(海軍青島第一療養(yǎng)院 信息經(jīng)管科，山東 青島 266071)

0 引言

隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)院的人、財、物管理的各個環(huán)節(jié)都已依靠計算機(jī)運營，從收費到影像傳輸、檢驗結(jié)果傳送、醫(yī)囑，計算機(jī)已在醫(yī)院得到廣泛的應(yīng)用[1]。醫(yī)院的信息設(shè)備系統(tǒng)、醫(yī)療弱電系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都不可忽略，因此醫(yī)院安防控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)起源于20世紀(jì)，又名自組織網(wǎng)絡(luò)。所謂的自組織網(wǎng)絡(luò)指的是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和移動通訊相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，用戶終端在網(wǎng)內(nèi)任意移動時，均可保持通信，它是綜合了無線通信網(wǎng)絡(luò)、抗毀自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和全球移動信息網(wǎng)絡(luò)3種組網(wǎng)思想而產(chǎn)生的一種新型自組織對等式多跳無線網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)前通信領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一，用戶終端可以是筆記本、手機(jī)、PDA等[2]。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)上是一種邏輯網(wǎng)絡(luò)，理論上可以通過藍(lán)牙、GRPS、WLAN等無線連接進(jìn)行組建，具有很強(qiáng)的兼容性、網(wǎng)絡(luò)健壯感、傳輸帶寬的優(yōu)勢。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有固定的基站，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都具備數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)功能，能夠與其他節(jié)點自動保持通信。每個節(jié)點都是一個路由器，需要運行相應(yīng)的路由協(xié)議，能夠完成發(fā)現(xiàn)和維持其它節(jié)點的路由功能[3]。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點間的通信可以經(jīng)過多跳，也就是經(jīng)過多個中間節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到通信的功能，這也是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于其它移動網(wǎng)絡(luò)的根本[4]。

本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)對醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的硬件和軟件框架進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)所設(shè)計框架闡述了醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的工作流程，通過實驗驗證了基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的可行性。

1 醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有專門性、獨立性的特點，它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動態(tài)變化的，無線通信帶寬、物理安全和主機(jī)能源有限，生存周期短。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分布式控制和無中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，能夠在部分網(wǎng)絡(luò)遭到破壞后，仍保持剩余通訊能力[5]。

圖1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簡單模型圖

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種多跳網(wǎng)絡(luò)，可以在不存在基站、固定結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境中快速組成無線通信網(wǎng)絡(luò)。圖1為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簡單模型，如圖1所示，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都能夠與其他節(jié)點自動保持通信，當(dāng)其中兩個節(jié)點不在直接通信范圍內(nèi)時，它們會將中間節(jié)點作為中繼，完成相互間的數(shù)據(jù)交換[6]。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點都是無線發(fā)射結(jié)點，理論上它們的信號覆蓋范圍與節(jié)點發(fā)射功率有關(guān)。信號覆蓋范圍指的是在信號強(qiáng)度保持一定值時所達(dá)到的最大覆蓋范圍。圖中有A、B、C共3個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，它們在地位上是對等的。假設(shè)節(jié)點A、B、C有效信號的覆蓋范圍半徑分別為RA、RB、RC，節(jié)點A、B之間距離為LAB，節(jié)點A、C之間距離為LAC，節(jié)點B、C之間距離為LBC。其中，LABRC，節(jié)點A、C不在彼此覆蓋范圍內(nèi)，不能直接進(jìn)行通信，但可以通過中間的節(jié)點B作為中繼，進(jìn)行通信[7]。

