本溪传染病医院信息化建设建议书

本溪传染病医院本溪传染病医院 信息化平台建设信息化平台建设建议书建议书 V1 0 大连至派技术有限公司 2012 9 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 1 页 目目 录录 1 概述概述 3 2 2 网络系统设计原则网络系统设计原则 4 2 1 网络的需求分析 4 2 1 1 网络性能需求分析 4 2 1 2 网络管理需求分析 5 2 1 3 网络安全需求分析 5 2 1 4 网络的多媒体支持分析 6 2 1 5 网络的扩展性分析 6 2 2 系统设计原则 6 2 2 1 开放性原则 6 2 2 2 可扩充性原则 6 2 2 3 可靠性原则 6 2 2 4 可管理性原则 6 2 2 5 先进性和实用性原则 7 2 2 6 选择占主导地位厂家 保护用户投资 7 2 3 思科无线网络方案优势 7 2 3 1 思科为用户提供全面解决方案 7 2 3 2 思科无线网络在医疗行业应用优势 8 2 3 3 思科无线网络方案的优势 8 2 3 4 思科统一无线网络解决方案特点 9 2 3 5 思科无线网络的竞争优势 9 3 3 802 11N 及思科及思科 AIRONET1140 系列无线系列无线 AP 技术特点介绍技术特点介绍 10 3 1 802 11N详细介绍 10 3 1 1 无线射频增强 11 3 1 2 多输入多输出 MIMO 技术 12 3 1 3 MAC 层增强 12 3 2 设计 802 11N 13 3 2 1 系统能力设计 13 3 2 2 利用 5GHz 频段 13 3 2 3 5GHz 频段和动态频率选择 DFS 13 3 2 4 交换机端口速度 14 3 2 5 分阶段迁移到 802 11n 14 3 2 6 802 11n 客户端需要考虑的事项 15 3 3 部署 802 11N 15 3 3 1 无线接入点放置和站点勘查 15 3 3 2 覆盖范围的差异 15 3 3 3 对传统客户端覆盖 18 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 2 页 3 3 4 对 802 11n 客户端覆盖 19 3 3 5 无线控制器上行链路容量设计 24 4 4 整体网络设计整体网络设计 25 4 1 核心网络设计 25 4 2 楼层接入网络设计 27 4 2 1 接入交换机上联方式 27 4 2 2 无线接入交换机选型 29 4 3 无线网络设计 29 4 3 1 网络设计原则 29 4 3 2 无线网络整体设计 31 4 3 3 思科无线网络整体架构及特点 33 4 3 4 轻型接入点协议LWCPP 38 4 3 5 无线管理系统WCS 40 4 4 VLAN 设计 45 4 5 IP 地址设计 47 4 5 1 IP地址分配 47 4 5 2 IP地址编制原则 49 4 5 3 IP地址编制方法 49 4 6 网管系统设计 51 4 6 1 LMS 部件介绍 51 4 6 2 LMS常用部件功能介绍 52 4 6 3 CM Campus management 52 4 6 4 CISCO View 53 5 5 设备配置设计设备配置设计 55 5 1 整体网络拓扑结果图 55 5 2 系统设备配置说明 55 5 2 1 网络设备设计说明 55 5 2 2 存储设备选型 56 5 3 设备配置及报价表 59 5 3 1 思科网络设备清单 59 5 3 2 IBM服务器及存储设备清单 60 5 3 3 网络布线产品清单 61 5 3 4 其他设备清单 61 5 3 5 虚拟化应用 61 6 节约投资成本的可能性节约投资成本的可能性 62 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 3 页 1 1 概概述述 尊敬的本溪传染病医院相关部门的领导 根据对贵院信息化建设现状以及未来应用的了解 我们认真的 进行了需求分析 广泛的借鉴医院信息化平台建设的先关技术解决方案 结合我公司多年的系统集成经验 给出贵院信息化硬件平台建设的建议方案 设计主要考虑的是硬件平台的安全 稳定 高效 可扩展性 我们通过与贵院相关部门的领导沟通 了解到我们医院马上要引进全面的数字化医院管理系统 包括医 院管理系统 HIS 检验信息系统 LIC 电子病历系统 EMR 图像存储与传输系统 PACE 移动 医护工作站系统 PDA 办公自动化系统 OA 这些应用系统将会对企业信息化硬件平台建设提出更高的 要求 随着医院对信息化数字化应用程度的提高 医院方面对于硬件平台 包含网络基础设施 配电 机房环 境 网络设备 服务器设备 存储设备 备份设备 以及相关的系统软件等 的要求也将会有更高更苛刻的 要求 设想 假如因为意外因素造成系统数据的丢失 或者造成业务系统瘫痪等问题 整个医院势必会面临 无法正常工作 给医院带来的损失将是巨大的 考虑到医院系统应用的特殊性 我们建议信息化平台建设务必以安全稳定做为最重要的考虑因素 同时 考虑网络管理 故障诊断及故障恢复 在此前提下我们还需要考虑性能及扩展性方面 本溪传染病医院目前接入应用系统的计算机终端数量在 100 台左右 这些终端是不与因特网连接的 防 止病毒 有部分计算机终端是需要接入因特网的 可以利用 VLAN 技术为相关职能部门划分网段 根据应 用特点分别授予不同的网络资源访问权限 移动护士站数量大概有 40 