CC BY
19
Д. В. Горбачев, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры инноватики и информационных технологий, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный институт менеджмента» e-mail: gordi47@mail.ru
Р. Н. Подольских, аспирант ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный институт телекоммуникаций и информатики», ассистент кафедры инноватики и информационных технологий, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный институт менеджмента» e-mail: r_podolskih@mail.ru
ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ КОНВЕРГЕНЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ
Конвергенция - одна из основных тенденций в ИТ, которая позволяет совместно использовать новые и существующие технологии. Конвергентная сеть - сеть с очень большим количеством узлов, структура которых нерегулярна, сложна и динамически эволюционирует во времени.
Конвергентные протоколы, конвергентные сети и, наконец, конвергентная инфраструктура делают возможным реализацию модели адаптивной ИТ в виде легко масштабируемого пула ресурсов, разделяемого многими приложениями и управляемого как сервис.
Ключевые слова: конвергентная сеть, сетевая виртуализация, мультисервисная сеть, телемедицина.
Конвергентная сеть возникает в тот момент, когда две или более сети, построенные на различных принципах или технологиях, начинают функционировать совместно, тем самым приобретая возможность к расширению спектра услуг. Классическим примером конвергентной услуги на основе сетей ССОП и СПД может быть осуществление телефонного вызова, подключенного к сети ССОП, на внутренний SIP-телефон компании с использованием тонального набора. Конвергенция совершенно не означает, что одна из сетей технологически или же юридически перестает существовать - в данном случае не стоит смешивать понятия интеграции и поглощения с конвергенцией. Существующие в настоящее время сети связи можно классифицировать следующим образом:
- ССОП - эти сети отличаются наличием мощных и сложных коммутационных узлов, с развитыми прикладными системами, и предоставляют высокое качество связи с узким набором услуг;
- СПД - эти сети отличаются децентрализованной структурой. Основной предоставляемой абоненту услугой является услуга доступа к сети Интернет;
- СПС - качество предоставляемой в этих сетях связи ниже, чем в ССОП, но преимуществом является мобильность абонента и широкий спектр предоставляемых услуг.
Пример типовой конвергентной сети изображен на рисунке 1.
Сложные сети - это относительно новая, бурно развивающаяся междисциплинарная область знаний. Сейчас закладываются ее основные понятия и получены только первые результаты. Работающие в этой области исследователи пришли из математики, компьютерных наук, физики, биологии, социологии, экономики. Соответственно результаты исследований имеют как теоретическое значение, так и практические приложения в этих науках.
Постановка задачи
Существует необходимость создания сети для медицинских учреждений, которая позволит объединить различные виды трафика, а также различные типы оборудования в единую комплексную сеть. Такой сетью как раз-таки и является конвергентная сеть.
Описание решений
Примером использования первой конвергентной сети является сеть ISDN.
ISDN (Integrated Services Digital Network - цифровые сети с интегральными услугами) относятся к сетям, в которых основным режимом коммутации является режим коммутации каналов,
а данные обрабатываются в цифровой форме. Идеи перехода телефонных сетей общего пользования на полностью цифровую обработку данных, при которой конечный абонент передает данные непосредственно в цифровой форме, высказывались давно. Сначала предполагалось, что абоненты этой сети будут передавать только голосовые сообщения. Такие сети получили название IDN - Integrated Digital Network. Термин «интегрированная сеть» относился к интеграции цифровой обработки информации сетью с цифровой передачей голоса абонентом. Идея такой сети была высказана еще в 1959 году. Затем было решено, что такая сеть должна предоставлять своим абонентам не только возможность поговорить между собой, но и воспользоваться другими услугами - в первую очередь передачей компьютерных данных. Кроме того, сеть должна была поддерживать для абонентов разнообразные услуги прикладного уровня - факсимильную связь, телетекс (передачу данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал), голосовую почту и ряд других. Предпосылки для создания такого рода сетей сложились к середине 70-х годов. К этому времени уже широко применялись цифровые каналы Т1 для передачи данных в цифровой форме между АТС, а первый мощный цифровой коммутатор телефонных каналов 4ESS был выпущен компанией Western Electric в 1976 году.