圖2 醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是有線Internet網(wǎng)和分層無線網(wǎng)相結(jié)合的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)急診、門診、醫(yī)技、手術(shù)、病房及行政辦公室、信息機(jī)房等站點間的通訊，也可以為普通用戶提供無線接入點，實現(xiàn)無線通信。如圖2所示，醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由控制中心工作站、無線接入點和移動節(jié)點三部分組成，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)間的交換有兩種方式：一種是控制中心工作站與具有無線接入功能的節(jié)點之間基于有線媒介的通信；另一種是各移動節(jié)點之間和移動節(jié)點與無線接入點之間基于無線媒介的數(shù)據(jù)交換。醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)平臺可以實現(xiàn)人機(jī)界面上的集中管理、分散控制等功能[8]。

圖3 醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

如圖3所示，基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)硬件設(shè)計包括圖像采集與處理模塊、報警信號采集與輸入模塊、電源模塊、報警輸出模塊、控制及處理模塊、GPRS模塊幾部分，不同模塊之間以Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連接。

主控模塊由FLASH、SDRAM、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)控制中心工作站及相關(guān)外圍電路組成。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)控制中心工作站主要用于連接其他模塊，需要完成報警輸入輸出、傳輸視頻數(shù)據(jù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)等功能，因此系統(tǒng)選用通用I/O接口。FLASH是一種可在線進(jìn)行多次擦除的非易失性存儲器，選用AM29A型芯片，用于存放引導(dǎo)代碼和系統(tǒng)源程序，具有小體積、低功耗、高性能的特征。SDRAM是一種嵌入式易失性儲存器，可以直接與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SDRAM選用容量為8 GB的ARM9Ts型高速動態(tài)隨機(jī)存儲器，能滿足整個系統(tǒng)對儲存器的要求。

圖像采集與處理模塊中主要采用ZC115型攝像頭進(jìn)行視頻信息的采集，然后經(jīng)由遠(yuǎn)傳編碼器將錄制的視頻文件進(jìn)行壓縮，經(jīng)由外部接口傳遞至調(diào)制解調(diào)器，再傳遞至視頻處理器中。ZC115型攝像頭是一種高分辨率、高捕獲速度、高像素的數(shù)字?jǐn)z像頭，是由并聯(lián)電路進(jìn)行圖像捕獲。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將錄制的視頻文件進(jìn)行壓縮，有利于保證錄像的清晰度和效果。圖像分析處理器主要用于處理視頻監(jiān)控設(shè)備收集的視頻信息，處理器將解壓后的視頻信息進(jìn)行分類處理、整合、儲存，傳遞至手機(jī)、計算機(jī)等終端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。數(shù)據(jù)處理器是由丹麥VRA公司研制的最新處理器RC2450型處理器，它對數(shù)據(jù)信息的處理、儲存等功能可靠性高達(dá)98%[9]。

報警信號采集與輸入模塊和輸出模塊，主要由探測器、控制器和報警設(shè)備組成。探測器具有防拆保護(hù)和防破壞保護(hù)功能，當(dāng)遭受破壞、拆卸或線路短路時，探測器都會產(chǎn)生報警。由于輸入輸出信號具有很強(qiáng)的電流，會對系統(tǒng)產(chǎn)生較大干擾。系統(tǒng)加入TTL521型隔離繼電器，將報警模塊輸入輸出的信號進(jìn)行隔離，以降低外部干擾信號對系統(tǒng)的影響。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，報警設(shè)備將會啟動，與之相連接的控制及處理設(shè)備也會立即響應(yīng)，對整個醫(yī)院安防網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，以保證醫(yī)院系統(tǒng)的正常運行以及數(shù)據(jù)的安全性。

GPRS模塊采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信，為用戶提供無線接口，并且采用撥打電話和短信的方式與管理者手機(jī)進(jìn)行通信，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和報警。這實現(xiàn)了安防報警、記錄證據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控的實時性。

當(dāng)電路正常運行時，電源模塊起到調(diào)節(jié)電壓和電流的作用。當(dāng)電路異常而斷電時，電源模塊的備用電池將自動啟動，以保證系統(tǒng)的正常運行。

