楊輝，徐露，朱燕玲，李亞蘭，孫文，紀永章

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

信息技術的進步日新月異，同步促使醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的信息化建設發(fā)展，但醫(yī)院信息化有一些盲區(qū)需要加以解決，如：信息類機房硬件設施的運行狀態(tài)實時監(jiān)控管理，如何利用現(xiàn)有的信息技術手段來實現(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整體信息機房進行建設、監(jiān)管。目前醫(yī)院的信息化機房的管理模式主要以人工定期巡檢的方式來進行，這種管理方式受人員影響大，效率低下，出錯的概率也較大，而且缺少信息手段的支持，只有在巡檢時才能發(fā)現(xiàn)問題，存在真空期，危險隱患很大[1]。一旦信息機房的UPS、溫控、濕度感控發(fā)生問題，將對服務器、交換機、防火墻的性能產(chǎn)生影響，如發(fā)生火災或者進水事故，將會給信息數(shù)據(jù)帶來毀滅性的災難，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)院信息機房保障類設備的正常運行，是醫(yī)院整體正常運行的必不可少的硬件環(huán)境，目前各大醫(yī)院都無法回避這個問題，信息機房的監(jiān)管多多少少都存在一些問題和隱患[3]。本研究擬搭建一個自定義的平臺，提供UI界面解決機房設備分布廣，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、漏檢的情況時有發(fā)生，不符合信息技術發(fā)展的趨勢。缺少對信息機房保障類設備運行數(shù)據(jù)的存儲、分析系統(tǒng)，缺少對設備運行的一種預判的支持手段[4-5]。本設計和實現(xiàn)主要功能是：根據(jù)醫(yī)院信息機房的要求，設計一定數(shù)量的傳感器，并通過ZigBee節(jié)點數(shù)據(jù)采集，建立ZigBee與傳感器通信，對遠程終端（remote terminal unit,RTU）程序進行優(yōu)化，將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫服務器中，通過UI管理界面，對各機房硬件設備進行實時監(jiān)管，保障信息網(wǎng)絡環(huán)境安全。

2 系統(tǒng)設計及功能

2.1 對象

醫(yī)院信息機房的監(jiān)測管控發(fā)展大體經(jīng)過3個階段[6]。①監(jiān)控監(jiān)測。其模式通過給各個信息機房加裝監(jiān)控來監(jiān)測各個設備的狀態(tài)，但局限性很明顯，只能通過視頻畫面來監(jiān)控，看到的只有設備表面的一些狀態(tài)，無法進行深層次的管控，需要管理人員實時監(jiān)控還不能脫崗[7-8]；②模擬控制系統(tǒng)即啟用遙控、遙信、遙測的功能[9-10]。將模擬信息記錄下來，通過數(shù)模轉換來分析該設備的狀態(tài)信息，是對信息機房數(shù)字化管控的第一步初探，初步實現(xiàn)信息化。③智能化管控。搭建一個智能監(jiān)管信息平臺，全方位地檢測信息機房的運行狀態(tài)[11-12]，提供對設備運行數(shù)據(jù)的提取，存儲、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)技術協(xié)議，具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時延、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、訪問控制層、傳輸層、網(wǎng)絡層、應用層等。其中物理層和訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規(guī)定。應用場景也非常廣泛，如：智能樓宇控制：溫度控制、新風系統(tǒng)、照明自動控制、濕度計量控等；醫(yī)療行業(yè)有：老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等；工業(yè)、交通甚至安全領域，都可以見到其影子[14]。

2.1.2 醫(yī)院信息類機房 通常由服務器、交換機、UPS、溫感、濕感等設備組成，一般情況下服務器和交換機是重點監(jiān)管的硬件設備，但是環(huán)境類的設備監(jiān)管容易被忽略。本次研究重點對醫(yī)院的各大信息類機房的環(huán)境類設備進行管控，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術，做到對該類型的設備的運行狀態(tài)、參數(shù)信息實時傳輸至控制中心，如：濕度高、停電、溫度過熱等，能及時將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)庫，通過UI界面實時展示給設備管理員，為設備的管理提供及時有效的管理數(shù)據(jù)[15]。

2.1.3 理論方法 本次研究運用物聯(lián)網(wǎng)的思想，選用ZigBee技術使用在醫(yī)院的各個信息類機房環(huán)境設備的運行監(jiān)控中，通過物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢技術，將監(jiān)控的設備數(shù)據(jù)實時采集傳輸至服務器中存儲，通過UI界面實時展示給管理人員，便于及時處理因設備故障導致的各種信息數(shù)據(jù)、財產(chǎn)損失。

2.2 方法

通過自定開發(fā)的方式將醫(yī)院信息機房進行可視化監(jiān)管，總體構架由以下6個功能模塊組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)調(diào)閱、預報預警、維護管理。

