張儼

（荊州市中心醫(yī)院，湖北 荊州 434020）

醫(yī)院無(wú)線寬帶部署及工程優(yōu)化方案

張儼

（荊州市中心醫(yī)院，湖北 荊州 434020）

本文討論在開(kāi)通無(wú)線寬帶及部署AP時(shí)的相關(guān)技術(shù)，討論了室內(nèi)外天饋線的布放，就某中心醫(yī)院無(wú)線寬帶的部署和工程優(yōu)化進(jìn)行分析，探討醫(yī)院內(nèi)不同場(chǎng)景下布放AP的規(guī)則和方式，對(duì)同類型工程有較為專業(yè)的指導(dǎo)意義。

AP；天線；功率；衰耗

當(dāng)前隨著手持式通信設(shè)備的廣泛應(yīng)用，國(guó)際電工電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）制定的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議 802.11 系列協(xié)議已漸漸成為原有固定寬帶的有效延伸，通常采用 AP（Access Point）作為寬帶接入，在具體的工程中，信號(hào)質(zhì)量受到環(huán)境影響較大。本文不考慮網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)，僅就AP的物理部署方案和位置予以討論。

1 無(wú)線信號(hào)的空間傳輸特性

1.1 自由空間

無(wú) 線 寬 帶 一 般 使 用 的 是 WiFi（Wireless Fidelity，無(wú)線保真）技術(shù)，目前手機(jī)、平板電腦等通常都能夠支持 IEEE802.11n，它兼容 802.11a/b/ g，可工作于 2.4GHz 或 5GHz 頻段。在這些頻段下，用戶終端到AP為都是直線方式傳輸，計(jì)算功率的方式也是指的兩點(diǎn)之間的直線距離。按照無(wú)線信號(hào)在自由空間中傳輸時(shí)的損耗計(jì)算公式：

Los=32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)

式中：Los——傳輸損耗，dB；

d——距離，km；

f——工作頻率，MHz。

2.4GHz信號(hào)在空氣傳播衰減計(jì)算值大約如表1。

表1

1.2 障礙物

如果AP和用戶終端之間有面積較大的障礙物，例如鋼筋混凝土墻壁、金屬吊牌等，信號(hào)將受到極大衰耗。這里，我們給出了 2.4GHz 電磁波在穿透常規(guī)建筑材料時(shí)衰減的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值（表2）。

表2

相較 2.4GHz 來(lái)說(shuō)，使用 5GHz 頻段信號(hào)傳輸距離短，傳輸過(guò)程衰耗更大，信號(hào)穿透、繞射能力較弱，更容易被物體遮擋。

障礙物除了遮擋吸收信號(hào)外，還會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行反射，使得信號(hào)在特定區(qū)域內(nèi)由于不同路徑到達(dá)的波形疊加，導(dǎo)致信號(hào)在不同位置可能加強(qiáng)或者減弱，特別是波峰波谷如果疊加到一起，對(duì)信號(hào)衰減會(huì)非常顯著，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，一般需要考慮第一菲涅耳區(qū)，即直線路徑與折線路徑的行程差為λ/2 的位置處。如果在距離反射面（x=0）的 0.3 米處安裝 AP，其菲涅爾區(qū)如圖1所示。

圖1 光滑平面反射波的干涉區(qū)

由于墻面和障礙物的反射和吸收都不是規(guī)則的，因此對(duì)信號(hào)的影響更加復(fù)雜，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算測(cè)量。

2013年，廣東全省各地水政執(zhí)法人員開(kāi)展河道巡查2329次，聯(lián)合執(zhí)法169次，出動(dòng)執(zhí)法人員34877人次，出動(dòng)車輛5555輛次，出動(dòng)船只1122艘次，查處非法堆砂場(chǎng)110處，河道清障170處，查獲非法采（運(yùn)）砂船（設(shè)備）230艘（輛、臺(tái)）次，查處水事違法行為2218宗，有效地遏制了河道水事違法行為蔓延的勢(shì)頭。

1.3 軟件仿真

仿真軟件可用來(lái)模擬無(wú)線信號(hào)的空間傳輸，在規(guī)劃時(shí)，可通過(guò)仿真設(shè)計(jì)來(lái)選擇合適的天線和布放位置，例如 HFSS 和 XFDTD 軟件都采用基于自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，能較好模擬三維電磁場(chǎng)，可以幫助分析無(wú)線信號(hào)在具體空間中的傳輸效果，但仿真軟件并不能完全模擬真實(shí)材質(zhì)全部特性，且對(duì)使用者的專業(yè)技術(shù)水平有一定要求，因此實(shí)際工程中應(yīng)用并不廣泛。

