王能才 韋 哲 曹 彤

基于LTE與WLAN疊加的無(wú)線通信技術(shù)在車載式移動(dòng)醫(yī)療信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究*

王能才①韋 哲①曹 彤①

目的：為了應(yīng)對(duì)救災(zāi)搶險(xiǎn)、軍事演習(xí)及突發(fā)事件等場(chǎng)景的部隊(duì)醫(yī)療救援任務(wù)，針對(duì)鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于救援任務(wù)部署人力成本和費(fèi)用高的缺點(diǎn)，提出使用無(wú)線通信技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。方法：圍繞車載式移動(dòng)醫(yī)療信息數(shù)據(jù)中心建立本地?zé)o線通訊網(wǎng)絡(luò)，采用eLTE寬帶集群技術(shù)作為本地局域網(wǎng)的承載，通過(guò)部署長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)計(jì)劃技術(shù)、用戶端設(shè)備(CPE)將LTE信號(hào)轉(zhuǎn)換為WiFi信號(hào)，供CPE周邊WiFi設(shè)備接入。結(jié)果：集群?jiǎn)握九cCPE之間無(wú)需線纜連接，通過(guò)無(wú)線LTE信號(hào)進(jìn)行通信。醫(yī)療用IT設(shè)備通過(guò)無(wú)線路由器或無(wú)線模塊就近接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)救援中心的本地局域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。結(jié)論：此無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，整體提升了部隊(duì)醫(yī)療衛(wèi)生單元在醫(yī)療救治活動(dòng)中的能力，最大限度地減少鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)費(fèi)。

戰(zhàn)地網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線通信技術(shù)；以太網(wǎng)線連接裝置；WiFi設(shè)備

[First-author’s address] Information Department of Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Area Command, Lanzhou 730050, China.

移動(dòng)醫(yī)療信息系統(tǒng)采用先進(jìn)的車輛改裝技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、醫(yī)療信息化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)等組成功能完備的移動(dòng)醫(yī)療信息化中心。整個(gè)移動(dòng)醫(yī)療信息化系統(tǒng)由醫(yī)療通訊車和帳篷式移動(dòng)醫(yī)療點(diǎn)組成。醫(yī)療通訊車搭載車載式醫(yī)療信息數(shù)據(jù)中心，圍繞通訊車建立本地通訊網(wǎng)絡(luò)，覆蓋帳篷式移動(dòng)醫(yī)療救援中心[1-3]。由于災(zāi)區(qū)環(huán)境的特殊性，鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于救援任務(wù)而言，其部署的人力成本以及IT技能要求極高。為此，本研究對(duì)于災(zāi)區(qū)醫(yī)療通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提出使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行建設(shè)。醫(yī)療用IT設(shè)備通過(guò)無(wú)線路由器或無(wú)線模塊就近接入帳篷式移動(dòng)醫(yī)療救援中心無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為方便終端設(shè)備接入，靠近終端設(shè)備一側(cè)設(shè)計(jì)為無(wú)線局域網(wǎng)(wireless local area networks，WLAN)覆蓋，從而通過(guò)無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)整個(gè)救援中心的本地局域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通[4]。

1 車載式移動(dòng)醫(yī)療信息系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本研究出于對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及維護(hù)難易程度的考慮，使用以太網(wǎng)線連接裝置(ethernet line termination equipment，eLTE)寬帶集群作為本地大局域網(wǎng)的承載[5]。使用1.8 GHz頻段集群，eLTE集群?jiǎn)握究梢宰钸h(yuǎn)覆蓋4 km距離，在4 km范圍內(nèi)通過(guò)部署長(zhǎng)期演進(jìn)(long term evolution，LTE)計(jì)劃技術(shù)、用戶端設(shè)備(customer premise equipment，CPE)，將LTE信號(hào)轉(zhuǎn)換成WiFi信號(hào)供CPE周邊WiFi設(shè)備接入。集群?jiǎn)握九cCPE之間不需要線纜連接，通過(guò)無(wú)線LTE信號(hào)進(jìn)行通信，只需對(duì)CPE進(jìn)行供電即可快速搭建起帳篷周邊局域網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 車載式移動(dòng)醫(yī)療信息系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)圖

2 車載式移動(dòng)醫(yī)療通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 業(yè)務(wù)需求分析

圍繞醫(yī)療通訊車設(shè)置“帳篷醫(yī)療點(diǎn)”，帳篷相當(dāng)于科室，內(nèi)設(shè)醫(yī)療設(shè)備和電腦等，設(shè)備需要通過(guò)本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，訪問車內(nèi)數(shù)據(jù)中心的醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system，HIS)、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)(laboratory information system，LIS)和影像歸檔及傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)[4]。同時(shí)，本地桌面會(huì)診、遠(yuǎn)程醫(yī)療及物資管理信息等也需要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

