2

0. Índex

0. Índex1. Introducció2. Disseny (anàlisi dels requeriments)3. Justificació de la solució tecnològica adoptada4. Disseny de xarxa5. Valoració econòmica6. Alternatives i propostes de millora7. Adaptació al laboratori8. Dispositius9. Proves realitzades10. Conclusions

3

1. Introducció

El nostre projecte d’interconnexió consisteix en un sistema de telemedicina, és a dir un sistema a partir del qual el metge, des de l’hospital pugui monitoritzar el pacient. Aquesta comunicació consistirà en una connexió extrem a extrem entre llar i hospital, en la que haurà de suportar les diferents tecnologies en què es dividirà la xarxa.

Les parts en les que dividirem la xarxa seran 3:xarxa del pacient (ADSL)xarxa de l’hospital (SHDSL)xarxa de transport (SDH)

Connexió sobre VPN. Permetrà incloure mecanismes d’autenticació i protecció de les dades entre els dos extrems, aspecte fonamental en aquest àmbit de l’aplicació.

4

2. Disseny

Anàlisi dels requerimentsRequeriments de connectivitat (xarxa):

• El Centre Hospitalari Central està ubicat físicament a la capital de província i els pacients resideixen a diferents municipis de la província.

• L’operador disposa de fibra òptica entre els nodes de tots els municipis de la província.• A l’hora de triar les tecnologies d’accés més apropiades, es busca un compromís entre el cost

i la qualitat de servei però sense oblidar les limitacions de cobertura.• Cal tenir en compte no només l’accés remot als domicilis dels pacients, si no també l’accés

als diferents dispositius que es volen gestionar un cop ja som a dins la casa.• Es pressuposa que els domicilis disposen d’una infraestructura pròpia, com a mínim una ICT.

De manera optativa podeu considerar a més l’existència d’una xarxa domòtica.– Per complir els requeriments esmentats implementarem una xarxa punt a punt que

connecta la xarxa de l’usuari amb la xarxa de l’hospital, a través d’una xarxa de transport

5

3. Disseny

Xarxa de transport: • Connecta els dos extrems de la xarxa general, simulant una única xarxa física punt a punt,

encara que realment s’hagin d’interconnectar les xarxes independents del pacient i de l’hospital.

• Per aconseguir això utilitzem una VPN (Virtual Private Network/Xarxa privada virtual) amb mecanismes d’autenticació i xifrat; es crea un túnel a través de la xarxa troncal, el qual fa simular una xarxa local entre les dues xarxes independents, creant una relació punt a punt amb connectivitat directa

• Xarxa de l’hospital:• Interconnecta els equips dins de les dependencies hospitalàries per tal que el metge pugui

veure les dades enviades pels sensors instal·lats a casa dels pacients.• Per cobrir les necessitats d’ample de banda implementem SHDSL• El tràfic que circularà per aquesta xarxa estarà compost pels missatges rebuts amb la

informació captada pels sensors en sentit ascendent i els missatges de resposta enviats en sentit descendent.

6

3. Disseny

Xarxa del pacient:• Expliquem també quina tecnologia d’enllaç utilitzem per la connexió amb la xarxa de

transport. Les dades obtingudes mitjançant els sensors han de ser enviades als equips que al seu temps han d’enviar les dades cap a l’hospital. Explicarem quines tecnologies i protocols farem servir per aquest procés.

• - Requeriments del sistema de control i gestió: • Els dispositius han d’informar a la xarxa quan es connecten i es desconnecten.• Els dispositius han de poder informar a altres elements de la xarxa de les seves

característiques i de les funcionalitats que ofereixen.• Els dispositius de monitoratge han de poder guardar sèries de mesures i els controladors han

de registrar totes les mesures realitzades.• La implementació de cada una de les parts s’explica de manera detallada en propers punts

d’aquest document.

7

3. Justificació de la solució tecnològica adoptada

• VPN i RADIUS.Si consideréssim la possibilitat de dedicar una línia per a cada usuari, el cost econòmic seria molt elevat, d’aquesta manera hem optat per la opció de la xarxa privada virtual (VPN). El fet de també fer servir RADIUS és perquè ens permet crear una VPN mitjançat el protocol PPTP (Poin-to-Point Tunneling Protocol) amb seguretat CHAP. El servidor RADIUS autenticarà cada connexió dels pacients i dels metges.

• Zigbee.Interconnnexió dels sensors dels pacient i el seu servidor. La utilització d’aquest protocol implica l’estalvi energètic de la xarxa i la substitució de les bateries cada 5 anys.