2 AP的安裝使用

在部署無(wú)線寬帶時(shí)，最重要的就是選擇合適AP布放在合適的位置上，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)當(dāng)選擇不同的布放方法。

2.1 室內(nèi)使用

室內(nèi) AP通常安裝在三種位置：將 AP直接安裝在桌面上或墻壁、天花板角落；將AP裝在較為隱蔽的位置，通過(guò)饋線和吸頂天線將信號(hào)發(fā)射點(diǎn)部署到特定位置；在吊頂或夾層內(nèi)安裝 AP。這三種位置安裝各有優(yōu)缺點(diǎn)。

直接使用 AP，部署時(shí)不需要專業(yè)知識(shí)，甚至可以通過(guò)在使用中調(diào)整AP的位置和天線方向角，選擇較好接入效果的位置，但由于其不夠美觀，而且在大多數(shù)場(chǎng)合下，都存在取電、有線連接問(wèn)題，因此一般在作為臨時(shí)接入或連接小范圍密集用戶使用。

吸頂天線一般用于會(huì)議室、公共休息區(qū)等地方，部署時(shí)需提前規(guī)劃，可以將天線布置在需要的地方，室內(nèi)整體效果較美觀，但存在造成信號(hào)衰減的菲涅爾區(qū)域，在該區(qū)域使用時(shí)會(huì)有一定影響，而且如果不統(tǒng)一考慮整體裝修，無(wú)線信號(hào)很可能會(huì)被臨時(shí)增加的吊牌、屏風(fēng)、隔斷、風(fēng)扇扇葉等阻隔，達(dá)不到預(yù)期效果。

在吊頂或隔熱層內(nèi)安裝，美觀性非常好，但信號(hào)受到鋁合金扣板等阻隔，平層內(nèi)覆蓋范圍小。且存在取電和有線網(wǎng)絡(luò)連接的困難，一旦出現(xiàn)故障，幾乎無(wú)法維護(hù)。

2.2 室外使用

在室外使用AP，通常將 AP布放在較高的建筑物的一側(cè)，使用扇面天線覆蓋某個(gè)特定區(qū)域；或在使用區(qū)域的中央架設(shè)電桿安裝 AP，并使用全向天線覆蓋；如果距離較遠(yuǎn)，也有使用定向天線覆蓋的情況。一般會(huì)選用功率較大的 AP，增加覆蓋面積。

3 醫(yī)院各場(chǎng)景下 AP 部署和優(yōu)化方案

根據(jù)實(shí)際情況和業(yè)務(wù)需求，AP的部署方案各有不同，如下是醫(yī)院中幾個(gè)有代表性場(chǎng)所的AP部署和優(yōu)化示例。

3.1 門診大廳

門診大廳面積約 600m2，中間是導(dǎo)診臺(tái)，周圍是掛號(hào)、繳費(fèi)、交單取藥窗口，如圖2所示。

圖2 門診大廳平面示意圖

在靠近大門角落的休息區(qū)，人員上網(wǎng)的可能性較大，因此在該處布置一個(gè)信號(hào)源點(diǎn)，但由于樓梯阻隔，該AP無(wú)法全部覆蓋整個(gè)大廳，且距離較遠(yuǎn)時(shí)信號(hào)并不好，因此在靠近大廳中部安裝另一個(gè)信號(hào)源點(diǎn)。由于這兩個(gè)點(diǎn)的位置取電和網(wǎng)絡(luò)連接都不方便，如果直接布放AP，后期會(huì)非常難以維護(hù)，因此將AP放在房間一角方便安裝維護(hù)和取電的地方，然后通過(guò)射頻電纜把信號(hào)引到大廳中部區(qū)域的吸頂天線上。目前已達(dá)到整個(gè)大廳的全覆蓋，將來(lái)如果需要增加電子導(dǎo)診等應(yīng)用時(shí)，可以通過(guò)增加AP數(shù)量來(lái)提升業(yè)務(wù)體驗(yàn)，部署方式可與已部署的AP相同。

