基于ZigBee的醫(yī)院信息機(jī)房監(jiān)測(cè)效能初探

楊輝，徐露，朱燕玲，李亞蘭，孫文，紀(jì)永章

東部戰(zhàn)區(qū)空軍醫(yī)院信息中心，江蘇 南京 210002

信息技術(shù)的進(jìn)步日新月異，同步促使醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的信息化建設(shè)發(fā)展，但醫(yī)院信息化有一些盲區(qū)需要加以解決，如：信息類(lèi)機(jī)房硬件設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，如何利用現(xiàn)有的信息技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能顯得尤為重要。而且隨著醫(yī)院信息化水平的提高可以對(duì)整體信息機(jī)房進(jìn)行建設(shè)、監(jiān)管。目前醫(yī)院的信息化機(jī)房的管理模式主要以人工定期巡檢的方式來(lái)進(jìn)行，這種管理方式受人員影響大，效率低下，出錯(cuò)的概率也較大，而且缺少信息手段的支持，只有在巡檢時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，存在真空期，危險(xiǎn)隱患很大[1]。一旦信息機(jī)房的UPS、溫控、濕度感控發(fā)生問(wèn)題，將對(duì)服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻的性能產(chǎn)生影響，如發(fā)生火災(zāi)或者進(jìn)水事故，將會(huì)給信息數(shù)據(jù)帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難，因數(shù)據(jù)丟失造成的損失將難以挽回[2]。

1 需求分析

醫(yī)院信息機(jī)房保障類(lèi)設(shè)備的正常運(yùn)行，是醫(yī)院整體正常運(yùn)行的必不可少的硬件環(huán)境，目前各大醫(yī)院都無(wú)法回避這個(gè)問(wèn)題，信息機(jī)房的監(jiān)管多多少少都存在一些問(wèn)題和隱患[3]。本研究擬搭建一個(gè)自定義的平臺(tái)，提供UI界面解決機(jī)房設(shè)備分布廣，取代傳統(tǒng)的人工肉眼檢查遺漏、人工檢查繁瑣等問(wèn)題。傳統(tǒng)的方式不僅成本高，效率低而且誤檢、漏檢的情況時(shí)有發(fā)生，不符合信息技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。缺少對(duì)信息機(jī)房保障類(lèi)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析系統(tǒng)，缺少對(duì)設(shè)備運(yùn)行的一種預(yù)判的支持手段[4-5]。本設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)主要功能是：根據(jù)醫(yī)院信息機(jī)房的要求，設(shè)計(jì)一定數(shù)量的傳感器，并通過(guò)ZigBee節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，建立ZigBee與傳感器通信，對(duì)遠(yuǎn)程終端（remote terminal unit,RTU）程序進(jìn)行優(yōu)化，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，通過(guò)UI管理界面，對(duì)各機(jī)房硬件設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，保障信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

2.1 對(duì)象

醫(yī)院信息機(jī)房的監(jiān)測(cè)管控發(fā)展大體經(jīng)過(guò)3個(gè)階段[6]。①監(jiān)控監(jiān)測(cè)。其模式通過(guò)給各個(gè)信息機(jī)房加裝監(jiān)控來(lái)監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，但局限性很明顯，只能通過(guò)視頻畫(huà)面來(lái)監(jiān)控，看到的只有設(shè)備表面的一些狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行深層次的管控，需要管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控還不能脫崗[7-8]；②模擬控制系統(tǒng)即啟用遙控、遙信、遙測(cè)的功能[9-10]。將模擬信息記錄下來(lái)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)分析該設(shè)備的狀態(tài)信息，是對(duì)信息機(jī)房數(shù)字化管控的第一步初探，初步實(shí)現(xiàn)信息化。③智能化管控。搭建一個(gè)智能監(jiān)管信息平臺(tái)，全方位地檢測(cè)信息機(jī)房的運(yùn)行狀態(tài)[11-12]，提供對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的提取，存儲(chǔ)、閾值提醒、告警分析和故障定位功能。

