網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化論文：無線網(wǎng)節(jié)點改良配備探究范文
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作者：李景格莊軍張楠單位：河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院外事辦公室信息管理處石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系
網(wǎng)絡(luò)無線化是近幾年醫(yī)院信息化建設(shè)的熱點，研究者們把主要精力放到了如何利用無線網(wǎng)絡(luò)更好地開展醫(yī)療業(yè)務(wù)方面，對于無線網(wǎng)線的安裝、實施并沒有給予過多的關(guān)注．無線網(wǎng)絡(luò)安裝位置的好壞影響無線網(wǎng)絡(luò)的使用效果．目前，無線網(wǎng)絡(luò)采用IEEE802．11n協(xié)議、無線頻率為2．4GHz的無線電波傳輸數(shù)據(jù)．它的傳輸速度理論最高可達(dá)到54MB／s，且當(dāng)信號受到的干擾較強(qiáng)時，協(xié)議會自動將傳輸速度下調(diào)，以保證網(wǎng)絡(luò)始終連通．2．4GHz為無線網(wǎng)絡(luò)傳輸專用頻段，因此不容易受其他無線設(shè)備的影響，并且無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身的發(fā)射功率不大，通常也不會對其他醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生干擾．相比傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)點是靈活性強(qiáng)．特別是無線終端，由于沒有線纜的限制，終端可以自由在無線信號覆蓋范圍內(nèi)移動而不會與服務(wù)器失去聯(lián)系．
如果在病房實施無線網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生便能隨時利用移動終端（如支持802．11b／n無線協(xié)議的筆記本，支持WI－FI的平板電腦等），在每次查房時，在病人床旁實現(xiàn)病歷的實時錄入以及修改，從而省去紙張記錄然后再由計算機(jī)錄入這個過程，不但節(jié)約了時間和減少了紙張消耗，也極大地提高了病歷的準(zhǔn)確性．有研究者認(rèn)為，無線網(wǎng)絡(luò)不但能夠提升醫(yī)院信息系統(tǒng)的效率，而且對于醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)也有實際意義．但是無線網(wǎng)絡(luò)也存在問題：無線AP（AccessPoint，無線訪問節(jié)點）作為無線網(wǎng)絡(luò)重要的組成部分，對無線終端與服務(wù)器連接有重要影響．它的作用是連接無線終端和主干網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)終端同服務(wù)器的連接．雖然近些年無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，可用性、安全性不斷提高，但是因為2．4GHz無線網(wǎng)絡(luò)信號自身的特性導(dǎo)致其容易受外界物體影響．通常有3種情況會導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)信號受到干擾：一是當(dāng)無線終端遠(yuǎn)離AP點達(dá)到一定距離使得無線信號衰減到移動終端無法識別的程度．二是無線信號在室內(nèi)環(huán)境傳播時，建筑物的結(jié)構(gòu)以及使用的材質(zhì)對信號的傳播有很大的影響．當(dāng)無線信號穿過某些材質(zhì)的墻體等物體時，無線信號會有明顯的衰減，所以會出現(xiàn)移動終端進(jìn)入房間后與服務(wù)器失去聯(lián)系的現(xiàn)象．三是AP是否橋接．當(dāng)AP不橋接時，每一個AP與相臨的AP要處于不同的信道，如果為相同信道且兩個AP覆蓋范圍疊加時，無線終端從一個AP影響范圍內(nèi)移動到疊加區(qū)域時，會出現(xiàn)信號不穩(wěn)的現(xiàn)象，而進(jìn)入不同信道的AP范圍時，移動終端會有短暫的重新連接過程．