8


• ADSL al domicili del pacientUn fluxe d’audio i vídeo de qualitat mitja comprimit amb l’estandard MPEG requereix uns 600Kbps, suficient per tal de què el pacient es pugui comunicar amb l’hospital d’una manera fluïda.També hem considerat detallar els missatges del nostre programa:Sensor:

1 “Hello” cada 5 segons 218bytes 348.8bps ≈ 349bps1 paquet de dades cada 5 segons 234bytes 374,4bps ≈ 375bps1 KeepAlive cada 30 segons 50bytes 13.33bps ≈ 14bps BW 1 sensor 738bpsBW màxim de pujada = Videoconferència + 20 sensors

=600 kbps + 20·738bps= 614,76 kbpsS’ha considerat la creació una xarxa d’àrea local a la llar dels pacients per tal d’interconnectar els diferents dispositius requerits en la comunicació i teleassistència del pacient: càmeres IP, ordinador i sensors.L’enllaç de pujada entre la llar i l’hospital hauria de ser d’aproximadament de 1Mbps

9


• SHDSL a l’hospital.Hem estimat, que aproximadament la xarxa de l’hospital atendrà a uns 600 usuaris (20 sensors cadascun). D’aquesta manera, el tràfic entrant a l’hospital dels pacients, serà de:BW de baixada sensors = 600pacients x 738bps x 20sensors = 7,377MbpsEn aquest cas, el BW requerit per les transmissions multimèdia i per fer una estimació el més acurada possible, considerem que el 5% dels pacients realitzaran de manera simultània una videoconferènciaBW de baixada videoconferència = 30 pacients x 600Kbps = 18Mbps

Com podem observar, per tal de donar servei a 600 pacients necessitaríem un ample de banda en el cas més extrem d’uns 25,4Mbps. Primer vam pensar en instal·lar SHDSL (2.3Mbps simètric), però quan vam considerar utilitzar una videoconferència de qualitat vam pensar d’utilitzar VDSL (o VDSL2), amb la qual es poden aconseguir aquestes xifres, ja que de manera simètrica, aquesta tecnologia permet fins a 26Mbps (52Mbps VDSL2).

10


Arquitectura OSI dels protocols utilitzats

11

4. Disseny de la xarxa

• Xarxa de transport: Connecta els dos extrems de la xarxa general simulant una única xarxa física punt a punt, encara que realment s’hagin d’interconnectar les xarxes independents del pacient i de l’hospital. Per aconseguir això utilitzem una VPN (Virtual Private Network/Xarxa privada virtual), la qual crea un túnel a través de la xarxa troncal, simulant una xarxa local entre les dues xarxes independents

Es tractarà d’una xarxa IP sobre ATM i alhora sobre SDH. Es crea una xarxa privada virtual (VPN) per la connexió entre la xarxa de l’hospital amb la xarxa de cada pacient. Amb el servidor Radius que hi ha la xarxa de l’hospital generem aquestes xarxes virtuals privades amb el protocol PPTP i així s’aconsegueix garantir uns mínims de seguretat en les dades.

12


• Xarxa de l’hospital:Interconnecta els equips dins de les dependencies hospitalàries per tal que el metge pugui veure les dades enviades pels sensors instal·lats a casa dels pacients.Per cobrir les necessitats d’ample de banda implementem SHDSL (tecnologia simètrica)

• Xarxa del pacient:Les dades obtingudes mitjançant els sensors han de ser enviades als equips que al seu temps han d’enviar les dades cap a l’hospital. Explicarem quines tecnologies i protocols farem servir per aquest procés.Xarxa d’accés: es la xarxa present entre la xarxa del pacient i la xarxa de transport. En ella es troba el node d’accés del router de la xarxa del pacient cap a la xarxa de transport. Aquesta connexió es fa mitjançant la tecnologia ADSL a traves del bucle d’abonat (par de coure). .

13


14

5. Valoració econòmicaXarxa hospital Concepte Quantitat Preu Total

EquipamentWorkstation 5 1000 5000Servidor DataBase IBM DB2 1 1165 1165Switch Cisco Catalyst 2590C 24 ports 1 680 680Cable UTP cat 6 100m 10 5 50Acces point Cisco Aironet 1100 3 280 840Subtotal 7735

ConnectivitatLínia SHDSL 1 250,6 250,6Router Cisco 877 1 810 810Subtotal 1060,6

Posta en marxaInstal·lació (hores) 20 50 1000Subtotal 1000

Xarxa usuariEquipament

Ordinador 600 700 420000Sensors 12000 200 2400000Webcam 600 20 12000Micròfon 600 10 6000Subtotal 2838000

ConnectivitatLínia ADSL Jazztel 20Mb 600 35 21000Hub 3Com Offi ceConnect 600 80 48000Subtotal 69000

Posta en marxaInstal·lació (hores) 2400 50 120000Subtotal 120000

TOTAL 2.966.735

15

6. Alternatives i propostes de millora

• L’ample de banda requerit per part dels pacients degut als fluxos multimèdia és molt elevat (uns 30Mbps en el canal de pujada de l’hospital cap a les lalrs, segons les nostres estimacions). L’única solució possible per atendre les necessitats del sistema seria el canvi en la tecnologia d’accés (per exemple a VDSL2 o FTTx) i contractar una línia dedicada per tal que a la xarxa de transport tampoc hi hagués un coll d’ampolla.

