基于LTE与WLAN叠加的无线通信技术在车载式移动医疗信息系统中的应用研究*

王能才 韦 哲 曹 彤

基于LTE与WLAN叠加的无线通信技术在车载式移动医疗信息系统中的应用研究*

王能才①韦 哲①曹 彤①

目的：为了应对救灾抢险、军事演习及突发事件等场景的部队医疗救援任务，针对铺设有线网络对于救援任务部署人力成本和费用高的缺点，提出使用无线通信技术对现场救援中心网络系统进行建设。方法：围绕车载式移动医疗信息数据中心建立本地无线通讯网络，采用eLTE宽带集群技术作为本地局域网的承载，通过部署长期演进(LTE)计划技术、用户端设备(CPE)将LTE信号转换为WiFi信号，供CPE周边WiFi设备接入。结果：集群单站与CPE之间无需线缆连接，通过无线LTE信号进行通信。医疗用IT设备通过无线路由器或无线模块就近接入无线网络，从而通过无线的方式实现整个现场救援中心的本地局域网络互联互通。结论：此无线通信技术的应用，整体提升了部队医疗卫生单元在医疗救治活动中的能力，最大限度地减少铺设有线网络的经费。

战地网络；无线通信技术；以太网线连接装置；WiFi设备

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

移动医疗信息系统采用先进的车辆改装技术、卫星通信技术、医疗信息化技术以及计算机通信技术等组成功能完备的移动医疗信息化中心。整个移动医疗信息化系统由医疗通讯车和帐篷式移动医疗点组成。医疗通讯车搭载车载式医疗信息数据中心，围绕通讯车建立本地通讯网络，覆盖帐篷式移动医疗救援中心[1-3]。由于灾区环境的特殊性，铺设有线网络对于救援任务而言，其部署的人力成本以及IT技能要求极高。为此，本研究对于灾区医疗通信网络系统提出使用无线网络的方式进行建设。医疗用IT设备通过无线路由器或无线模块就近接入帐篷式移动医疗救援中心无线网络，为方便终端设备接入，靠近终端设备一侧设计为无线局域网(wireless local area networks，WLAN)覆盖，从而通过无线的方式实现整个救援中心的本地局域网络互联互通[4]。

1 车载式移动医疗信息系统总体方案设计

本研究出于对网络覆盖范围以及维护难易程度的考虑，使用以太网线连接装置(ethernet line termination equipment，eLTE)宽带集群作为本地大局域网的承载[5]。使用1.8 GHz频段集群，eLTE集群单站可以最远覆盖4 km距离，在4 km范围内通过部署长期演进(long term evolution，LTE)计划技术、用户端设备(customer premise equipment，CPE)，将LTE信号转换成WiFi信号供CPE周边WiFi设备接入。集群单站与CPE之间不需要线缆连接，通过无线LTE信号进行通信，只需对CPE进行供电即可快速搭建起帐篷周边局域网络。系统总体方案设计如图1所示。

图1 车载式移动医疗信息系统总体方案设计图

2 车载式移动医疗通信网络系统设计

2.1 业务需求分析

围绕医疗通讯车设置“帐篷医疗点”，帐篷相当于科室，内设医疗设备和电脑等，设备需要通过本地无线网络，访问车内数据中心的医院信息系统(hospital information system，HIS)、实验室信息系统(laboratory information system，LIS)和影像归档及传输系统(picture archiving and communication systems，PACS)[4]。同时，本地桌面会诊、远程医疗及物资管理信息等也需要通过无线网络进行通信。

2.2 带宽设计

根据现场救援环境需要，本网络按可承受全网80台业务访问终端进行设计。其中带宽需求最大的是PACS传输、远程视频及本地桌面会诊3个业务；HIS、LIS访问及语音通信等业务带宽需求较小[6]。文件传输保留1.2 Mbps带宽，桌面共享平均每方60 K。由于终端的局限性，本研究设计语音按8并发、2路视频并发、1路文件传输及5路桌面共享计算，共需带宽设计为4种。

(1)PACS访问传输带宽设计。通常PACS图像平均约为12 MB，在移动医疗环境下带宽较为宝贵，按保障12 s完成整个图像的传输进行设计，则单个传输数据带宽要求为公式1：

本研究按1路并发访问设计。

(2)远程视频传输设计。当前业界技术已可实现1.8 Mbit/s带宽传输1080 P视频，因此按1路远程视频1.8 Mbit/s计算，本研究按1路并发设计。

(3)本地会诊设计。主要为语音、视频、文件及桌面共享等应用。单路语音为64 K；单路视频为2 Mbit(公式2)：

(4)HIS、LIS访问设计。HIS访问时，主要是数据访问，本设计按每路保障400 K计算，设计同时并发访问终端为8台，则所需带宽为3.2 Mbit/s。在所有业务全并发情况下，全网带宽需求为公式3：