台 加上医生移动站也有二三十台 这些移动设备终端分布在新建的两栋大楼中 所以这两栋大楼内部是需要进行无线网络覆盖的 鉴于目前无 线标准 802 11n 设备的应用的普及 无线接入点 AP 的网络接入是需要千兆的 这样需要重现铺设六类网线 才能满足需要 另外 由于应用系统对网络性能的要求越来越高 网络核心必须更换 并采用更加合理的星 型网络结构以保障应用系统运行中的性能要求 这样务必在网络核心与各楼之间新铺设光缆以连接各个位置 的边界交换设备 根据以上所了解的必要的应用需求信息 我们为本溪传染病医院提供了整体硬件平台建设的方案 由于 无线覆盖网络本身的特点及复杂性 我们在下文中会针对无线网络的设计及选型给出详细的描述 该方案主 要包括以下的几个部分 网络系统设计原则 整体设计 核心网络设计 主服务器区 数据中心 设计 楼层接入网络设计 802 11n 无线网络协议介绍 无线网络设计 路由与 Vlan 设计 Internet 接入网络设计 网管系统设计 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 4 页 2 2 网络系统设计原则 2 1 网络的需求分析 2 1 1 2 1 1 网络性能需求分析网络性能需求分析 随着信息化应用的发展 网络已经成为任何一个单位的基础业务平台 大量的业务在网络上运行 访问 和数据传输量剧增 网络负荷也相应增长 尤其是多媒体技术的应用 视频数据 音频数据耗费大量网络带 宽 如果网络没有高性能 会导致系统反应缓慢 甚至在业务量突增时 发生系统崩溃 中止和异常等现象 高性能的网络也是一些关键业务或特殊应用的必备条件 同时网络在建设时不仅要考虑到如何实现数据传输的性能 还要充分考虑网络的冗余与可靠 否则一旦 运行过程中网络发生故障 系统又不能很快恢复工作 带来的后果便是经济和声誉的损失 以下针对影响网络性能方面的几个技术指标进行简单的讲解说明 延时延时 delay 网络的延时是一比特的数据从一台计算机传到另一台计算机所花费的时间 实际应用系统中 人们更关 心的是响应时间 响应时间如果太长 操作员会不耐烦 会认为系统发生了故障 甚至乱敲键盘 根据统计 最大延时不应超过 5s 在设计中常常用到各种报文在网络中传送的平均延时作为比较参数 或者规定报文传 送的最大延时限度 作为优化设计的约束条件 由于影响延时的因素较多 特别是应用系统规模较难确定的情况下 本方案提出以下延时指标作为本溪 传染病医院网络设计的初步目标 在网络正常运行以及所涉及的计算机有足够处理能力的情况下 对于局域网内客户机 服务器关键性应 用的客户机与服务器之间的平均延时不超过 2ms 最大延时不超过 5ms 对于跨广域的客户机 服务器关键 性应用系统的客户机与服务器之间的平均延时不超过 30ms 最大延时不超过 100ms 其它跨广域的应用系 统的主机之间通信平均延时为 50ms 最大延时不超过 300ms 这些指标将以 1500 字节分组的 ping 的时间 作测试 或网络分析仪器测量 吞吐量 吞吐量 throughout 代表单位时间内网络实际上可能传送的报文量或数据单元数 某一报文路径的吞吐量取决于该路径中吞 吐量最低的环节 合理地分配各路径中的报文流量 可以提高整个网络的报文吞吐量 网络拓扑结构与链路 容量分配问题都与吞吐量有关 本溪传染病医院无线网络的吞吐量按网络的拓扑结构将分两部分 即网络中心各服务器的吞吐量和核心 交换机接入骨干网络的吞吐量 有效负载不应超过所设吞吐量的 80 如超越应及时升级相关设备的配置 可靠性可靠性 当一条链路或一个结点发生故障时 报文的交换会受到影响 为了减少这种影响 在树型网络中 应限 制一个链路或结点所带的终端数 或流量数 或设备备用线路在分布式网络中每一结点至少与两个相邻结点 连通 以便在一条链路出现故障时 报文可以通过另一条链路迂回传送 因此 可靠性在网络中常常表现为 网络的连通性 成为网络优化设计的约束条件之一 当系统建立后 我们会发现我们的工作越来越依赖信息系统 那么 系统的可靠性就显得比较重要 除 上述的网络连通性外 可以从硬件和软件两个方面来考虑网络的可靠性 硬件的可靠性 我们首先要知道网络设备硬件能够无故障连续运行的时间 即 MTBF 值 因为网络平 台常常是 24 小时连续不断的工作 一般来说 网络硬件设备起码能够连续工作 60 000 小时以上 当然 MTBF 值是一个统计数字 所以我们还必须考虑在网络设备的关键部分有冗余的机制 如双 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 5 页 交换引擎 双电源等 中高端设备都支持相应的冗余机制 软件的可靠性 目前还没有对软件的可靠性做出评估的参数 但软件的设计是否稳定 是否有较多的 bugs 可以作为衡量的参考标准 网络操作系统必须有一定的可靠性 系统的可恢复性系统的可恢复性 网络环境十分复杂 可能出现的问题也很多 为了确保系统的正常运行 具有有效的网络恢复手段是很 有必要的 通过应用这些手段 能够确保不会出现单点故障 并且网络的中断恢复时间一般在几秒到 2 分钟 内 费用费用 包括所有链路 交换机和节点设备的费用 一般是在满足网络性能指标 延时 吞吐量 可靠性 要求 下寻找费用最少的方案 有时也可以按给定的经济指标来优化其他的指标 或是找出费用和其他指标 如延 时 的关系特性 进行折衷选择方案 2 1 2 2 1 2 网络管理需求分析网络管理需求分析 