PROGETTO
della
NUOVA RETE DELL'OSPEDALE DI CATTINARA
per le esigenze del Progetto DPACS
(Convenzione AOTS-UNIVTS-CRSTBS)
nonché
per la ristrutturazione generale urgente
richiesta dal recente degrado della rete corrente
e dalle inderogabili esigenze dei servizi generali,
del CUP, dell’Istituto Radiologia e del Pronto Soccorso
I. Stato dell’Arte sulle Reti di comunicazione avanzata negli Ospedali
*A. Le esigenze odierne di strumenti di interconnessione nella sanità
*B. Le moderne soluzioni per le interconnessioni in rete in un ospedale
*II. Esigenze per l’Ospedale di Cattinara
*AA. Valutazioni generali
*1. La suddivisione dell’Utenza nell’Ospedale di Cattinara.
*2. I risultati delle interviste all’Utenza nell’Ospedale di Cattinara.
*Anestesia e rianimazione
*Chirurgia generale
*Clinica Chirurgica
*Clinica Dermatologica
*Clinica Medica Generale
*Clinica Neurologica
*Clinica Ortopedica
*Clinica Otorinolaringoiatrica
*Clinica Urologica
*Medicina Clinica
*Radiologia
*Centro Servizi Facoltà
*3. L’Utenza dei Reparti Ospedalieri nell’Ospedale di Cattinara.
*Pronto Soccorso
*Neurochirurgia
*Chirurgia toracica
*Urologia
*I° Medica
*III° Medica
*Gastroenterologia
*Laboratorio di Analisi
*Ingegneria Clinica
*CUP
*Uffici
*4. I nodi terminali di rete attuali e a 5 anni necessari nell’Ospedale di Cattinara.
*BB. Dorsale della rete di Cattinara
*CC. Collegamenti provvisori della vecchia rete Ethernet 10Base2 alla nuova dorsale ad alta velocità
*DD. Distribuzione terminale alle utenze sia server sia client per Radiologia e Pronto Soccorso e Ambulatori
*EE. Distribuzione terminale alle utenze sia server sia client per l'Ospedale
*III. Specifiche di progetto
*A. Dorsale della rete di Cattinara
*1. Switch-router intelligente centrale e rete primaria di dorsale avente le seguenti caratteristiche:
*1 Switch-router intelligente centrale
*1A installazione e certificazione
*1B rack 19"
*1C Backbone in fibra ottica dell’ospedale.
*1D bretelle ottiche SC-SC di collegamento
*1E 3 tratte in FO da ristrutturare
*1F installazione e certificazione
*2. Switch intelligenti a 24 porte di distribuzione secondaria per i sei centri stella dell'ospedale
*2A installazione e certificazione
*2B 6 rack
*2C certificazione
*2D Backup della dorsale
*B. Collegamenti provvisori della vecchia rete Ethernet 10Base2 alla nuova dorsale ad alta velocità
*3. 13 transceiver 10BaseT
*4. 15 mini-ripetitori 10BbaseT-10Base2
*5. 4 coppie di bretelle ottiche ST-SC
*C. Distribuzione terminale alle utenze sia server che client per Radiologia, Pronto Soccorso e Ambulatori
*6. Switch/Ripetitore intelligente 48 porte Ethernet per la distribuzione non-DPACS in Radiologia e nuova rete Radiologia
*6 switch ripetitore intelligente a 48 porte Ethernet
*6A stesura utenze UTP-Categoria 5
*Certificazione
*7. Switch intelligente 24 porte Ethernet-Fast Ethernet per la distribuzione PACS e non-DPACS in Pronto Soccorso
*Certificazione
*8. 1 Switch/Ripetitore intelligente 48 porte per le utenze degli ambulatori
*Certificazione
*D. Distribuzione terminale alle utenze sia server che client per l'Ospedale
*9. Switch/Ripetitori intelligenti 48 porte per le utenze non-DPACS su tutto l'ospedale
*9 switch ripetitori intelligenti a 48 porte Ethernet
*9A stesura 550 utenze UTP
*Certificazione
*IV. Dettagli di specifica dei sistemi e dei componenti
*A. Dorsale della rete di Cattinara
*1. Switch-router intelligente centrale e rete primaria di dorsale avente le seguenti caratteristiche:
*1B rack 19"
*1C sei tratte in fibra ottica
*1D bretelle con connettori SC/SC
*1E 3 tratte in FO da ristrutturare
*2. Switch intelligenti a 24 porte di distribuzione secondaria per i sei centri stella dell'ospedale
*2B rack 19" per i 6 centri stella di dorsale
*2D Backup della dorsale
*B. Collegamenti provvisori della vecchia rete Ethernet 10Base2 alla nuova dorsale ad alta velocità
*3. 13 transceiver 10BaseT
*4. 15 miniripetiori 10BbaseT-10Base2
*5. 4 coppie di bretelle ottiche ST-SC
*C. Distribuzione terminale alle utenze sia server che client per Radiologia, Pronto Soccorso e Ambulatori
*6. Switch/Ripetitore intelligente 48 porte Ethernet per la distribuzione non-DPACS in Radiologia e nuova rete Radiologia
*6A stesura utenze UTP
*7. Switch intelligente 24 porte Ethernet-Fast Ethernet per la distribuzione PACS e non-DPACS in Pronto Soccorso
*8. Switch/Ripetitore intelligente 48 porte per le utenze degli ambulatori
*D. Distribuzione terminale alle utenze sia server che client per l'Ospedale
*9. Switch/Ripetitori intelligenti 48 porte per le utenze non-DPACS su tutto l'ospedale
*9A stesura 550 utenze UTP
*V. Elenco di apparecchiature prese a modello per la fornitura e sottoposte a test
*A. Dorsale della rete di Cattinara
*1. Switch-router intelligente centrale e rete primaria di dorsale avente le seguenti caratteristiche:
*2. Switch intelligenti a 24 porte di distribuzione secondaria per i sei centri stella dell'ospedale
*B. Collegamenti provvisori della vecchia rete Ethernet 10Base2 alla nuova dorsale ad alta velocità
*C. Distribuzione terminale alle utenze sia server che client per Radiologia, Pronto Soccorso e Ambulatori
*6. Switch/Ripetitore intelligente 48 porte Ethernet per la distribuzione non-DPACS in Radiologia e nuova rete Radiologia
*7. Switch intelligente 24 porte Ethernet-Fast Ethernet per la distribuzione PACS e non-DPACS in Pronto Soccorso
*8. Switch/Ripetitore intelligente 48 porte per le utenze degli ambulatori
*D. Distribuzione terminale alle utenze sia server che client per l'Ospedale
*9. Switch/Ripetitori intelligenti 48 porte per le utenze non-DPACS su tutto l'ospedale
*
L’Information Technology (IT) sta certamente condizionando pesantemente la transizione della fine di questo millennio, modificando tutte le attività economiche e sociali in tempi estremamente più brevi di quelli sperimentati con la rivoluzione industriale e con conseguenze anche maggiori.
