GSM-WLAN一體化無線網絡的原理及在醫院的應用

趙移畛，金琰，吳圣杰

1.洛陽正骨醫院 戰略與信息管理部，河南 洛陽 471002；2.河南省洛陽移動分公司，河南 洛陽 471000

GSM-WLAN一體化無線網絡的原理及在醫院的應用

趙移畛1，金琰1，吳圣杰2

1.洛陽正骨醫院 戰略與信息管理部，河南 洛陽 471002；2.河南省洛陽移動分公司，河南 洛陽 471000

目的 實現醫院醫療設備、醫療信息的高度共享和有效利用，從而提高工作效率、節省人力資源、提高醫療服務水平。方法 設計一種基于GSM-WLAN一體化室分系統的無線網絡覆蓋租用解決方案。該方案利用頻分多路復用技術，使GSM和WLAN信號在同一信號分布網絡進行傳送，實現醫院無線應用的全覆蓋。結果 該系統施工方便，終端全部采用無線接入，覆蓋范圍廣，維護管理方便，可大幅度提高工作效率。結論 醫院和運營商合作，租用運營商預先部署的GSMWLAN一體化室分網絡，可低成本實現醫院無線覆蓋網絡運行。

無線局域網；無線醫療；GSM-WLAN一體化室內覆蓋

0 前言

醫院無線網絡作為醫院移動醫療的基礎，是醫院信息化工作必須要考慮的問題[1-3]。本文提出一種基于GSM-WLAN一體化室分系統的無線網絡覆蓋解決方案，探討醫院和運營商合作，租用運營商預先部署的GSMWLAN一體化室分網絡。該網絡采用頻分多路復用技術，實現WLAN網絡的覆蓋，在此基礎上實現醫院無線應用的全覆蓋。

1 系統結構和原理

1.1 系統結構

無線局域網（WLAN）是指應用無線通信技術，將計算機設備（包括智能手機、PDA等）互聯起來，構成可以互相通信和實現資源共享的網絡體系。它利用射頻（Radio Frequency，RF）技術取代雙絞銅線所構成的局域網絡，使得無線局域網的存取架構變得簡單[4-5]。

WLAN的無線接入點（AP）和無線接入控制服務器（AC）是其核心。AP是移動終端用戶進入有線網絡的接入點，主要用于寬帶家庭、大樓內部以及園區內部，距離覆蓋幾十米至上百米，目前主要技術為802.11系列。大多數無線AP還帶有接入點客戶端模式（AP client），可以和其他AP進行無線連接，延展網絡的覆蓋范圍。AC負責把來自不同AP的數據進行匯聚并接入Internet，同時完成AP設備的配置管理、無線用戶的認證、管理及寬帶訪問、安全等控制功能。

GSM-WLAN一體化室內覆蓋系統是指GSM和WLAN信號通過同一信號分布網絡進行傳送[6]，整個網絡由BTS、直放站、無線接入節點AP、干線放大器、信號分布系統等部分組成，見圖1。

圖1 GSM-WLAN一體化室內覆蓋系統結構圖

1.2 工作原理

GSM-WLAN一體化室分覆蓋系統的WLAN部分的信號源為無線接入點AP，只要符合WLAN標準的設備都可以接入WLAN室分覆蓋系統中[7-8]。干線放大器起到放大AP和無線終端射頻信號的作用，和WLAN系統的雙工方式（TDD）相適應，干線放大器也工作在TDD方式。一般采用功率檢測方式來實現TDD切換。干線放大器實時檢測AP的下行信號輸出，當功率放大器檢測到AP的發射功率后啟動切換電路，進入下行功率放大工作狀態，將AP發出的下行射頻信號放大。該信號通過分布網絡傳輸給無線終端仍然可以滿足無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低噪聲放大工作狀態，將無線終端發射的微弱信號放大后傳送給AP，使其滿足AP的接收靈敏度要求。信號分布網絡將AP的下行信號分布到需要覆蓋的區域，并將覆蓋區域內無線終端發射的信號接收匯集傳輸到AP。

2 系統數據速率和覆蓋范圍

2.1 數據速率分析

目前采用802.11n協議的AP的速率為300 Mbps，采用TDD雙工方式的下行數據速率為150 Mbps。如果采用1個AP進行覆蓋，下行數據速率可以達到150 Mbps，按照目前網絡比較空閑時的下載速率為500 kbps左右計算，覆蓋兩層樓的接入的用戶數量可以達到：150 Mbps/500 kbps=300（個），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，上行系統的增益為22 dB。對于一個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）：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

進入該層樓的電平：27-3.0-3.5-3.5-0.6=16.4 dB

3 系統優勢分析

（1）采用一體化室內覆蓋系統避免了移動語音通信室內覆蓋和WLAN室內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音、數據的無線傳輸。無線接入節點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又便于維護。

