Netzwerktechnik
In den letzten Jahren ist die elektronische Datenverarbeitung in fast alle Bereiche des Arbeitslebens vorgedrungen. Dieser Trend wird sich in den kommenden Jahren mit Sicherheit noch verstärken. Auch in Arztpraxen spielt der Computer eine immer bedeutendere Rolle. Neben den klassischen Anwendungen wie Praxisabrechnung und Patientendatenverwaltung kommen verstärkt neue Medien wie Video, digitales Röntgen etc. zum Einsatz oder die Einbindung von diversen Laborgeräten. Aus diesem Grund sollten Sie unbedingt bei der Neuplanung einer Praxiseinrichtung bzw. der Erweiterung Ihrer bestehenden EDV-Anlage eine leistungsfähige Infrastruktur für ein PC-Netzwerk vorsehen.
Wir möchten Ihnen auf den folgenden Seiten einen Vorschlag machen, wie Sie mit uns eine zukunftsträchtige Praxisverkabelung planen können um sie dann von uns ausführen zu lassen.
- Stand der Technik
- Strukturierte
Verkabelung
- Vorteile einer Twisted Pair Verkabelung
- Einschränkungen
- Lichtwellenleiter - Verkabelungsschema des Gesamtsystems
- Vorschlag für eine Praxisverkabelung
- Bei der Verkabelung besonders zu beachten
Um verschiedene Rechner zu einem Netzwerk zu verbinden, wurden im Laufe der Jahre unterschiedliche Verkabelungstechnologien entwickelt, von denen einige im Folgenden genannt sind:
- Thick Ethernet oder
auch Yellow Cable
- Sehr "dickes" Koax-Kabel, dadurch schwer zu verlegen
- Ausgezeichnetes Schirmungsverhalten, deshalb auch sehr teuer
- Geringe Übertragungsbandbreite, deshalb für heutige Anwendungen zu langsam (10Mbps)
- Wird heute nicht mehr eingesetzt - Thin Ethernet oder
auch CheaperNet
- Dünnes Koax-Kabel, leicht zu verlegen
- Schlechtes Schirmungsverhalten, deshalb auch sehr billig (=> Name: CheaperNet)
- Durch busförmige Netzwerktopologie sehr fehleranfällig, d.h. wenn an irgendeiner Stelle ein Leitungsfehler auftritt funktioniert das gesamte Netzwerk nicht mehr.
- Geringe Übertragungsbandbreite, deshalb für heutige Anwendungen zu langsam (10Mbps)
- Wird heute nur noch im Privatbereich für 2 oder 3 PC's eingesetzt - IBM Kategorie 1
Kabel
- Hochwertiges Kabel, aber schwer zu verlegen
- Hochwertige Stecker, jedoch groß und unhandlich
- Meist in Verbindung mit einem Token Ring Netzwerk - (IBM) Kategorie
5 Kabel
- Hochwertige Twisted Pair Kabel, einfach zu verlegen
- Verhältnismäßig billig
- Hohe Übertragungsbandbreite, dadurch Geschwindigkeiten bis zu 100Mbps (Full Duplex 200Mbps)
- Im Einsatz sehr flexibel, Verkabelung kann auch für Telefonie u.ä. verwendet werden
- Durch 4 Adernpaare (= 8 Adern) auch für zukünftige Übertragungstechnologien geeignet - Fiber
Optic, Glasfaserkabel
- Sehr klein in den Abmessungen, relativ leicht zu verlegen
- Sehr empfindlich bei mechanischer Belastung
- Unempfindlich gegenüber elektrischen Störungen
- Sehr hohe Übertragungebandbreite, dadurch auch für zukünftige Anwendungen geeignet (bis zu mehreren Gbps)
Beim Auf- und Ausbau der Infrastruktur eines Netzwerkes, d.h. der Verkabelung als physikalischer Basis für die Kommunikation zwischen einzelnen aktiven Komponenten müssen heute verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. In der Vergangenheit hat sich gezeigt, daß die herkömmliche Vorgehensweise, je nach aktuellem Bedarf unterschiedliche Topologien, Übertragungsmedien und Anschlußtechniken einzusetzen, in der Regel hohe Folgekosten verursacht, wenn nachträgliche Änderungen oder Erweiterungen der vorhandenen Struktur vorgenommen werden sollen. Darüber hinaus erweisen sich vorhandene Kabel, die heute mit 10Mbps problemlos betrieben werden können, oft ungeeignet für den Einsatz neuerer Technologien. Aus diesem Grund sollten heutzutage bei der Neuinstallation einer Verkabelung unbedingt Leistungsreserven eingeplant werden, so daß sowohl eine universelle und flexible Nutzung, als auch hohe Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht werden können.
