CORSO DI Telemedicina e Telematica Sanitaria Docente Prof. Marcello Bracale Lezione del 8/10/2008 Reti telematiche wired e wireless nelle strutture ospedaliere A cura dell ing. Riccardo Tranfaglia riccardo.tranfaglia@unina.it
SOMMARIO Tipologie di reti Topologie Livello Fisico Mezzi Elettrici (Cavi) Mezzi Wireless (Onde radio) Mezzi Ottici (Fibra Ottica) Protocolli di trasmissione wireless Bluetooth Irda WiFi (IEEE 802.11x) Approfondimento sullo standard IEEE 802.11x Trasmissioni FHSS E DSSS Canali di trasmissioni del WiFi Configurazioni e topologie Problematica del Roaming Attrezzature Wireless: Overview Applicazioni delle reti wireless Case Study:Realizzazione di una rete wireless presso la Clinica Villalba di Napoli
Tipologie di Network reti locali (Local Area Network, LAN), di limitata estensione, che consentono di collegare tra loro dispositivi collocati nello stesso edificio o in edifici adiacenti; reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN), di dimensioni tali da consentire il collegamento di dispositivi collocati nella stessa area urbana; reti geografiche (Wide Area Network, WAN), di ampie dimensioni, impiegate per il collegamento di dispositivi diffusi in un'ampia area geografica; reti di reti" (Internet), collegamenti di più reti differenti (in termini sia hardware che software) mediante opportuni elementi di interfaccia, che si possono estendere su tutto il pianeta, come è il caso ben noto di Internet.
Tipologie
Topologie Dorsale Anello Stella
Il livello fisico I mezzi trasmissivi sono sostanzialmente di tre tipi: mezzi elettrici (cavi): in essi il fenomeno fisico utilizzato è l'energia elettrica; mezzi wireless (onde radio): il fenomeno fisico è l'onda elettromagnetica, una combinazione di campo elettrico e campo magnetico variabili, che si propaga nello spazio e che induce a distanza una corrente elettrica in un dispositivo ricevente (antenna); mezzi ottici (LED, laser e fibre ottiche): in essi il fenomeno utilizzato è la luce. Si tratta dei mezzi più recenti, che hanno rivoluzionato il settore.
Cavo coassiale
Componenti per cavi a doppini intrecciati
Connessioni in fibra ottica
Fibra Ottica
Vantaggi /Svantaggi Vantaggi delle fibre ottiche rispetto al rame: leggerezza a parità di banda (due fibre sono più capaci di 1.000 doppini, 100 kg/km contro 8.000 kg/km); totale insensibilità a disturbi elettromagnetici; difficile l'inserimento di intrusi per spiare il traffico. Svantaggi delle fibre ottiche rispetto al rame: costo delle giunzioni; comunicazione unidirezionale (due fibre sono necessarie per una comunicazione two-way).
Tecnologie wireless Standard IEEE 802.11x (wireless LAN) Home RF (HRFWG) Bluetooth (SIG) IrDa (Infrared Data Association)
IEEE 802.11x IEEE 802.11a lavora a frequenze centrate a 5.8GHz 54Mbps IEEE 802.11b/g opera nella banda ISM 2.4GHz 11Mbps/54Mbps 50 / 200 m 1-250 utenze
Home RF (HRFWG) Opera nella banda ISM 2,4 GHz 1.6 Mbps 50 m
Bluetooth (SIG) Opera nella banda ISM 2,4Ghz 723 Kbps 2-8 utenze per piconet 10 cm /10 m /100 m in relazione alla potenza di emissione
IrDa (Infrared Data Association) Comunicazione tramite LED; 4 Mbps con tecniche di modulazione avanzate; 1-2 m di portata massima; Link Ottico; Solo due dispositivi alla volta;
Parametri di confronto fra le tecnologie wireless Frequenza; Prestazioni; Costo relativo; Applicazioni; Portata;
Confronto tra le tecnologie 875 nm Il Costo Relativo è relazionato a quello di un Modulo Bluetooth ~ 50$ (Basso)
Bluetooth: Generalità Standard Mondiale (Royalty Free); Trasmissioni a corto raggio; Banda Utilizzata ISM; Supporta traffico Voce e Dati; Ridotte dimensioni dei moduli trasmittenti; Bassi costi dei moduli e quindi maggiore accessibilità;
Reti Bluetooth Le reti topologicamente più semplici che possono essere formate usando dispositivi Bluetooth vengono dette piconet, possono essere composte al massimo da otto elementi e sono caratterizzate dalla sequenza delle frequenze di salto seguita dai suoi membri. In essa si distingue un nodo particolare, detto Master, che ha il compito di controllare tutti gli altri, detti Slave.