2.2 帶寬設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)救援環(huán)境需要，本網(wǎng)絡(luò)按可承受全網(wǎng)80臺(tái)業(yè)務(wù)訪問終端進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中帶寬需求最大的是PACS傳輸、遠(yuǎn)程視頻及本地桌面會(huì)診3個(gè)業(yè)務(wù)；HIS、LIS訪問及語(yǔ)音通信等業(yè)務(wù)帶寬需求較小[6]。文件傳輸保留1.2 Mbps帶寬，桌面共享平均每方60 K。由于終端的局限性，本研究設(shè)計(jì)語(yǔ)音按8并發(fā)、2路視頻并發(fā)、1路文件傳輸及5路桌面共享計(jì)算，共需帶寬設(shè)計(jì)為4種。

(1)PACS訪問傳輸帶寬設(shè)計(jì)。通常PACS圖像平均約為12 MB，在移動(dòng)醫(yī)療環(huán)境下帶寬較為寶貴，按保障12 s完成整個(gè)圖像的傳輸進(jìn)行設(shè)計(jì)，則單個(gè)傳輸數(shù)據(jù)帶寬要求為公式1：

本研究按1路并發(fā)訪問設(shè)計(jì)。

(2)遠(yuǎn)程視頻傳輸設(shè)計(jì)。當(dāng)前業(yè)界技術(shù)已可實(shí)現(xiàn)1.8 Mbit/s帶寬傳輸1080 P視頻，因此按1路遠(yuǎn)程視頻1.8 Mbit/s計(jì)算，本研究按1路并發(fā)設(shè)計(jì)。

(3)本地會(huì)診設(shè)計(jì)。主要為語(yǔ)音、視頻、文件及桌面共享等應(yīng)用。單路語(yǔ)音為64 K；單路視頻為2 Mbit(公式2)：

(4)HIS、LIS訪問設(shè)計(jì)。HIS訪問時(shí)，主要是數(shù)據(jù)訪問，本設(shè)計(jì)按每路保障400 K計(jì)算，設(shè)計(jì)同時(shí)并發(fā)訪問終端為8臺(tái)，則所需帶寬為3.2 Mbit/s。在所有業(yè)務(wù)全并發(fā)情況下，全網(wǎng)帶寬需求為公式3：

2.3 傳輸距離設(shè)計(jì)

通常帳篷醫(yī)療點(diǎn)圍繞在通訊車220 m范圍以內(nèi)，相互間距＜60 m。在特殊地形地貌的救援現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)應(yīng)能支持?jǐn)U展1倍的距離，提供400 m左右的通信能力。為進(jìn)一步發(fā)揮移動(dòng)醫(yī)療通信車的作用，如與離開一定距離的醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行通信、從山上對(duì)山溝下需要救助人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境采集等，系統(tǒng)若能提供千米(km)級(jí)的無(wú)線通信能力則更好，如支持4 km長(zhǎng)距離的通信，能夠使醫(yī)療通信系統(tǒng)適應(yīng)各種救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的靈活部署[7]。

3 基于LTE和WLAN的無(wú)線通信技術(shù)

LTE技術(shù)，即3.9 G無(wú)線寬帶技術(shù)(準(zhǔn)4 G)，是未來(lái)的通信發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展目標(biāo)?；贚TE的無(wú)線寬帶專網(wǎng)集群系統(tǒng)作為新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通訊技術(shù)，具備同時(shí)傳輸大容量的下行和上行數(shù)據(jù)的能力。單站情況下，單小區(qū)的下行峰值速率可達(dá)到90 Mbps，上行峰值速率可達(dá)到40 Mbps。在4 km超長(zhǎng)距離下，系統(tǒng)認(rèn)可提供0.9 Mbps的通信帶寬。通過(guò)強(qiáng)大的寬帶數(shù)據(jù)接入功能，現(xiàn)場(chǎng)人員可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)快速查詢、現(xiàn)場(chǎng)采集信息便捷上報(bào)以及工作電子流現(xiàn)場(chǎng)處理等業(yè)務(wù)，極大的提高應(yīng)急救援人員的工作效率。