3.2 影像醫(yī)學(xué)中心

在“影像醫(yī)學(xué)中心”，醫(yī)療設(shè)備有限，診療處理時(shí)間較長(zhǎng)。為滿足病人或家屬在等候時(shí)的上網(wǎng)需求，醫(yī)院增加了無(wú)線寬帶接入。大廳結(jié)構(gòu)如圖3所示，等候區(qū)在大廳一角，寬帶引入接口在另一面墻壁上，大廳中部有一承重柱。

圖3 影像醫(yī)學(xué)中心等待區(qū)平面示意圖

最初安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為了方便連接將AP直接固定在靠近網(wǎng)口的位置的角落上，但使用一段時(shí)間后，總有人反饋上網(wǎng)慢，網(wǎng)頁(yè)打不開(kāi)等問(wèn)題，增加了出口帶寬仍然沒(méi)有明顯改善，夜間維護(hù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)除承重柱后的少數(shù)（3～5個(gè)）座位外，信號(hào)功率尚可（大約 -50dBm）。在觀察實(shí)際用戶使用情況，發(fā)現(xiàn)由于AP安裝位置靠近人員經(jīng)常流動(dòng)的通道，上網(wǎng)終端和AP之間經(jīng)常被來(lái)往人群阻隔，且X光機(jī)工作時(shí)對(duì)AP有干擾，導(dǎo)致用戶接收到的信號(hào)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，上網(wǎng)速度受到明顯影響。

為了優(yōu)化該工程，我們?cè)黾?PoE供電模塊，將AP直接放裝到等候區(qū)頂部，并更換了全向天線。改造后，信號(hào)盲區(qū)消失，且在有人員走動(dòng)時(shí)，不會(huì)形成遮擋，用戶信號(hào)質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，后續(xù)再?zèng)]有收到反饋說(shuō)仍然上網(wǎng)困難的情況。

在這種類型的場(chǎng)景下，使用網(wǎng)絡(luò)的人員位置基本固定，只需要在此位置進(jìn)行覆蓋即可。類似的情況還包括，候機(jī)/候車廳的等候區(qū)，室內(nèi)體育館的觀眾席，圖書(shū)的館中閱讀區(qū)等，并不需要將信號(hào)完整的均勻覆蓋到室內(nèi)每一個(gè)位置，而是選擇人員集中停留的地方處放裝AP或安裝天線重點(diǎn)覆蓋。

3.3 住院大樓

在病房區(qū)，由于病房墻壁厚實(shí)，信號(hào)穿墻衰減大，在每間病房?jī)?nèi)單獨(dú)安裝AP，實(shí)現(xiàn)該病房?jī)?nèi)的覆蓋；同時(shí)另外安裝AP覆蓋過(guò)道區(qū)域和護(hù)士站。這樣，未來(lái)發(fā)展業(yè)務(wù)時(shí)，如果查房醫(yī)生有需要，可以隨時(shí)調(diào)用患者的病歷增加醫(yī)囑，在護(hù)士站和病房之間頻繁漫游，業(yè)務(wù)也不會(huì)因此中斷。另外由于各AP的位置確定，利用信號(hào)衰減模型可以估算出移動(dòng)設(shè)備距離各個(gè)AP的距離，這樣就部署了無(wú)線定位功能，如果病人（如兒童、老人）有特殊看護(hù)需要，也可根據(jù)其攜帶的無(wú)線終迅速端識(shí)別其所在區(qū)域。

3.4 住院部活動(dòng)區(qū)

住院部的活動(dòng)區(qū)是一個(gè)面積約 5000m2草坪，草坪上有一些供人休憩的長(zhǎng)椅，由于不方便在活動(dòng)區(qū)內(nèi)安裝設(shè)備，因此采用扇面天線覆蓋，如圖4所示。在需覆蓋的區(qū)域內(nèi)無(wú)樹(shù)木等遮擋，距離可部署AP 的建筑物最遠(yuǎn)距離大約 120m，選用大約 7dBi增益的天線，部署在約三層樓高處，安裝時(shí)做防水防雷處理。實(shí)測(cè) 2.4GHz 接收功率大約 -60dB，完全滿足其功率要求。

圖4 住院部活動(dòng)區(qū)信號(hào)覆蓋示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比較特殊，安裝時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況，注意各種環(huán)境因素，特別是在醫(yī)院干擾源較多和應(yīng)用需求相對(duì)復(fù)雜的情況下，需要綜合造價(jià)、效果、環(huán)境、未來(lái)發(fā)展等多方面考慮，在本文中，也僅僅選取了幾個(gè)最典型的場(chǎng)景做初步探討，對(duì)其中更多考慮因素還需要更加深入的研究。

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