In den letzten Jahren wurde hierzu eine Technologie entwickelt, die die gestellten Anforderungen zu vertretbaren Kosten erfüllt. Als Übertragungmedium wird hierbei ein 8-adriges, kunststoffisoliertes Kupferkabel verwendet. Jeweils zwei Adern sind zu einem Paar verdrillt, deshalb auch die Bezeichnung Twisted Pair. Durch die Verdrillung ergibt sich bereits eine wirksame Abschirmung gegen Störeinflüsse sowie gegen Abstrahlung nach außen. Vier solcher unterschiedlich eingefärbter Adernpaare sind zu einem Gesamtkabel zusammengefaßt. Auch von diesem Kabel gibt es wieder unterschiedliche Ausführungen, die sich in erster Linie in der Art der Abschirmung unterscheiden:
- Das einfachtste Kabel ist nicht weiter geschirmt. Es wird als UTP-Kabel (Unshielded Twisted Pair) bezeichnet und findet seinen Einsatz hauptsächlich in der Telefonie. Grundgedanke dabei war, die im Praxisbereich ohnehin meist vorhandene Telefonverkabelung auch für die Rechnervernetzung zu verwenden.
- Das FTP-Kabel (Folded Twisted Pair) entspricht im Aufbau dem UTP-Kabel, zuätzlich ist jedoch ein blanker Erdungsdraht beigelegt. Die 4 Adernpaare und der Beidraht sind insgesamt von einem Gesamtschirm aus einer Metallfolie umgeben.
- Eine bessere Art der Schirmung bietet das S-FTP-Kabel (Screened Folded Twisted Pair). Es hat zusätzlich zum Gesamtschirm aus Metallfolie einen Gesamtschirm aus einem Drahtgeflecht. Das Drahtgeflecht bietet eine bessere Schirmung bei niederfrequenten Störungen (z.B. Versorgungsnetzfrequenz - 50Hz) wobei die Metallfolie eine bessere Schirmung bei hochfrequenten Störungen bietet.
- Beim STP-Kabel (Shielded Twisted Pair) ist jedes einzelne Adernpaar durch eine Metallfolie geschirm. Dadruch ist das Kabel auch in störungsintensiven Bereichen einsetzbar.
- Die beste Abschirmung bietet das S-STP-Kabel (Screened Shielded Twisted Pair). Hier sind nicht nur die einzelnen Adernpaare durch eine Metallfolie geschirmt, sondern das gesamte Kabel durch eine Metallfolie und ein Drahtgeflecht.
