宮彥婷

無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

宮彥婷①

目的：隨著移動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，探究無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)在各種復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境中的應(yīng)用。方法：在闡明WLAN定義和特點(diǎn)等基本概念的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析WLAN標(biāo)準(zhǔn)族的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展過(guò)程，對(duì)獨(dú)立辦公區(qū)和醫(yī)院內(nèi)部小范圍覆蓋的組網(wǎng)方式做重點(diǎn)論述。結(jié)果：以實(shí)踐為基礎(chǔ)，給出實(shí)現(xiàn)具體組網(wǎng)的設(shè)備配置要點(diǎn)，對(duì)于理解WLAN技術(shù)和使用設(shè)備給予幫助。結(jié)論：計(jì)算機(jī)無(wú)線局域網(wǎng)作為有線局域網(wǎng)的有效補(bǔ)充已在醫(yī)院實(shí)施運(yùn)行，并且有很好的應(yīng)用前景。

無(wú)線局域網(wǎng)；組網(wǎng)；接入點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

1 WLAN的基本概念

1.1 WLAN的定義

WLAN是利用無(wú)線射頻在開(kāi)放空間中實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)接入和延伸的技術(shù)，其范圍是介于無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)(wireless personal area network）和無(wú)線城域網(wǎng)絡(luò)(wireless metropolitan area network)之間的。設(shè)備的部署需要在深入理解WLAN所采用的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行模式、安全認(rèn)證和環(huán)境因素的基礎(chǔ)上才能最大限度的發(fā)揮無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)性能[4]。

近年來(lái)，WLAN已經(jīng)成為一種經(jīng)濟(jì)、高效、適應(yīng)移動(dòng)環(huán)境和便捷性要求的接入方式。由于WLAN是有線銅纜或光纜網(wǎng)絡(luò)的延伸，因此，在一定的范圍內(nèi)使信息終端擺脫了對(duì)固定線纜接口位置的限制，并且在無(wú)線射頻覆蓋的區(qū)域內(nèi)可以自由移動(dòng)而不中斷網(wǎng)絡(luò)的連接。對(duì)已經(jīng)裝修又不想重新布線的房間，臨時(shí)占用又沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)接口的辦公地點(diǎn)，需要隨時(shí)移動(dòng)錄取、查詢信息的場(chǎng)所，環(huán)境惡劣沒(méi)有辦法敷設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域等部署WLAN設(shè)備，給信息終端的使用帶來(lái)了極大的方便。

1.2 WLAN的特點(diǎn)

WLAN對(duì)使用者是透明的。由于WLAN是以太有線網(wǎng)絡(luò)的延伸和擴(kuò)展，充當(dāng)?shù)氖且蕴珨?shù)據(jù)包傳輸介質(zhì)的作用，因此信息終端的使用者只需知道接入網(wǎng)絡(luò)采用的是無(wú)線網(wǎng)卡，對(duì)應(yīng)用沒(méi)有任何影響。

(1)信息終端和接入設(shè)備之間省去了銅纜或者光纜的敷設(shè)，有效降低了布線的成本。

(2)凡是自由空間均可連接網(wǎng)絡(luò)。消除了有線網(wǎng)絡(luò)接口對(duì)信息終端接入位置的限制，方便移動(dòng)信息的錄取、查詢和處理。

(3)隨時(shí)隨地的接入。只要是在WLAN無(wú)線射頻有效功率的覆蓋區(qū)域之內(nèi)，就可以隨時(shí)隨地的接入網(wǎng)絡(luò)，為應(yīng)用提供了極大的方便性和快捷性。