Lo sviluppo dell’IT nell’ambito sanitario-ospedaliero è certamente uno dei più rilevanti tra tutti i campi della sfera sociale. La tecnologia di rete ATM (Asynchronous Transfer Mode), ad esempio, si è sviluppata prima di tutto all’interno degli Ospedali. Oggi l’ATM costituisce la moderna soluzione per la realizzazione a livello geografico, anche mondiale, di sistemi di reti multimediali, che portano contemporaneamente, su canali virtuali differenziati, dati, voce (da poco anche il telefono), video, controlli, ecc.
In particolare, riferendoci alle applicazioni distribuite e alla necessità di implementazione e di continuo sviluppo di infrastrutture di reti di interconnessione nella sanità, bisogna considerare i seguenti aspetti che, forse più di ogni altro ambiente, condizionano le scelte programmatiche nel governo di questo settore critico:
Le specifiche illustrate al paragrafo precedente possono trovare al giorno d’oggi alcune soluzioni di tipo unitario, indipendentemente dall’ambito applicativo (un comprensorio ospedaliero, una città, un’azienda ospedaliera o territoriale, un sistema sanitario regionale), altre invece sono differenziabili a seconda dell’ambito stesso e altre ancora sono proprie delle interconnessioni tra entità e sono ancora oggi quasi sempre condizionate dall’offerta dei pubblici gestori di telecomunicazioni.
L’industria medico-sanitaria classica si era basata in passato essenzialmente su mainframe e minicomputer (host) con una terminaleria classica. Solo recentemente si è passati a sistemi distribuiti, basati sulle architetture client-server, utilizzanti Personal Computer (PC) quali client.
Le prime reti locali (LAN) installate negli ospedali sono state di tipo Ethernet o Token-ring, o ancora un misto delle due.
A parte il supporto fisico usato (il primo ospedale in fibra ottica è stato in Europa quello di Cattinara dell’USL 1 Triestina, realizzato insieme all’Università di Trieste), la velocità di connessione per molti anni è stata di 10 Mbps teorici, anche su fibra ottica, con – appunto – il protocollo Ethernet.
La velocità reale è stata tipicamente inferiore, sia perché realisticamente Ethernet funziona, senza eccessive collisioni (e conseguenti continue ritrasmissioni), con una banda complessiva di non più di 5-6 Mbps, sia perché le varie sezioni degli ospedali venivano interconnesse tra di loro mediante strumenti operanti a livello 2 ISO/OSI (bridge) che assicuravano una velocità non superiore ad un paio di Mbps.
E’ questo, ad esempio, il caso dell’Ospedale di Cattinara che, pur dotato di un backbone in fibra ottica, veniva segmentato con bridge a banda passante di 2 Mbps, limitando il traffico intersettoriale dell’ospedale a questo valore e quello intrasettoriale ai 5-6 Mbps di Ethernet.
Queste reti locali erano quindi lente, se comparate alla necessità di banda richiesta oggi per attività ospedaliere in rete non limitate a semplici trasmissioni di dati amministrativi o di referti puramente testuali.
Oltre ad essere lente, queste tecnologie di rete, basate su ripetitori e bridge, non permettono una reale separazione di gruppi di lavoro, né dal punto di vista della sicurezza né da quello della assegnazione ad applicazioni critiche di risorse certe di banda.
Negli anni ’90 sono stati progressivamente introdotti protocolli di rete più veloci:
ATM, benché la sua implementazione e gestione richieda personale altamente specializzato, ha portato una vera rivoluzione nelle reti ospedaliere, sia per le elevate velocità raggiungibili con questo protocollo, richieste in particolare dai nuovi progetti di PACS/IMACS portati a servizio di un intero ospedale, sia per la possibilità di definire classi di servizio differenziate, con differenti qualità di servizio (QoS – Quality of Service), permettendo così di veicolare sulla stessa rete dati, immagini, fonia, TV, ecc., con assicurazione del real-time e della corretta priorità per ciascuno di essi.
L’altra importantissima caratteristica di ATM, che ha giocato un ruolo fondamentale per il suo grande sviluppo negli Ospedali, è la possibilità di realizzare VLAN (LAN virtuali) mediante il protocollo LANE (LAN Emulativo) della suite ATM. LANE è stato in effetti per alcuni anni l’unico protocollo di VLAN effettivamente disponibile sul mercato ed utilizzabile nelle applicazioni pratiche, anche molto complesse.
