无线医疗诊断信息远程监测系统设计
徐仕宝
摘 要： 为了提高医疗诊断信息的监控管理能力，提出一种基于无线传感器网络的医疗诊断信息远程监测系统。医疗诊断信息管理系统的数据感知层采用 IPv6 传感节点和IPv6 路由进行网络设计，通过端到端 IP 网络架构实现医疗诊断信息的远程传输和数据共享，以Contiki 作为操作系统进行监测系统的中间件设计和信息处理控制器设计，基于TinyOS实现组件接口设计，根据GPSR 路由协议中实现无线客户终端设计。在仿真软件VanetMobiSim中实现无线医疗诊断信息远程监测系统的软件开发和仿真测试。结果表明，该系统进行医疗诊断信息监测的信息覆盖完整度较高，提高了信息的有效检索性能。
关键词： 医疗诊断信息； 远程监测系统； 无线传感器网络； IPv6路由； 中间件
中图分类号： TN926?34； TP316 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）20?0049?03
Abstract： In order to improve the ability of monitoring and management for medical diagnostic information， a remote monitoring system based on wireless sensor network was proposed for medical diagnostic information. IPv6 sensor node and IPv6 routing is used for the data perception layer in the medical diagnosis information management system to carry out network design. The IP network architecture with end?to?end structure is adopted to realize remote transmission and data sharing of medical diagnosis information. Contiki is taken as the operating system to perform middleware design and information processing controller design of the monitoring system. The design of the assembly interface is realized on the basis of TinyOS. The design of radio client terminal is implemented according to GPSR routing protocol. The software development and simulation testing of the wireless remote monitoring system for medical diagnostic information were realized in the simulation software VanetMobiSim. The results show that the system has high coverage degree of information monitoring for medical diagnostic information， and has improved the information retrieval performance.
Keywords： medical diagnosis information； remote monitoring system； wireless sensor network； IPv6 routing； middleware
0 引 言
信息技术的快速发展使得计算机智能信息管理应用越来越广泛，通过构建计算机信息管理系统，实现资源信息整合和数据共享，比如物流信息管理系统、商品进出口信息管理系统和图书馆信息管理系统，该类系统都是通过建立三层的信息管理模型，分为数据层、业务层和应用层，通过构建知识库和信息解析模型，实现信息检索、资源配置和数据库管理等[1]。医疗诊断信息管理系统是构建智能医疗管理体系的重要环节，随着网络信息技术和信息处理技术的发展，通过构建远程医疗诊断信息监测管理系统，对方便医院和病人进行诊断信息管理和病情跟踪具有重要应用价值。本文设计的无线医疗诊断信息远程监测系统建立在无线传感器网络信息管理构架基础上。首先进行信息远程监测系统的总体设计，构建系统的开发环境，通过模块化开发设计和网络设计，实现医疗诊断信息的无线远程监测。
1 系统功能结构分析
根据无线医疗诊断信息远程监测系统总体设计构架，进行系统功能结构分析。本文设计的基于无线传感器网络的无线医疗诊断信息远程监测系统采用的是三层体系构架模型，分别为：应用层、业务层和数据层，如图1所示。其中数据层是最底层，通过无线传感器网络节点和RFID信息标签技术进行医疗诊断信息的原始数据采样和日志库构建，构建数据库及结构模型和医疗诊断信息的知识库规则。数据层主要分为模型库、知识规则库、日志库、仿真库以及其他数据库[2]，采用一种自组织、结构开放的网络组网结构设计方法构建医疗诊断信息监测的底层数据库网络采集模型。