随着网络规模的日益扩大 网络设备的数据和种类日益增加 网络应用日益多样化 网络管理也日益重 要 良好的网络管理需要重视网络管理人力和财力的事先投入 主动控制网络 不仅能够进行定性管理 而 且还能够定量分析网络流量 了解网络健康状况 有预见性地发现网络上的问题 并将其消灭于萌芽状态 降低网络故障所带来的损失 使网络管理的投入达到事半功倍的效果 本溪传染病医院的网络由于所涉及到的应用业务的复杂性 决定了它是一个具有相当复杂性的计算机网 络系统 医院提出的院内无线网络覆盖技术的应用将很大程度的增加网络复杂度 同时由于无线 AP 本身由 于工作环境以及自身运行功率的原因容易造成设备过热现象 对网络运行的稳定性带来相对更多的影响 这 样网络管理系统对整个无线网的健康运行显得更为重要 随着网络复杂度的提升 会使网络管理工作量呈现 几何级数的增长 网络管理要求解决的问题包括 能够方便地对整个内部网络系统进行统一管理和监控 目前的虚拟网主要基于局域网交换端口 如果一 个部门扩展新的地点 今后的扩展将改变交换机端口设置 管理软件应该提供远地虚拟网的修改功能 对所有网络设备端口的监视和管理 对所有网络设备的远地配置和控制络设备端口的开放和关闭 整个 网络的故障检测 故障自动报警功能 整个网络性能的统计和分析报告 按照这些网络管理的需求 应采用 基于 GUI 界面的网络管理软件 基于硬件体系结构 开发和集成架构的一种解决方案 能够促进线速第七层数据流分析和控制 可以自 定义网络行为 提供智能决策和集成到网络的实际数据流控制 对网络安全设备的管理 对网络安全设备 如防火墙 入侵检测设备等进行统一的管理 使安全设备能 与网络交换设备融合 真正达到系统的高安全性 2 1 3 2 1 3 网络安全需求分析网络安全需求分析 在竞争日益激烈的今天 网络的安全性有非常高的要求 在局域网和广域网络中传递的数据很多会是相 当重要的信息 因此一定要保证数据安全保密 防止非法窃听和恶意破坏 在网络建设的开始就要考虑采用 严密的网络安全措施 网络安全主要考虑以下几方面要求 各个子网络之间访问网络的控制 在未经授权的情况下 不能相互 访问 可考虑以医院网络为基础 通过部署 MPLS VPN 实现互联互通 同时与其他用户隔离 保证他们的 业务的安全性 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 6 页 对安全问题的考虑主要是两个方面 网络系统应该是一个开放的系统 随着未来应用需求的提升扩展 相关的应用系统对网络需求必会越来越高 要保证具备网络内部与外部进行有效安全访问机制 可以顺利的 进行信息交流 同时网络应该安全的 它不应该受到恶意的攻击而无法运行 一些关键系统也不能受到内部 或外部网络的入侵或攻击 主要利用虚拟网技术和防火墙技术来合理解决安全与开放的问题 2 1 4 2 1 4 网络的多媒体支持分析网络的多媒体支持分析 由于视频会议 视频点播 IP 电话等多媒体技术的日趋成熟 网络传输的数据已不再是单一数据了 未 来的专家会诊等多媒体应用必将会是趋势 这些应用需要网络支持一些实用技术如 QoS 及相关技术 IP 优 先级 排队 另外硬件的组播技术能使实时的多媒体和关键业务得到有效的保障 2 1 5 2 1 5 网络的扩展性分析网络的扩展性分析 医院网络建设为未来的规模发展提供良好的扩展接口是非常理智的选择 随着医院规模的扩大 业务的 增长 网络的扩展和升级是不可避免的问题 通过模块化的网络结构设计和模块化的网络产品 能为用户的 网络提供很强的扩展和升级能力 2 2 系统设计原则 网络设计要解决的主要是四个问题 1 选择什么样的网络技术 2 选择厂商 3 选择产品 4 方案配置 那么根据什么原则来确定这些问题的答案呢 2 2 1 2 2 1 开放性原则开放性原则 随着开放互连标准的规定 只有开放的 符合国际标准的网络系统才能够实现多厂家产品的互连 目前 已成型的国际标准包括 以太网 FDDI 网 令牌环网 快速以太网 千兆以太网 ATM 等 并且这些网络 系统不仅在全国范围内 即使在国际上也被广泛地采用 2 2 2 2 2 2 可扩充性原则可扩充性原则 网络系统要灵活地扩充 可扩充对网络而言有两方面的内容 第一是能够适应网络规模的扩充 第二是 能够适应应用提升对系统性能的更高的要求 具有良好扩充性的网络系统能够让用户以较小的代价扩充现有 网络调备的功能 这样 就有效地保护了用户的投资 2 2 3 2 2 3 可靠性原则可靠性原则 网络系统必须具有一定的容错能力 保障在意外情况下不中断用户的正常工作 可靠性也是通过设备可 靠性和技术措施两个层次的方式来解决 首先 要求所选择的网络厂商产品性能要稳定可靠 其次 要求网 络厂商有充足的备件 在设备发生故障后能够得到及时更换 第三 通过技术措施来保证网络的可靠性 比 如采取中心双交换机技术 采用部件冗余技术 采用链路通道技术等 通过这些措施使得网络即使出现某些 故障仍然能够正常运行 2 2 4 2 2 4 可管可管理性原则理性原则 网络系统应该能够支持 SNMP 简单网管协议 和 RMON 这样便于计算机管理人员通过网管软件随时 监视网络的运行状况 一旦出现故障 可以自动报告出错位置和出错原因 管理人员可以迅速发现故障并即 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 7 页 时维护 同时 SNMP V2 