附录B 外文原文
Int. J. Electronic Healthcare, Vol. 1, No. 3, 2005
Setting up a Wireless Local Area Network (WLAN) for a healthcare system
Jin Wang* and Hongwei Du
California State University, Hayward, CA 94542, USA
E-mail: jinwang7@yahoo.com
E-mail: hdu@csuhayward.edu
Abstract: WLAN can help the medical professionals to improve their working efficiency and reduce medical errors. In this paper, the important issues of deploying WLAN in hospitals are discussed. It gives a comprehensive overview of how to set up the mobility, Quality of Service (QoS) and security of the WLAN for a healthcare system. IEEE 802.11e standard and the Health Insurance Portability and Accountability ACT (HIPAA) regulations are discussed and some suggestions are given to meet the specific requirements of a healthcare environment.
Keywords: HIPAA; mobility; QoS; wireless healthcare system; Wireless Local Area Network (WLAN).
Reference to this paper should be made as follows: Wang, J. and Du. H. (2005) lsquo;Setting up a Wireless Local Area Network (WLAN) for a healthcare systemrsquo; Int. J. Electronic Healthcare, Vol. 1, No. 3, pp.335–348.
Biographical notes: Jin Wang has an MS in Telecommunication from California State University, Hayward and an MD from Peking Union Medical College. She has both clinical and network healthcare management experience.
Dr Hongwei Du is Assistant Professor of Computer Information Systems and Telecommunication. His professional interests include object-orientated programming, software engineering, computer systems development and management, computer networking and telecommunications.
1 Introduction
In the 21st century, medical science is driven by information and healthcare professionals are among the most mobile groups. They are in great need for fast, accurate, secure access to healthcare information, so that they can improve their working efficiency, reduce medical errors and make more profits. The development of wireless technology meets the needs of healthcare workers. Healthcare professionals are discovering that the application of wireless technology has helped them to boost the number of patients they serve, improve the healthcare service and speed up payments and billing cycles. How to deploy WLAN in healthcare organisations, which is fast, reliable, easy to use and with high availability and security, becomes a new challenge for healthcare information technology.
2 Benefits of WLAN
The most important benefit of WLAN is its ability to reduce medical errors. With mobile devices, doctors and nurses can gather patient information at the point of care without a lot of paperwork and input at special locations. Pharmacists could directly check the prescription information from the network, which can avoid the errors of misunderstanding the doctorsrsquo; handwriting. WLAN can also let the doctors and related professionals get the most recent and accurate information of the patients at any time or place. They can access, record and transmit information in an exam room, on the road or even at home. This can improve the efficiency of the healthcare professionals. It is one solution to the problem of the nurse shortage in North America. When healthcare professionals save more time from information input and searching, they can spend more time with the patients and enhance the quality of healthcare services.
3 Current status of using WLAN in the healthcare system
WLANs have been deployed in many hospitals for some time. Now the applications are becoming more sophisticated. There are several factors, which led to this trend:
bull; new applications specifically designed for handheld deployment
bull; devices are more powerful, reliable, cheaper, and the security becomes better
bull; data rates of the WLAN are improved. With 802.11a on the band of 5 GHz, the speed can reach 54 Mbps.
But WLAN is not widely deployed in the healthcare system. Many problems exist. Security measures in WLAN could not give enough protection for the privacy of the healthcare information and excellent authentication for the users. The healthcare professionals do not like the complicated operating system. Peripheral devices still need a lot of improvement: bigger keyboard and display size, lower weight, cheaper price and longer battery life. There is some interference between the WLAN and other hospital devices, like cardiac monitor, all using the frequency of 2.4 GHz.
4 Deployment of WLAN
4.1 General consideration of WLAN design
In order to set up a truly mobile, reliable, secure WLAN for the healthcare system, many things have to be considered. According to the limitations of bandwidth of WLAN, sufficient spectral bandwidth and technology should be designed for current and future patient monitoring and clinical data needs. To integrity WLAN with the wired network, it should be manageable with the standard Simple Network Management Protocol (SNMP). Other considerations should include power consumption, device battery life, and the high latency and unstable connections of WLAN, etc. The most important points of the design are the mobility, reliability and security of the WLAN.