La possibilità di introdurre la tecnologia VLAN negli Ospedali, e nella struttura sanitaria in genere, anche a livello geografico, è certamente non meno importante della velocità della comunicazioni, che è richiesta dalla trasmissione di immagini radiologiche e di altro tipo, specie in un ospedale .filmless.
Oggi la possibilità di realizzare raggruppamenti di utenza, anche composti da unità tra di loro sparse in uno o più ospedali, e frammisti ad altre utenze da differenziare in altri gruppi è considerata fondamentale.
La sua realizzazione fisica richiederebbe la sovrapposizione di tante reti fisiche quanti sono i gruppi topologicamente sovrapponibili, e sarebbe evidentemente rigida nella sua definizione. La suddivisione fisica delle reti è stata per tanti anni l’unica scelta possibile, che ha però, per ragioni pratiche e finanziarie, vista contrapposta – e vincente – la soluzione di ripiego di più reti logiche insistenti sulla stessa rete fisica, semmai, tutt’al più, separata solo a livello di routing (livello 3 ISO/OSI), mediante la distinzione in sottoreti IP differenti per ogni gruppo di attività, con liste d’accesso sui router relativi di interconnessione.
Le VLAN risolvono tutto questo, e permettono di realizzare un’unica rete fisica, programmandone sopra tante reti virtuali quanti sono i gruppi da costituire, in numero anche molto elevato.
LANE in ATM è quindi stata la soluzione per elezione ai problemi dei gruppi di utenza, specie dopo l’avvento della legge sulla privacy 675/96, ed è di fatto stata l’unica soluzione efficace fino alle scorso anno, specie in contesti di strutture ad alta velocità.
Il 1998 ha visto l’introduzione di un nuovo protocollo di rete, il Gigabit Ethernet, operante alla velocità di 1000 Mbps (2000 Mbps in full duplex).
Il protocollo è stato dapprima utilizzato per connessioni a brevissima distanza; in breve tempo, tuttavia, la tecnologia è evoluta, tanto che oggi è possibile realizzare connessioni Gigabit Ethernet a distante fino a 50 Km, ponendosi quindi addirittura come protocollo geografico.
La peculiarità di questo protocollo sono tutte quelle proprie degli altri protocolli della famiglia Ethernet - da bassi costi, flessibilità, scalabilità e economicità di gestione – unite alla eccezionale velocità.
Parallelamente, le VLAN, che fino a poco fa potevano essere realizzate solo con LANE di ATM, ora trovano facile e versatili implementazioni anche su protocolli dell’intera famiglia IEEE 802 (tra cui, ovviamente, Ethernet, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet), mediante il protocollo IEEE 802.1Q ed altre soluzioni proprietarie.
Per contro, Gigabit Ethernet non possiede quelle caratteristiche intrinseche di ATM – classi di servizio, tempo reale effettivo, QoS - che ne permettono un uso effettivamente "deterministico", essendo il determinismo in una rete valutabile come livello di predittibilità e di prioritabilità del traffico.
Tuttavia, per quanto riguarda la QoS, un altro protocollo della famiglia IEEE 802, l’IEEE 802.1p, permette la sua introduzione con Gigabit Ethernet , benché con risultati inferiori a quelli ottenibili con ATM.
I backbone per ospedali e istituzioni sanitarie in generale devono diventare un servizio comune flessibile e versatile, in grado di risolvere, di volta in volta, senza modificare l’hardware, i diversi e vari bisogni della sempre crescente popolazione di utenti finali.
I progettisti di un backbone ospedaliero-sanitario, si trovano davanti alla necessità di decidere il grado di determinismo che deve avere la rete stessa, riguardo alla velocità attesa, nella varie condizioni operative, inclusi i momenti di punta di traffico, per la trasmissione di dati, video, voce.
Lasciando alle spalle il protocollo FDDI, oramai costoso e poco performante, si presentano quindi due scelte per il backbone: ATM o Gigabit Ethernet.
La scelta non deve essere in assoluto mutuamente esclusiva: tutte e due le tecnologie possono convivere, ma la loro scelta deve essere di volta in volta condizionata al contesto particolare che rende una soluzione o l’altra più efficiente nel complesso.
ATM è per definizione deterministica e perciò può per sua natura provvedere alle caratteristiche di scalabilità e di flessibilità necessarie per far convivere su una stessa rete voce, video e dati.
Gigabit Ethernet per contro è inerentemente non deterministica, come i suoi predecessori Ethernet e Fast Ethernet, ma ha il pregio di offrire una banda altissima a costi molto contenuti sia di impianto che di esercizio, in quanto la gestione non richiede personale con altissima specializzazione.
In pratica, è quindi possibile con Gigabit Ethernet creare una situazione in cui ci sia la disponibilità di una banda superiore a quella effettivamente necessaria, assicurando, in tal modo, un certo grado di certezza nella disponibilità della banda per una certa applicazione, per non potendo avere il controllo predittivo del carico della rete.
L’uso di Gigabit Ethernet al posto di ATM nelle dorsali ospedaliere è quindi legato alla possibilità di realizzare, in modo economico una struttura con sostanziale eccesso di banda.
E’ evidente che, a parte il costo delle apparecchiature (matrici di switching molto veloci e interfacce di comunicazione in fibra ottica su Gigabit Ethernet), l’uso di un eccesso di banda si può sentire per la componente di linea di comunicazione.
Questa componente è praticamente inesistente all’interno di un ospedale o di un campus, mentre è estremamente rilevante per comunicazioni geografiche, benché i costi dei carrier pubblici oggi siano minori che in passato. Ciò in pratica significa che Gigabit Ethernet oggi è proponibile anche a livello metropolitano solo nei casi in cui si abbia la disponibilità di una coppia di fibre sul suolo pubblico.