版本的协议还支持很多更高级的网络安全管理功能 的一些技术也使得网络管理增 加了很多增强性功能 网络的可管理性对整个系统具有至关重要的意义 现在网络和应用变得愈来愈复杂 一个不可管理的网 络是不可想象的 2 2 5 2 2 5 先进性和实用性原则先进性和实用性原则 先进性和实用性是相辅相成的 网络技术和产品的先进性保证了系统的高性能 实用性保证了网络的高 效率和真正发挥作用 现在各种新技术和设备层出不穷 但经过一段时间的大浪淘沙后 只有少数技术才能 成为真正的主流 影响新技术前途的关键因素之一是新技术与现有技术和设备的兼容性 所以选择原则有二 条 1 新技术能够和已有技术无缝集成 2 新技术适合用户的应用场合 只有先进的又适合于用户应用 的技术才是正确的选择 2 2 6 2 2 6 选择占主导地位厂家 保护用户投资选择占主导地位厂家 保护用户投资 网络是用户信息系统的中枢神经 随着网络规模的发展 用户的网络系统也要不断扩展 不断升级 占 主导地位的网络厂家的优势在于 产品市场占有率高 广泛的用户群可以支持厂家经营良好 不断发展 拥有最先进的技术 使其产品不断升级 通过产品升级一方面使其用户得到最先进的技术 另一方面 可以保护用户以前的设备投资 2 3 思科无线网络方案优势 2 3 1 2 3 1 思科为用户提供全面解决方案思科为用户提供全面解决方案 思思思思科科科科是是是是无无无无线线线线网网网网络络络络的的的的技技技技术术术术领领领领先先先先者者者者和和和和创创创创新新新新者者者者 无线标准的制订和推动者无线标准的制订和推动者 思科在思科在 IEEE 有有 8 名常驻无线专家名常驻无线专家 在在 IETF 有有 7 名常驻无线专家名常驻无线专家 产业联盟的领导者产业联盟的领导者 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 8 页 Wi Fi 联盟主席由思科技术专家担任 联盟主席由思科技术专家担任 90 的无线终端和思科无线网络兼容的无线终端和思科无线网络兼容 拥有拥有1000名无线技术专家名无线技术专家 研发人员研发人员 每年投入每年投入40亿美亿美金研发费用金研发费用 拥有众多关于无线方面的专利拥有众多关于无线方面的专利 2 3 2 2 3 2 思科思科无线网络在医疗行业应用优势无线网络在医疗行业应用优势 美国美国医院医院协会协会 无线局域网是否会对医疗设备产生不良干扰 这个问题是目前所有医疗机构应用无线网络时候最为关心 的问题 而到目前为止 只有采用思科无线网络设备可以真正保证医疗设备不被任何形式的干扰影响 因为 思科无线网络解决方案是唯一独家由美国医院协会认可的无线网络解决方案 也是到目前为止唯一一家通过 国家工信部认可的关于医疗机构无线网络解决方案 2 3 3 2 3 3 思科无线网络方案的优势思科无线网络方案的优势 作为业界领先的网络设备厂商 只有思科能够为您提供 统一高级服务统一高级服务 无线语音服务 高级威胁检测 网络识别 基于位置的网络安全 设施跟踪和访客接入 世界级网络管理世界级网络管理 世界水准的安全 可扩展性 可靠性 易于部署 以及类似于有线局域网的管理手段 网络统一网络统一 集成到主要的路由交换平台 安全的创新型无线局域网控制器 移动平台移动平台 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 9 页 能普遍接入各种网络环境 增强的生产率 平台占到了 61 的市场分额 即插即用 客户设备客户设备 90 的 芯片是同思科兼容的 SiSi SiSi 思科思科端到端的统一无线网络端到端的统一无线网络 2 3 4 2 3 4 思科统一无线网络解决方案特点思科统一无线网络解决方案特点 高效率的 WLAN 安全 部署及管理 可升级 可靠的 具有弹性的 WLAN 降低总体成本 集中管理的动态射频控制 快速安全漫游 实时可见的定位服务 集中实施 IDS 和 IPS 安全防护黑客 室内室外智能的无线 Mesh 能力 统一的有线和无线的解决方案 2 3 5 2 3 5 思科思科无线网络无线网络的竞争优势的竞争优势 无线基础架构性能最高 质量最好 速度比 竞争产品快达 30 可提供最佳用户体验 提供涵盖整个组织的单一策略来源 有线 无线 远程网络 物理或虚拟设备 AnyConnect VPN 软件中广泛支持多种移动设备操作系统 包括 iOS Android 和 Windows Mobile 对设备有着最深入 最全面 最准确的了解 针对虚拟和原生桌面基础架构提供优化体验 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 10 页 跨有线 无线和策略提供统一管理 3 3 802 11n 及思科 Aironet1140 系列无线 AP 技术特点介绍 802 11n 代表了基于标准的无线网络的下一个演进步骤 它将为企业网络移动水平带来巨大变化 802 11n 在物理层和 802 11 MAC 层进行了许多增强 全面的超越了以往的 Wi Fi 技术 并将有助于对带 宽敏感的移动应用在各行各业部署 历史上 高吞吐量应用在带宽有限的 802 11a g 无线网络上部署时需要大量认真的规划和逐点的进行优 化 现在 随着 802 11n 的出现 其数据传输速率高达 300Mbps 带宽和今天的 54Mbps 的无线局域网 相比增加了约 6 倍的空间 即使是应对最苛刻的使用情况也留有扩展空间 