(4)適合于特殊環(huán)境的信息終端接入。如：隧道、港口碼頭、高速公路等。

(5)接入安全性值得重視。WLAN的無(wú)線射頻處在開(kāi)放的空間中，符合標(biāo)準(zhǔn)的信息終端均可嘗試連接WLAN的AP，通過(guò)特殊的手段和工具是有可能破解侵入沒(méi)有特殊設(shè)置的WLAN中。因此，特別是對(duì)于敏感和關(guān)鍵應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)接入終端的合法性認(rèn)證，以及對(duì)用戶控制和接入權(quán)限進(jìn)行周密細(xì)致的設(shè)計(jì)和部署。

(6)受環(huán)境的影響大。容易受空間的電磁干擾、多路徑衰減、輻射死角等等的影響。

1.3 WLAN的常用名詞解釋

(1) 站點(diǎn)(Stations,STA)：任何一種無(wú)線終端設(shè)備，具備無(wú)線收發(fā)功能。

(2) 無(wú)線接入點(diǎn)(wireless access point, WAP)：是一種無(wú)線終端接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，也是一種特殊的Stations。相當(dāng)于有線以太網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜或者HUB。AP又分為FAT AP(胖AP)和FIT AP(瘦AP)，一般家用和辦公室使用的都是FAT AP，而FIT AP均是通訊運(yùn)營(yíng)商大規(guī)模部署時(shí)使用。

(3)無(wú)線路由器：是AP和寬帶路由器二合一的設(shè)備。一般除了提供WLAN接入的天線和提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的有線接口(WAN)之外，還提供數(shù)個(gè)具備交換功能的有線接口(LAN)。

(4)業(yè)務(wù)組標(biāo)識(shí)符(service set identifier，SSID)。SSID是個(gè)籠統(tǒng)的概念，包含了ESSID和BSSID，用來(lái)區(qū)分不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，SSID通常由AP或無(wú)線路由器廣播出來(lái)，出于安全考慮也可以不廣播SSID。簡(jiǎn)單說(shuō)，SSID就是無(wú)線局域網(wǎng)的名稱。只有設(shè)置相同SSID的信息終端才能相互通訊。

(5)獨(dú)立基本服務(wù)單元(independent basic service set, IBSS)。也叫Ad hoc 模式，是IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義的一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也稱特設(shè)模式。在這種模式下，沒(méi)有無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)中心。如AP等，只是由站點(diǎn)(Station)自組織、自路由、多跳的對(duì)等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

(6)基本服務(wù)單元BSS(basic service set, BSS)。也叫一對(duì)多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)無(wú)線站點(diǎn)均通過(guò)AP訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)AP和多個(gè)站點(diǎn)共同組成BSS。當(dāng)站點(diǎn)之間互訪時(shí)，都必須通過(guò)連接到AP實(shí)現(xiàn)，所以，也叫單跳網(wǎng)絡(luò)。

(7)擴(kuò)展服務(wù)單元(extended service set, ESS)。由多個(gè)BSS組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，且各個(gè)BSS的無(wú)線覆蓋有重疊部分。

2 WLAN的標(biāo)準(zhǔn)

從1990年IEEE802標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立IEEE802.11 WLAN標(biāo)準(zhǔn)工作組起，開(kāi)始了一系列有關(guān)WLAN的802.11標(biāo)準(zhǔn)族的制定。

2.1 IEEE 802.11

1997年6月IEEE推出了WLAN的第一代標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11—1997。定義了介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層(MAC層)和物理層，總數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2 bps。由于2 Mbps的速率相比較當(dāng)時(shí)廣泛應(yīng)用的有線快速以太網(wǎng)100 Mbps太小，無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的需要，隨即推出了補(bǔ)充的IEEE802.11b協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 IEEE 802.11b

IEEE802.11b依然工作在2.4 G的ISM頻段。IEEE802.11b選用了DSSS作為唯一的物理層技術(shù)，并采用補(bǔ)充編碼鍵控(CCK)改進(jìn)了802.11的編碼方式，在IEEE802.11基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了2種更高的通信速率5.5 Mbps和11 Mbps。由于價(jià)格適宜，基于IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 IEEE 802.11a