В результате работ, проводимых по стандартизации интегральных сетей в CCITT, в 1980 году появился стандарт G.705, в котором излагались общие идеи такой сети. Конкретные спецификации сети ISDN появились в 1984 году в виде серии рекомендаций I. Этот набор спецификаций был неполным и не подходил для построения законченной сети. К тому же в некоторых случаях он допускал неоднозначность толкования или был противоречивым. В результате, хотя оборудование ISDN и начало появляться примерно с середины 80-х годов, оно часто было несовместимым, особенно если производилось в разных странах. В 1988 году рекомендации серии I были пересмотрены и приобрели гораздо более детальный и законченный вид, хотя некоторые неоднозначности сохранились. В 1992 и 1993 годах стандарты ISDN были еще раз пересмотрены и дополнены. Процесс стандартизации этой технологии продолжается.
Внедрение сетей ISDN началось достаточно давно - с конца 80-х годов, однако высокая техническая сложность пользовательского интерфейса, отсутствие единых стандартов на многие жизненно важные функции, а также необходимость крупных капиталовложений для переоборудования телефонных АТС и каналов связи привели к тому, что инкубационный период затянулся на многие годы, и сейчас, когда прошло уже более десяти лет, распространенность сетей ISDN
------------------------ Виды коммуникаций --------------------------
Авто- Электронная Телеф°н информатор почта Факс SMS Интернет Потта
U «
Интеграция с бизнес-системами
с
Конвергентная сеть
Отчетность
Администрирование
Оператор на ПК
КПК
Удаленный пользователь
Потребители услуг
Менеджер
Автоматические
службы
оставляет желать лучшего. Кроме того, в разных странах судьба ISDN складывалась по-разному. Наиболее давно в национальном масштабе эти сети работают в таких странах, как Германия и Франция. Тем не менее доля абонентов ISDN даже в этих странах составляет немногим более 5% от общего числа абонентов телефонной сети. В США процесс внедрения сетей ISDN намного отстал от Европы, поэтому сетевая индустрия только недавно заметила наличие такого рода сетей. Если судить о тех или иных типах глобальных сетей по коммуникационному оборудованию для корпоративных сетей, то может сложиться ложное впечатление, что технология ISDN появилась где-то в 1994-1995 годах, так как именно в эти годы начали появляться маршрутизаторы с поддержкой интерфейса ISDN. Это обстоятельство просто отражает тот факт, что именно в эти годы сеть ISDN стала достаточно распространенной в США — стране, компании которой являются лидерами в производстве сетевого оборудования для корпоративных сетей.
Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов служб (рис. 2):
• некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);
• коммутируемая телефонная сеть общего пользования;
• сеть передачи данных с коммутацией каналов;
• сеть передачи данных с коммутацией пакетов;
• сеть передачи данных с трансляцией кадров (frame relay);
средства контроля и управления работой сети.
Основными поставщиками конвергентных сетей и соответствующего оборудования на современном ИТ рынке являются HP и Cisco.
НР после приобретения ряда компаний таких, как 3Com, H3C, Tipping Point и интеграции их с собственным подразделением Procurve (в результате чего в рамках подразделения Enterprise Servers and Storage появился новый департамент HP Networking) значительно упрочило свои позиции на сетевом рынке. Исходные линейки продуктов сейчас консолидированы в единый пул продуктов под управлением единой ОС. Пример конвергентной инфраструктуры HP представлен на рисунке 3.
Интересной особенностью сетевой архитектуры НР является технология сетевой виртуализации - IRF. IRF содержится в ОС коммутаторов - Comware и стартует до запуска всех сетевых протоколов. IRF работает на стандартных портах (не требуется каких-либо стековых портов) и дает возможность «видеть» множество коммутаторов с точки зрения протоколов второго и третьего уровней (L2 и L3) как один. При этом у каждого коммутатора согласованно работают коммутационные фабрики и не происходит блокирование резервных соединений (линков), т.е. не
1 Сеть
Оборудование '
в помещении
пользователя ; Выделенные
(СРЕ) | I каналы
I I
Передача голоса по коммутируемым каналам
Передача данных по коммутируемым
каналам
V_________________У
Интерфейс
пользователя
Терминальное
оборудование
(ТЕ)
Передача данных с коммутацией пакетов
Передача данных с трансляцией кадров
Средства контроля и управления
сетью
V____________________У
Пользователь
или
провайдер
происходит потерь производительности. Технология IRF может быть использована в ядре сети, на уровнях распределения/доступа и для консолидации top-of-rack коммутаторов.
