关于住院病房医疗无线系统部署中的几个问题

刘麒麟

（咸宁中心医院）

关于住院病房医疗无线系统部署中的几个问题

刘麒麟

（咸宁中心医院）

随着医疗信息化的发展，基于无线的医疗应用越来越多，建设医疗专用无线网络已经是各个三甲医院的必选项目。但如何结合医院特点选择无线技术，在无线系统部署过程中，应该关注哪些方面，是放在各个医院信息中心面前的一个问题。本文通过作者负责的单位无线网络测试上线过程中的切身体会，结合理论依据，对无线网络选择和部署的几个关键问题提出了自己的看法。

衰减；频段干扰；室内放装型AP；室内分布型AP；带机能力

我院近期进行医疗信息网的升级，除了有线网络改造升级外，另外一个重点是随着医疗信息平台的上线，对住院病房区域提出了无线巡房的需求。为此我院对多方无线系统进行了考察和评估，在评估过程中，我发现关于无线网络的选择，有如下几个问题值得重视。

1　关于无线网络管理构架的选择

要实施无缝的无线网络覆盖，至少需要上百个甚至几百个AP无线设备，管理和维护如此大规模的无线局域网是一件很头痛和花时间的事情。从射频信号的覆盖面，用户带宽，用户认证，以及接入安全等，都需要低成本的解决方案。传统无线局域网的管理和维护是基于每一个单独的AP进行，其大量的管理工作就是要逐一地对每个AP进行同样的设置和更改动作，即使是一个很小的改动，也要将全部AP修改一次。如果AP数量不断增多时，维护量变得非常庞大和烦琐。再者，无线局域网本应是一个整体的系统，AP之间需要互相协调工作，单独改变一个AP参数会引起AP之间的无线电波干扰、用户漫游重认证和授权等问题。

所以采用集中式管理的瘦无线AP+集中控制器AC架构是非常必要的。该无线架构具有简单而强大的无线局域网集中式管理功能，AP本身并不存放任何的配置文件，AP的配置是从AC上获取的，通过AC就可以统一管理整个无线网络的AP。网管人员只需简单地配置无线交换机，即可实现开通、管理和维护所有AP设备以及移动终端，包括无线电波频谱、无线安全、接入认证、移动漫游以及接入用户。

2　关于无线网络频段及抗干扰的问题

无线干扰按照类型可划分为WLAN干扰和非WLAN干扰。WLAN干扰是指干扰源发送的RF信号也符合802.11标准，除此之外都是非WLAN干扰。对WLAN干扰，可进一步按照频率范围分为同频干扰和邻频干扰。按照来源划分，可分为WLAN网络自身的互干扰和网络外的干扰。

同频干扰是指两个工作在相同频率上的WLAN设备之间的相互干扰。WLAN工作ISM（Industry， Science and Medicine）频段，包括2.4G和5G两个频段。对某些国家或地区来说，仅有2.4G频段可用。在2.4G频段上，互不干扰的频段十分有限，通常只有1、6、11信道（如图1所示）。

图1　2.4G频段信道划分示意图

因此，对一个大的WLAN网络来说，尤其是高密度部署的网络，同一信道常常需要被不同AP使用。而这些AP之间存在着重复区域时，就存在互相干扰问题。下图2是一幅病房大楼的AP部署信道排列图，由于墙壁隔离度差，不仅同一层楼的同信道AP之间可见，上下楼层之间的同信道AP也存在互相干扰的情况。

同频AP之间如果可见，以802.11为基础的WLAN，空口是所有设备的公共传输媒介，两个AP之间将根据CSMA/CA原则，进行互相退避，这势必会大大降低性能，两个AP的总性能将不会超过一个信道的性能。

如果同频AP之间不可见但覆盖区域有交集，则对处于交集区域的Client而言可能会形成隐藏节点或暴露节点问题。隐藏节点和暴露节点会产生两个方面的问题，其一是报文发送时需要退避或不断重传；其二是由于报文重传时会降低报文发送的物理速率，导致同一AP的影响范围扩大，也使得报文发送占用更多的空口时长，冲突几率加大，引起更多的重传。

根据802.11标准，RF信号发送时其频谱宽度有一定的要求。以2.4G为例，信号的频谱掩码如图3所示：

图2　医院AP部署信道排列图

图3　2.4G信号的频谱掩码

其发射频宽为22MHz，在距离中心频率11MHz之外时，要求衰减超过30dB。对任何WLAN发射机来说，在发射频宽之外，信号也不可能马上降低为0，而是逐渐衰减。如果两个中心频率不同的WLAN设备之间的发射频宽有重叠的部分，就会产生相互影响，形成了邻频干扰。即使对不重叠的相邻信道（如2.4G的1、6信道，11a的161、162信道），如果两个设备之间距离过近且发送功率比较大，也会产生影响。

对一个WLAN网络来说，邻频干扰包括自身的邻频干扰和来自邻居网络的邻频干扰。WLAN网络应首先避免自身的邻频干扰，所有设备建议部署在不重叠的信道上，并且设备之间避免过近。对5G来说，相邻设备最好部署为不相邻的信道，完全避免相邻信道之间可能产生的干扰。