IEEE802.11a是1999年和IEEE802.11b同時(shí)提出的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。但定義在5 G的頻段之上。IEEE 802.11a雖然能提供54 Mbps的速率，但因工作在5 GHz頻段，與主流的IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)不能兼容，設(shè)備不成熟且價(jià)格居高不下，應(yīng)用并不廣泛[5]。

2.4 IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是在綜合了IEEE 802.11a傳輸速率高(最高54 Mbps)且受干擾少和IEEE 802.11b價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出的，它工作在2.4 G的頻段上，其傳輸速率達(dá)到了最高54 Mbps。IEEE802.11g把WLAN的性能提升到一個(gè)新的高度，同時(shí)降低構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的成本。

2.5 IEEE 802.11n

IEEE802.11n采用MIMO(多入多出)與OFDM(正交頻分復(fù)用)相結(jié)合的技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用智能天線技術(shù)，通過(guò)多組獨(dú)立天線組成的天線陣列，動(dòng)態(tài)調(diào)整波束，保證讓W(xué)LAN用戶接收到穩(wěn)定的信號(hào)，并可以減少其他信號(hào)的干擾，速率達(dá)到最高600 Mbps。

IEEE802.11n定義了可工作于2.4 G和5 G雙頻段模式上，因此，向后兼容IEEE802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN設(shè)備。如果需要最高速率的傳輸，必須是全部設(shè)備支持IEEE802.11n環(huán)境。由于對(duì)WLAN的需求不斷提高，促使WLAN技術(shù)發(fā)展永無(wú)止境。在IEEE802.11n剛興起之后，IEEE有兩個(gè)小組IEEE802.11ac和IEEE802.11ad研究了Gbps級(jí)別的WLAN技術(shù)。

3 WLAN的組網(wǎng)方式

本文僅就獨(dú)立辦公區(qū)和醫(yī)院內(nèi)部小范圍覆蓋的WLAN組網(wǎng)方式進(jìn)行討論，并不涉及通訊運(yùn)營(yíng)商城域范圍WLAN的組網(wǎng)。因此，所提到的AP均是FAT AP。FAT AP和FIT AP的主要區(qū)別[6]如圖1所示：

圖1 FAT AP和FIT AP結(jié)構(gòu)區(qū)別圖

3.1 無(wú)線對(duì)等網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線對(duì)等網(wǎng)也叫Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，即IBSS模式。無(wú)線信息終端之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡組成互聯(lián)的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)：這種無(wú)線組網(wǎng)方式，比較適合于攜帶筆記本電腦或者帶無(wú)線網(wǎng)卡的PC，臨時(shí)走到一起開(kāi)會(huì)或者討論問(wèn)題，需要隨時(shí)共享文檔或者表格的場(chǎng)所，但并不是所有的無(wú)線終端或者無(wú)線網(wǎng)卡都支持這樣的方式互連。組網(wǎng)之前需要確認(rèn)每個(gè)終端無(wú)線網(wǎng)卡能夠支持的組網(wǎng)模式。

3.2 獨(dú)立辦公區(qū)的組網(wǎng)

這是典型的WLAN組網(wǎng)方式，也叫BSS模式。無(wú)線終端的網(wǎng)卡默認(rèn)支持WLAN Client方式，不需要更多的配置和專業(yè)知識(shí)，利用網(wǎng)卡自帶或者操作系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工具只需主動(dòng)掃描(查看可用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò))、發(fā)現(xiàn)、選擇、認(rèn)證通過(guò)、連通。

3.3 醫(yī)院內(nèi)部小范圍覆蓋無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)

利用接入醫(yī)院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的AP對(duì)醫(yī)院相關(guān)病區(qū)進(jìn)行部分或者全部覆蓋，進(jìn)行AP布點(diǎn)時(shí)，AP之間的射頻覆蓋最好有重疊區(qū)間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線漫游功能，使醫(yī)院內(nèi)部移動(dòng)辦公更方便，更快捷(如圖2所示)。