E’ comunque da sottolineare che la progressiva introduzione del protocollo di prioritizzazione IEEE 802.1p permette di ridurre l’entità di sovra-banda necessaria per assicurare con Gigabit Ethernet ogni attività critica negli ospedali.
Le esigenze specifiche per l’Ospedale di Cattinara si ricavano tenendo presente contemporaneamente:
Si presentano di seguito i risultati di sintesi delle necessità di collegamento in rete ottenuti dalle interviste eseguite a tutte le Cliniche e Istituti Universitari dell’Ospedale di Cattinara.
Si sono prescelte in questa fase le Componenti Universitarie, per poter quindi estrapolare un risultato complessivo attendibile anche sulla componente dei reparti ospedalieri.
Si è ritenuto che, per quanto concerne le esigenze indotte da DPACS i reparti ospedalieri non si differenzieranno dalle cliniche e istituti universitari, mentre per quanto riguarda gli altri servizi generali di networking si è stimato che l’attuale divario di esigenze, dovuto essenzialmente oggi ad una maggior attività di ricerca e didattica nelle componenti ospedaliere si attenui con la nuova rete in funzione delle nuove opportunità complessive che varranno date ai reparti ospedalieri nella propria attività istituzionale.
I dettagli dello studio, che non fanno parte del presente lavoro, saranno contenuti nelle tesi di Bioingegneria del sig. Michele Bon e di Specializzazione in Ingegneria Clinica del dott. Sovrano, che conterranno per completezza anche i dati specifici dei reparti ospedalieri.
Questi sono i risultati di ciò che ogni Clinica o Istituto Universitario di Cattinara dichiara di essere attualmente e nella prospettiva dei prossimi 5 anni l’insieme dei target di comunicazione sulla rete dell’Ospedale.
Un dato interessante da trarre dalle interviste è che a volte le persone intervistate sottolineavano il fatto che la necessita' di un servizio o collegamento (l'ingresso dell'uso di quel servizio nel lavoro e quindi il suo utilizzo come strumento) dipendeva dal fatto di poterne disporre.
Un esempio stato fatto più volte: fino a quando il mail non era disponibile e non lo si e' provato, come si poteva sapere che fosse uno strumento utile per il lavoro?
In questi risultati non sono generalmente inclusi i collegamenti istituzionali e/o di ricerca e didattica previsti dal Progetto DPACS
La raccolta delle schede ha inoltre evidenziato che oggi i 12 Istituti e Cliniche universitari hanno 188 nodi di rete (PC, MAC o server), con una media di 15,6 nodi ciascuno.
Di questi, 44 sono stati censiti in Istituto di Radiologia. La media, escludendo Radiologia, risulterebbe ridotta a 13,1 nodi per ciascuna unità.
Si può prevedere ragionevolmente, sulla base dei trend internazionali che nei prossimi 5 anni il numero di nodi aumenti di 2-3 volte, includendovi anche le esigenze di workstation DPACS.
Tenendo conto di questo fattore (2-3) e delle due medie sopra riportate per unità (13,1-15,5) si stima il fabbisogno a 5 anni da un minimo di 26 a un massimo 47 nodi per ogni unità, per un totale variabile da 312 a 564 nodi per la componente universitaria.
Nell’Ospedale di Cattinara sono operanti 8 Reparti Ospedalieri e Unità assimilate e 3 Unità amministrativo - gestionali.
Quasi tutti hanno al loro interno Cattedre Universitarie e quindi attività di ricerca e di didattica, benché di dimensioni ridotte rispetto a quelle delle Cliniche e Istituti universitari.
Valutando alla fine del 1999 un numero medio di nodi di rete (PC, MAC o server) delle 11 unità ospedaliere pari all’80% di quello attuale delle 12 unità universitarie, si stima una media di 10,5-12,5 unità, pari ad un numero complessivo di nodi pari a 116-138.
Anche per l’utenza ospedaliera si può prevedere ragionevolmente, sulla base dei trend internazionali che nei prossimi 5 anni il numero di nodi aumenti di 2-3 volte, includendovi anche le esigenze di workstation DPACS.
Tenendo conto di questo fattore (2-3) e delle due medie sopra riportate per unità (10,5-12,5) si stima il fabbisogno a 5 anni da un minimo di 21 a un massimo 37,5 nodi per ogni unità, per un totale variabile da 231 a 413 nodi per la componente ospedaliera.
Le 11 unità sono:
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Dalle valutazioni sopra riportate si desumono i seguenti fabbisogni di prese terminali per la nuova rete dell’Ospedale di Cattinara:
|
VOCE |
Unità Universitarie |
Unità ospedaliere |
Totale |
|
N. nodi fine 1999 |
230 |
116-138 |
346-368 |
|
N. nodi a 5 anni |
312-564 |
231-413 |
543-977 |
|
N. prese di rete 1999 |
276 |
139-166 |
415-442 |
|
N. prese di rete a 5 anni |
375-677 |
277-496 |
652-1173 |
Note:
La nuova rete dell’ospedale di Cattinara non deve nel prossimo futuro veicolare fonia (che viene trasportata separatamente), né è richiesta da alcuno un sostanziale traffico di immagini in movimento, per massicce applicazione di teleconferenza e di TV digitale su rete.
Queste specifiche permettono di optare in favore della scelta di Gigabit Ethernet, piuttosto che di ATM. Il risultato sarà, tra l’altro, una più semplice installazione e messa a punto dell’impianto di rete nonché una più semplice gestione e manutenzione della rete stessa, che non avrà bisogno all’uopo di personale ad altissima specializzazione.
Va comunque sottolineata l’importanza di una ottima programmazione dei circuiti virtuali (VLAN) della rete dell’Ospedale, sulla base di una accurata analisi delle attività – amministrative, d’urgenza, cliniche, didattiche e scientifiche - presenti e future delle varie cliniche e reparti dell’ospedale, che è ben più difficile dell’implementazione della rete stessa.