Aironet 1140 系列无线接入点是思科公司根据 802 11n 草案 2 0 版本的功能给企业级客户提供的先进 产品 通过同时工作在 802 11n 的 2 4GHz 和 5GHz 频段 这一无线接入点可以很好的支撑高吞吐量的移 动性的应用 并同时提高无线网络的可靠性和可预见性 思科 Aironet 1140 系列接入点迎合了用户对于室 内环境部署既需要出色的无线性能又同时能美观的无缝地集成在企业环境中这一重要需求 为了满足这一需 求 Aironet 1140 设计为内置天线单元 类似其前身思科 1130AG 无线接入点 这种接入点包括六个内置 的全向天线 每个频带由三个天线单元支持 为了适用于室内环境中的部署 这个接入点具有美观的外形轮 廓设计 可以无缝的和环境融为一体 适合企业 医疗保健或教育行业的用户部署 它拥有两个集成的和 802 11n 草案 2 0 版兼容的无线电模块 无线接入点可以同时为 802 11 b g n 2 4GHz 和 802 11 a n 5GHz 两个频段的客户端服务 1140 具备千兆以太网上行链路 在采用 802 3af 标准以太网供电情况 下还支持完整的 802 11n 功能 同时保障 802 11n 的最高性能 802 11n 不仅仅是速度的提升 不仅仅是速度的提升 新标准确实是在速度上非常快 但 11n 不仅仅只是又一个单纯速度提升的协议标准 它远远超越了性 能提升的本身 11n 的重大进展体现在两个领域 可靠性和可预见性 这些都是以前许多无线网络管理员面 临的严峻挑战 为了实现在无线传输介质上可以像有线网络一样的可靠性 这本身就非常困难 网络设计人员已经习惯 于围绕这一问题来架构无线局域网解决方案 例如 尽管有带宽的考虑 大部分的实施人员往往规划传统无 线接入点限制 IP 语音客户端的数量 这是由于随着越来越多的语音终端接入到传统技术的无线蜂窝内将会 增加 802 11 重传次数 和由此造成的延迟 这种以往的限制将由于 11n 的出现而极大的得到缓解 由于 物理层功能的增强 基于 11n 的无线电技术带来了许多新的改进 例如多天线技术 并支持更多的空间流 等 802 11n 技术同样可以为 MAC 层提供更多的可靠性 即使是对传统的 802 11 a b g 设备 所有这一 切的结果是保证传输更加可靠和可预测 思科公司的测试表明 不论是 11n 客户端还是传统的 11a b g 客 户端 在连接思科的 802 11n 无线接入点时比连接传统的无线接入点时 802 11 重传率减少了一半 能够为整个网络提供可靠的一致的连接是 802 11n 无线电增强的一个基本组成部分 这种一致的可靠 性跨越了时间和移动 即使是在以前信号没有到达的区域 由于空值造成的无信号区域 信号混乱区域 和 其他受多径效应影响的区域 也可以享受 11n 带来的这一好处 这意味着 11n 技术最终为 Wi Fi 世界带 来了可预测性 思科内部测试表明 Aironet 1140 系列无线接入点将客户端的延迟和重传至少降低了一半 3 1 802 11n 详细介绍 802 11n 标准包括了一组功能并将他们应用在一起 给无线网络带来增强的性能 可靠性和可预见性 基本上 这些成果是通过无线电增强 MIMO 技术 和 802 11 MAC 层增强实现的 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 11 页 3 1 1 3 1 1 无线射频增强无线射频增强 802 11n 标准对物理层 PHY 的扩增有两个重要组成部分 即新标准提供更好的原始数据传输速率 因此 具有更高的应用速度的能力 这两个部分的概念十分简单 最明显的增强 新的 802 11n 物理层支 持更快的数据传输速率 同时兼容支持传统的 802 11 a b g 速度 11n 的物理层支持非常广泛的不同的速 度 称为调制编码方案 MCS 率 调制编码方案 调制编码方案 MCS 率 率 在所有条件等同的情况下 在 802 11n 的物理层能够比以往 802 11 技术承载更多的数据 但是 为 了达到更高的连接率 客户端也必须同时支持以下两个无线电方面的增强 包括信道绑定和 MIMO 技术 为了进一步的支持更高速的物理层 802 11n 标准除了支持传统的 20 MHz 频宽信道 还可以将频宽 扩展到 40MHz 802 11n 的信道绑定技术不像一些旧的专有协议 11n 技术将利用互相不重叠信道间的隔 离空间来提高频谱效率和增加带宽的利用程度 这样 在某些环境中 通过绑定信道来增加一倍以上的有效 吞吐量就可能实现 5 GHz 频段拥有比 2 4 GHz 频段更多的频谱资源 足以让 40MHz 的信道绑定成为可能 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 12 页 3 1 2 3 1 2 多输入多输出 多输入多输出 MIMO 技术 技术 多输入多输出 或 MIMO 技术是 802 11n 的核心 它可以让传输运行在更高的数据率 空间复用 Spatial Division Multiplexing SDM 使 11n 无线接入点使用多个无线电设备和多个天线 传输不同的信号发送到相同的接收人 接收器把多个离散信号重新合成到一起 从而实现比由单一无线电传 输更高的数据传输速度 在理想的情况下 802 11n 利用空间复用的多个空间流可以把吞吐量增加一倍 