Компания Cisco также демонстрирует комплексный подход к конвергентным сетям. В обновленной линейке оборудования присутствуют конвергентные коммутаторы уровня доступа - модели Nexus 5596UP и 5548UP. Это коммутаторы высокой плотности (48 портов на 1U) с универсальными портами, поддерживающие трансиверы 10GE/1GE/FCoE/8G FC.
Устройства функционируют на сетевых уровнях L2/3, поддерживают спецификации IEEE 802.1Qbh и могут работать с технологией FabricPath, которая расширяет возможности унифицированной матрицы коммутации (Cisco Unified Fabric), повышающей эффективность доставки информации в физических и виртуализированных ЦОД, а также эффективность управления частными и публичными облачными ресурсами. Также компания Cisco предлагает использовать коммутаторы Nexus 5000, как виртуальное модульное шасси вместе с Nexus 2000 FEX, которые будут выполнять роль виртуальных карт. Положительной стороной является упрощение администрирования, так как используется единый конфигурационный файл на Nexus 5000.
Конвергентные сети в медицине предназначены для повышения качества обслуживания пациентов и производительности медицинского персонала в системах здравоохранения любой страны.
Одна из наиболее острых проблем, с которыми сегодня сталкивается отрасль здравоохранения, - обеспечение доступа к интегрированным медицинским данным пациентов. Необходимо комплексное решение для надежного хранения и быстрого защищенного доступа к этой критически важной и конфиденциальной информации, отвечающее современным нормативным требованиям к хранению и использованию документов. К основным данным, циркулирующим в сети медицинского учреждения (если таковая вообще имеется), относятся:
• организационно-распорядительные документы;
• персональные данные как сотрудников мед учреждения, так и их посетителей;
• данные о заболеваниях и диагнозах.
В последнее время всё большую актуальность приобретает использование телемедицины (рис. 4).
Конвергентная Инфраструктура ИР
4х
> їй
Л
$
Систол храпов
ДОИИЬІХ
Сермр»
Or»
^осу«г--<а,
охгахг*»!**
Упр<з».ч*ои^ое ПО
Beienooiom
їй
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ВИРТУАЛИЗАЦИЯ
СТАНДАРТИЗАЦИЯ
основные ШАГИ
Телемедицина - направление медицины, основанное на использовании компьютерных и телекоммуникационных технологий для обмена медицинской информацией между специалистами с целью повышения качества диагностики и лечения конкретных пациентов.
Основные направления использования телемедицины.
Отложенные телеконсультации
Это наиболее дешевый и простой способ организации консультации на расстоянии путём передачи медицинской информации по электронной почте. Он мало подходит для экстренных случаев, однако малозатратен и весьма эффективен при надлежащем организационном обеспечении процесса. Хорошим примером организации системы отложенных телемедицинских консультаций может служит телемедицинская система Пензенской области, где в эту систему были включены все центральные районные больницы, а в качестве консультантов служат ведущие специалисты всех областных ЛПУ
Консультации в режиме реального времени
Эти консультации более требовательны к техническому оснащению, их проводят с использованием широкополосных каналов связи и видеоаппаратуры. Различают плановые, экстренные видеоконсультации и видеоконсилиумы. Во всех этих случаях обеспечивается непосредственное общение между консультантом и лечащим врачом. Чаще всего такие консультации проводятся с участием больного. При этом сеанс видеоконференцсвязи может проходить как между двумя абонентами, так и между несколькими абонентами в так называемом многоточечном режиме, т.е. наиболее сложные случаи могут обсуждаться консилиумом врачей из разных медицинских центров. Считается, что дистанционная видеоконсультация в 20 раз дешевле поездки пациента с Урала в Москву, для Якутии и Забайкалья - в 40 раз (в случае необходимости сопровождения пациента медицинским работником стоимость поездки удваивается). В зависимости от расстояния между пунктами соотношение этих затрат может составлять до 50 раз в пользу телемедицины. Телемедицинские системы позволяют организовать диалог с врачом-экспертом (видеоконференцию) на любом расстоянии и передать практически всю необходимую для квалифицированного заключения медицинскую информацию (выписки из истории болезни, рентгенограммы, компьютерные томограммы, снимки УЗИ и т.д.).
