基于無線自組網(wǎng)的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)部署方案探討

劉慧

摘 要：移動(dòng)醫(yī)療是未來互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)領(lǐng)域之一，移動(dòng)查房、移動(dòng)護(hù)理等項(xiàng)目也在全國開始普及，醫(yī)院的無線網(wǎng)絡(luò)分布則是移動(dòng)醫(yī)療發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，在移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)整體上線之前，醫(yī)院究竟應(yīng)該采取何種方式進(jìn)行WiFi部署是現(xiàn)今面臨的重要問題。文章提出一種新的解決方案—無線自組網(wǎng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)醫(yī)療；Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)部署

1 移動(dòng)醫(yī)療衛(wèi)生信息系統(tǒng)建設(shè)背景

在移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域，僅在醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用的部署和規(guī)劃方面，美國已經(jīng)占據(jù)全球50%以上。目前，美國醫(yī)院的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率已經(jīng)達(dá)到90%以上。日本的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋是以醫(yī)院診所為單位來建設(shè)的。在日本大地震后，受災(zāi)區(qū)紙質(zhì)醫(yī)療數(shù)據(jù)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)服務(wù)器上保存的電子數(shù)據(jù)損壞的影響，日本主要著力于云端統(tǒng)合個(gè)人數(shù)據(jù)。患者的治療和遠(yuǎn)程監(jiān)控解決方案構(gòu)成了歐洲移動(dòng)醫(yī)療整體部署60%，提高醫(yī)療效率和增強(qiáng)系統(tǒng)方面的積極運(yùn)用，構(gòu)成整體部署的15%[1]。

中國自2009年4月中共中央、國務(wù)院要求加快醫(yī)療衛(wèi)生信息系統(tǒng)建設(shè)[2]；利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，促進(jìn)城市醫(yī)院與社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)的合作等。自《意見》公布以來，移動(dòng)醫(yī)療也在加快步伐在醫(yī)院中推廣。特別是2012年以來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)醫(yī)療整個(gè)行業(yè)都有著巨大的進(jìn)步。而我國現(xiàn)階段的醫(yī)院內(nèi)，90%以上都沒有無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這將是又一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。但是，現(xiàn)在一個(gè)困擾行業(yè)內(nèi)部時(shí)間已久的問題仍沒有得到很好的解決，就是在移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)整體上線之前，醫(yī)院究竟應(yīng)該采取哪種WiFi部署模式來做無線覆蓋。

2 當(dāng)前市場現(xiàn)狀

在當(dāng)前市場中，各家公司都提供了各自的無線網(wǎng)絡(luò)部署方案，有以下幾種。

2.1 傳統(tǒng)AP模式（放裝式）

代表廠家有：CISCO，ARUBA，H3C，銳捷等公司。此種方案是最早出現(xiàn)的最傳統(tǒng)的部署方式。具體操作就是直接把無線天線接入點(diǎn)（Access Point，AP）懸掛在走廊的天花板下或者隱藏在天花板上，在護(hù)士站設(shè)置基站，統(tǒng)一管理。這種方案實(shí)施簡單，綜合布線工程量小，整體造價(jià)比較低。早期的醫(yī)院部署無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候大多都采用這種方式。

但此方式的缺點(diǎn)也很明顯，就是信號覆蓋質(zhì)量較差。在醫(yī)院中，尤其是住院部分，相對普通建筑（例如普通辦公室）來說布局和裝修都十分復(fù)雜。如圖1所示，在走廊中部署普通的室內(nèi)全向AP在經(jīng)過病房內(nèi)部衛(wèi)生間等位置后，信號會(huì)有所衰減，易于形成信號盲點(diǎn)，尤其是再遇到無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)較差的手持終端時(shí)，這個(gè)問題非常突出。徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院在前期實(shí)驗(yàn)時(shí)，就使用此種方案，在實(shí)際應(yīng)用中，醫(yī)生在持有終端查房時(shí)，在病房內(nèi)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)掉線的情況，且數(shù)據(jù)傳輸速度是非常慢的。