除了空间复用 MIMO 技术还支持的最大比合并 MRC 它允许从多个天线分别接收信号并将它们结 合起来 传统方法是通过分集实现 这项技术一般实施在 802 11 a g 设备上 设备评估两根天线上的信号 从收到最强信号的天线接收信息 与此形成鲜明对比 利用多个天线和先进的数字信号处理技术 802 11n 设备可以从所有的天线同时接受并处理原始的射频传输和随后的反射副本 并根据这些信息形成一个更可靠 的 超级 信号 为了更加明确地说明 我们不妨假设如果一个人有三个耳朵会比一个人有两个耳朵听到更多 的信息 这和无线接入点以及它的天线数量是类似的 通过多个射频流 802 11n 设备比传统设备享有更 高的可靠性 这意味着数据包将在首次传输就到达目的地 减少了空中接口的时间占用和大量的的重传 MIMO 技术的无线电参考公式为 TxR S 其中 T 代表发射天线 R 代表接收天线 S 代表空间流 数量 这里需要强调的是 空间流的数量是最重要的变量 因为它规定了无线电射频可以达到的最高数据速 率 对于支持一个空间流的无线电射频 最大数据传输速率是 150Mbps 支持两个空间流的无线电射频 最大数据传输速率是 300Mbps 假设为 40MHz 频宽 思科 Aironet 1140 系列采用了两个 2x3 2 的 MIMO 无线射频模块 一个运行在 2 4GHz 频段 另一 个运行在 5GHz 频段 这意味着每个无线电模块有两个发射天线 三个接收天线 它支持最多两个空间流 同样 一个 3x3 2 无线射频模块将利用三个传输天线 三个接收天线 同样支持最多两个空间流 在性能上 无线射频模块配置 2x3 2 和 3x3 2 是一样的 由于空间流的数量是一样的 所以最大数据传输速率都是 300Mbps 3 1 3 3 1 3 MAC 层增强层增强 上升到网络协议栈的上一层 MAC 层 11n 的 MAC 层增强让高带宽的应用更有效地利用现有的传 输时间 进一步提高有效吞吐量 802 11n MAC 层的增强并不象概念本身那样看起来十分简单 他的意义在于大幅减少系统的开销 通 过数据帧汇聚 aggregation 和确认阻止 blockacknowledgments 可以有助于降低典型的 Wi Fi 网络面 临的协议开销问题 从而提高速度 数据帧汇聚使数据帧进行级联 这样时间无需浪费在的媒介的竞争上 同时帧间隔也也大大减少 注意 数据帧汇聚只对单播流量有效 广播和组播流量不能被汇聚 注意 数据帧汇聚只对单播流量有效 广播和组播流量不能被汇聚 传统 Wi Fi 网络一直需要对每一个单播管理帧和数据帧进行确认 确认阻止 Block acknowledgments ACKs 将进一步减少协议开销 允许一组帧由一个 ACK 帧进行确认 其他改进 另外针对面向有区别的媒体接入服务和节约能耗方面 已经作为现有的 802 11n 标准的扩充内容补充到 标准中了 首先 802 11n 标准要求的客户端必须支持 WMM 11e 服务质量 QoS 协议 这确立了正 确执行 QoS 策略的管理基础 WMM Wi Fi 多媒体 服务是采用了确认阻止的 802 11n 数据包汇聚功能 的基础的一部分 11n 标准还补充了 11e 规定的节电方式 不仅要求设备支持更多智能 基于触发的自动 节电交付 Automatic Power Save Delivery U APSD 而且还使客户端设备在流量模式允许的情况下 具备禁用发射机和接收机的能力 从而大大地降低了电能消耗 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 13 页 了解 802 11n 标准 以及它如何提供增强的性能 可靠性和可预见性将是设计一个 11n 就绪的思科统 一无线网络必备的过程 3 2 设计 802 11n 3 2 1 3 2 1 系统能力设计系统能力设计 如今 无线局域网已经从一个前瞻性的标准演变为如何利用它更好的为我们服务 起初 部署了无线局 域网的部署就是放置接入点并使用最高发射功率以确保为每一个区域提供一定程度的可用信号 虽然这种设 计方法对于支持传统的带宽有限的应用尚能应付 但是一旦需要接入高密的客户端并且支持多媒体应用 这 一方法就显得捉襟见肘了 这要求我们采用一种全新的方法来设计无线局域网络 针对上述情况在设计的时候需要考虑系统能力 而不再单纯是信号覆盖 方法缩短接入点之间的距离并 让他们工作在低功率输出的设置 这可以通过无线资源管理动态处理 同时在整个系统范围内禁用传统的低 的数据传输速率 在这种方式下 每个接入点接入较少的客户端 从而使每一个客户端更好的利用更大部分 的无线媒介 客户端运行在低数据速率的问题是 例如 1Mbps 发送每个数据包它们都会占用比客户端运行在高 数据速率 如 36Mbps 至 54Mbps 时更多的空口时间 更简单地说 客户端使用 1Mbps 数据率来 交谈 将慢于其他高数据率的客户端 从而拖累了整体的汇聚性能 由于无线局域网运作的方针是在任何一个时刻 只有一台设备 无论是 AP 还是客户端 可以利用信道 那么当很大比例的低数据速率帧垄断了接口时 整 个系统的性能将严重下降 因此 接入点密度的正确设计并禁用低数据速率 总的系统容量可获得显著提高 注意 可能并不总是能够禁用传统的数据传输速率 这取决于混合客户端的环境 例如 可能不会要停 用所有的 802 11b 的数据率 因为这样 11b 的传统客户端将无法连接 但可谨慎考虑停用一些 