2 醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)主要包括以下幾項智能化要求：以自動化監(jiān)控管理形式實行的安全防范系統(tǒng)；以溫、煙、可燃?xì)馓綔y器為主體的火災(zāi)報警系統(tǒng)；以紅外、微波探測器為主體的防盜報警系統(tǒng)；起集中管理控制功能的計算機(jī)安全綜合管理系統(tǒng)[10]。圖4為基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。

圖4 醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

如圖4所示，基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)軟件工作是一個較為復(fù)雜的過程，具體過程如下：

首先將系統(tǒng)、終端初始化，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，判斷系統(tǒng)是否存在報警中斷，若存在則進(jìn)行報警監(jiān)控。報警監(jiān)控一方面進(jìn)行GPRS報警監(jiān)控，另一方面進(jìn)行攝像頭拍攝和圖像的采集壓縮[11]。GPRS報警監(jiān)控通訊程序是用AT指令編寫，具體流程包括GPRS模塊的初始化、參數(shù)設(shè)定、短信報警發(fā)送、接收和撥打電話，從而完成數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。攝像頭拍攝采集處理的程如下：圖像采集攝像頭芯片初始化、寄存器控制程序初始化、參數(shù)控制設(shè)定、數(shù)據(jù)脈沖進(jìn)行編碼外傳、解調(diào)轉(zhuǎn)換、處理輸出、存儲。將采集到的視頻信息數(shù)字化，以合適的編碼方式進(jìn)行壓縮傳送、解壓輸出，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對應(yīng)的視頻處理器將視頻進(jìn)行序列分析，利用特定的算法，將出現(xiàn)在視頻中的人員具體情況進(jìn)行數(shù)字圖像處理，對人員進(jìn)行計數(shù)，并對人員移動速度進(jìn)行記錄和分析。監(jiān)控程序可以進(jìn)行人工控制和自動邏輯，可以對安全監(jiān)控的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

報警信息以及圖像數(shù)據(jù)的傳輸、輸出都依靠于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種分布式無線移動網(wǎng)絡(luò)，不需要依賴大量固定的基礎(chǔ)通信設(shè)備，只需對系統(tǒng)的wifi進(jìn)行配置管理，進(jìn)行周期性維護(hù)和更新，從而獲得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的終端信息。終端發(fā)起路由的建立和查詢，并實時維護(hù)路由信息。中心節(jié)點和目的節(jié)點等服務(wù)器端則對終端進(jìn)行響應(yīng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信管理。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有的高抗毀性、強(qiáng)自組織能力和高靈活性，這既保證了信息的實時性、準(zhǔn)確性，又保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[12]。

若是系統(tǒng)未出現(xiàn)報警中斷，則啟動遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，進(jìn)行GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控的實際情況判斷控制及處理模塊是否需要啟動。若是需要，則對系統(tǒng)進(jìn)行控制和安防處理；若不需要，則返回報警監(jiān)控程序。

3 實驗研究

為了檢測本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的實際工作效果，與傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)進(jìn)行對比，設(shè)計了對比實驗。

3.1 實驗參數(shù)

實驗參數(shù)如表1所示。

表1 實驗參數(shù)

3.2 實驗過程

根據(jù)上述設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行實驗，將傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)和本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)，分別記錄系統(tǒng)的運維花費成本和抗干擾能力測試，根據(jù)兩個實驗結(jié)果分析兩種醫(yī)院安防控制系統(tǒng)的工作效果。

3.3 實驗結(jié)果與分析

得到的實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 運維成本實驗結(jié)果

3.3.1 運維花費成本

觀察圖5，隨著醫(yī)院安防控制系統(tǒng)覆蓋面積的增大，建立系統(tǒng)花費的成本也會增加。當(dāng)安防控制系統(tǒng)覆蓋面積為100 m2時，傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為1.30萬元，本文的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為0.75萬元；當(dāng)安防控制系統(tǒng)覆蓋面積為200 m2時，傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為1.50萬元，本文的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為0.81萬元；當(dāng)安防控制系統(tǒng)覆蓋面積為300 m2時，傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為1.80萬元，本文的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為1.00萬元；當(dāng)安防控制系統(tǒng)覆蓋面積為400 m2時，傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為2.20萬元，本文的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為1.15萬元；當(dāng)安防控制系統(tǒng)覆蓋面積為500 m2時，傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為2.72萬元，本文的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)需要花費的成本為1.51萬元。