2.1.1 ZigBee ZigBee協(xié)議是一種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)議，具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段等功能[13]。其從下到上分別為物理層、訪問(wèn)控制層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等。其中物理層和訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。應(yīng)用場(chǎng)景也非常廣泛，如：智能樓宇控制：溫度控制、新風(fēng)系統(tǒng)、照明自動(dòng)控制、濕度計(jì)量控等；醫(yī)療行業(yè)有：老人與行動(dòng)不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等；工業(yè)、交通甚至安全領(lǐng)域，都可以見(jiàn)到其影子[14]。

2.1.2 醫(yī)院信息類(lèi)機(jī)房 通常由服務(wù)器、交換機(jī)、UPS、溫感、濕感等設(shè)備組成，一般情況下服務(wù)器和交換機(jī)是重點(diǎn)監(jiān)管的硬件設(shè)備，但是環(huán)境類(lèi)的設(shè)備監(jiān)管容易被忽略。本次研究重點(diǎn)對(duì)醫(yī)院的各大信息類(lèi)機(jī)房的環(huán)境類(lèi)設(shè)備進(jìn)行管控，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，做到對(duì)該類(lèi)型的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)信息實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，如：濕度高、停電、溫度過(guò)熱等，能及時(shí)將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)UI界面實(shí)時(shí)展示給設(shè)備管理員，為設(shè)備的管理提供及時(shí)有效的管理數(shù)據(jù)[15]。

2.1.3 理論方法 本次研究運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的思想，選用ZigBee技術(shù)使用在醫(yī)院的各個(gè)信息類(lèi)機(jī)房環(huán)境設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控中，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，將監(jiān)控的設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集傳輸至服務(wù)器中存儲(chǔ)，通過(guò)UI界面實(shí)時(shí)展示給管理人員，便于及時(shí)處理因設(shè)備故障導(dǎo)致的各種信息數(shù)據(jù)、財(cái)產(chǎn)損失。

2.2 方法

通過(guò)自定開(kāi)發(fā)的方式將醫(yī)院信息機(jī)房進(jìn)行可視化監(jiān)管，總體構(gòu)架由以下6個(gè)功能模塊組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)調(diào)閱、預(yù)報(bào)預(yù)警、維護(hù)管理。

2.2.1 設(shè)備組網(wǎng)ZigBee技術(shù)目前是一款可以同時(shí)支持兩種組網(wǎng)模式的主流低頻無(wú)線通信技術(shù)[16]。一種是功能完整的通信設(shè)備技術(shù)（full function device,FFD）；另一種是相對(duì)簡(jiǎn)單的通信設(shè)備其功率較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)化功能設(shè)備（reduce function device，RFD）。因RFD不能單獨(dú)組網(wǎng)，而FFD可以單獨(dú)組網(wǎng)，通常情況下為了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的功能將RFD和FFD組合使用。而ZigBee通常組網(wǎng)模式為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)[17]，這3種模式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架能滿足各種業(yè)務(wù)的組網(wǎng)需求。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架ZigBee的網(wǎng)絡(luò)大體由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，感知層建立網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)通道，由監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器組成，具體實(shí)現(xiàn)是ZigBee在網(wǎng)絡(luò)層搭建內(nèi)部通信平臺(tái)，將散布的節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，匯總數(shù)據(jù)后利用RTU統(tǒng)一上傳，建立一個(gè)具備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系。應(yīng)用層的功能是統(tǒng)籌各類(lèi)具體業(yè)務(wù)，與客戶端信息交互，方便管理員對(duì)信息技術(shù)機(jī)房進(jìn)行實(shí)時(shí)管控。

2.2.3工作流程 通過(guò)ZigBee節(jié)點(diǎn)讀取到各信息機(jī)房設(shè)備的工作參數(shù)，通過(guò)ZigBee協(xié)調(diào)器，通過(guò)自定義的數(shù)據(jù)接口模式，RTU對(duì)接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器保存，通過(guò)UI界面實(shí)時(shí)給設(shè)備管理人員展示，保障各個(gè)設(shè)備都能處于監(jiān)管狀態(tài)。

串口類(lèi)數(shù)據(jù)通信前需要對(duì)端口進(jìn)行初始化，一般流程為：首先是對(duì)碼、然后是頻率、協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、波長(zhǎng)以及驗(yàn)證碼等。本論文的編碼執(zhí)行如下：

