關于住院病房醫療無線系統部署中的幾個問題

劉麒麟

（咸寧中心醫院）

關于住院病房醫療無線系統部署中的幾個問題

劉麒麟

（咸寧中心醫院）

隨著醫療信息化的發展，基于無線的醫療應用越來越多，建設醫療專用無線網絡已經是各個三甲醫院的必選項目。但如何結合醫院特點選擇無線技術，在無線系統部署過程中，應該關注哪些方面，是放在各個醫院信息中心面前的一個問題。本文通過作者負責的單位無線網絡測試上線過程中的切身體會，結合理論依據，對無線網絡選擇和部署的幾個關鍵問題提出了自己的看法。

衰減；頻段干擾；室內放裝型AP；室內分布型AP；帶機能力

我院近期進行醫療信息網的升級，除了有線網絡改造升級外，另外一個重點是隨著醫療信息平臺的上線，對住院病房區域提出了無線巡房的需求。為此我院對多方無線系統進行了考察和評估，在評估過程中，我發現關于無線網絡的選擇，有如下幾個問題值得重視。

1　關于無線網絡管理構架的選擇

要實施無縫的無線網絡覆蓋，至少需要上百個甚至幾百個AP無線設備，管理和維護如此大規模的無線局域網是一件很頭痛和花時間的事情。從射頻信號的覆蓋面，用戶帶寬，用戶認證，以及接入安全等，都需要低成本的解決方案。傳統無線局域網的管理和維護是基于每一個單獨的AP進行，其大量的管理工作就是要逐一地對每個AP進行同樣的設置和更改動作，即使是一個很小的改動，也要將全部AP修改一次。如果AP數量不斷增多時，維護量變得非常龐大和煩瑣。再者，無線局域網本應是一個整體的系統，AP之間需要互相協調工作，單獨改變一個AP參數會引起AP之間的無線電波干擾、用戶漫游重認證和授權等問題。

所以采用集中式管理的瘦無線AP+集中控制器AC架構是非常必要的。該無線架構具有簡單而強大的無線局域網集中式管理功能，AP本身并不存放任何的配置文件，AP的配置是從AC上獲取的，通過AC就可以統一管理整個無線網絡的AP。網管人員只需簡單地配置無線交換機，即可實現開通、管理和維護所有AP設備以及移動終端，包括無線電波頻譜、無線安全、接入認證、移動漫游以及接入用戶。

2　關于無線網絡頻段及抗干擾的問題

無線干擾按照類型可劃分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾是指干擾源發送的RF信號也符合802.11標準，除此之外都是非WLAN干擾。對WLAN干擾，可進一步按照頻率范圍分為同頻干擾和鄰頻干擾。按照來源劃分，可分為WLAN網絡自身的互干擾和網絡外的干擾。

同頻干擾是指兩個工作在相同頻率上的WLAN設備之間的相互干擾。WLAN工作ISM（Industry， Science and Medicine）頻段，包括2.4G和5G兩個頻段。對某些國家或地區來說，僅有2.4G頻段可用。在2.4G頻段上，互不干擾的頻段十分有限，通常只有1、6、11信道（如圖1所示）。

圖1　2.4G頻段信道劃分示意圖

因此，對一個大的WLAN網絡來說，尤其是高密度部署的網絡，同一信道常常需要被不同AP使用。而這些AP之間存在著重復區域時，就存在互相干擾問題。下圖2是一幅病房大樓的AP部署信道排列圖，由于墻壁隔離度差，不僅同一層樓的同信道AP之間可見，上下樓層之間的同信道AP也存在互相干擾的情況。

同頻AP之間如果可見，以802.11為基礎的WLAN，空口是所有設備的公共傳輸媒介，兩個AP之間將根據CSMA/CA原則，進行互相退避，這勢必會大大降低性能，兩個AP的總性能將不會超過一個信道的性能。

如果同頻AP之間不可見但覆蓋區域有交集，則對處于交集區域的Client而言可能會形成隱藏節點或暴露節點問題。隱藏節點和暴露節點會產生兩個方面的問題，其一是報文發送時需要退避或不斷重傳；其二是由于報文重傳時會降低報文發送的物理速率，導致同一AP的影響范圍擴大，也使得報文發送占用更多的空口時長，沖突幾率加大，引起更多的重傳。

根據802.11標準，RF信號發送時其頻譜寬度有一定的要求。以2.4G為例，信號的頻譜掩碼如圖3所示：

圖2　醫院AP部署信道排列圖

圖3　2.4G信號的頻譜掩碼

其發射頻寬為22MHz，在距離中心頻率11MHz之外時，要求衰減超過30dB。對任何WLAN發射機來說，在發射頻寬之外，信號也不可能馬上降低為0，而是逐漸衰減。如果兩個中心頻率不同的WLAN設備之間的發射頻寬有重疊的部分，就會產生相互影響，形成了鄰頻干擾。即使對不重疊的相鄰信道（如2.4G的1、6信道，11a的161、162信道），如果兩個設備之間距離過近且發送功率比較大，也會產生影響。

對一個WLAN網絡來說，鄰頻干擾包括自身的鄰頻干擾和來自鄰居網絡的鄰頻干擾。WLAN網絡應首先避免自身的鄰頻干擾，所有設備建議部署在不重疊的信道上，并且設備之間避免過近。對5G來說，相鄰設備最好部署為不相鄰的信道，完全避免相鄰信道之間可能產生的干擾。