Giacché l’implementazione delle VLAN è un processo totalmente di programmazione software, risulta tuttavia non eccessivamente critico procedere anche per passi progressivi – con un minimo di ragionevolezza – nella definizione (e ridefinizione) delle varie VLAN e degli eventuali livelli di QoS da attribuire a quelli più critici.
Scelta la tecnologia del backbone – Gigabit Ethernet, bisogna quindi valutare la necessaria ramificazione con segmenti a 1Gbps.
Risulterebbe comodo poter mantenere nell’ospedale 6 punti di concentrazione del traffico – a parte le esigenze centrali di Radiologia per la banda richiesta dalla batteria di server DPACS – negli stessi siti ove ora sono dislocate le 6 stelle ottiche passive della vecchia rete in fibra ottica.
Fermo restando il fatto che la suddivisione in 6 gruppi dell’intero ospedale, con i baricentri già definiti 10 anni fa, è ancora valida, bisogna verificare se è sufficiente connettere ciascuno di questi 6 punti di concentrazione con un link a 1Gbps.
Il massimo della previsione a 5 anni è di circa 1000 nodi di rete, di cui un centinaio però sarà locale in Radiologia.
I 900 massimi nodi periferici risulterebbero quindi distribuiti mediamente in numero di 900/6=150 per ciascun centro di concentrazione.
Ciascuno dei 150 nodi avrebbe mediamente a disposizione una banda di:
1000Mbps/150=6,6 Mbps.
Questo valore medio risulta più che accettabile, se si considera che in media un posto di lavoro dovrebbe avere circa 1Mbps di banda assicurata.
Nel conto però non si sono considerati i collegamenti ad alta velocità dei client DPACS in connessione verso Radiologia, più qualche server utilizzato al di fuori del proprio gruppo.
Considerando di installare mediamente 1 client DPACS ad alte prestazioni (100 Mbps) in ogni reparto e clinica e che il 30% di 2 (max) server a 100 Mbps per reparto siano consultati dal di fuori di ogni gruppo, si conclude che per questo traffico privilegiato sono complessivamente necessari:
((12+8) + (12+11)*30%)*100 Mbps = 2,63 Gbps.
La banda residua per l’utenza normale, per un’ipotesi di 6 centri di concentrazione, risulta quindi essere:
(6 – 2,63) Gbps / 900 = 3,7 Mbps per ciascun client normale.
Considerando, alla rovescia, una media di 1 Mbps richiesto per ciascuno dei max 900 client, si ha una richiesta complessiva di banda di:
(2,63 + 0,9) Gbps = 3,53 Gbps.
si conclude che l’eccesso medio di banda disponibile, alla massima richiesta di nodi a 5 anni, con 6 punti di concentrazione, e’ mediamente di:
6 / 3,53 = 1,7
Il valore 1,7 di eccesso di banda è prudenzialmente compatibile con l’uso di Gigabit Ethernet sugli ipotizzate 6 centri di concentrazione, che quindi possono essere accettati come specifica di progetto.
L’utenza di Radiologia consiste essenzialmente in un numero di stazione di refertazione primaria di circa 20, ciascuno con banda di 100 Mbps e di un numero max di circa 10 sistemi di produzione di dati/immagini (modalità ed affini), anch’essi al max. a 100 Mbps ciascuno, più max 10 server DPACS alla stessa velocità. La banda complessiva richiesta risulta quindi essere dell’ordine di 4 Gbps.
La soluzione più semplice ed ottimale risulta quindi essere quella della realizzazione del nodo centrale dell’ospedale nelle adiacenze del sistema DPACS, permettendo quindi una facile somministrazione di una banda di circa 4 Gbps in Radiologia, in quote di 100 Mbps (Fast Ethernet) e di 6 link Gigabit Ethernet verso i sei punti di concentrazione, ex sedi delle stelle ottiche passive.
Al fine di avere un circuito di backup minimale in caso di guasto di uno dei link a 1 Gbps, risulta quindi anche semplice riutilizzare la vecchia rete in fibre ottiche costituita di una coppia 50/125 che arriva a ciascun piano delle torri, realizzando con essa dei circuiti a 100 Mbps da ciascuno dei 6 nodi di concentrazione verso una porta 100 Mpbs in fibra sita presso il nodo centrale dell’ospedale.
Il nodo centrale dovrà quindi essere uno switch-router (con routing hardware) con potenza di switching di almeno 10 Gbps, dotato di tutte le necessarie porte Gigabit Ethernet e Fast Ethernet.
Il nodo dovrà essere di tipo intelligente, ovvero permettere la programmazione delle VLAN e di tutte le altre caratteristiche di controllo (quali QoS).
I 6 concentratori periferici dovranno analogamente essere degli switch intelligenti in grado di supportare un up-link a 1 Gbps ed essere dotati di un numero sufficiente di porte a 100 Mbps (Fast Ethernet) o, meglio, commutabili automaticamente a 10/100 Mbps per supportare in modo semplice la modifica della velocità dei nodi ad esse connessi. Un numero di porte 10/100 Mbps pari a 24 è ragionevolmente compatibile con il progetto, anche nell’ipotesi massima a 5 anni.
Non potendo procedere en bloc alla realizzazione ex novo di tutta la rete, incluse le distribuzioni terminali (punto D), vanno connesse tutte le attuali utenze non critiche alla nuova rete. Per quelle critiche si veda il punto C.
Sono possibili due soluzioni:
Per queste utenze va considerata da subito l’installazione di un apparato di rete intelligente (in grado cioè di supportare i protocolli di VLAN e di priorità, compatibile con quelli della dorsale).
