基于ZigBee的醫院信息機房監測效能初探

楊輝，徐露，朱燕玲，李亞蘭，孫文，紀永章

東部戰區空軍醫院信息中心，江蘇 南京 210002

信息技術的進步日新月異，同步促使醫療衛生行業的信息化建設發展，但醫院信息化有一些盲區需要加以解決，如：信息類機房硬件設施的運行狀態實時監控管理，如何利用現有的信息技術手段來實現該功能顯得尤為重要。而且隨著醫院信息化水平的提高可以對整體信息機房進行建設、監管。目前醫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現問題，存在真空期，危險隱患很大[1]。一旦信息機房的UPS、溫控、濕度感控發生問題，將對服務器、交換機、防火墻的性能產生影響，如發生火災或者進水事故，將會給信息數據帶來毀滅性的災難，因數據丟失造成的損失將難以挽回[2]。

1 需求分析

醫院信息機房保障類設備的正常運行，是醫院整體正常運行的必不可少的硬件環境，目前各大醫院都無法回避這個問題，信息機房的監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，取代傳統的人工肉眼檢查遺漏、人工檢查繁瑣等問題。傳統的方式不僅成本高，效率低而且誤檢、漏檢的情況時有發生，不符合信息技術發展的趨勢。缺少對信息機房保障類設備運行數據的存儲、分析系統，缺少對設備運行的一種預判的支持手段[4-5]。本設計和實現主要功能是：根據醫院信息機房的要求，設計一定數量的傳感器，并通過ZigBee節點數據采集，建立ZigBee與傳感器通信，對遠程終端（remote terminal unit,RTU）程序進行優化，將數據存儲到數據庫服務器中，通過UI管理界面，對各機房硬件設備進行實時監管，保障信息網絡環境安全。

2 系統設計及功能

2.1 對象

醫院信息機房的監測管控發展大體經過3個階段[6]。①監控監測。其模式通過給各個信息機房加裝監控來監測各個設備的狀態，但局限性很明顯，只能通過視頻畫面來監控，看到的只有設備表面的一些狀態，無法進行深層次的管控，需要管理人員實時監控還不能脫崗[7-8]；②模擬控制系統即啟用遙控、遙信、遙測的功能[9-10]。將模擬信息記錄下來，通過數模轉換來分析該設備的狀態信息，是對信息機房數字化管控的第一步初探，初步實現信息化。③智能化管控。搭建一個智能監管信息平臺，全方位地檢測信息機房的運行狀態[11-12]，提供對設備運行數據的提取，存儲、閾值提醒、告警分析和故障定位功能。

2.1.1 ZigBee ZigBee協議是一種互聯網技術協議，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、照明自動控制、濕度計量控等；醫療行業有：老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫療傳感器等；工業、交通甚至安全領域，都可以見到其影子[14]。

2.1.2 醫院信息類機房 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管的硬件設備，但是環境類的設備監管容易被忽略。本次研究重點對醫院的各大信息類機房的環境類設備進行管控，借助于物聯網技術，做到對該類型的設備的運行狀態、參數信息實時傳輸至控制中心，如：濕度高、停電、溫度過熱等，能及時將異常數據發送至數據庫，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據[15]。

2.1.3 理論方法 本次研究運用物聯網的思想，選用ZigBee技術使用在醫院的各個信息類機房環境設備的運行監控中，通過物聯網的優勢技術，將監控的設備數據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據、財產損失。

2.2 方法

通過自定開發的方式將醫院信息機房進行可視化監管，總體構架由以下6個功能模塊組成：數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據調閱、預報預警、維護管理。

2.2.1 設備組網ZigBee技術目前是一款可以同時支持兩種組網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，而FFD可以單獨組網，通常情況下為了實現物聯網設計的功能將RFD和FFD組合使用。而ZigBee通常組網模式為網狀結構、樹形結構、星形結構[17]，這3種模式的網絡構架能滿足各種業務的組網需求。

2.2.2 網絡構架ZigBee的網絡大體由感知層、網絡層和應用層組成，感知層建立網絡層與應用層之間的數據通道，由監測設備和傳感器組成，具體實現是ZigBee在網絡層搭建內部通信平臺，將散布的節點連接起來，匯總數據后利用RTU統一上傳，建立一個具備實時動態檢測的網絡構架體系。應用層的功能是統籌各類具體業務，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節點讀取到各信息機房設備的工作參數，通過ZigBee協調器，通過自定義的數據接口模式，RTU對接收到的信息數據進行解析，并上傳至數據服務器保存，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管狀態。

串口類數據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、協議、數據格式、波長以及驗證碼等。本論文的編碼執行如下：

當SerialPort.ResievedBytesThreshold設置的串口數據不符合規范時，系統會另行啟動接收事件(Serial-DataReseivedEventHandler(serialport_DataReceived))。不采用傳統掃描串口來識別數據的方式，本設計采用串口數據接收設計，有效減少數據出錯率，提高數據讀取效率，確保串口數據讀取更加穩定。

2.3 數據傳輸存儲與展示

利用NET技術構建TcpClient和TcpListener類，實現基于傳輸控制協議（transmission control protocol,TCP），用戶數據報協議（user data protocol,UDP）下的Socket通信協議，通過建立UdpClient類來實現。因TCPkiyomi通信連接較穩定，本課題采用TcpClient和TcpListener類型的Socket通信模式。本研究以溫度、濕度傳感器運行數據讀取、分析、監控為案例，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，本課題采用Highcharts開源工具來繪制數據曲線圖。設備的溫濕度監測數據以曲線圖的樣式顯示，動態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監測。

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。現有的管理方式很少注重對信息機房設備運維數據的管理，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生。一旦出現運行數據偏離閾值，管理員可以立即采取措施，有效避免人工巡查的失誤發生，杜絕故障的發生，降低潛在風險。②設備聯機管控問題。通過設計將各不同廠家的設備之間采取串口網絡通信方式連接，形成一個閉環監測體系，統計分析歷史數據可以預判各個信息技術機房的工作狀態，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管平臺，通過讀取信息機房設備的運行狀態數據實時傳輸到數據庫服務器中，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進行實時管控，同時解決不同品牌、不同類型的硬件設備統一管控管，解決成本、環保、節能等管理問題。目前，本系統在醫院進行實證研究，試運行了半年，通過總結前期運行經驗，優化算法等手段，進一步提高對醫院信息技術機房的管理效能。同時面對醫院規模不斷地擴大，信息網絡機房的同步增加，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的軟件對解決上述的問題具有一定的實際意義。