基于无线自组网的医院网络部署方案探讨

    刘慧

    摘 要：移动医疗是未来互联网的目标领域之一，移动查房、移动护理等项目也在全国开始普及，医院的无线网络分布则是移动医疗发展的基础设施。因此，在移动医疗系统整体上线之前，医院究竟应该采取何种方式进行WiFi部署是现今面临的重要问题。文章提出一种新的解决方案—无线自组网技术。

    关键词：移动医疗；Ad-hoc网络；网络部署

    1 移动医疗卫生信息系统建设背景

    在移动医疗领域，仅在医疗服务应用的部署和规划方面，美国已经占据全球50%以上。目前，美国医院的无线网络覆盖率已经达到90%以上。日本的无线网络覆盖是以医院诊所为单位来建设的。在日本大地震后，受灾区纸质医疗数据和医疗机构服务器上保存的电子数据损坏的影响，日本主要着力于云端统合个人数据。患者的治疗和远程监控解决方案构成了欧洲移动医疗整体部署60%，提高医疗效率和增强系统方面的积极运用，构成整体部署的15%[1]。

    中国自2009年4月中共中央、国务院要求加快医疗卫生信息系统建设[2]；利用网络通信技术，促进城市医院与社区卫生服务机构的合作等。自《意见》公布以来，移动医疗也在加快步伐在医院中推广。特别是2012年以来，随着移动互联网的发展，移动医疗整个行业都有着巨大的进步。而我国现阶段的医院内，90%以上都没有无线网络的建设，这将是又一个经济增长点。但是，现在一个困扰行业内部时间已久的问题仍没有得到很好的解决，就是在移动医疗系统整体上线之前，医院究竟应该采取哪种WiFi部署模式来做无线覆盖。

    2 当前市场现状

    在当前市场中，各家公司都提供了各自的无线网络部署方案，有以下几种。

    2.1 传统AP模式（放装式）

    代表厂家有：CISCO，ARUBA，H3C，锐捷等公司。此种方案是最早出现的最传统的部署方式。具体操作就是直接把无线天线接入点（Access Point，AP）悬挂在走廊的天花板下或者隐藏在天花板上，在护士站设置基站，统一管理。这种方案实施简单，综合布线工程量小，整体造价比较低。早期的医院部署无线网络的时候大多都采用这种方式。

    但此方式的缺点也很明显，就是信号覆盖质量较差。在医院中，尤其是住院部分，相对普通建筑（例如普通办公室）来说布局和装修都十分复杂。如图1所示，在走廊中部署普通的室内全向AP在经过病房内部卫生间等位置后，信号会有所衰减，易于形成信号盲点，尤其是再遇到无线网卡驱动较差的手持终端时，这个问题非常突出。徐州医科大学附属医院在前期实验时，就使用此种方案，在实际应用中，医生在持有终端查房时，在病房内经常会出现掉线的情况，且数据传输速度是非常慢的。

    早期建设的很多案例都集中在此问题上，造成无线网络使用不稳定、无线信号时好时坏的现象经常发生。很多医院在后期使用时，通过添加AP来提高信号覆盖效果，虽然能够解决信号覆盖问题，但是又因为AP部署的密度过大，带来AP间相互干扰和漫游次数增加的副作用。

    2.2 馈线模式

    代表厂家有：昂科—“一网无痕”。馈线模式是借鉴运营商的办法开发出的系统，也是当前比较成熟的技术。将一个AP放在设备间，然后接入信号放大器将信号放大，再接天线馈线将信号引到走廊，然后在每个病房门口接一根天线用于病房内的信号覆盖。信号不好，就将每个房间都放一个天线发射信号；AP多了引起漫游问题多，那就用一个AP覆盖整个病区。这种模式确实能够解决医院中无线部署的两个实际问题—信号盲点和漫游。

    但是此方案同样也具有施工复杂；成本高；网速速率慢；功率无法精细控制等问题。

    2.3 室分模式

    代表厂家：H3C，锐捷。这种模式可以被理解为一种基于上述两种模式演化出的变通模式。一个AP带几间病房（一般4～8间），每个病房都伸一根天线进去，这样既解决了信号覆盖问题，又在某种程度上提高了无线网络的性能（一个AP只带几个房间）。