来自WLAN网络外部的干扰也分为WLAN干扰和非WLAN干扰。WLAN干扰主要包括Rogue设备、邻居WLAN网络、Ad hoc网络等。WLAN工作在ISM频段，除了WLAN设备外，还有许多非WLAN设备也工作在该频段，如微波炉、无绳电话、蓝牙设备、无线摄像机、户外微波链路、无线游戏控制器、Zigbee、WiMax等等。非WLAN干扰源会干扰WLAN信号，导致WLAN信号无法被正确接收。还有一些非ISM频段上的设备会在ISM频段上产生射频信号泄露，当临近距离很近的情况下，会对WLAN设备形成干扰。如3G基站，当和WLAN共存于一个机架，或者共用室内馈路系统时，就会形成较强干扰。

对无线干扰的避免和消减，目前有以下5种措施：

3　关于病区内各种物体对信号的强度的影响

住院病房区域包括病房、护士站、走廊、配药室、隔离病房、医生办公室等，功能区众多，根据不同的病房格局，某些病房门口的卫生间成为了Wi-Fi信号最大的障碍。智能终端原本就已经不是很强的Wi-Fi信号，在穿越两层墙体后，信号已经衰减了很多，很难支撑正常的智能终端对信号的要求。

2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：

表1　

实际测试过程中，我们结合实际调减进行了一定的测试，测试后已知物体对无线信号衰减影响程度如下表1：

同时，在测试过程中，我们也发现在衡量墙壁等对于AP信号的穿透损耗时，也需要考虑AP信号入射角度（如下图4所示）。

例如，一面0.5米厚的墙壁，当AP信号和覆盖区域之间直线连接呈45°角入射时，无线信号相当于穿透近1米厚的墙壁；在2°角时相当于超过14米厚的墙壁，所以要获取更好的覆盖效果应尽量使AP信号能够垂直的穿过墙壁。

防止病房内出现信号死角，需要详细规划信号的覆盖。

4　关于无线网络信号覆盖方式

目前无线信号覆盖方式分为两种，一种称为室内放装型AP，一种称为室内分布型AP。

室内放装型AP主要指天线与AP本体不可分离，AP采用大功率发射模块，在指定区域内实现信号的覆盖。

室内分布型AP主要指天线与AP本体可以分离，天线可以部署在各个内，AP和天线通过馈管进行连接。

采用室内放装型AP方式，AP一般都部署在走廊内向房间覆盖，由于病房区域房间较多，隔墙也多，根据前面的分析，对信号强度和均匀度会有较大影响，因而结合医院病房特点，选择室内分布型AP，将天线直接伸入房间，实现每房间1天线或者2天线的方案，从测试的实际效果来看，相对于室内放装型AP覆盖更加均匀，信号强度更好。

根据对各家AP的测试，我们最终选择AP在楼道部署放装，并且由AP上伸出多根天线进入病房，每个病房一根入室天线，过道需要视信号强度确定天线数量，固定在天花板或者墙壁上（见下图5）。

该方案的优点是可以保证病房Wi-Fi信号的强度均匀，因为每个病房都有天线进入，所以房间内没有死角。此外，单AP覆盖范围较大，终端漫游次数较少，减少了因为漫游而出现的一些使用问题。AP和天线整体部署图如下图6：

图5　X分方案部署示意

5　关于无线AP的带机能力

关于无线AP的带机能力，我们定义为单个AP可以同时支持连接，并持续无障碍运行各种应用系统的终端数量。

这个问题开始我们一直没有注意到，直到进行压力测试时候，各家AP带机量差别较大，这个问题才暴露出来。从我们测试的实际情况和交流沟通看，在这个问题上，某些厂家讳莫如深，一味强调无线AP的共享带宽分配和无线巡房所需理论数据通道之间的关系，从而可以很简单的得出一个AP可以承载50-100个手持终端的结论。

在后面我们的压力测试过程中，我们可以明显发现这样得出结论的计算是较为不准确的。

根据我们的了解和实际测试情况，无线AP的带机能力与AP本身提供的带宽（a/b/g/n/ac），天线制式（3*3 MIMO或者更高）、AP的CPU、内存、甚至无线频段的污染和复杂程度都密切相关，这是一个较为综合的问题。

如果我们简单来看，在一般干扰较少的环境内，如各种AP带宽和天线制式相同或者接近，那么与无线AP带机量直接相关的就是AP本身的CPU能力和内存大小，以及算法相关。但很遗憾，这些数据一般厂商都引为商业机密，无从提供，因此我们选择了进行压力测试，同时采信泰尔实验室的检测报告作为辅助。

6　小结

上述的关于无线网络管理构架、频段及抗干扰、物体对信号强度影响、覆盖方式以及带机能力这五个问题，是我们在无线网络部署过程中比较关注的，当然无线网络的选择不仅仅是这些，也有诸如AP的带宽，SSID部署方式、QoS、无线安全的其他方面，本文仅就我们较为关心的问题进行探讨。

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

图6