但使用一段時間后，總有人反饋上網慢，網頁打不開等問題，增加了出口帶寬仍然沒有明顯改善，夜間維護測試，發現除承重柱后的少數（3～5個）座位外，信號功率尚可（大約 -50dBm）。在觀察實際用戶使用情況，發現由于AP安裝位置靠近人員經常流動的通道，上網終端和AP之間經常被來往人群阻隔，且X光機工作時對AP有干擾，導致用戶接收到的信號時強時弱，上網速度受到明顯影響。

為了優化該工程，我們增加 PoE供電模塊，將AP直接放裝到等候區頂部，并更換了全向天線。改造后，信號盲區消失，且在有人員走動時，不會形成遮擋，用戶信號質量相對穩定，后續再沒有收到反饋說仍然上網困難的情況。

在這種類型的場景下，使用網絡的人員位置基本固定，只需要在此位置進行覆蓋即可。類似的情況還包括，候機/候車廳的等候區，室內體育館的觀眾席，圖書的館中閱讀區等，并不需要將信號完整的均勻覆蓋到室內每一個位置，而是選擇人員集中停留的地方處放裝AP或安裝天線重點覆蓋。

3.3 住院大樓

在病房區，由于病房墻壁厚實，信號穿墻衰減大，在每間病房內單獨安裝AP，實現該病房內的覆蓋；同時另外安裝AP覆蓋過道區域和護士站。這樣，未來發展業務時，如果查房醫生有需要，可以隨時調用患者的病歷增加醫囑，在護士站和病房之間頻繁漫游，業務也不會因此中斷。另外由于各AP的位置確定，利用信號衰減模型可以估算出移動設備距離各個AP的距離，這樣就部署了無線定位功能，如果病人（如兒童、老人）有特殊看護需要，也可根據其攜帶的無線終迅速端識別其所在區域。

3.4 住院部活動區

住院部的活動區是一個面積約 5000m2草坪，草坪上有一些供人休憩的長椅，由于不方便在活動區內安裝設備，因此采用扇面天線覆蓋，如圖4所示。在需覆蓋的區域內無樹木等遮擋，距離可部署AP 的建筑物最遠距離大約 120m，選用大約 7dBi增益的天線，部署在約三層樓高處，安裝時做防水防雷處理。實測 2.4GHz 接收功率大約 -60dB，完全滿足其功率要求。

圖4 住院部活動區信號覆蓋示意圖

4 結語

由于無線網絡應用比較特殊，安裝時需要根據實際情況，注意各種環境因素，特別是在醫院干擾源較多和應用需求相對復雜的情況下，需要綜合造價、效果、環境、未來發展等多方面考慮，在本文中，也僅僅選取了幾個最典型的場景做初步探討，對其中更多考慮因素還需要更加深入的研究。

[1]Std802.11[DB/OL].http://www.ieee802.org/11/index.shtml

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[5]王召召 ,鄒澎 ,王瑤 .建筑物對通信信號衰減的定量研究 [J].通信技術 ,2010,43(5):61-63.

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1671-0711（2017）03（下）-0055-03