圖2 小范圍覆蓋組網(wǎng)圖示

3.4 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線橋接

兩個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)(有線或者無(wú)線)相距一定的距離又不便使用有線連接時(shí)，采用無(wú)線網(wǎng)橋的互連方式。通常這種方式兩端網(wǎng)橋均使用定向天線，并按照距離的遠(yuǎn)近選擇不同的增益。特別是兩端天線直視空間內(nèi)不能有障礙物阻擋。

3.5 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線橋接

一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)橋接都有一個(gè)中心點(diǎn)，這個(gè)中心點(diǎn)AP的天線一般均用全向天線，如果增益不夠，可以使用中繼器來(lái)接力。

4 WLAN的配置

4.1 對(duì)等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)配置

實(shí)際上，這種組網(wǎng)方式并不普遍，主要是網(wǎng)絡(luò)管理者不但需要知道各個(gè)終端無(wú)線網(wǎng)卡是否支持IBSS模式并進(jìn)行配置之外，還需要網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)上的諸多配置。

在筆記本或者PC上：①確認(rèn)所有互連的終端無(wú)線網(wǎng)卡是否支持IBSS模式，如果支持，啟動(dòng)IBSS模式。在網(wǎng)卡“屬性”的“高級(jí)”標(biāo)簽內(nèi)，有打開(kāi)IBSS模式的選項(xiàng)；②在無(wú)線網(wǎng)卡自帶的配置工具或者操作系統(tǒng)中定義相同的SSID；③將所有終端的IP地址配置成一個(gè)網(wǎng)段的地址；④打開(kāi)其他服務(wù)。如，網(wǎng)絡(luò)鄰居和共享打印機(jī)等；⑤如有問(wèn)題，檢查每個(gè)終端上防火墻的配置[7-8]。

4.2 BSS配置

在AP上：①設(shè)置SSID(可設(shè)置不廣播SSID)；②配置DHCP地址池；③加密方式選擇(出于安全起見(jiàn)，選擇WPA2)；④設(shè)置密鑰。

在windows中：①打開(kāi)無(wú)線網(wǎng)卡物理開(kāi)關(guān)；②查看可用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；③發(fā)現(xiàn)已設(shè)置AP的SSID(不廣播SSID時(shí)，“添加首選網(wǎng)絡(luò)”直接填入SSID)；④連接；⑤填入密鑰；“確定”。

4.3 無(wú)線漫游配置

要實(shí)現(xiàn)無(wú)線漫游，無(wú)線AP最好采用同品牌同型號(hào)同版本的產(chǎn)品[9]。①修改各無(wú)線AP的管理地址。這樣既可以防止IP地址沖突又有利于管理；②配置使所有無(wú)線AP的SSID號(hào)、無(wú)線加密方式及密碼都一致；③相鄰兩個(gè)無(wú)線AP的頻段最好錯(cuò)開(kāi)5個(gè)頻段，防止有重疊區(qū)域的無(wú)線AP間的干擾；④局域網(wǎng)中只開(kāi)啟一個(gè)DHCP服務(wù)器。建議開(kāi)啟與外網(wǎng)連接AP的DHCP服務(wù)器，關(guān)閉其他AP的DHCP服務(wù)器；⑤調(diào)整PC上無(wú)線網(wǎng)卡的“漫游決定”和“漫游趨勢(shì)”。

4.4 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接配置

(1)方法一，在A網(wǎng)絡(luò)AP：①配置A網(wǎng)絡(luò)AP的SSID、頻段、加密方式；②啟用“橋接”功能；③填入B網(wǎng)絡(luò)AP的MAC地址；④啟用DHCP服務(wù)器或者使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的DHCP服務(wù)器(這時(shí)禁用DHCP)；⑤配置管理IP。