當(dāng)SerialPort.ResievedBytesThreshold設(shè)置的串口數(shù)據(jù)不符合規(guī)范時(shí)，系統(tǒng)會(huì)另行啟動(dòng)接收事件(Serial-DataReseivedEventHandler(serialport_DataReceived))。不采用傳統(tǒng)掃描串口來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)的方式，本設(shè)計(jì)采用串口數(shù)據(jù)接收設(shè)計(jì)，有效減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)率，提高數(shù)據(jù)讀取效率，確保串口數(shù)據(jù)讀取更加穩(wěn)定。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)與展示

利用NET技術(shù)構(gòu)建TcpClient和TcpListener類(lèi)，實(shí)現(xiàn)基于傳輸控制協(xié)議（transmission control protocol,TCP），用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（user data protocol,UDP）下的Socket通信協(xié)議，通過(guò)建立UdpClient類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因TCPkiyomi通信連接較穩(wěn)定，本課題采用TcpClient和TcpListener類(lèi)型的Socket通信模式。本研究以溫度、濕度傳感器運(yùn)行數(shù)據(jù)讀取、分析、監(jiān)控為案例，方便管理人員對(duì)信息類(lèi)機(jī)房進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。該設(shè)計(jì)方案擬采用B/S構(gòu)架開(kāi)發(fā)，本課題采用Highcharts開(kāi)源工具來(lái)繪制數(shù)據(jù)曲線圖。設(shè)備的溫濕度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以曲線圖的樣式顯示，動(dòng)態(tài)獲取溫濕度的代碼如下,可以在不同的平臺(tái)上應(yīng)用如：臺(tái)式PC、平板等移動(dòng)終端上進(jìn)行信息類(lèi)機(jī)房系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

3 問(wèn)題解決

通過(guò)本研究著重解決了如下兩個(gè)方面的問(wèn)題。①解決了設(shè)備及時(shí)維修問(wèn)題?，F(xiàn)有的管理方式很少注重對(duì)信息機(jī)房設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)的管理，一般只注重設(shè)備的報(bào)警或宕機(jī)的處理，忽視了潛在風(fēng)險(xiǎn)，本研究利用自定義方法，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息通過(guò)ZigBee傳輸至服務(wù)器中，達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)警，有效避免了次生災(zāi)害的發(fā)生。一旦出現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)偏離閾值，管理員可以立即采取措施，有效避免人工巡查的失誤發(fā)生，杜絕故障的發(fā)生，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。②設(shè)備聯(lián)機(jī)管控問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)將各不同廠家的設(shè)備之間采取串口網(wǎng)絡(luò)通信方式連接，形成一個(gè)閉環(huán)監(jiān)測(cè)體系，統(tǒng)計(jì)分析歷史數(shù)據(jù)可以預(yù)判各個(gè)信息技術(shù)機(jī)房的工作狀態(tài)，起到提前預(yù)判的功能，輔助決策設(shè)備的管控。

4 總結(jié)

為能精準(zhǔn)地管控醫(yī)院信息機(jī)房的各類(lèi)設(shè)施，本研究自定義一套基于ZigBee傳輸技術(shù)的信息機(jī)房硬件設(shè)備監(jiān)管平臺(tái)，通過(guò)讀取信息機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，采用BS技術(shù)搭建管理平臺(tái)，便于管理員對(duì)信息技術(shù)機(jī)房設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，同時(shí)解決不同品牌、不同類(lèi)型的硬件設(shè)備統(tǒng)一管控管，解決成本、環(huán)保、節(jié)能等管理問(wèn)題。目前，本系統(tǒng)在醫(yī)院進(jìn)行實(shí)證研究，試運(yùn)行了半年，通過(guò)總結(jié)前期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化算法等手段，進(jìn)一步提高對(duì)醫(yī)院信息技術(shù)機(jī)房的管理效能。同時(shí)面對(duì)醫(yī)院規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，信息網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的同步增加，各類(lèi)型的設(shè)備也快速增長(zhǎng)，對(duì)管理員的實(shí)時(shí)處置能力要求更高，凸顯信息化管理手段的重要性，研究一套專門(mén)針對(duì)該類(lèi)信息技術(shù)的盲區(qū)的軟件對(duì)解決上述的問(wèn)題具有一定的實(shí)際意義。