Weiterhin unterscheiden sich die Kabel in Bezug auf die übertragbare Datenrate. Hierzu werden die Kabel in verschiedene Kategorien eingeteilt:
- Kategorie 3 - für Übertragungsraten bis zu 10Mbps geeignet
- Kategorie 4 - für Übertragungsraten bis zu 16Mbps (hauptsächlich Token Ring)
- Kategorie 5 - für Übertragungsraten
bis zu 100Mbps (100MHz)
hauptsächlich Ethernet und Fast Ethernet, heutiger Verkabelungsstandard - Kategorie 6 - für Übertragungsraten
bis zu 1Gbps (250MHz)
1Gbps werden nur mit speziellen Übertragungstechnologien erreicht - Kategorie 7 - 300MHz und an den 2 äußeren Adernpaaren sogar 600MHz
Die mit Hilfe dieser Verkabelung aufgebaute Infrastruktur wird als Strukurierte Verkabelung bezeichnet. Die grundlegende Struktur ist sternförmig, d.h. von einem zentralen Verteiler aus werden die anzuschließenden Geräte einzeln angeschlossen. Dabei werden die einzelnen Komponenten nicht direkt mit dem Twisted Pair - Installationskabel verbunden, sondern die Kabelenden werden in sogenannte Geräteanschlußdosen der Kategorie 5 oder 6 angeschlossen. Somit ist eine saubere Verlegung ohne Kabelsalat gewährleistet. Das zweite Kabelende führt in ein zentrales Verteilerfeld, das in einem Geräte- oder Abstellraum montiert wird. Die Gesamtheit von Geräteanschlußdosen, Kabeln und Verteilerfeld bildet ein neutrales Verkabelungssystem, das erst durch das Anschließen von aktiven Komponenten zum Leben erweckt wird. Anstelle eines Rechnernetzes könnte mit dieser Verkabelung beispielsweise eine Telefonanlage mit mehreren Nebenstellen betrieben werden.
Die Geräteanschlußdosen haben eine 8polige RJ-45 Buchse (auch Western Plug genannt). Da häufig gefordert wird, daß an jedem Praxisarbeitsplatz mindestens zwei Kommunikationspunkte installiert sein sollen (etwa 1x für PC und 1x für Telefon), wird meistens eine Doppeldose mit 2 RJ-45 Buchsen engebaut. Für eine solche Doppeldose müssen dann auch zwei Kabel verlegt sein. Zur leichteren Installation wird hierzu ein spezielles Kabel verwendet, das sogenannte Zwillingskabel. Dieses Kabel ist eigentlich nichts anderes als zwei zusammengeklebte Einzelkabel.
Vorteile einer Twisted Pair Verkabelung
- Durch die sternförmige Verkabelung steht jedem Gerät eine separate Leitung zur Verfügung. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Störanfälligkeit aus. Störungen auf einem Kabel wirken sich nicht auf das gesamte Netzwerk aus, sondern beschränken sich nur auf das jeweils daran angeschlossene Gerät.
- Alle derzeit sowie in absehbarer Zeit verfügbaren Übertragungstechnologien können über eine strukturierte Verkabelung, die mindestens der Kategorie 5 entspricht, realisiert werden (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, CDDI, ATM etc.).
- Die Länge eines Einzelkabels ist auf 100m limitiert. Für längere Übertragungsstrecken sind Glasfaserkabel erforderlich, die wiederum eine Länge von bis zu 30km aufweisen können. Das 100m Limit führt jedoch in den meisten Fällen zu keinen Problemen.
- Die Installation des Kabels ist relativ einfach, aber zeitaufwendig. An Spezialwerkzeug ist lediglich ein spezielles Auflegewerkzeug erforderlich, welches um die 100,- € kostet. Wird jedoch nach der Installation ein Abnahmeprotokoll benötigt, was in der Regel nicht der Fall ist, benötigt man für die entsprechenden Messungen ein Meßgerät, welches je nach Funktionen zwischen 65.000,- öS und 150.000,- öS kostet. Für Glasfaser-Messungen wird ein ODTR-Meßgerät benötigt welches 28.000,- € und mehr kostet. Aus diesem Grund besitzten es auch nur größere Unternehmen.
Lichtwellenleiter bieten den Vorteil der galvanischen Trennung der einzelnen Netzwerkkomponenten. Elektromagnetische Störungen können nicht von außen über das Kabel auf das Netzwerk einwirken. Allerdings sind die Komponenten erheblich teurer als bei einer Twisted Pair Verkabelung. Eine LWL-Verkabelung muß von einer Spezialfirma mit hohem gerätetechnischen Aufwand ausgeführt werden. Zuführungsleitungen zum Endgerät sind sehr empfindlich gegenüber Zugspannungen. Auch die Steckverbindungen sind von der Handbarkeit her nicht unproblematisch. Vorteile gegenüber Twisted Pair Leitungen ergeben sich erst bei längeren Übertragungsstrecken bzw. bei sehr hohen Übertragungsgeschwindigkeiten. Im Konzept der strukturierten Verkabelung kommen Lichwellenleiter deshalb in erster Linie zur Verbindung von einzelnen Gebäuden oder Stockwerken bzw. als hochgeschwindigkeits-Backbone für Server zum Einsatz.