在B網(wǎng)絡(luò)的AP：①配置與A網(wǎng)絡(luò)AP相同的SSID、頻段、加密設(shè)置信息；②啟用“橋接”功能；③填入A網(wǎng)絡(luò)AP的MAC地址；④禁用DHCP；⑤配置與A網(wǎng)絡(luò)AP管理地址同一網(wǎng)段的不同IP。

(2)方法二，在A網(wǎng)絡(luò)AP：①配置A網(wǎng)絡(luò)AP的 SSID、頻段、加密方式；②啟用DHCP服務(wù)器或者使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的DHCP服務(wù)器(這時(shí)禁用DHCP)；③配置管理IP。

在B網(wǎng)絡(luò)的AP配置同方法一。

4.5 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)橋接配置

在C網(wǎng)絡(luò)AP：①配置C網(wǎng)絡(luò)AP的SSID、頻段、加密方式；②啟用DHCP服務(wù)器或者使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的DHCP服務(wù)器(這時(shí)禁用DHCP)；③配置管理IP。

在A、B網(wǎng)絡(luò)的AP：①配置與C網(wǎng)絡(luò)AP相同的SSID、頻段、加密設(shè)置信息；②啟用“橋接”功能；③填入C網(wǎng)絡(luò)AP的MAC地址；④禁用DHCP；⑤配置與C網(wǎng)絡(luò)AP管理地址同一網(wǎng)段的不同IP地址[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究只是對(duì)WLAN中FAT AP在獨(dú)立辦公區(qū)和中小規(guī)模單位中使用的技術(shù)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、常用的組網(wǎng)方式和對(duì)應(yīng)的配置做介紹，雖然，每個(gè)廠家的WLAN設(shè)備配置界面不一樣，功能也有差別，但要完成組網(wǎng)要求，必須滿足一定的條件才能達(dá)成。設(shè)備的配置一節(jié)，文中給出必需配置的步驟和參數(shù)，具體到不同廠家的設(shè)備配置中會(huì)有名稱和步驟的差異，需要適應(yīng)性的調(diào)整。WLAN涉獵的工程范圍很廣，比如頻段的選擇、頻道的使用、加密方式、用戶認(rèn)證、射頻傳播的環(huán)境影響、大范圍覆蓋時(shí)AP的部署設(shè)計(jì)等等均需要專文論述。

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Application of WLAN technology in hospital network

GONG Yan-ting

Objective: With the popularization of the computer’s technology and the development of wireless network technology, the research of the technology of WLAN and it application in various complex network environment has been a hot spot. Methods: On the basis of clarifying the basic concept of WLAN’s definition and characteristics, we analyzed the technical characteristics and development process of the WLAN’s standard family in detail. Meanwhile, we explained especially the small range covering network mode of the independent office area and the hospital internal area. Results: On the basis of practice, given the device’s configuration elements of realization of specific network, we hope to given help of understand WLAN technology and use equipment. Conclusion: As the effective supplement of wired LAN, computer WLAN system always has good implementation and operation. So it has very good application prospect.

WLAN; Networking; AP; Network application; Network construction

Department of Medical Informatics, General Hospital of Beijing Command, Beijing 100700, China.

1672-8270(2012)07-0013-04

TH772.24

A

宮彥婷,女,(1973- ),碩士，主管技師。北京軍區(qū)總醫(yī)院信息科，從事醫(yī)院信息化管理工作。

2012-03-25

①北京軍區(qū)總醫(yī)院信息科 北京 100700

China Medical Equipment,2012,9(7):13-16.

無(wú)線局域網(wǎng)(wireless local area networks, WLAN)技術(shù)是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[1]。以其移動(dòng)性強(qiáng)、擴(kuò)充性高、施工容易、周期短、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)中得到應(yīng)用[2]。WLAN及其應(yīng)用系統(tǒng)不是完全顛覆醫(yī)院原有網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)，而是作為局域網(wǎng)的補(bǔ)充，共同構(gòu)建醫(yī)院的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)[3]。