4.2 WLAN infrastructure
There are different requirements for the wireless network components. We need a server with the capabilities of mobile management and application management as well as providing the best security services. The access points are set to connect the wireless network to the wired backbone. They can control the QoS of voice and data, providing device services and radio services. The peripheral devices are connected to the WLAN via access points. They provide the function of p
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附录A 译文
为医疗保健系统设置无线局域网
摘要:无线局域网可以帮助医务人员提高工作效率，减少医疗差错。本文讨论了医院无线局域网的重要部署问题。全面介绍了如何为医疗系统设置无线局域网的移动性、服务质量(QoS)和安全性。讨论了IEEE 802.11e标准和《健康保险可移植性与责任法》(HIPAA)法规，并提出了一些建议，以满足医疗环境的具体要求。
关键词:HIPAA;流动性;QoS;无线医疗系统;无线局域网。
本文的参考文献如下:Wang, J.， Du。 (2005)“为医疗系统建立无线局域网”，《电子医疗》，第1卷第3期，第335 - 348页。
个人简介:王瑾，加州州立大学电信硕士，海沃德，北京协和医学院医学博士。她拥有临床和网络医疗管理经验。
杜红伟博士，计算机信息系统与通信副教授。他的专业兴趣包括面向对象编程、软件工程、计算机系统开发和管理、计算机网络和电信。
1介绍
在21世纪，医学是由信息驱动的，医疗专业人员是最具流动性的群体之一。他们迫切需要快速、准确、安全的获取医疗信息，从而提高工作效率，减少医疗失误，获得更多的利润。无线技术的发展满足了医疗工作者的需求。医疗专业人士发现，无线技术的应用帮助他们增加了服务的病人数量，改善了医疗服务，加快了支付和计费周期。如何在医疗机构中部署快速、可靠、易用、高可用性、高安全性的无线局域网，成为医疗信息技术面临的新挑战。
2 WLAN的好处
无线局域网最重要的好处是它减少医疗事故的能力。有了移动设备，医生和护士可以在护理点收集病人信息，而不需要大量的文书工作和在特殊地点的输入。药师可以直接从网络上查询处方信息，避免医生书写错误。无线局域网还可以让医生和相关专业人员随时随地获得患者最新、准确的信息。他们可以在考场、路上甚至家里访问、记录和传输信息。这可以提高医护人员的工作效率。这是解决北美护士短缺问题的一个办法。当医护人员从信息输入和搜索中节省更多的时间，他们可以花更多的时间与患者在一起，提高医疗服务的质量。
3在医疗系统中使用无线局域网的现状
wlan已经在许多医院部署了一段时间。现在应用程序变得越来越复杂。有几个因素导致了这一趋势:
bull; 专为手持部署设计的新应用程序
bull; 设备更强大、更可靠、更便宜，安全性也更好
bull; 提高了无线局域网的数据速率。802.11a在5 GHz频段，速度可达54 Mbps。
但是无线局域网在医疗系统中并没有得到广泛的应用。许多问题存在。无线局域网的安全措施无法为用户提供足够的医疗信息隐私保护和良好的认证。医护人员不喜欢复杂的操作系统。外围设备仍然需要大量改进:更大的键盘和显示尺寸，更轻的重量，更便宜的价格和更长的电池寿命。WLAN与其他医院设备(如心脏监测器)之间存在一些干扰，这些设备都使用2.4 GHz的频率。
4部署的无线局域网
4.1 WLAN设计的一般考虑
为了为医疗系统建立一个真正移动、可靠、安全的WLAN，必须考虑许多事情。根据无线局域网带宽的限制，需要设计足够的频谱带宽和技术来满足当前和未来的患者监测和临床数据需求。为了使WLAN与有线网络保持完整，应该使用标准的简单网络管理协议(SNMP)来管理WLAN。其他需要考虑的因素包括功耗、设备电池寿命、WLAN的高延迟和不稳定连接等。
4.2 无线局域网基础设施
无线网络组件有不同的要求。我们需要一个具有移动管理和应用程序管理功能的服务器，并提供最好的安全服务。接入点设置为将无线网络连接到有线骨干网。它们可以控制语音和数据的QoS，提供设备服务和无线电服务。外围设备通过接入点连接到WLAN。具有优先漫游、负载均衡、电源管理、移动安全等功能。