2.3 传输距离设计

通常帐篷医疗点围绕在通讯车220 m范围以内，相互间距＜60 m。在特殊地形地貌的救援现场，系统应能支持扩展1倍的距离，提供400 m左右的通信能力。为进一步发挥移动医疗通信车的作用，如与离开一定距离的医护人员进行通信、从山上对山沟下需要救助人员进行现场环境采集等，系统若能提供千米(km)级的无线通信能力则更好，如支持4 km长距离的通信，能够使医疗通信系统适应各种救援现场环境下的灵活部署[7]。

3 基于LTE和WLAN的无线通信技术

LTE技术，即3.9 G无线宽带技术(准4 G)，是未来的通信发展趋势和发展目标。基于LTE的无线宽带专网集群系统作为新一代宽带无线移动通讯技术，具备同时传输大容量的下行和上行数据的能力。单站情况下，单小区的下行峰值速率可达到90 Mbps，上行峰值速率可达到40 Mbps。在4 km超长距离下，系统认可提供0.9 Mbps的通信带宽。通过强大的宽带数据接入功能，现场人员可以通过无线网络实现远端数据快速查询、现场采集信息便捷上报以及工作电子流现场处理等业务，极大的提高应急救援人员的工作效率。

单个CPE的WiFi可覆盖40～90 m的范围，＜60 m范围的WiFi信号衰减较弱，不影响通信带宽，相邻数个CPE同时存在时WiFi设备可以接入信号最强的CPE中[8]。为保障系统能够提供WLAN无线定位功能，本研究在系统设计时将LTE网络上叠加WLAN网络，形成LTE和WLAN的本地无线网络。AP通过CPE提供的LAN接口接入到网络中，以LTE为管道承载数据通信业务，AP由AC集中管控，上电后可自动部署。采用LTE通信技术能够同时提供基于LTE的集群通信功能，实现清晰、易于操作的语音通话以及语音对讲功能。

4 LTE和WLAN安全性分析

医疗信息涉及个人隐私，属于保密信息，故整个系统建设需要充分考虑信息安全。LTE高安全加密集群通信和WLAN无线信号支持WIDS/WIPS无线攻击检测；MAC/802.1 x接入认证等保障无线网络安全，能够满足一般民用设计的要求。

5 结语

本研究对医疗无线通信网络设计选用LTE与WLAN叠加的无线技术，围绕医疗通讯车建立本地无线通讯网络，覆盖帐篷式移动医疗点，最终实现了医疗设备、PC终端及通信终端等与本地数据中心的互通。整个车载移动医疗信息化系统可以在第一时间赶往事件现场，在灾区以医疗通讯车为中心快速搭建起临时医疗救援中心，满足抢险和突发事件等医疗救助需要[9]。

[1]朱戈，王振洲，姚翔.现代医院信息系统设计的原则[J].医疗卫生装备，2012，33(4)：62-64.

[2]刘博，夏新，陈彦东.基于信息集成平台的业务整合与数据共享方案[J].医疗卫生装备，2013，34(7)：46-48.

[3]肖辉，张方，商建国.医院数据中心架构设计与应用分析[J].中国卫生信息管理杂志，2012，9(3)：67-72.

[4]林志刚.医院信息集成平台的构建与应用[J].中国医疗设备，2013，28(9)：39-42.

[5]罗瑜，王钟裴，贾小云.基于LTE的PBCH信道盲检测方案[J].计算机与数字工程，2014，4(42)：656-659.

[6]姜建，李建东，刘鑫一.异构无线网络环境下的联合网络选择策略[J].计算机学报，2014，37(2)：407-413.

[7]梁文波，董平，张宏科.基于CAPWAP的集中配置管理机制的研究与实现[J].计算机技术与发展，2012，22(11)：69-72.

[8]陈邦，戴声奎，吴煌鹏.基于Z-WAVE无线技术的指纹锁系统设计[J].微型机与应用，2014，33(6)：54-57.

[9]何鹏，阎保平，李志，等.CM-MAC：一种基于分簇的多信道车载网MAC协议[J].计算机研究与发展，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- ),硕士研究生, 助理工程师。兰州军区兰州总医院信息科，研究方向：智能控制。

2014-12-15

国家自然科学基金(61064003)“系统间动态耦合行为作用下分布式多预测控制器间的优化协调研究”

①兰州军区兰州总医院信息科 甘肃 兰州 730050