（2）傳統的WLAN室內覆蓋，一棟建筑物通常需要若干個AP才能進行完全的覆蓋，這并不是因為單個AP的傳輸速率不夠（802.11 b標準中定義單個AP的最大傳輸速率為11 Mbps），而是因為單個AP的覆蓋范圍有限，于是只能通過增加AP數量的辦法來擴大覆蓋面積[9]。通過采用一體化室內覆蓋系統擴大了單個AP的覆蓋范圍，只要干線放大器的指標允許，單個AP甚至可以完成整棟樓的覆蓋[10]。這樣在實際工程中大量地減少了AP的數量，降低了設備成本。

（3）人們在組建一個大的無線局域網時，為了保證整個網絡的漫游能力，將全部AP的SSID設置成一樣，并且將MAC地址過濾的功能關閉（如果網絡配置了接入控制器，通常是在接入控制器上進行MAC地址過濾）或是將所有用戶的MAC地址輸入到每個AP中。于是每個終端至少可以直接訪問整個無線局域網絡內部的資源[11]。另外，目前標準的AP并沒有用戶終端隔離的功能，通過采用一體化室內覆蓋系統，可以在物理上劃分內部的無線局域網和公共的無線局域網。

（4）傳統的WLAN室內覆蓋，某一時間，當用戶比較集中在某個AP下面（半徑約20 m的范圍），而其他的AP下卻沒有用戶，這樣勢必會導致網絡的阻塞、資源的浪費[12]。如果采用一體化的室內覆蓋，每個區域內均可以保證有3個AP同時無干擾工作（傳統的覆蓋可以保證某個區域3個AP同時無干擾工作，但是不能保證每個區域都無干擾工作，否則，頻率沒法規劃），同時事先根據不同的AP對用戶進行了分類，這樣每個AP均能在任意時刻分擔相同的用戶，從而保證了用戶的帶寬而網絡又不易阻塞。

（5）采用一體化室內覆蓋系統，擴展了單個AP的覆蓋范圍，有效地減少了用戶在漫游過程中的切換（在不同的AP下進行切換）次數，同時也簡化了用戶認證、鑒權的處理過程。

4 醫院應用分析

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

（2）傳統的醫院信息系統，一般是通過網線組建網絡，時間長了網線容易老化，這時候對故障的排查就麻煩的多。而WLAN只需維護上層交換機、分布系統，終端全部采用無線接入，這樣不僅維護方便而且對終端的管理更便捷。

（3）深入承載醫院信息系統，打破以往格局，提高醫患關系的透明度。患者住院只需申請一個賬號，即可通過自有的無線終端接入信息系統，實時查看自己的病例、用藥情況、醫囑、繳費記錄等。例如一個簡單的體溫測量，患者完全可以自主查看醫囑，自主測量，并通過WLAN將身體指標傳送至醫護人員平臺，免去護士和患者不必要的來回跑動。

（4）增加娛樂功能，為打造更好的住院環境，可在WLAN承載的網絡上加入Internet接口，方便病人上網。可設立專門的醫院內部論壇，由信息科專業人員維護網站，病人可在醫院內部論壇進行心情溝通等。

GSM-WLAN一體化室內覆蓋方案體現了資源共享、提高效率、降低投入的思想，應用該方案可實現醫院無線覆蓋網絡低成本、高效運行。

[1] 邵力維.淺談新醫改下醫院信息網絡系統的應用[J].電腦知識與技術,2011,(12):2766.

[2] 趙爽.淺析醫院無線網絡技術的設計與應用[J].醫學信息, 2013,26(10):1-2.

[3] 李文博.無線網絡技術在臨床信息系統中的應用[J].中國數字醫學,2008,3(5):60-61.

[4] 戴新亮.309醫院:移動無線網絡的力量[J].中國數字醫學, 2011,6(7):111-112.

[5] 劉喻.大規模無線網絡在醫療行業的應用[J].中國數字醫學, 2010,5(1):81-83.

[6] 李貴臻,來帥.基于GSM芯片和單片機的信息機房環境監控系統[J].中國醫療設備,2013,28(10):37-38.

[7] 吳玥,夏開建.無線網絡技術在醫院信息化建設中應用與設計研究[J].中國醫學裝備,2013,10(6):41-43.

[8] 黃釗,殷偉東,陳平,等.淺談醫院WLAN的安全問題[J].中國醫療設備,2014,29(2):90-92.

[9] 張媛.無線網絡技術在醫院信息管理系統中的應用[J].醫療衛生裝備,2012,33(1):58-60.

[10] 袁勛.無線網絡技術在醫院信息系統中的應用[J].當代醫學, 2011,17(13):51-52.

[11] 成自力,盧道兵.構建醫院計算機信息系統安全防范體系[J].中國醫療設備,2013,28(1):86-87.

[12] 姚郭浩.關于醫院無線網絡建設和驗收的探討[J].中國數字醫學,2010,5(3):90-91.

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，高級工程師。

作者郵箱：lyzyzywyh@126.com