Una soluzione semplice e sufficiente per le esigenze attuali è quella di un apparecchio combinato switch-ripetitore, con 48 porte UTP 10Mbps (10BaseT) ed almeno 4 gruppi di commutazione e programmabili in modo intelligente.
A regime, come fase conclusiva del rinnovo della rete dell’Ospedale di Cattinara, la distribuzione alle utenze terminali andrà fatta parzialmente utilizzando le porte UTP 10/100 Mbps dei 6 nodi switch di concentrazione (circa 6*23 = 138 utenze), per le utenze speciali, e, per il resto, dando all’utenza spicciola una risorsa con banda garantita di circa 1Mbps.
Vanno quindi ancora bene apparecchi switch-ripetitori a 48 porte UTP 10 Mbps (10BaseT) con 4 gruppi di commutazione (10/12 Mbps medio per porta).
Il numero di utenze complessive risulterà quindi pari a:
Per un totale quindi di circa 600 prese, che, tenuto conto del fatto che esistono ancora delle utenze con apparecchi di distribuzione autonomi (es. la Presidenza della Facoltà di Medicina e Chirurgia), risultano soddisfare la previsione minima di 652 prese a 5 anni.
Nel corso del prossimo anno, una volta installata e messa in funzione la nuova rete, si dovrà valutare l’effettivo sviluppo a 5 anni prevedibile.
Nel caso peggiore di massimo sviluppo a 1173 prese, dovranno essere previste circa altre 500 porte.
Considerando che la banda complessiva per ognuno dei 6 gruppi dell’Ospedale è già stata dimensionata in modo opportuno con la presente progettazione della dorsale, si tratterà quindi di aggiungere un numero di porte variabile da 0 a circa 500.
La soluzione, nel caso massimo, sarebbe da scegliere, in funzione del tipo di utenza, tra i due seguenti estremi:
Dorsale della rete di Cattinara
1 Switch-router intelligente centrale
Uno Switch-router intelligente centrale, basato su protocollo Giga-Ethernet (1Gb/s o 2Gpbs in full duplex) per i collegamenti di dorsale, deve costituire il centro stella della rete dell'ospedale. Esso deve assicurare le seguenti connessioni:
Il dispositivo va installato nell'ex sala macchine del vecchio PACS Philips, ora sala macchine DPACS, su un rack doppio che alloggerà tutte le apparecchiature di rete centrali dell'Ospedale e di Radiologia, insieme al Server Farm DPACS.
Il dispositivo deve permettere di ottenere a prezzi contenuti d’impianto, di manutenzione e di gestione una rete ben dimensionata con una banda complessiva di circa 10.000 Mb/s e un pieno controllo di reti virtuali, programmabili, sicure e con accessi controllati.
L’ampia banda propria di Gigabit-Ethernet consente di sacrificare le prestazioni superiori delle Classi di Servizio (QoS) proprie di una soluzione alternativa con protocollo ATM, adottata negli ultimi anni negli ospedali d’avanguardia nel mondo, ottenendo risultati anche migliori a fronte di costi d’impianto e d’esercizio nettamente inferiori nonché di una diminuzione drastica della necessità di uno staff tecnico ad altissima specializzazione.
Il sistema deve:
Le altre parti del sistema devono essere caratterizzate (come di consueto) da probabilità di guasto bassissime
per il collegamento ad almeno 4 switch-ripetitori a 48 porte distanti dagli switch di distribuzione:
Per il Pronto Soccorso si deve ricorrere ad un collegamento periferico di qualità.
In dettaglio devono essere previsti:
1A installazione e certificazione
Deve essere prevista l’installazione dello switch nel rack di cui al successivo punto 1B, con la connessione di tutte le fibre ottiche o cavo in rame previsti per il punto 1.
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
Il rack deve alloggiare il centro stella della rete dell'ospedale e tutti i collegamenti dell'Istituto di Radiologia, inclusi quelli del server farm DPACS, nonché tutte le apparecchiature attive e passive (permutatori) in grado di realizzare il nodo centrale di Ospedale e di Radiologia, al fine di permettere un effettivo agglomerato di traffico ove esso è necessario. Con questa configurazione, lo switch-router è realmente in grado di distribuire sulla radiologia e sull'ospedale complessivi 9000 Mb/s di traffico
1C Backbone in fibra ottica dell’ospedale.
Deve essere realizzato mediante tratte (n.6) in fibra, dal centro stella in Radiologia ai sei centro stella dell'ospedale, che saranno posizionati presso i sei centri della rete attuale in fibra ottica, (ove sono installate le stelle ottiche passive).
da alloggiare nella canalizzazione delle fibre ottiche già esistente
Per ognuno dei sei cavi ottici vengono usate 2 fibre, almeno altre due devono rimanere di riserva e/o come backup in caso di guasto
1D bretelle ottiche SC-SC di collegamento
Devono essere fornite tutte le bretelle ottiche con connettorizzazione SC-SC per i collegamenti ottici all'interno dell'armadio centrale in Radiologia
1E 3 tratte in FO da ristrutturare
Devono essere realizzate nella prima fase, con collegamento in fibra ottica e protocollo Fast-Ethernet a 100 Mb/s, le infrastrutture di rete a tre siti critici d’utenza finale, ovvero:
Il Pronto Soccorso e gli Ambulatori devono attestarsi all'armadio principale in Radiologia.
Gli ambulatori devono invece attestarsi all'armadio sul piano accettazione.
1F installazione e certificazione
Deve essere prevista l’installazione degli apparati e degli impianti di cui ai punti 1B, 1C, 1D ed 1E.
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
Sei switch intelligenti di distribuzione secondaria vanno installati presso le attuali 6 stelle ottiche dell'Ospedale.