Reti Bluetooth Più piconet possono comunicare fra loro per mezzo di nodi ponte che partecipano ad entrambe le piconet, formando così una scatternet, ovvero una rete composta da più piconet, fino ad un massimo di dieci in un ambiente ristretto. Nodo A Nodo B
PHY FHSS Anziché trasmettere un segnale in corrispondenza di una certa frequenza, il FHSS usa un insieme di canali stretti e salta su ciascuno di essi seguendo un predeterminato pattern di hopping ciclico pseudocasuale 2,402 Ghz - 2,480 GHz salti di 1 Mhz, complessivamente 79 hops set (canali) Viene impiegata una modulazione gaussiana di tipo Fsk Data rate massimi di 2Mbps Ottima resa contro le interferenze ma velocità bassa
FHY DSSS 802.11 DSSS è una tecnologia di trasmissione a "frequenza diretta" e a banda larga Ogni bit viene trasmesso come una sequenza ridondante di bit, detta chip attraverso una multiplazione con un codice detto sequenza Barker di 11bit Lo spettro del segnale viene spalmato su un intero canale e poi recuperato con una demodulazione La banda occupata è di 22MHz Buona immunità ai disturbi a banda stretta
La famiglia IEEE 802.11 WEP MAC PHY DSSS FH IR 802.11b 5,11 Mbps 802.11 (1,2 Mbps) OFDM 802.11a/g 6,9,12,18,24 36,48,54 Mbps
FHY DSSS 802.11b Al posto della sequenza di Barker, 802.11b utilizza una tecnica di codifica chiamata Complementary Code Keying (CCK) Si raggiungono velocità di 11Mbps La banda occupata dal segnale è sempre di 22MHz
Canali del 802.11b detto anche WiFi Il protocollo WiFi definisce infatti 14 canali. Ogni canale ha una larghezza di banda pari a 22MHz ma I rispettivi centri banda sono distanti solo 5MHz Bisogna scegliere canali non sovrapposti per celle adiacenti ragionando in 3 dimensioni.
WEP (Wired Equivalent Privacy) Autenticazione e protezione dei dati La secret key lunga 40 bit è concatenata a un vettore di inizializzazione lungo 24 bit; si ottiene così una sequenza di 64 bit totali. Operazioni di XOR con lo stream dei dati in transito Sono state implementate WEP key fino a 256bit per i nuovi standard E possibile risalire alla chiave analizzando il traffico tra due terminali Degrada la velocità della comunicazione
CASE STUDY: CLINICA VILLALBA Obiettivi del progetto Creazione di un Diario Clinico elettronico Visualizzabile e aggiornabile con un tablet pc direttamente al letto del paziente
HOSPITAL WLAN Server Hospital wards DB Router G.P. Home Care WWW
User Friendly Interface Graphical Representation Detailed report of activities Integration with medical device
Fasi del progetto Analisi dei processi organizzativi della Clinica Progettazione e realizzazione della rete wireless Sviluppo del software Fase di test e collaudo Sviluppo dell interfaccia PDA
Pro e Contro sull adozione di un rete wireless PRO Dati al letto del paziente Economicità Scalabilità Mezzo di trasmissione che non si guasta Facile istallazione CONTRO Interferenze Sicurezza Salute Roaming Consumo energetico Area copertura limitata
Aspetti tecnici della rete WiFi realizzata:rete Lan preesistente
Planimetria reparto secondo piano Medicheria del piano Legenda Access points Hub del piano Misure Terzo piano Clinica Villalba Scala 1:30
Hardware utilizzato per la rete D-Link AirPlus G+DWL2000AP+ Standard IEEE 802.11g - IEEE 802.11b Velocità 54Mbps Sicurezza WEP Key 64/128/256 bit Frequenze di lavoro wireless da 2.4 GHz a 2.4835 GHz Distanze limite Indoor 100 metri Outdoor 150 metri Potenza in uscita trasmettitore 15dBm (32 mw) ± 2dB
Tablet utilizzato Acer C112T Mobile Intel Centrino Windows XP Tablet PC Edition Display 10.4" XGA TFT WiFi e Bluetooth integrati Peso 1,45Kg Durata batterie 3 ore Penna touch screen
Caratteristiche della rete WiFi realizzata Standard IEEE 802.11b e 802.11g Mode Infrastructure WEP KEY 64 bit Access point in configurazione AP DHCP disabilitato Controllo MAC address Copertura limitata all interno del reparto Multi canale
Misure di segnale effettuate Il programma utilizzato per le misurazioni è NetStumbler 0.4.0. I valori del rapporto segnale rumore sono tra - 40dbm e -70dbm relativi a velocità di trasferimento tra 50Mbps e 54Mbps
Misure di segnale effettuate Segnale Debole
Soluzione Medicheria del piano Legenda Access points Hub del piano Misure Terzo piano Clinica Villalba Scala 1:30
RFID SYSTEM
Convertitori Seriali-Wifi