蔣華龍等人的研究表明，這種干擾對于無線網(wǎng)絡(luò)的使用者來說會產(chǎn)生一定的影響．無論是哪種情況，在使用信息系統(tǒng)的過程中，與服務(wù)器失去連接的過程無論多么短暫都是不可接受的，所以我們對所有的AP都采用橋接方式，以保證同一樓層的每個AP都在同一個信道下．因此，在本次研究中我們只考慮前2個影響因素．在組建無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置AP時，根據(jù)經(jīng)驗和現(xiàn)場測試選定的AP位置不一定是當(dāng)前環(huán)境下的最佳安放位置，而且整個過程需要多次安裝測試，不但干擾病人的治療和休息，對醫(yī)生和護(hù)士的工作也會產(chǎn)生很大的影響．因此，如何在對現(xiàn)場影響最小的情況下，找出當(dāng)前醫(yī)療環(huán)境下效率最高的AP配置方案，既保證無線信息最大限度地覆蓋工作區(qū)，也保證所需費(fèi)用最小且無線信息受到干擾最小為本研究的主要目標(biāo)．
數(shù)據(jù)分析及方法
河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院是一家三級甲等綜合醫(yī)院，擁有病床1200張．醫(yī)院于2004開始實施醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）并于當(dāng)年下半年將所有醫(yī)療流程電子化．目前，每個病區(qū)都配置了醫(yī)生工作站和護(hù)士工作站．為了能更好地提高效率以及安全性，醫(yī)院考慮在病區(qū)實施無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并使信息終端移動化．圖1為河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院病房大樓某層病區(qū)的平面圖．樓體外墻為混凝土材質(zhì)，各個房間的間隔墻為厚陶粒空心磚．病房前走廊寬約2．1m，長約55m，病房長約7．2m，寬約3．6m．該層擁有病房18間，可接收病人54名，建筑面積為1383m2．根據(jù)姚曄以及華為公司的相關(guān)研究和報告，我們總結(jié)出了各種常見建筑材質(zhì)對2．4GHz無線信號衰減的影響，具體情況見表1．根據(jù)中國H3C公司的無線信號研究報告，無線信號衰減公式為PathLoss（dB）＝46＋10＊n＊Ln（D）．其中，D為傳播路徑（m），n為衰減因子．根據(jù)環(huán)境不同，n的取值范圍為2．0～3．5，通常在全封閉的環(huán)境下n取3．0．近幾年來，地理信息軟件經(jīng)常被應(yīng)用于流行病學(xué)地域性研究中，人們利用該軟件強(qiáng)大的空間分析特性來尋找疾病與各種環(huán)境因素之間可能的關(guān)聯(lián)．但地理信息軟件不應(yīng)僅僅局限在針對地域性流行病學(xué)這種大范圍的研究中，還可以應(yīng)用到更小范圍的其他學(xué)科中．在此次研究中，我們利用地理信息軟件將醫(yī)院病區(qū)平面構(gòu)造電子化，并將各種影響無線信號傳送的因素一并考慮，比如不同材質(zhì)的墻體、網(wǎng)絡(luò)布線分布、房間分布等因素，要比傳統(tǒng)的紙質(zhì)圖紙更加直觀方便，不但可以按研究者的需要顯示各個層面，而且可以利用軟件本身強(qiáng)大的空間分析功能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果．在此次研究中，我們即利用此軟件來確定AP無線信號的覆蓋范圍以及信號在不同位置的衰減程度．
對準(zhǔn)備實施無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院的病房、醫(yī)生辦公室、護(hù)士辦公室的墻體為陶粒墻，可近似看作混凝土墻，對于無線信號的影響比較大．所以在本次研究中，我們根據(jù)表1中混凝土墻對無線信號的影響，將陶粒墻對無線信號的衰減數(shù)值設(shè)定為10．由于無線信號在一個放置有多個物體的封閉空間內(nèi)傳遞，所以將無線信號的衰減因子設(shè)定為3．0．根據(jù)研究，在放置很多物體的空間內(nèi)，無線信號的有效距離為半徑30m的圓形輻射區(qū)．
AP位置的確立
理論上認(rèn)為，在室內(nèi)無線AP的影響范圍可達(dá)100m，但是因為室內(nèi)空間擺放的物體以及建筑結(jié)構(gòu)等因素，無線AP的有效范圍為30m左右．假設(shè)單個無線AP的信號影響范圍是半徑30m的圓形空間．我們首先從整個樓層的最邊緣房間向走廊上的網(wǎng)線位置延伸30m，將這條虛擬線與網(wǎng)線交點設(shè)定為一個假設(shè)AP放置點．利用這種方法，我們檢測了從樓頭房間與網(wǎng)線直線間隔30m的位置，發(fā)現(xiàn)如果在中心位置設(shè)置一個AP，其半徑30m的影響范圍包括整個樓層，見圖2．為了更準(zhǔn)確地檢驗此方案的可行性，我們計算了幾個房間內(nèi)的無線信號強(qiáng)度．假設(shè)采用的無線AP天線輸出功率為20dB．