早期建設(shè)的很多案例都集中在此問題上，造成無線網(wǎng)絡(luò)使用不穩(wěn)定、無線信號時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。很多醫(yī)院在后期使用時(shí)，通過添加AP來提高信號覆蓋效果，雖然能夠解決信號覆蓋問題，但是又因?yàn)锳P部署的密度過大，帶來AP間相互干擾和漫游次數(shù)增加的副作用。

2.2 饋線模式

代表廠家有：昂科—“一網(wǎng)無痕”。饋線模式是借鑒運(yùn)營商的辦法開發(fā)出的系統(tǒng)，也是當(dāng)前比較成熟的技術(shù)。將一個(gè)AP放在設(shè)備間，然后接入信號放大器將信號放大，再接天線饋線將信號引到走廊，然后在每個(gè)病房門口接一根天線用于病房內(nèi)的信號覆蓋。信號不好，就將每個(gè)房間都放一個(gè)天線發(fā)射信號；AP多了引起漫游問題多，那就用一個(gè)AP覆蓋整個(gè)病區(qū)。這種模式確實(shí)能夠解決醫(yī)院中無線部署的兩個(gè)實(shí)際問題—信號盲點(diǎn)和漫游。

但是此方案同樣也具有施工復(fù)雜；成本高；網(wǎng)速速率慢；功率無法精細(xì)控制等問題。

2.3 室分模式

代表廠家：H3C，銳捷。這種模式可以被理解為一種基于上述兩種模式演化出的變通模式。一個(gè)AP帶幾間病房（一般4～8間），每個(gè)病房都伸一根天線進(jìn)去，這樣既解決了信號覆蓋問題，又在某種程度上提高了無線網(wǎng)絡(luò)的性能（一個(gè)AP只帶幾個(gè)房間）。

此方案同樣也面臨施工復(fù)雜問題，并存在明顯漫游問題。

2.4 隱形室分模式

代表廠家：Ruckus（優(yōu)科），Xirrus。此模式的優(yōu)勢就在于它的天線陣列技術(shù)，它的信號有如手電筒的光束，直接打給個(gè)人數(shù)字助理（Personal Digital Assistant，PDA）和查房電腦，從而建立穩(wěn)定的信號連接。當(dāng)PDA和查房電腦走入病房后，基于AP內(nèi)部芯片的最佳路徑算法，手電的光速會(huì)以穿墻，利用反射、折射平面繼續(xù)傳導(dǎo)，自動(dòng)避開遮擋物等方式繼續(xù)追蹤客戶端，有如隱形的室分軟線一樣。

采用這種AP，雖然也是在樓廊吸頂安裝，但是病房內(nèi)的信號質(zhì)量能夠得到大幅度提升，因此解決了傳統(tǒng)室分模式的根本弊病—信號覆蓋質(zhì)量問題；同時(shí)又不會(huì)有饋線模式和室分模式固有的性能問題和施工問題，建設(shè)成本也相對較低。但是，目前沒有較為成熟的案例。

2.5 其他

還有一些擁有比較鮮明特點(diǎn)的WiFi產(chǎn)品和廠家能夠很好解決漫游問題的Extricom（以色列）的解決方案；采用云控制技術(shù)的Abloomy等。但是這些廠家要么在國內(nèi)沒有開展業(yè)務(wù)，要么沒有針對醫(yī)院的解決方案，因此不多作贅述。

3 新模式探討

無線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)沒有基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，只有幾個(gè)帶有無線收發(fā)裝置的節(jié)點(diǎn)。它始于軍事領(lǐng)域，起源于20世紀(jì)70年代的Aloha協(xié)議，是美國國防部遠(yuǎn)景規(guī)劃局資助的“在戰(zhàn)場環(huán)境下采用分組無線網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信”研究項(xiàng)目中昌盛的一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[3]。近年來，隨著各種無線智能移動(dòng)終端設(shè)備和技術(shù)的快速發(fā)展，Ad-hoc優(yōu)點(diǎn)也非常突出。