單個(gè)CPE的WiFi可覆蓋40～90 m的范圍，＜60 m范圍的WiFi信號(hào)衰減較弱，不影響通信帶寬，相鄰數(shù)個(gè)CPE同時(shí)存在時(shí)WiFi設(shè)備可以接入信號(hào)最強(qiáng)的CPE中[8]。為保障系統(tǒng)能夠提供WLAN無(wú)線定位功能，本研究在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將LTE網(wǎng)絡(luò)上疊加WLAN網(wǎng)絡(luò)，形成LTE和WLAN的本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)。AP通過(guò)CPE提供的LAN接口接入到網(wǎng)絡(luò)中，以LTE為管道承載數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，AP由AC集中管控，上電后可自動(dòng)部署。采用LTE通信技術(shù)能夠同時(shí)提供基于LTE的集群通信功能，實(shí)現(xiàn)清晰、易于操作的語(yǔ)音通話以及語(yǔ)音對(duì)講功能。

4 LTE和WLAN安全性分析

醫(yī)療信息涉及個(gè)人隱私，屬于保密信息，故整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)需要充分考慮信息安全。LTE高安全加密集群通信和WLAN無(wú)線信號(hào)支持WIDS/WIPS無(wú)線攻擊檢測(cè)；MAC/802.1 x接入認(rèn)證等保障無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全，能夠滿足一般民用設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)醫(yī)療無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)選用LTE與WLAN疊加的無(wú)線技術(shù)，圍繞醫(yī)療通訊車建立本地?zé)o線通訊網(wǎng)絡(luò)，覆蓋帳篷式移動(dòng)醫(yī)療點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療設(shè)備、PC終端及通信終端等與本地?cái)?shù)據(jù)中心的互通。整個(gè)車載移動(dòng)醫(yī)療信息化系統(tǒng)可以在第一時(shí)間趕往事件現(xiàn)場(chǎng)，在災(zāi)區(qū)以醫(yī)療通訊車為中心快速搭建起臨時(shí)醫(yī)療救援中心，滿足搶險(xiǎn)和突發(fā)事件等醫(yī)療救助需要[9]。

[1]朱戈，王振洲，姚翔.現(xiàn)代醫(yī)院信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2012，33(4)：62-64.

[2]劉博，夏新，陳彥東.基于信息集成平臺(tái)的業(yè)務(wù)整合與數(shù)據(jù)共享方案[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34(7)：46-48.

[3]肖輝，張方，商建國(guó).醫(yī)院數(shù)據(jù)中心架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析[J].中國(guó)衛(wèi)生信息管理雜志，2012，9(3)：67-72.

[4]林志剛.醫(yī)院信息集成平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2013，28(9)：39-42.

[5]羅瑜，王鐘裴，賈小云.基于LTE的PBCH信道盲檢測(cè)方案[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2014，4(42)：656-659.

[6]姜建，李建東，劉鑫一.異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)選擇策略[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2014，37(2)：407-413.

[7]梁文波，董平，張宏科.基于CAPWAP的集中配置管理機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22(11)：69-72.

[8]陳邦，戴聲奎，吳煌鵬.基于Z-WAVE無(wú)線技術(shù)的指紋鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2014，33(6)：54-57.

[9]何鵬，閻保平，李志，等.CM-MAC：一種基于分簇的多信道車載網(wǎng)MAC協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2014，51(3)：502-510.

Research on system of vehicular mobile medical information based on the LTE+WLAN wireless communication technology/

WANG Neng-cai, WEI Zhe, CAO Tong// China Medical Equipment,2015,12(4):9-11.

Objective: To deal with disaster relief, military exercises and sudden accident of scene forces medical rescue mission, aimed at laying cable network for each rescue mission deployment of manpower cost and the high cost of shortcomings, puts forward the use of wireless communication technology applications include construction of network system. Methods: Local wireless communication network is set up that around vehicular mobile medical information data center. Uses the eLTE broadband cluster technology as the local LAN carrying, through the deployment of LTE CPE device will be LTE signal into a wi-fi signal, for CPE surrounding wi-fi access equipment. Results: Single cluster station and don't need to cable connection between CPE, communicate through wireless LTE signal. IT equipment for medical use by wireless router or wireless module (department) wireless network access to the nearest tents, thus the whole battlefield rescue center by means of wireless local LAN connectivity was realized. Conclusion: the application of the wireless communication technology, the overall ascension of our medical and health unit in medical treatment activity ability, the cost of laying cable network was minimized.

Field network; Wireless communication technology; Ethernet line termination equipment; WiFi devices

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.04.003

1672-8270(2015)04-0009-03

R197.324

A

王能才,男,(1987- ),碩士研究生, 助理工程師。蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院信息科，研究方向：智能控制。

2014-12-15

國(guó)家自然科學(xué)基金(61064003)“系統(tǒng)間動(dòng)態(tài)耦合行為作用下分布式多預(yù)測(cè)控制器間的優(yōu)化協(xié)調(diào)研究”

①蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院信息科 甘肅 蘭州 730050