802 11b 的低 利率 如 1 2 和 5 5Mbps 的数据率 不过我们建议新建的无线网络平台完全采用不过我们建议新建的无线网络平台完全采用 802 11n 数据率数据率 3 2 2 3 2 2 利用利用 5GHz 频段频段 虽然 802 11n 标准可以同时支持工作在 2 4GHz 以及 5GHz 频段 但是 5GHz 频段的具体特性使它 对于 802 11n 的运作特别有利 将 11n 运行在 5 GHz 频段的优势体现在下列三个方面 首先 已安装和 部署的传统 11a 客户端较少 不如 11b g 客户端一样普遍 这意味着您的 11n 系统在 5GHz 频段的 11n 客户端将很少与原有的传统客户端产生竞争并将在更多时间内以高吞吐率运行 其次 运行在 5GHz 频段 的一些非 802 11 干扰源仅仅是非常小的一部分 不会产生众多无绳电话和蓝牙设备在 2 4GHz 频段导致的 性能问题 最后 也是最重要的一点 5 GHz 频段比 2 4GHz 频段拥有更加丰富的频谱资源 在美国 5 GHz 频段有 21 个非重叠的信道可以使用 这意味着您可以随心所欲的部署来支持高系统容量和高密度客户端 并让无线资源管理来处理您的信道分配 和功率输出 计划 注意 在可能的情况下 制定规划以支持还在使用的注意 在可能的情况下 制定规划以支持还在使用的 2 4 GHz 频段的传统设备 并利用频段的传统设备 并利用 5GHz 频段支频段支 持高性能的持高性能的 802 11n 客户端 客户端 3 2 3 3 2 3 5GHz 频段和动态频率选择 频段和动态频率选择 DFS 当在 5GHz 频段部署 802 11n 时 对于动态频率选择 DFS 的要求需要应用在这一频段的部分频谱 上 特别是 UNII 2 频带和 UNII 2 扩展频带需要的 DFS 功能 需要 DFS 的信道包括信道 52 至信道 64 和信道 100 至信道 140 对于 DFS 的要求源于一些雷达系统使用部分的 5GHz 频段 WLAN 系统必 须采取预防措施以防止干扰这些雷达系统 由于 5GHz 频段那些具体的部分被雷达系统占用因地区不同而 不同 动态频率选择被用来使 WLAN 系统和现有的雷达装置分享这一频带 按照 FCC 的规定 当无线接 入点探测到雷达设施工作在特定的 5GHz 的信道时 无线接入点将自动更改自己的信道为另一个不影响雷 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 14 页 达工作的信道 而且当无线接入点探测到雷达设施工作的信道后 无线接入点将至少 30 分钟内不能使用这 一信道进行通信 还应该指出 可能的存在情况是 5GHz 频段的频谱没有被雷达装置利用 从而整个频谱 都可以为无线局域网服务 思科公司的频谱分析专家解决方案可以被用来在站点勘查阶段就确定需要部署无 线网络的环境中是否存在雷达设施 以便作出相应调整来避免使用这些信道 3 2 4 3 2 4 交换机端口速度交换机端口速度 为了充分挖掘 802 11n 的性能 连接无线接入点的有线基础设施必须能够提供足够的吞吐量水平以避 免成为 11n 无线接入点的瓶颈 Aironet 1140 系列无线接入点采用了千兆以太网接口 10 100 1000Mbps 其连接的交换机上行端口只有是千兆交换端口时才能发挥其吞吐量的极限 虽然 AP 以太网端口的速率是可 以协商的 例如以较慢的 10 100Mbps 的速率工作而非千兆速率 这一部署模型在有线网络一侧引入了性能 瓶颈 从而限制了无线接入点的峰值性能 无线接入点和交换机的连接速度并不是我们部署时唯一需要考虑的因素 应注意的是无线接入点通过逻 辑隧道连接到无线控制器 因此这还取决于您部署的无线控制器类型 以便确认预期的吞吐量是否可以实现 思科 4400 系列无线局域网控制器 集成在 3750 系列交换机中的无线局域网控制器和 Catalyst 6500 系 列无线服务模块 WiSM 是部署 Aironet 1140 系列无线接入点并希望达到理想的更高的流量时的主要选择 3 2 5 3 2 5 分阶段迁移到分阶段迁移到 802 11n 将您的基于 802 11 a b g 技术的思科统一无线网络接入点全部升级到先进的 802 11n 技术看起来似乎 有点令人生畏 您也可以选择即购即换的升级方式 思科无线控制器及其体系架构与生俱来就具备了众多的 灵活性 让您可以分阶段规划和实施您的升级计划 无缝的迁移到 802 11n 有众多的方法将您的思科统一无线网络迁移到 802 11n 但一个最为普遍的方法是使用 1140 替换掉传 统的 LWAPP 接入点 您也可以简单通过增加 1140 系列接入点来补充现有的信号覆盖面以扩充系统的能 力 例如 在会议室或需要高密度用户接入的区域通过 1140 系列无线接入点取代 1130 系列无线接入点来 增强系统的能力 思科基于控制器架构的统一无线网络为这样的迁移场景提供了巨大的灵活性 无线控制器 既可以管理传统的 11a b g 无线接入点 也可以管理 802 11n 功能的接入点 无线资源管理 RRM 将继 续妥善的优化射频环境 让安装在同一地区的 802 11n 接入点和传统的接入点都以最佳的射频配置运行和工 作 802 11 a b g n 共存的网络共存的网络 802 11n 的赏心悦目之处不仅在于为支持新标准的客户端提高了性能 可靠性和可预测性 也同时向后 