Fazit: Innerhalb einer Praxis genügt es die Verkabelung mit Twisted Pair Kabel durchzuführen!
Verkabelungsschema des Gesamtsystems
Hauptvorteil bei dieser Art der
Verkabelung ist die Neutralität. Wie bereits erwähnt, können die Anforderungen
sämtlicher derzeit sowie in absehbarer Zeit verfügbaren Übertragungstechnologien
über dieses Medium abgedeckt werden. Die Umstellung auf eine andere Netzwerktechnologie
geschieht durch Austauschen der aktiven Komponenten. Dies sind zum einen
die Anschlußkarten in den Servern, PC's und Druckern und zum anderen sogenannte
Hubs oder besser noch Switches. Hierbei handelt es sich um Geräte, die
den Signalfluß innerhalb eines Netzwerke steuern. Ein einfacher Hub mit
8 Anschlüssen ist beispielsweise bereits für unter 3.000,- öS erhältich,
während sich ein Switch mit 8 Anschlüssen im Bereich von 7.000,- öS bis
10.000,- öS bewegt.
Der Vorteil eines Switches gegenüber eines Hubs ist der, daß ein
Switch dedizierte Verbindungen schaltet, d.h. anders als bei einem Hub
wird der Datenverkehr zwischen 2 PC's nicht auf dem gesamten Netzwerk
verteilt sondern nur auf der Verbindung zwischen diesen 2 PC's. Dies verringert
die Netzwerklast und erhöht somit den gesamten Datendurchsatz.
Die Verbindung zwischen dem Switch und dem Verteilerfeld bzw. dem PC oder Drucker und der Geräteanschlußdose erfolgt jeweils über ein Patch-Kabel. Es handelt sich hierbei um ein fertig konfektioniertes, flexibles Kabel, welches mit 2 RJ-45 Steckern bestückt und in vielen Längen erhältlich ist.
Vorschlag für eine Praxisverkabelung
Nachfolgend sehen Sie einen Grundriß einer Musterpraxis mit einem Vorschlag für eine sinnvolle Netzwerkverkabelung. Zentraler Punkt des Netzwerkes ist der Installationsraum, in dem das Verteilerfeld und der Switch aufgestellt sind. Diese Komponenten können auch unter einem Tisch angebracht werden, da sie im Regelfall nur während der Installation gut zugänglich sein müssen. Es ist jedoch wünschenswert das Verteilerfeld und den Switch in einen Wandschrank im 19" Format zu installieren. In unserem Beispiel wird der Röntgenraum gleichzeitig als Installationsraum benutzt.
Sämtliche Räume der Praxis sind mindestens mit einer Doppeldose ausgestattet. Dies mag vielleicht auf den ersten Blick übertrieben erscheinen, ist aber für zukünftige Anwendungen oft sogar nicht einmal mehr ausreichend. Bedenken Sie: Der Aufwand für eine spätere Erweiterung der Verkabelung ist erheblich höher, als wenn Sie von Beginn an eine ausreichende Zahl von Anschlüssen einrechnen.
Bei der Verkabelung besonders zu beachten
- Bite achten Sie unbedingt darauf, daß auch alle 8 Anschlüsse jeder Wandsteckdose belegt sind. Heutige Netzwerktechnologien benutzen zwar nur 4 Pole, bespielsweise verwendet man beim Ethernet die Adernpaare 1-2 und 3-6. Theoretisch wäre es also möglich, mit nur einem 8-adrigen Kabel 2 Einzeldosen oder 1 Doppeldose anzuschließen. Sie verbauen sich dadurch jedoch mit Sicherheit den Zugang zu neuern Technologien wie beispielsweise CDDI oder SDL.