3.3.2 抗干擾能力測試

由圖6和圖7可知，傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)受到抗干擾測試時，干擾值在-10～10之間，而本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)受到抗干擾測試時，干擾值在-2.5～2.5之間。本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的抗干擾能力明顯高于傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)，從而提高了整個系統(tǒng)的精確性。

圖6 傳統(tǒng)系統(tǒng)抗干擾能力測試 圖7 本文系統(tǒng)抗干擾能力測試

3.4 實驗結(jié)論

根據(jù)上述實驗結(jié)果，得到如下實驗結(jié)論：傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)和本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)在一定程度上都能夠保證醫(yī)院系統(tǒng)的安全，但是基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)運行花費的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的醫(yī)院安防控制系統(tǒng)，并且，該醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)，系統(tǒng)精度更高，安全性更高，維護(hù)方式更加簡便。

隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對生活、工作環(huán)境的要求不斷提高，社會已跨進(jìn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，不同程度的智能化產(chǎn)品、設(shè)備層出不窮的出現(xiàn)。多功能智能安防系統(tǒng)對室內(nèi)的各種緊急意外事故自動發(fā)出報警信息并及時控制處理對人們的生活、工作安全尤為重要。隨著電子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，家庭、醫(yī)院、倉庫、辦公室等處的安全防范和自動報警系統(tǒng)得到不斷更新，智能安防控制系統(tǒng)是今后的發(fā)展趨勢。智能安防控制系統(tǒng)既具有防盜、防火等功能，還包括系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)信息的安全。值班室主控計算機(jī)可以對報警信息進(jìn)行集中管理和準(zhǔn)確顯示，以保證整個系統(tǒng)范圍的安全性。市面上的各種安全防范和自動報警設(shè)備，會由于其功能單一、成本較高或可靠性較差等因素而難以得到普及。開發(fā)一種低價位、可靠性高、適合特定環(huán)境的多功能智能安防系統(tǒng)勢在必行。

無線接入有線網(wǎng)絡(luò)是通訊的未來發(fā)展方向。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種分布式無線移動網(wǎng)絡(luò)，沒有中心節(jié)點，不依賴固定的基礎(chǔ)通信設(shè)備，具有很強(qiáng)的抗毀性和自組織能力，在早先使用時適用于搶險救災(zāi)、軍事通信等臨時需要通信或無法實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)支持的環(huán)境。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)應(yīng)用和WLAN技術(shù)得到普及，這就為使用手機(jī)終端組建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，從而推進(jìn)了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用。

綜上所述，本文基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)成本低、效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)，能夠有效降低人工勞動強(qiáng)度，具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 結(jié)束語

基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)是一個集硬件與軟件為一體、由接入點和移動節(jié)點共同組成的系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)易于拓展，從而組建大范圍安防控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，能夠及時報警并發(fā)送信息至管理員手機(jī)，從而是問題及時處理，保證系統(tǒng)正常運行。并且，利用先進(jìn)的通信技術(shù)，通過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)房自動監(jiān)控，解決了醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)機(jī)房無人值班而帶來的安全隱患，同時減少了人力和物力的消耗，保障了醫(yī)院系統(tǒng)的安全可靠運行。

本文研究的基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立的醫(yī)院智能安防控制系統(tǒng)雖然具備一系列優(yōu)點，但缺少一定的實際操作基礎(chǔ)，在未來的使用中可能存在一些潛在問題，需要進(jìn)一步研究和探討。