兼容传统设备 让他们也能分享到性能的提升 注意 测试表明 利用多个天线和无线电的注意 测试表明 利用多个天线和无线电的 11n 无线接入点 传统的客户端设备可以实现高达百分之无线接入点 传统的客户端设备可以实现高达百分之 十的吞吐量增加和大大减少数据重传 十的吞吐量增加和大大减少数据重传 802 11n 标准允许传统的 802 11 a b g 客户端连接到 802 11n 基础设施 尽管他们还是以较低的数据 率连接 向后兼容是通过所谓 保护机制 实现 以便使高吞吐量的 11n 设备可以实现较快的速率 同时和他 们速度较慢的 堂兄弟 传统客户端一起工作 混合模式环境下的汇聚性能将低于纯 11n 环境下的性能 但 无论 802 11n 无线接入点连接的客户端是何种类型 接入点总体的吞吐量将超过传统标准下的吞吐量 尽管具有不同的吞吐量问题 11n 保护机制具有和 802 11g 与 802 11b 互操作时类似的操作 保护机 制 通常采用 CTS to self 帧 尽管有些客户端可能会使用整个 RTS CTS 交互 以提醒其他终端即将发生 的传输 这样即使这些速度较慢的客户端无法 听懂 802 11n 的数据传输速率也没关系 传统设备也可以通 过该机制理解 802 11n 的客户端正在使用无线介质 混合客户端环境对吞吐量的影响将随客户端数量 客户端 802 11 a b g n 的混合情况 具体的流量负 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 15 页 荷特性 客户端和 AP 之间的距离 它们之间的距离越远 建立的数据连接速度越慢 的不同而有所不同 还和每个独立客户端数据率的变换特性有关 与传统设备共存到底会如何影响 11n 的整体吞吐量这一问题目前没有明确的答案 但是我们可以肯定 的几件事是 即使工作在低数据率的传统设备会拖累整体的汇聚性能 你还是永远可以通过 11n 接入点实现性能 增益 因为所有 11n 设备将能够以 11n 数据率传输数据 2 4GHz 频段的设备 采用 5GHz 频段的设备百分比率越高 即使它们是传统的 802 11a 客户 整 体性能将会更好 随着时间的推移 我们将会看到更多的 11n 设备出现在网络中 这意味着现有的传统客户通过设备 更新周期被替换为 11n 客户端 关于混合环境的顾虑将逐渐减少 3 2 6 3 2 6 802 11n 客户端需要客户端需要考虑的事项考虑的事项 和 802 11a b g 网络的部署一样 系统的整体性能不仅由网络基础设施决定 无线客户端适配器也是重 要的决定因素 为此 在 802 11n 网络部署时选择适当的无线客户端适配器并采用恰当的配置是确保网络 可以提供卓越性能的前提 在选择客户端适配器时 是那内置在笔记本电脑中的无线网卡的表现往往优于外置的无线网卡 始终确 保您选择的客户端通过了 Wi Fi 联盟 802 11n 草案 2 0 版本的设备认证 思科公司已经与英特尔公司合作 进行了广泛的互通性测试 最佳的性能可以通过采用英特尔 4965AGN 或 5100 5300AGN 客户端芯片组获 得 同样重要的是客户端驱动程序版本应保持最新以获得最佳的性能 记住一点 对 802 11n 的基础设施进行基准性能测试时 笔记本电脑经常会为了节省电池寿命而启用 CPU 和主板的功耗节省特性 这将对吞吐量产生不利影响 以应将笔记本电脑连接到交流电源并禁用任何 节电机制来实现最大的吞吐性能 3 3 部署 802 11n 3 3 1 3 3 1 无线接入点放置和站点勘查无线接入点放置和站点勘查 建议在部署 802 11n 无线接入点时的部署密度与现有的 802 11 a g 的基础设施完全相同 对于纯粹的 Greenfield 802 11n 基础设施的安装 站点勘查是必须的 它将评估多径传播特性并确定最优的无线接 入点布放密度 对于您的部署是升级现有的无线网络 采取一比一进行替换的策略将提供比现有的基础设施 更好的覆盖效果 这也将允许重新利用现有的有线端口 在基础设施升级时避免昂贵的布线成本 考虑部署 802 11n 解决方案的结果时 有几个关于预期结果的关键点概括如下 每个 11n 接入点的最大覆盖范围和传统接入点相比只有有限的改进 传统的 802 11 a g 客户端在现有的数据率上均有增强的覆盖效果 802 11n 的客户端将展示出增强的覆盖范围和性能 3 3 2 3 3 2 覆盖范围的差异覆盖范围的差异 在每个发射功率水平 思科 1140 系列比 1130 系列无线接入点提供了 10 15 的线性覆盖范围的提 高 虽然这是有益的 但并不意味着接入点运行在更高发射功率时就可以部署的间隔更远 与 802 11a g 技 术一样 802 11n 也是基于共享介质工作的 无线接入点需要覆盖的范围越大 每个用户的吞吐量就越有 限 同样重要的是 这些接入点又需要为整个覆盖范围内提供更高的数据传输率 本溪传染病医院信息化平台建设建议书 第 16 页 2 4GHz 频段的比较频段的比较 下图为思科 1130 无线接入点在 2 4GHz 的信号情况 下图为思科 1140 无线接入点在 2 4GHz 的信号情况 在 2 4GHz 频段 1140 系列 AP 的最大覆盖范围略好于 1130 系列 但是部署 1140 系列 AP 的真 正优势在于覆盖的增强 如上图所述的 1140 系列无线接入点支持在更大的覆盖区域内建立高数据传输速 率并支持高带宽