目前，我國的自組網(wǎng)技術(shù)主要被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，要求網(wǎng)絡(luò)能夠快速展開構(gòu)建，具有較強(qiáng)的抗毀性，以及遠(yuǎn)近距離切換等功能。在地震、洪水、風(fēng)暴等自然災(zāi)害緊急救援領(lǐng)域，自組網(wǎng)成本低，架設(shè)簡便等特點(diǎn)也很有優(yōu)勢。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的任意某個(gè)節(jié)點(diǎn)A與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)B在進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組傳輸時(shí)，此節(jié)點(diǎn)A的無線頻率覆蓋范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)都能夠收到信號，但是覆蓋范圍之外的任何節(jié)點(diǎn)都是無法感知到信號的存在的。這種特性也能夠很好地規(guī)避漫游帶來的影響。

在此技術(shù)基礎(chǔ)上，探討一個(gè)新的無線網(wǎng)絡(luò)部署方案，即利用無線自組網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合醫(yī)院特殊的使用環(huán)境和設(shè)施，建立一個(gè)信號相對可變動(dòng)的無線網(wǎng)絡(luò)部署方案。具體方案描述如圖1所示。

如圖1所示，醫(yī)院病房的基本分布都是如此。每個(gè)護(hù)理車均設(shè)置成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在護(hù)士站中設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級最高的主節(jié)點(diǎn)，并接入醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)環(huán)境中。當(dāng)節(jié)點(diǎn)開始工作時(shí)，5個(gè)點(diǎn)可以自動(dòng)組成無線局域網(wǎng)，隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，自組網(wǎng)的覆蓋范圍也有改變，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)上線或者掉線時(shí)，網(wǎng)絡(luò)總體雖然會(huì)發(fā)生變化，但是不影響整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的使用。

此方案是基于醫(yī)療行業(yè)的特殊性提出的，在醫(yī)院的住院部門中，每個(gè)病區(qū)均具有護(hù)士可移動(dòng)的護(hù)理車若干個(gè)，節(jié)點(diǎn)可以隨著護(hù)理車的移動(dòng)，動(dòng)態(tài)的自動(dòng)組建任意的網(wǎng)絡(luò)，使移動(dòng)信號在病區(qū)內(nèi)自動(dòng)組成無線網(wǎng)絡(luò)供通訊使用。每個(gè)護(hù)理車均可以作為基站和路由器兩種功能。在病區(qū)內(nèi)，一般而言，幾輛護(hù)理車是均勻分布在整個(gè)病區(qū)內(nèi)的，并且在護(hù)士使用時(shí)，為了方便護(hù)士給病人輸液等動(dòng)作。護(hù)理車就近放置在病房邊，這樣在一定程度上可以保證無線自組網(wǎng)在病區(qū)的覆蓋面。另外，在醫(yī)生查房期間，護(hù)理車也是隨著醫(yī)生的移動(dòng)而移動(dòng)的，也可以保證醫(yī)生手持終端獲得的信號強(qiáng)度。在這兩點(diǎn)上，就能夠很好地規(guī)避當(dāng)前市場方案中存在的主要矛盾。最后，此方案基本沒有布線實(shí)施，因此成本也大大降低。

4 結(jié)語

此方案是筆者一個(gè)新的構(gòu)想，能夠有效解決醫(yī)院無線部署方案中突出存在的問題。但此方案仍需要進(jìn)一步開發(fā)，如網(wǎng)絡(luò)信道劃分問題，帶寬設(shè)置問題，節(jié)點(diǎn)冗余問題等，主要集中在網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議中，這也是筆者后續(xù)的研究方向。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李小華，陳玉兵，周毅，等.移動(dòng)醫(yī)療技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2015.

[2]國務(wù)院.《關(guān)于深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的意見》[EB/OL].（2009-03-17）[2017-09-10].http：//www.sda.gov.cn/WS01/CL0611/41193.html.

[3]王金龍，王呈貴，吳啟暉，等.Ad Hoc移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.endprint