2.2.1 設備組網(wǎng)ZigBee技術目前是一款可以同時支持兩種組網(wǎng)模式的主流低頻無線通信技術[16]。一種是功能完整的通信設備技術（full function device,FFD）；另一種是相對簡單的通信設備其功率較低，結構簡單的簡化功能設備（reduce function device，RFD）。因RFD不能單獨組網(wǎng)，而FFD可以單獨組網(wǎng)，通常情況下為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設計的功能將RFD和FFD組合使用。而ZigBee通常組網(wǎng)模式為網(wǎng)狀結構、樹形結構、星形結構[17]，這3種模式的網(wǎng)絡構架能滿足各種業(yè)務的組網(wǎng)需求。

2.2.2 網(wǎng)絡構架ZigBee的網(wǎng)絡大體由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成，感知層建立網(wǎng)絡層與應用層之間的數(shù)據(jù)通道，由監(jiān)測設備和傳感器組成，具體實現(xiàn)是ZigBee在網(wǎng)絡層搭建內(nèi)部通信平臺，將散布的節(jié)點連接起來，匯總數(shù)據(jù)后利用RTU統(tǒng)一上傳，建立一個具備實時動態(tài)檢測的網(wǎng)絡構架體系。應用層的功能是統(tǒng)籌各類具體業(yè)務，與客戶端信息交互，方便管理員對信息技術機房進行實時管控。

2.2.3工作流程 通過ZigBee節(jié)點讀取到各信息機房設備的工作參數(shù)，通過ZigBee協(xié)調(diào)器，通過自定義的數(shù)據(jù)接口模式，RTU對接收到的信息數(shù)據(jù)進行解析，并上傳至數(shù)據(jù)服務器保存，通過UI界面實時給設備管理人員展示，保障各個設備都能處于監(jiān)管狀態(tài)。

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

當SerialPort.ResievedBytesThreshold設置的串口數(shù)據(jù)不符合規(guī)范時，系統(tǒng)會另行啟動接收事件(Serial-DataReseivedEventHandler(serialport_DataReceived))。不采用傳統(tǒng)掃描串口來識別數(shù)據(jù)的方式，本設計采用串口數(shù)據(jù)接收設計，有效減少數(shù)據(jù)出錯率，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)傳輸存儲與展示

利用NET技術構建TcpClient和TcpListener類，實現(xiàn)基于傳輸控制協(xié)議（transmission control protocol,TCP），用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（user data protocol,UDP）下的Socket通信協(xié)議，通過建立UdpClient類來實現(xiàn)。因TCPkiyomi通信連接較穩(wěn)定，本課題采用TcpClient和TcpListener類型的Socket通信模式。本研究以溫度、濕度傳感器運行數(shù)據(jù)讀取、分析、監(jiān)控為案例，方便管理人員對信息類機房進行實時管理。該設計方案擬采用B/S構架開發(fā)，本課題采用Highcharts開源工具來繪制數(shù)據(jù)曲線圖。設備的溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)以曲線圖的樣式顯示，動態(tài)獲取溫濕度的代碼如下,可以在不同的平臺上應用如：臺式PC、平板等移動終端上進行信息類機房系統(tǒng)監(jiān)測。

3 問題解決

通過本研究著重解決了如下兩個方面的問題。①解決了設備及時維修問題。現(xiàn)有的管理方式很少注重對信息機房設備運維數(shù)據(jù)的管理，一般只注重設備的報警或宕機的處理，忽視了潛在風險，本研究利用自定義方法，將設備運行狀態(tài)信息通過ZigBee傳輸至服務器中，達到實時預警，有效避免了次生災害的發(fā)生。一旦出現(xiàn)運行數(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，降低潛在風險。②設備聯(lián)機管控問題。通過設計將各不同廠家的設備之間采取串口網(wǎng)絡通信方式連接，形成一個閉環(huán)監(jiān)測體系，統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)可以預判各個信息技術機房的工作狀態(tài)，起到提前預判的功能，輔助決策設備的管控。

4 總結

為能精準地管控醫(yī)院信息機房的各類設施，本研究自定義一套基于ZigBee傳輸技術的信息機房硬件設備監(jiān)管平臺，通過讀取信息機房設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務器中，采用BS技術搭建管理平臺，便于管理員對信息技術機房設備狀態(tài)進行實時管控，同時解決不同品牌、不同類型的硬件設備統(tǒng)一管控管，解決成本、環(huán)保、節(jié)能等管理問題。目前，本系統(tǒng)在醫(yī)院進行實證研究，試運行了半年，通過總結前期運行經(jīng)驗，優(yōu)化算法等手段，進一步提高對醫(yī)院信息技術機房的管理效能。同時面對醫(yī)院規(guī)模不斷地擴大，信息網(wǎng)絡機房的同步增加，各類型的設備也快速增長，對管理員的實時處置能力要求更高，凸顯信息化管理手段的重要性，研究一套專門針對該類信息技術的盲區(qū)的軟件對解決上述的問題具有一定的實際意義。