    此方案同样也面临施工复杂问题，并存在明显漫游问题。

    2.4 隐形室分模式

    代表厂家：Ruckus（优科），Xirrus。此模式的优势就在于它的天线阵列技术，它的信号有如手电筒的光束，直接打给个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）和查房电脑，从而建立稳定的信号连接。当PDA和查房电脑走入病房后，基于AP内部芯片的最佳路径算法，手电的光速会以穿墙，利用反射、折射平面继续传导，自动避开遮挡物等方式继续追踪客户端，有如隐形的室分软线一样。

    采用这种AP，虽然也是在楼廊吸顶安装，但是病房內的信号质量能够得到大幅度提升，因此解决了传统室分模式的根本弊病—信号覆盖质量问题；同时又不会有馈线模式和室分模式固有的性能问题和施工问题，建设成本也相对较低。但是，目前没有较为成熟的案例。

    2.5 其他

    还有一些拥有比较鲜明特点的WiFi产品和厂家能够很好解决漫游问题的Extricom（以色列）的解决方案；采用云控制技术的Abloomy等。但是这些厂家要么在国内没有开展业务，要么没有针对医院的解决方案，因此不多作赘述。

    3 新模式探讨

    无线Ad-hoc网络是一个没有基础设施的网络，只有几个带有无线收发装置的节点。它始于军事领域，起源于20世纪70年代的Aloha协议，是美国国防部远景规划局资助的“在战场环境下采用分组无线网进行数据通信”研究项目中昌盛的一种新的网络技术[3]。近年来，随着各种无线智能移动终端设备和技术的快速发展，Ad-hoc优点也非常突出。

    目前，我国的自组网技术主要被应用于军事领域，要求网络能够快速展开构建，具有较强的抗毁性，以及远近距离切换等功能。在地震、洪水、风暴等自然灾害紧急救援领域，自组网成本低，架设简便等特点也很有优势。与传统无线网络相比，Ad-hoc网络的任意某个节点A与另一个节点B在进行数据的分组传输时，此节点A的无线频率覆盖范围内的其他节点都能够收到信号，但是覆盖范围之外的任何节点都是无法感知到信号的存在的。这种特性也能够很好地规避漫游带来的影响。

    在此技术基础上，探讨一个新的无线网络部署方案，即利用无线自组网技术，结合医院特殊的使用环境和设施，建立一个信号相对可变动的无线网络部署方案。具体方案描述如图1所示。

    如图1所示，医院病房的基本分布都是如此。每个护理车均设置成为一个节点，在护士站中设置一个优先级最高的主节点，并接入医院内网环境中。当节点开始工作时，5个点可以自动组成无线局域网，随着节点移动，自组网的覆盖范围也有改变，任何一个节点上线或者掉线时，网络总体虽然会发生变化，但是不影响整个无线网络的使用。

    此方案是基于医疗行业的特殊性提出的，在医院的住院部门中，每个病区均具有护士可移动的护理车若干个，节点可以随着护理车的移动，动态的自动组建任意的网络，使移动信号在病区内自动组成无线网络供通讯使用。每个护理车均可以作为基站和路由器两种功能。在病区内，一般而言，几辆护理车是均匀分布在整个病区内的，并且在护士使用时，为了方便护士给病人输液等动作。护理车就近放置在病房边，这样在一定程度上可以保证无线自组网在病区的覆盖面。另外，在医生查房期间，护理车也是随着医生的移动而移动的，也可以保证医生手持终端获得的信号强度。在这两点上，就能够很好地规避当前市场方案中存在的主要矛盾。最后，此方案基本没有布线实施，因此成本也大大降低。

    4 结语

    此方案是笔者一个新的构想，能够有效解决医院无线部署方案中突出存在的问题。但此方案仍需要进一步开发，如网络信道划分问题，带宽设置问题，节点冗余问题等，主要集中在网络MAC层协议中，这也是笔者后续的研究方向。

    [参考文献]

    [1]李小华，陈玉兵，周毅，等.移动医疗技术与应用[M].北京：人民卫生出版社，2015.

    [2]国务院.《关于深化医药卫生体制改革的意见》[EB/OL].（2009-03-17）[2017-09-10].http：//www.sda.gov.cn/WS01/CL0611/41193.html.

    [3]王金龙，王呈贵，吴启晖，等.Ad Hoc移动无线网络[M].北京：国防工业出版社，2004.