4.3 Multi-standards支持
WLAN支持多种标准。IEEE 802.11b是WLAN中最常用的标准。IEEE 802.11b工作在2.4 GHz的数据速率高达11mbps。它为许多医疗保健应用程序提供了足够的速度。然而，IEEE 802.11a可以达到54 Mbps的速度，使医学图形信息的传输和多媒体应用成为可能。它还可以支持支持多个用户的网络环境，每个用户都有足够的带宽。但其工作的5ghz频段在传输过程中会造成更多的能量损失。IEEE 802.11g可以在2.4 GHz下提供高达22mbps的数据速率。因此，它具有与802.11b兼容的设备性能，路径损耗低于802.11a。新的IEEE 802.11e将于2004年或以后发布，它支持QoS，可以为多媒体应用和时间敏感的信息实现更可靠的传输。有了多标准的支持，当一个新的、更好的标准出现时，WLAN也可以很容易地升级。
5流动性
对于医生和护士来说，重新登录医院的WLAN继续以前的应用是非常不方便的。这可能会增加患者的风险、医疗成本和错误率。因此，在当前医疗系统的无线局域网设计中，网络最重要的特点之一就是移动性。这种移动性应该通过移动设备、移动应用程序和移动管理来实现。我们应该关注移动工作者需要什么，什么样的设备适合他们，应用程序是否适合移动，以及一旦部署，如何管理移动系统。
6当地流动
医院无线局域网的移动性主要局限于局部区域:例如，在一些医院建筑中。这就是局部迁移，和远程迁移有点不同。将移动性嵌入到现有的网络、计算设备和应用程序中比远程移动性更重要。移动设备的使用速度也很快，比如将病人的体温输入个人数字助理(PDA)，然后使用网络几秒钟。此外,医疗保健系统中使用的各种移动设备。笔记本电脑、移动电脑、pad和移动电话都有不同的应用程序，这些应用程序应该是无缝漫游的，在它们上面运行的任务可以快速、方便地从一种设备转移到另一种设备。为了实现本地迁移，可以在不同设备的不同应用程序之上建立一个通用的应用程序平台。例如，使用基于web的接口与企业Java Bean或应用程序编程接口访问现有的基础设施，并使用Java消息传递服务实现应用程序漫游。
7远程移动
医院无线局域网的设计还应考虑远程医疗的需求。对于在家接受治疗的患者和在医院外工作的医生来说，医院局域网的接入必须建立在互联网的基础上。此外，当医院的笔记本电脑或pad将其附件从一个接入点更改到另一个接入点，更改IP (Internet Protocol)地址时，正在进行的会话可能会中断。为了实现远程移动的无缝漫游，可以根据不同的开放系统互连(OSI)层(应用层、网络层和链路层)部署不同的度量。在应用层上，可将移动性添加到简单管理传输协议(SMTP)、超文本传输协议(HTTP)和Internet消息传输协议(IMTP)中。但是向后兼容性可能是一个主要问题。一些解决方案是在应用层和传输层之间添加额外的垫片，以支持迁移。在网络层，可以使用移动IP。这是实现移动性最常用的方法，它可以对不同设备上的所有应用程序都是透明的。在链路层部署移动性要复杂得多，可以通过支持IP移动性的驱动程序来实现。在802.11无线局域网中，当移动设备只在同一分配系统中移动时，链路层的移动性就可以实现。
8移动IP
移动IP是对IP协议的增强，以隐藏移动节点IP地址的变化，无缝地保持上层的连续性。移动节点由家庭网络分配的永久家庭地址和由当前连接点分配的临时照料地址标识。在家庭网络中，路由器通常充当家庭代理，将数据包封装并通过隧道传输到家庭网络外部的移动节点。由于会话结束时总是使用家庭地址，因此对通信的上层是透明的。
IPv4的移动IP与IPv6略有不同。移动IPv4是IPv4协议的一个附加特性。它使用了外国代理的概念。外部代理是当前具有移动服务的附着点中的主机，它可以将照料地址分配给移动节点。移动节点还可以通过动态主机配置协议(DHCP)等外部分配机制来获得地址的保护。注册了移动节点的care-of地址后，home代理通过IP-in-IP隧道将数据包转发到care-of地址。当包最终到达时，它们被外部代理拆封，内部包被发送到移动节点。
IPv6的移动性支持是IPv6的一个集成部分。它不包含外部代理的概念和直接指向移动节点的照料地址。移动IPv6包含许多新特性，如无状态地址、自动配置和邻居发现。由于具有移动IPv6路由优化功能，当移动节点的当前照料地址已知时，不再需要家庭代理的支持。数据包可以直接发送到家庭地址，路由是最优的。
最近对移动IP进行了切换增强，以最小化移动节点从一个新的附件点接收地址时的延迟。这种技术支持实时会话，如视频和音频应用程序，通常用于远程医疗。