Телеобучение
Проведение лекций, видеосеминаров, конференций с использованием телекоммуникационного оборудования. Во время таких лекций преподаватель может иметь интерактивный контакт с
Медицинское оборудование
Лечащий
Консультация
А"
Результаты
исследования
Врач ЦФДИ
Интерфейс с медицинским оборудованием
Клиентское
рабочее
место
Запросы к
СУБД
Консультант
Управление конфигурацией ТМЦ
Интеграция о госпитальной АИС
Сервер
госпитальной
АИС
Администратор
АПП
аудиторией. В результате использования таких технологий у врача появилась реальная возможность непрерывного профессионального образования без отрыва от места работы. Лекции, как и видеоконсультации, могут проходить в многоточечном режиме, таким образом, лекция может быть прочитана сразу для слушателей из нескольких регионов.
Трансляция хирургических операций
Применение сетевых видеокамер позволяет организовать трансляцию хирургической операции. Например, через стандартные средства Интернета уже на протяжении восьми лет обеспечен доступ к видеокамерам, установленным в лаборатории телемедицины и операционных Российского научного центра хирургии РАМН. Данная технология может использоваться также в режиме «теленаставничества», когда более опытный врач дистанционно контролирует действия менее опытного коллеги в режиме реального времени.
Мобильные телемедицинские комплексы
Получают развитие мобильные телемедицинские комплексы (переносные, на базе реанимобиля и т.д.) для работы на местах аварий. Малогабаритные мобильные диагностические комплексы можно использовать в отсутствии телемедицинских кабинетов и центров, непосредственно там, где возникла необходимость. Этими средствами целесообразно оснащать и машины скорой помощи, и семейных врачей, районные и сельские больницы, бригады медицины катастроф и санитарной авиации, медицинские формирования МЧС и подразделений МО. Современный мобильный телемедицинский комплекс объединяет в себе мощный компьютер, легко сопрягаемый с разнообразным медицинским оборудованием, средства ближней и дальней беспроводной связи, средства видеоконференции и средства IP-вещания.
Системы дистанционного биомониторинга
Телемедицинские системы динамического наблюдения применяются для наблюдения за пациентами, страдающими хроническими заболеваниями, а также на промышленных объектах для контроля состояния здоровья работников (например, операторов на атомных электростанциях). Многообещающим направлением развития таких систем является интеграция датчиков в одежду, различные аксессуары, мобильные телефоны. Например, жилет с набором биодатчиков, регистрирующих ЭКГ, артериальное давление и ряд других параметров, или мобильный телефон с возможностью регистрации ЭКГ и отправки ее средствами GPRS в медицинский центр, а также с возможностью определения координат человека в случае угрозы жизни.
Домашняя телемедицина
Это дистанционное оказание медицинской помощи пациенту, проходящему курс лечения в домашних условиях. Специальное телемедицинское оборудование осуществляет сбор и передачу медицинских данных пациента из его дома в отдаленный телемедицинский центр для дальнейшей обработки специалистами. Это важно, например, для больных с сердечной недостаточностью, нуждающихся в регулярных и частых обследованиях. Комплексы, включающие датчики, измеряющие температуру тела, давление крови, парциальное давление кислорода, ЭКГ и функции дыхания, соединены с настольным монитором, который, в свою очередь, автоматически отправляет данные в телемедицинский центр.
Очевидно, что для реализации проекта телемедицины необходимо иметь сеть с большим числом входящих и исходящих узлов и способную передавать как обычные данные, так и аудио- и видеоинформацию. Поэтому принцип построения конвергентной сети является наиболее оптимальным для построения сетей медицинских учреждений.