首先觀察到在中心區(qū)域的醫(yī)生示教室、護(hù)士站、護(hù)士辦公室以及治療室的信號強(qiáng)度比較好．根據(jù)無線信號衰減公式我們得到，醫(yī)生示教室中心點無線信號強(qiáng)度為－66dB，護(hù)士站的信號強(qiáng)度為－44．06dB，治療室為－61．35dB，但是在遠(yuǎn)離AP點的位置，如東北角的醫(yī)生辦公室的信號強(qiáng)度為－66．97dB，從AP發(fā)出的信號要穿過兩面墻才能達(dá)到醫(yī)生辦公室．而無線信號要達(dá)到在西樓頭位置的南邊病房，需要穿過至少3面墻，而每面墻都會使無線信號降低10dB，所以當(dāng)無線信號達(dá)到該房間時，其信號強(qiáng)度降為－98．94dB，在這種信號強(qiáng)度下，無線網(wǎng)絡(luò)的速度無法維持在54MB／s，必然要降低速度以保證連接．因此，此方案僅能保證在樓層的核心位置有很強(qiáng)的無線信號，而周邊區(qū)域則無法保證．理論上單個AP足以覆蓋整個樓層，但在實際條件下，無線網(wǎng)絡(luò)無法很好地完成數(shù)據(jù)傳輸工作，需要增加更多的AP．
如果要增加信號強(qiáng)度，一方面是縮短AP到各個房間的直線距離，另一方面是減少無線信號穿越的墻數(shù)．根據(jù)測算，當(dāng)距離為9m時，在病房區(qū)域單個AP僅負(fù)責(zé)6個房間，無線信號最多僅需要穿過兩面墻，見圖3．此時，病房1內(nèi)的無線信號強(qiáng)度為－66．97dB，病房2內(nèi)的無線信號強(qiáng)度為－56．97dB，病房3的信號強(qiáng)度為－66．97dB，此時的信號強(qiáng)度可以保證54MB／s的無線傳輸速度．圖4表示當(dāng)假設(shè)無線AP有效距離為9m時，每個無線AP所能覆蓋的范圍．此時我們共使用了6個無線AP，其中5個AP設(shè)置到病區(qū)、護(hù)士站及治療室．
余下1個AP放置到醫(yī)生示教室內(nèi)并且稍微向東，因為東邊的醫(yī)生辦公室的面積要大于西邊的辦公室的面積，兩條走廊中間區(qū)域沒有設(shè)置AP，因為在中間區(qū)域沒有任何障礙物，兩條走廊之間的距離為9m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于30m的無線信號室內(nèi)有效傳輸距離．在這個距離上，從護(hù)士工作站上方AP發(fā)出的信號可以不受任何干擾地傳送到醫(yī)生辦公室前走廊．此時，在東、西樓頭的病房內(nèi)的無線信號也可以達(dá)到－66．97dB，而且主要醫(yī)務(wù)人員工作區(qū)都被多個無線AP覆蓋，在主要活動區(qū)域都能保證有無線信號覆蓋．此時，移動終端無論移動到哪里，都不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸失敗或與服務(wù)器失去聯(lián)系的情況。
結(jié)論
無線網(wǎng)絡(luò)正被越來越多的醫(yī)院所采用，其快捷性、便利性深受醫(yī)療工作者的青睞．但是設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)AP點的好壞直接影響無線網(wǎng)絡(luò)的實用性．每個醫(yī)院的工作環(huán)境是不同的，而不同的工作環(huán)境對于無線網(wǎng)絡(luò)信號的影響也不同，特別是建筑材料對無線信號的影響很大．在本次研究中，如果不考慮建筑材料的因素，僅需要5個AP就可以將整個病區(qū)完美覆蓋，但是因為建筑材料的影響，使得無線信號達(dá)不到期待的數(shù)值．如果按照理論設(shè)計進(jìn)行施工，無線網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到預(yù)期的效果，而且會對日常醫(yī)療活動產(chǎn)生不良影響．
在研究中，我們借助地理信息系統(tǒng)軟件將醫(yī)療環(huán)境電子化，在得到建筑材料相關(guān)信息的條件下，根據(jù)不同材質(zhì)對無線信號的影響，利用無線信號衰減公式得出無線信號衰減范圍，從而準(zhǔn)確地得到了無線AP的最佳放置點．其優(yōu)點是：可以在對現(xiàn)場影響最小的條件下得到AP最佳點，不但減少了對繁忙的日常醫(yī)療活動的干擾，也減少了大規(guī)模無線信號測試帶來的時間、金錢上的花費(fèi)．需要注意的是，利用軟件進(jìn)行輔助決策并不能完全取代現(xiàn)場測試，當(dāng)希望在多個地方實施無線網(wǎng)絡(luò)時，在較小區(qū)域進(jìn)行測試就能修正建筑物對無線信號的衰減系數(shù)，再利用地理信息軟件進(jìn)行設(shè)計會使結(jié)果更加準(zhǔn)確。