- Achten Sie bitte unbedingt darauf, daß alle verwendeten Komponenten mindestens der Kategorie 5 entsprechen. Nur so ist es gewährleistet, daß die hohen Bandbreitenanforderungen zukünftiger Netzwerktechnologien abgedeckt werden können.
- Im Regelfall reicht ein einfach geschirmtes Kabel (etwa ein FTP-Kabel) aus. Das ungeschirmte UTP-Kabel ist nur unwesentlich billiger und wird deshalb auch nicht verlegt, da mit diesem Kabeltyp in Zukunft Probleme mit den EMV-Bestimmungen auftreten können. Wer auf Nummer Sicher gehen will, sollte ein STP oder gar ein S-STP einsetzen.
- Wenn ein geschirmtes Kabel eingesetzt wird, müssen auch alle anderen Komponenten (Verteilerfeld, Wandsteckdosen, Patchkabel) geschirmt sein. Nur so ist eine durchgehende Schirmung gegen Störeinflüsse gewährleistet!
- Die Kabel werden am Verteilerfeld und den Wandanschlußdosen mit einem Spezialwerkzeug durch eine Schneid-Klemmverbindung dauerhaft und sicher angeschlossen. Lötarbeiten sind somit nicht erforderlich. Wichtig ist eine saubere und einheitliche Beschriftung sowohl des Verteilerfeldes als auch der Wandsteckdosen. Dabei hat es sich bewährt, die Anschlußbuchsen der Verteilerfeldes mit 1 beginnend fortlaufend zu nummerieren. Die entsprechenden Nummern finden sich dann an den Wandsteckdosen wieder. Dies erleichtert den Überblick, da im Normalfall nur diejenigen Buchsen mit einem Anschluß am Switch verbunden werden, an denen auch ein Gerät an der entsprechenden Wandsteckdose angeschlossen wird. Wollen Sie eine Buchse einer Wandsteckdose aktivieren, so stecken Sie lediglich ein Patchkabel von einem unbenutzten Anschluß des Switches in die entsprechende Buchse des Verteilerfeldes.
- Bitte planen Sie die Zahl der Anschlußpunkte großzügig ein. Eine später eventuell nötige Erweiterung aufgrund zu knapper Planung verursacht ein Vielfaches der Kosten und für zu einer Störung des Praxisbetriebes. Jeder Raum einer Praxis (mit Ausnahme der Toiletten) sollte mindestens mit einer Doppeldose ausgestattet sein. Lagerräume eignen sich beispielsweise als Aufstellungsorft für einen Server, der rund um die Uhr ohne Bedienereingriff läuft. Auch den Aufenthaltsraum für Ihre Angestellten sollten Sie nicht vergessen. Personen, die sich dort aufhalten, wollen Sie vielleicht später einmal vom PC am Empfang aus über das Eintreffen eines Patienten verständigen.
- Am Empfang sollten Sie sogar zwei Doppelsteckdosen vorsehen. Für einen PC und einen Netzwerkdrucker benötigen Sie bereits zwei Anschlüsse, so daß Sie keine Reserven mehr haben, wenn Sie später zusätzlich einen Drucker für die färbige Ausgabe von Videoaufnahmen u.ä. aufstellen wollen.
- Planen Sie auf jeden Fall auch eine Vernetzung nach außen ein! Das Internet bietet bereits heute eine Vielzahl an medizinischen Informationen. Auch für die Kommunikation mit Labors und anderen Geschäftspartnern wird die elektronische Kommunikation enorm an Bedeutung gewinnen. Sinnvoll ist die Einrichtung eines ISDN-Anschlusses, den Sie sowohl zum Telefonieren als auch zur elektronischen Kommunikation nutzen können.
- Egal für welche Netzwerktechnologie Sie sich später entscheiden, mit dieser Art der Verkabelung haben Sie garantiert die richtige Basis für das nächste Jahrzehnt.