目前市场上，移动IP技术涉及Flarion Technologies、Birdstep technology、ipUnplugged、Airvana等多家公司的产品。它们在安全性和速度方面都有各自的增强。其中许多已经在医疗网络中实现(Ammenwerth et al.， 2000)。
9其他移动解决方案
NetMotion Wireless是积极参与医院无线局域网支持的公司之一。它设置一个垫片，或驱动程序来实现应用层和传输层之间的迁移。客户端软件和移动服务器是无线局域网的主要组成部分。移动服务器具有与移动IP中的家庭代理类似的功能。移动设备被分配IP地址，用于移动节点的数据包都被路由到移动服务器。移动服务器知道移动节点的地址和连接点，就会转发数据包。NetMotion WLAN的设计没有使用外国代理的概念。为了找到移动节点的当前位置，需要实现DHCP发现广播或来自接口卡驱动程序的触发器。
10 医疗WLAN中的QoS (Ayyagari and Fout, 2001)
医疗系统的无线局域网需要能够为语音、数据和图像提供可靠的服务，特别是对患者信息、医生处方数据和一些实时信息的服务。在无线局域网带宽有限的情况下，QoS可以提供更好的服务。某些重要的流优先考虑专用带宽、受控抖动和延迟或改进的损失特性，而其他流可以拥有足够的服务而不会失败。QoS可以基于IEEE 802.11标准在WLAN上运行。
11 在802.11b和802.11a中支持QoS
802.11b和802.11a协议有两种基本的媒体访问模式:分布式协调函数(DCF)和点协调函数(PCF)。DCF是一种基本模式，它适用于具有避碰功能的载波感知多址(CSMA/CA)。当媒体空闲时间达到最小值时，电台会进行监听并执行随机回退碰撞的可能性。这个随机时间也被定义为“争用窗口”(CW)，它由多个插槽时间组成。碎片是用来减少长时间碎片碰撞的可能性。为了避免隐藏站问题，802.11b实现了请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制。RTS/CTS帧通知附近的站和隐藏的站用于传输下一个数据帧的时间。然而，DCF不支持对WLAN的任何优先访问。针对有时间限制的业务，实现了一种可选的访问方法——PCF，以提供站点的访问优先级。WLAN中的一个站(通常是接入点)充当点协调器。它定期发送信标帧来同步站内的本地定时器，并管理为WLAN指定的参数。PCF的优先级比DCF高，启动传输前的持续时间比DIFS短。在传输过程中，时间被划分为许多超帧，每个超帧在开始时都有一个信标帧，并且有一个无争用周期(CFP)和一个随时间交替的争用周期(CP)。在CFP中使用PCF，在CP中实现DCF，通过轮询确定PCF中的传输优先级。点协调器在CFP过期之前请求一个挂起的帧。然而，PCF并没有得到广泛的实施。PCF也存在一些问题，包括信标延迟无法预测和访问站的传输时间未知。IEEE提出将协议改进为802.11e。
12 QoS在802.11 e
802.11e协议引入了增强分布式协调函数(EDCF)和混合协调函数(HCF)。在CP中使用EDCF，在两个阶段中都使用HCF。在802.11e WLAN中，有四个级别的QoS。在级别0中，使用了遗留DCF。在级别1和级别2中，使用EDCF实现了8个优先级。级别3的QoS在PCF上运行。在此级别使用参数化QoS，每个连接允许8个优先级。通过它的源/目标MAC(媒体访问控制)地址和优先级来标识，每个连接都可以映射到一个流量类别(TC)，它指示MAC对数据包进行最佳调度。根据TC参数，为传输数据单元确定不同的回退时间。当检测到仲裁帧间空间(AIFS)的媒体处于空闲状态后，这种回退就开始了，这对于每个TC都是惟一的。优先级越高的流量类别AIFS越短。当多个站点尝试发送相同流量类别的数据包时，每个站点都会计算一个额外的时间—一个避免冲突的争用窗口。CW的大小也是基于TC的。(参见图1)802.11e的另一个重要特性是传输机会(TXOP)，在此期间，一个工作站被授权开始传输。在EDCF的CP中，或者通过HCF, TXOPs被分配一个起始时间和一个最大持续时间。它们在EDCF中的信标帧或HCF的轮询帧中指定。在CP期间，TXOP在EDCF空闲信道时启动，或者在HCF规则下，站从HCF获得一个轮询。在CFP中，TXOPs都由HC发送的轮询帧指定。电台只有在收到HC指定TXOPs的投票帧后才能访问该媒体。受控争用是另一种避免冲突的随机访问协议。通过这种机制，HC可以获得关于需要轮询哪个站点、何时轮询和轮询时间的信息。各台可以发送一个备用请求帧来分配已轮询的TXOP，以避免与其他台争用。为这些
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