• La nostra aplicació es podria executar sobre un dispositiu tipus ‘embedded’ connectat a Internet que tingués la capacitat de controlar tots els sensors; això permetria l’abaratiment de la instal·lació de la xarxa dels pacients ja que no seria necessari disposar d’un ordinador a cada llar.

• Reescriure el codi de l’aplicació perquè no envies les dades recollides de forma individual, sinò que n’emmagatzemés un determinat nombre de paquets abans de transmetre’ls i així augmentar l’eficiència. Evidentment, al tractar-se d’un servei de control mèdic, això es faria només pels sensors no crítics.

1616

7. Adaptació de la solució al laboratori

• La solució adoptada per a la implementació del projecte d’interconnexió no difereix de la proposta al

disseny inicial.

• els equips de què hem disposat han estat els adequats per a poder muntar l’escenari tal i com havíem

previst.

• No hem pogut experimentar la part de utilització dels sensors que han de recollir la informació vital del

pacient, ja que no disposàvem del hardware necessari dins de l’aula.

• A la xarxa de la part del client (pacient) hem utilitzat la tecnologia ADSL, òptima solució per a les

característiques de transmissió de dades necessàries en aquesta part del muntatge. Per a dur-la a terme

hem disposat del router ADSL Zyxel 642R.

1717


• La xarxa de l’hospital, utilitzem la tecnologia SHDSL per a implementar-la, essent aquesta la més adient

cara a les característiques de la transmissió de les dades i el volum d’aquestes en aquesta part del

muntatge. Hem utilitzat el router SHDSL Zyxel 791R per dur a terme aquesta secció de la xarxa presentada.

• Aquests dos routers emprats per al muntatge de les xarxes d’accés ADSL (Zyxel 642R) i SHDSL (Zyxel 791R),

s’interconnecten a través del DSLAM disponible al laboratori (Zyxel IES 1000 IP), amb interfícies

compatibles per ambdues tecnologies, que tindrà com a missió donar accés a la xarxa de transport,

mitjançant cable telefònic amb connexions RJ-11.

• Respecte a la xarxa de transport, no vam especificar-la tant com les propostes de disseny per a les xarxes

d’accés, però a l’hora d’implementar-la ens hem trobat amb les eines adients per a la realització d’aquesta

mateixa. Aquests elements són els routers CISCO (2600 i 3600) i l’ADM (Sagem 155C), que junts conformen

aquesta part del muntatge.

1818


• Implementació de la xarxa privada virtual (VPN). Cal dir que al laboratori hem aconseguit implementar-la i

testar-la, però no de la manera òptima i real de tal i com l’hauríem d’haver fet. Hem muntat el servidor

NAS (servidor VPN) al domicili del pacient per a fer les proves a l’aula. Però realment on l’hauríem d’haver

muntat hauria d’haver estat a la xarxa local de l’hospital, ja que no és concebible (principalment per

motius econòmics) instal·lar un servidor NAS a cada domicili de cada pacient. Només ha d’haver-hi un i,

aquest un, ha d’estar situat físicament a la xarxa de l’hospital.

1919


Esquema de xarxa implantada

Implementada al laboratori sense la VPN configurada:

2020



Com hauríem d’implantar la xarxa amb VPN, situant el servidor NAS a l’hospital:

2121



Configuració que vam fer servir, situant el servidor NAS al domicili del pacient

2222


Arquitectura OSI dels protocols que hi actuen

2323


Anàlisi de l’adreçament IP requerit pel servei

• Xarxa del Pacient (des de PC Pacient fins a Router ADSL Zyxel 642R)

• Adreçament de xarxa local, utilitzant adreces IP d’àmbit LAN. Adreces IP pertanyents a l’adreça de

xarxa 192.168.10.0 (192.168.10.x).

• Xarxa de l’Hospital (des de PC Hospital fins router SHDSL Zyxel 791R)

Adreçament de xarxa local, utilitzant adreces IP d’àmbit LAN. Adreces IP pertanyents a l’adreça de

xarxa 192.168.1.0 (192.168.1.x).

2424


Anàlisi de l’adreçament IP requerit pel servei

• Xarxa de Pacient (i Hospital) incloent servidor NAS.