Le specifiche di base degli switch sono le seguenti:
Deve inoltre supportare tutti i protocolli necessari
2A installazione e certificazione
Deve essere prevista l’installazione dello switch nel rack di cui al successivo punto 2B, con la connessione di tutte le fibre ottiche o cavo in rame previste.
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
In ciascuno dei sei centri stella deve essere installato un rack per il contenimento delle apparecchiature, del/i pannello/i di permutazione RJ45 (UTP cat. 5), e di ogni altro accessorio necessario al contenimento delle apparecchiature. Deve essere inoltre dotato di pannello/i di permutazione SC (MMF) per il collegamento agli ambulatori
Il rack permette un effettivo agglomerato di traffico ove esso è necessario. Con questa configurazione, lo switch centro periferico è realmente in grado di distribuire sulla sua utenza dell’ospedale complessivi 3800 Mb/s di traffico
Permette un collegamento al centro stella alla velocità di 1000 o 2000 (in full duplex) Mb/s, con un elevatissimo rapporto prezzo/prestazioni e una grande facilità di gestione
Il rack deve poter alloggiare i centro stella periferici della rete dell'ospedale e tutti i collegamenti periferici, attuali e futuri
Deve essere prevista l’installazione degli apparati e degli impianti di cui al punto 2B.
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
Va previsto un collegamento di back-up per mantenere almeno i servizi critici in caso di emergenza. Il servizio deve prevedere un collegamento Fast-Ethernet tra ciascuno dei 6 Switch intelligenti a 24 porte di distribuzione secondaria per i sei centri stella (paragrafo 2) allo Switch router (paragrafo 1).
Per il collegamento transitorio alla nuova rete dei 13 ripetitori multiporta che collegano i circa 100 segmenti dell'ospedale per un totale di circa 600 prese Ethernet 10Base2, sono necessari 13 transceiver 10BaseT.
Con questi collegamenti le 600 prese Ethernet della rete dell'ospedale vengono a disporre automaticamente di una banda di 130 Mb/s anziché di 10 Mb/s, utilizzando ancora i ripetitori multiporta Ethernet 10Base2, ma non la vecchia dorsale
Per il collegamento transitorio di 15 segmenti 10Base2 con servizi critici, come il CUP, il laboratorio di analisi, ecc., in alternativa all'attuale collegamento ai ripetitori multiporta vanno installati 15 mini-ripetitori 10BaseT-10Base2 mono-segmento.
Con questi collegamenti i servizi critici vengono resi indipendenti dal funzionamento dei ripetitori multiporta, che spesso sono soggetti a guasto.
In alternativa, si elimina il punto 3 e si estende il punto 4, ovvero:
si eliminano tutti gli attuali ripetitori multiporta Ethernet 10Base2, e si sostituiscono con un centinaio di ripetitori 10BaseT-10Base2 mono-segmento, uno per ciascun segmento 10Base2 ora in funzione.
Per il collegamento degli Uffici e degli Ambulatori mediante la fibra ottica preesistente, si richiedono 4 coppie di bretelle ottiche con connettori ST da un lato e SC dall’altro.
Questa soluzione permette di mantenere le tratte attuali in fibra agli uffici e agli ambulatori.
6 switch ripetitore intelligente a 48 porte Ethernet
Per la ristrutturazione di tutti i posti di lavoro amministrativi, di segreteria, dei medici, del RIS, e di tutti i servizi, in sostituzione delle 38 prese in Radiologia, incluse le stanze della risonanza magnetica, la soluzione ottimale dal punto di vista rapporto prezzo/beneficio è quella dell’impiego di strumenti di rete misti ripetitori – switch, da poco disponibili sul mercato.
Tale soluzione permette di riconfigurare tutti i posti di lavoro da una filosofia a Bus condiviso (10Base 2 - thin Ethernet) ad una filosofia a collegamento singolo controllato e indipendente (10 BaseT - UTP cat. 5), con una banda per utente di circa 1Mb/s.
E’ evidente che gli utenti che insistono sullo stesso gruppo ripetitore devono appartenere alla stella Lan virtuale e quindi devono svolgere lo stesso tipo di attività (ad. es. amministrativa o di ricerca)
Le caratteristiche generali complessive devono dunque essere:
6A stesura utenze UTP-Categoria 5
connette il centro stella in Radiologia - 4x8 schede 10/100Base TX commutate + 48 (12x4) schede 10BaseT switch/ripetitore - sia al piano radiologico (42) che al piano MRI (10 utenze)
fornisce connettività UTP cat. 5 a: 8+2 modalità (10/100Mb/s), 12 stazioni client DPACS (incluso Pronto Soccorso) (10/100Mb/s), 30 utenze classiche (accanto alle utenze attuali in 10Base2) (10Mb/s, garantito 0,8Mb/s)
Deve essere prevista l’installazione degli apparati e degli impianti.
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
Per il collegamento particolare delle utenze di Radiologia in Pronto Soccorso, al posto di una switch/ripetitore, si deve adottare uno switch intelligente a 10/100 Mb/s con connessione in fibra che raggiunga direttamente il centro stella in Radiologia
Deve essere quindi previsto, in particolare:
Deve essere prevista l’installazione degli apparati e degli impianti..
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
Sarebbe opportuno installare già nella prima fase almeno l'apparato per gli ambulatori, in particolare per la funzionalità del CUP. Ciò permetterebbe la ristrutturazione di tutti i posti di lavoro amministrativi, di segreteria, dei medici, degli ambulatori e del Servizio di Ingegneria Clinica, da una filosofia a Bus condiviso (10Base 2 – thin Ethernet) ad una filosofia a collegamento singolo controllato e indipendente (10 BaseT - UTP cat. 5)
Gli scopi da raggiungere sono:
e) piena utilizzazione delle VLAN e delle QoS negli ambulatori
Deve essere prevista l’installazione degli apparati e degli impianti..