來自WLAN網絡外部的干擾也分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾主要包括Rogue設備、鄰居WLAN網絡、Ad hoc網絡等。WLAN工作在ISM頻段，除了WLAN設備外，還有許多非WLAN設備也工作在該頻段，如微波爐、無繩電話、藍牙設備、無線攝像機、戶外微波鏈路、無線游戲控制器、Zigbee、WiMax等等。非WLAN干擾源會干擾WLAN信號，導致WLAN信號無法被正確接收。還有一些非ISM頻段上的設備會在ISM頻段上產生射頻信號泄露，當臨近距離很近的情況下，會對WLAN設備形成干擾。如3G基站，當和WLAN共存于一個機架，或者共用室內饋路系統時，就會形成較強干擾。

對無線干擾的避免和消減，目前有以下5種措施：

3　關于病區內各種物體對信號的強度的影響

住院病房區域包括病房、護士站、走廊、配藥室、隔離病房、醫生辦公室等，功能區眾多，根據不同的病房格局，某些病房門口的衛生間成為了Wi-Fi信號最大的障礙。智能終端原本就已經不是很強的Wi-Fi信號，在穿越兩層墻體后，信號已經衰減了很多，很難支撐正常的智能終端對信號的要求。

2.4GHz電磁波對于各種建筑材質的穿透損耗的經驗值如下：

表1　

實際測試過程中，我們結合實際調減進行了一定的測試，測試后已知物體對無線信號衰減影響程度如下表1：

同時，在測試過程中，我們也發現在衡量墻壁等對于AP信號的穿透損耗時，也需要考慮AP信號入射角度（如下圖4所示）。

例如，一面0.5米厚的墻壁，當AP信號和覆蓋區域之間直線連接呈45°角入射時，無線信號相當于穿透近1米厚的墻壁；在2°角時相當于超過14米厚的墻壁，所以要獲取更好的覆蓋效果應盡量使AP信號能夠垂直的穿過墻壁。

防止病房內出現信號死角，需要詳細規劃信號的覆蓋。

4　關于無線網絡信號覆蓋方式

目前無線信號覆蓋方式分為兩種，一種稱為室內放裝型AP，一種稱為室內分布型AP。

室內放裝型AP主要指天線與AP本體不可分離，AP采用大功率發射模塊，在指定區域內實現信號的覆蓋。

室內分布型AP主要指天線與AP本體可以分離，天線可以部署在各個內，AP和天線通過饋管進行連接。

采用室內放裝型AP方式，AP一般都部署在走廊內向房間覆蓋，由于病房區域房間較多，隔墻也多，根據前面的分析，對信號強度和均勻度會有較大影響，因而結合醫院病房特點，選擇室內分布型AP，將天線直接伸入房間，實現每房間1天線或者2天線的方案，從測試的實際效果來看，相對于室內放裝型AP覆蓋更加均勻，信號強度更好。

根據對各家AP的測試，我們最終選擇AP在樓道部署放裝，并且由AP上伸出多根天線進入病房，每個病房一根入室天線，過道需要視信號強度確定天線數量，固定在天花板或者墻壁上（見下圖5）。

該方案的優點是可以保證病房Wi-Fi信號的強度均勻，因為每個病房都有天線進入，所以房間內沒有死角。此外，單AP覆蓋范圍較大，終端漫游次數較少，減少了因為漫游而出現的一些使用問題。AP和天線整體部署圖如下圖6：

圖5　X分方案部署示意

5　關于無線AP的帶機能力

關于無線AP的帶機能力，我們定義為單個AP可以同時支持連接，并持續無障礙運行各種應用系統的終端數量。

這個問題開始我們一直沒有注意到，直到進行壓力測試時候，各家AP帶機量差別較大，這個問題才暴露出來。從我們測試的實際情況和交流溝通看，在這個問題上，某些廠家諱莫如深，一味強調無線AP的共享帶寬分配和無線巡房所需理論數據通道之間的關系，從而可以很簡單的得出一個AP可以承載50-100個手持終端的結論。

在后面我們的壓力測試過程中，我們可以明顯發現這樣得出結論的計算是較為不準確的。

根據我們的了解和實際測試情況，無線AP的帶機能力與AP本身提供的帶寬（a/b/g/n/ac），天線制式（3*3 MIMO或者更高）、AP的CPU、內存、甚至無線頻段的污染和復雜程度都密切相關，這是一個較為綜合的問題。

如果我們簡單來看，在一般干擾較少的環境內，如各種AP帶寬和天線制式相同或者接近，那么與無線AP帶機量直接相關的就是AP本身的CPU能力和內存大小，以及算法相關。但很遺憾，這些數據一般廠商都引為商業機密，無從提供，因此我們選擇了進行壓力測試，同時采信泰爾實驗室的檢測報告作為輔助。

6　小結

上述的關于無線網絡管理構架、頻段及抗干擾、物體對信號強度影響、覆蓋方式以及帶機能力這五個問題，是我們在無線網絡部署過程中比較關注的，當然無線網絡的選擇不僅僅是這些，也有諸如AP的帶寬，SSID部署方式、QoS、無線安全的其他方面，本文僅就我們較為關心的問題進行探討。

Several issues on the deployment of medical wireless system in hospital ward

Liu Qilin
（Central Hospital of Xianning）

With the development of medical information，based on the wireless medical applications more and more，the construction of medical special wireless network is three hospitals all required items.But how to combine the characteristics of the hospital to choose the wireless technology，in the process of wireless system deployment，should pay attention to what aspects，is placed in front of each hospital information center a problem.In this paper，the author is responsible for the unit of wireless network testing on-line personal experience in the process，combined with the theoretical basis，has put forward his own views on the wireless network selection and deployment of several key issues.

attenuation；band interference；indoor AP；indoor distributed AP；band machine capability

圖6