Открытая, расширяемая архитектура обеспечивает доступность информации для сетей здравоохранения и совершенно новые способы ее применения. Потоки сведений о важнейших событиях можно динамически конфигурировать, обеспечивая не только предоставление традиционного целенаправленного медицинского обслуживания, но и настройку сервисов в соответствии с меняющимся состоянием здоровья пациента, появлением новых технологий и задачами поставщиков медицинских услуг. Непрерывный сбор и мониторинг жизненных показателей, методов лечения, результатов лабораторных исследований и физической активности амбулаторных пациентов позволят проводить коллективный анализ и выбор лечения группой экспертов, а также быстро оказывать помощь на основе точной, долговременной и немедленно доступной истории болезни пациента. Подобный подход позволяет анализировать корреляции и тенденции динамической информации, поступающей от огромного количества интегрированных устройств, с использованием существующих медицинских информационных систем, и будет поддерживать их развитие и превращение в решения для здравоохранения на базе конвергентных сетей.
Впервые первая конвергентная сеть появилась в мед. учреждении в Норвегии. Региональная система здравоохранения Орландо (шт. Флорида) служит отличным примером использования мобильных решений Cisco для преобразования медицинской среды. Система здравоохранения Орландо — частная некоммерческая организация, обслуживающая почти 2 млн жителей центральной части Флориды; кроме того, к ней ежегодно обращается за помощью около 4,5 тыс. иностранных граждан. В этих условиях поддержка повседневной деятельности требует надежной мобильной инфраструктуры. Система здравоохранения Орландо работает на восьми распределенных площадках, связанных между собой с помощью унифицированной беспроводной сети Cisco. Эта сеть поддерживает работу врачей, медсестер и административных работников на всех восьми площадках и предоставляет гостевой доступ посетителям и частнопрактикующим докторам, находящимся в госпитале. В беспроводной сети хранится вся клиническая информация, электронные истории болезни и зарплатные ведомости, а также данные о персонале и закупках. Сеть делает работу сотрудников более эффективной и производительной, в результате повышается общее качество работы и, что самое главное, растет качество обслуживания пациентов.
Помимо уже установленных мобильных приложений, в госпитале доктора Филипса (входит в систему здравоохранения Орландо) прошли испытания нового расширения Motion Computing C5 Mobile Clinical Assistant (MCA), с помощью которого врачи, медсестры и администраторы могут беспрепятственно взаимодействовать в мобильном режиме. Расширение Motion C5 MCA дает специалистам возможность быстро получать данные о пациентах на месте лечения и автоматически выполнять важные административные задачи, такие, как определение времени проведения анализов. Нет сомнений, что сочетание унифицированной беспроводной сети Cisco с новыми устройствами Motion C5 резко увеличит производительность труда медиков. Отметим, что система Motion C5 была специально разработана для медицинской среды на базе широких исследований, проведенных корпорацией Intel. Исследования включали опрос множества медицинских работников из разных стран (в числе опрошенных был и главный директор системы Орландо по медицинской информации д-р Стив Марголис).
Успешное использование в медицинской системе Орландо расширений и мобильных решений, разработанных партнерами Cisco, в немалой степени обусловлено тем, что программа Cisco Compatible Extensions Program обеспечивает тесную интеграцию унифицированной беспроводной сети Cisco с оборудованием и ПО третьих сторон. С помощью этой программы Cisco и ее партнеры гарантируют совместимость, взаимодействие и оптимальную производительность своих решений, что совершенно необходимо для успешной работы в требовательной медицинской среде.
Выводы
Таким образом, построение конвергентных сетей в сфере здравоохранения позволит снизить затраты на обслуживание данной системы, повысить качество предоставляемых услуг, ускорить время обработки данных и соответственно процедуру обслуживания пациентов. Следовательно, целесообразно использовать конвергентные сети в рамках проекта по здравоохранению в России.
Литература
1. Службы ISDN / [Электронный ресурс]. - URL: http://com-nform.narod.ru /ksptp/6_3_3_l.htm. — Дата доступа: 01.12.2012.
2. Задачи телемедицины / [Электронный ресурс]. - URL: http://www.stel.ru/ telemedicine/idea. — Дата доступа: 30.11.2012.
3. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы : учебник для вузов / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. — СПб. : Питер, 2007. - 960 с.
4. Cisco Systems. Руководство Cisco по конвергенции сетей. — М. : Вильямс, 2004. - 320 с.
5. Таненбаум, Э. Компьютерные сети / Э. Танабаум. Изд. 4-е. - СПб. : Питер, 2003. - 992 с.