Al introduir el servidor NAS a la xarxa del client (explicarem aquesta ja que és la que hem

implementat, però recordem que hauríem d’ubicar-lo a la xarxa de l’hospital), hem de dividir la xarxa

en dues subxarxes (crearem dues xarxes LAN dintre d’una mateixa). D’aquesta manera hem utilitzat

les següents adreces de xarxes IP:

o Des de PC Pacient fins servidor NAS

Adreça IP de xarxa 192.168.11.0 (192.168.11.x).

o Des de servidor NAS fins router ADSL Zyxel 642R

Adreça IP de xarxa 192.168.10.0 (192.168.10.x), la que ja existia inicialment.

2525

8. Dispositius

Equipament i material necessariPer realitzar el projecte vam fer servir el següents equips:

• 2 PCs amb Sistema Operatiu Microsoft Windows.

• Software PING, Tracert i IPERF instal·lats als PCs.

• Un servidor VPN en un Windows 2000.

• 1 x ADM STM-1: ADR155C

• DSLAM+IP Gateway Zyxel IES-1000 amb una tarja ADSL (AAM1008) I una tarja SHDSL

(SAM1008)

• 1 x Mòdem / router ADSL Zyxel Prestige 642R

• 1 x Mòdem / router SHDSL Zyxel Prestige 791R

• 1 X Router Cisco 2600 Series

• 1 X Router Cisco 3600 Series

2626

9. Proves realitzadesSuperada / No Superada

Si ‘No Superada’ explicar-ne els motius

SuperadaResultat esperat

A la caracterització de la connexió ADSL ens hem d’esperar que en quant a la capacitat dels canals de pujada i baixada hi hagi una diferència important, ja que estem tractant amb una tecnologia asimètrica, en la que la velocitat del canal de baixada ha de ser superior a la del canal de pujada.Utilitzem les eines PING i IPERF, la primera per a mesurar l’RTT i la segona per a poder veure la diferència de velocitats entre ambdós canals de transmissió.Resultat obtingut

Velocitat transmissió (canal pujada) = 435 Kb/sVelocitat transmissió (canal baixada) = 1,71 Mb/sRTT (canal pujada) = 21 ms.RTT (canal baixada) = 14 ms.Veiem que la diferència entre velocitats d’ambdós canals es totalment diferent. El canal de baixada suporta molta més velocitat que el de baixada, tal i com esperàvem inicialment.Superada / No Superada



En aquesta prova hem de veure com els canals de baixada i pujada han de tenir aproximadament les mateixes velocitats de transmissió, ja que estem parlant de la tecnologia SHDSL que es caracteritza per la simetria en els seus canals de pujada i baixada. I encara més ho hem de veure en aquest escenari al qual estem treballant, ja que no hi ha més càrrega que la que generen els dos equips dels extrems de la comunicació.Amb PING i IPERF tonem a mesurar tant l’RTT com ens cerciorarem de l’asimetria dels canals de comunicació.Resultat obtingut

Velocitat transmissió (canal pujada) = 1,72 Mb/sVelocitat transmissió (canal baixada) = 1,75 Mb/sRTT (canal pujada) = 12 ms.RTT (canal baixada) = 12 ms.Com ja vam preveure els resultats de les velocitats d’ambdós canals (pujada i baixada) són molt semblants, casi iguals, degut a la simetria d’aquesta teconologia.

ADSL

SHDSL

2727

9. Proves realitzades

2828


Superada / No Superada



En principi, els resultats ens han de sortir asimètrics, és a dir no obtindrem les mateixes velocitats pels canals de baixada i de pujada, ja que al no ser tota la xarxa íntegrament muntada sobre una tecnologia simètrica (tenim la part del pacient asimètrica) serà impossible d’obtenir les característiques d’aquest tipus de xarxa.Podem preveure a més, que no assolirem les màximes velocitats de l’enllaç.Resultat obtingut

Velocitat transmissió enllaç (extrem – extrem, PC hospital – PC pacient):-Amb paquets petits (56B) = 628 Kb/s-Amb paquets grans (1470B) = 1,77 Mb/sRTT (extrem - extrem) = 22 ms.En ambdós casos (pujada i baixada) no arribem a les velocitats màximes permeses.

Xarxa sense VPN configurada

2929


3030


3131


3232


Xarxa amb VPN configurada

3333


3434


3535


3636

10. Conclusions

- Els objectius han estat assolits. La solució final ha estat molt semblant a la nostra proposta inicial.

- Problemes en quant a la configuració òptima de la VPN, encara que hem pogut testar la proposta final de manera correcta.

- Podríem incloure millores dintre del nostre projecte com:

- Utilitzar tecologia d’accés de més velocitat com per exemple VDSL o VDSL2

- Amb aquest aspecte podríem incloure noves aplicacions i serveis dintre de la nostra xarxa

Interconnection Project (NETWORK)

Technology

Transcript of Interconnection Project (NETWORK)