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
9 switch ripetitori intelligenti a 48 porte Ethernet
Per la ristrutturazione di tutti i posti di lavoro amministrativi, di segreteria, dei medici, di quasi tutto l'ospedale per un totale di circa 600 prese, la soluzione a maggior rapporto costi/benefici è ancora quella degli apparati misti switch/ripetitori.
Questi apparati possono essere installati in una seconda fase, a valle dell'installazione di tutte le prese RJ45 con cavo UTP, al posto degli attuali attacchi 10Base2.
Alcuni di essi andranno localizzati remotamente.
Questa ristrutturazione permetterà di riconfigurare tutti i posti di lavoro da una filosofia a Bus condiviso (10Base 2 - thin Ethernet) ad una filosofia a collegamento singolo controllato e indipendente (10 BaseT - UTP cat. 5)
connette il centro stella in Radiologia - 4x8 schede 10/100Base TX commutate + 48 (12x4) schede 10BaseT switch/ripetitore - sia al piano radiologico (42) che al piano MRI (10 utenze)
fornisce connettività UTP cat. 5 a: 8+2 modalità (10/100Mb/s), 12 stazioni client DPACS (incluso Pronto Soccorso) (10/100Mb/s), 30 utenze classiche (accanto alle utenze attuali in 10Base2) (10Mb/s, garantito 0,8Mb/s)
Deve essere prevista l’installazione degli apparati e degli impianti..
L’impianto complessivo deve essere certificato staticamente e dinamicamente ai sensi delle norme e leggi vigenti, nonché delle prassi esercitate correntemente in Italia.
Dorsale della rete di Cattinara
Il rack da 19" deve essere a pavimento con telaio interno a 19" per 42U a norme UNI, ca. 200x60x60, pannellature laterali cieche asportabili provviste di serratura con porta anteriore trasparente completa di serratura a chiave, con almeno 8 prese shuko, pannello/i di permutazione RJ45 (UTP cat. 5) per almeno 96 vie complessive e pannello/i di permutazione SC (MMF) per almeno 16 coppie di f.o., due ripiani spostabili a disposizione e ogni altro accessorio necessario al contenimento delle apparecchiature di cui ai punti 1 e 5
Le sei tratte in fibra ottica devono essere in cavo per interno MMF 4x62.5/125 di tipo tight ed armatura dielettrica, con connettorizzazione SC di tutte e quattro le fibre di ciascun cavo, per un totale di 1500 metri di fibra (375 di cavo x 4) + 48 connettorizzazioni ottiche SC
1D bretelle con connettori SC/SC
Le 15 bretelle devono essere bifibra con connettori SC/SC e almeno 2 m di lunghezza
1E 3 tratte in FO da ristrutturare
Le 3 tratte in fibra ottica per i collegamenti da ristrutturare deve essere in cavo ottico per interno MMF 4x62.5/125 di tipo tight ed armatura dielettrica, con connettorizzazione SC di tutte e quattro le fibre di ciascun cavo, adattamento connettori a SC/ST o comunque con adattamento alla connettorizzazione ottica esistente
Ciascuno dei sei switch intelligenti deve avere le seguenti caratteristiche:
2B rack 19" per i 6 centri stella di dorsale
Ciascuno dei sei rack deve avere le seguenti caratteristiche:
rack a pavimento con telaio interno a 19" per 42U a norme UNI, ca. 200x60x60, pannellature laterali cieche asportabili provviste di serratura con porta anteriore trasparente completa di serratura a chiave, con almeno 8 prese shuko, pannello/i di permutazione RJ45 (UTP cat. 5) per almeno 96 vie complessive, due ripiani spostabili a disposizione e ogni altro accessorio necessario al contenimento delle apparecchiature di cui ai punti 1 e 5, + 1 pannello/i di permutazione SC (MMF) per almeno 8 coppie di f.o. per collegamento agli ambulatori
Per l’attuazione del backup possono essere utilizzate le fibre 50/125 attualmente in uso per la rete di dorsale dell’Ospedale.
In alternativa, non deve essere utilizzata una coppia dello stesso cavo di fibre ottiche utilizzato per la connessione primaria dei 6 centri stella a 1Gbps.
Possono essere di qualunque tipo, ad esempio i modelli di Telesys.
Possono essere di qualunque tipo, ad esempio i modelli di Telesys.
In alternativa se si elimina il punto 3 e si estende il punto 4:
circa 100 miniripetitori 10BaseT-10Base2
Vanno verificate sul posto le caratteristiche necessarie.
Devono avere le seguenti caratteristiche:
stesura 53 utenze UTP cat. 5 e connettorizzazione RJ45 (cat. 5) sia per client DPACS e modalità che per utenze attuali, come da disegni
Deve avere le seguenti caratteristiche. Il punto a) deve prevedere l’apparecchio con caratteristiche identiche a quelle degli apparati di cui al punto 2 a).
Devono avere le seguenti caratteristiche:
Devono avere le seguenti caratteristiche:
La stesura delle 550 utenze deve essere fatta con UTP cat. 5 e connettorizzazione RJ45 (cat. 5) sia per client DPACS d'ospedale che per utenze attuali.
Si elencano di seguito le apparecchiature di una delle case costruttrici di strumenti di rete di tecnologie corrispondenti alle esigenze del presente progetto, sulle quali si sono svolte in laboratorio (al DEEI o presso la casa madre statunitense) tutte le necessarie verifiche e test.
La casa prescelta è la Cabletron, con la quale il DEEI dell’Università di Trieste ha attiva una Convenzione di collaborazione per ricerca e sviluppo.
Non sono previste apparecchiature particolari