信息监测系统的中间层又称为业务层，主要是实现医疗诊断信息数据处理和信息挖掘功能，采用数据挖掘算法和关联规则挖掘方法，进行数据信息加工。结合模型解析器和规则解析器进行医疗诊断信息解析和分类，在仿真引擎中进行逻辑控制和医疗诊断事件处理。设置时钟模块进行医疗诊断信息采样和数据分析，在VanetMobiSim 信息处理软件中生成 trace 文件构建关联规则数据库[3]，在应用层中经资源组织管理和过程监控，对医疗诊断信息进行逻辑控制和引擎分析，通过关键字command和event完成组件接口控制和输出控制。
2 远程监测系统的网络通信设计
要实现无线医疗诊断信息远程监测系统设计，首先构建医疗诊断信息远程监测的网络通信模块，采用无线通信网络设计方法构建通信结构，实现无线医疗诊断信息远程监测系统数据采集、远程通信和无线信息传输等功能，完成监测系统的网络通信模块设计分为三个步骤：
（1） IPv6 传感节点设计。通过Contiki联网系统构建无线医疗诊断信息远程监测系统的数据感知单元，进行学习系统任务的创建，根据IPv6 传感节点功能创建可用的资源，采用时钟振荡器控制数据存储元件输出医疗诊断信息，实现远程数据通信传输。在无线射频模块中，搭建6LoWPAN无线通信网络终端系统[4]，内置 6LoWPAN 协议栈，执行任务的计算元件（CE′s），实现医疗诊断信息数据采样和信息传输。
（2） 无线传感器IPv6 联网地址分配。通过RFID技术构建IPv6 无线网卡，选用AOSID?1709型号的阅读器配置射频通信模块和射频天线。无线医疗诊断信息远程监测系统的程序驱动支持IPv4/IPv6 双栈的传感网络网关。运用层次化的网格结构进行医疗诊断信息的数据库分区和网格调度。采用Atmel 1284P作为主芯片进行无线传感器IPv6 联网地址分配。在确定分配任务的位置后，复制IPv6 传感网关的数据集的命令，开发基于USB的IPv6网络资源信息服务终端，提供给医疗终端用户进行信息查询[5]。
（3） 网络通信模块的驱动任务执行。在副本管理器中构建网关和射频模块，实现传感网络与互联网的互通。整个过程经过 IPv6 传感网关进行数据库访问、通信模块构建、数据挖掘。使用 S3C2440作为系统控制核心，运用路由器Linux内核进行地址空间管理[6]，在嵌入式的Linux内核中编译网络通信模块的驱动程序，以数据库访问模块、网络模块和通信模块三个子模块为核心执行驱动任务，实现无线远程监测。
在上述进行网络设计的基础上，构建无线传感器网络系统。通过端到端 IP 网络架构实现医疗诊断信息的远程传输和数据共享。以Contiki作为操作系统进行监测系统的中间件设计和信息处理控制器设计，进而进行系统的软件平台设计。
3 软件平台开发设计实现
在软件平台开发中，基于TinyOS实现组件接口设计，利用Busybox的安装脚本进行无线医疗诊断信息远程监测系统的工程管理应用程序开发。在程序开发之前，调用RS 232接口与PC进行通信，设定中断位控制模块和根文件系统，在无线传感器网络的通信模块中通过网关与10M/100M的以太网连接。以ARM920T为核心构建总线传输控制线，通过VME总线或局部总线将数据转发给RS 485网络和IPv6网络，采用TinyOS 2.x中自带的汇聚协议进行信息采集[7]，结合上述设计原理，对无线医疗诊断信息远程监测系统的资源检索模块、集成控制模块和接口模块的软件设计分别描述如下：
3.1 資源检索模块
资源检索模块是整个远程医疗诊断信息监测设计的基础，资源检索分为内部集成主控及通信控制部分。选用AOSID?1709型号的阅读器进行资源结构分区，设定RFID电子标签的初始状态Flag=0，经过IPv6传感网关执行6LoWPAN 适配层重组。通过6LoWPAN 短地址寻址功能进行诊疗信息定位检索，结合低功耗IEEE 802.15.4数据链路层进行诊断信息融合，调整执行6LoWPAN 适配层命令进行医疗诊断信息的识别，使用GUI视图管理工具，执行自定义标签识别和块操作等功能，标记诊疗信息发送到服务端，进行操作日志的存储和缓冲区复写。
3.2 信息处理模块
信息处理模块作为智能无线医疗诊断信息远程监测系统的主控模块，实现诊断信息处理和集成控制功能，采用大数据分析和智能控制技术进行事件视图管理，采用应用层监控应用软件构建信息处理模块的配置系统。在事件监控阶段发送命令给相关 I/O引脚，建立日志存储任务并以监控应用为单位与上层组件实现一致性控制，完成无线医疗诊断信息的事件捕获、应用标记，通过无线传感器网络预消息包交互，并在MVB总线控制协议下进行医疗诊断信息的分类标示。在TinyOS 2.x中调用信息恢复程序，在应用层捕获应用产生的事件操作，通过TaskBasic接口程序完成通信库、协议库、核心库和资源库的构建，进行医疗诊断监测事件装载和恢复。
3.3 人机交互模块
人机交互模块是实现无线医疗诊断信息远程监测系统的人机对话和信息交互功能。基于 6LoWPAN 的物联网寻址构建人机交互接口，调用runNextTask（TRUE）执行无线医疗诊断信息远程监测系统的接口通信命令，完成相对抽象的操作。将医疗诊断监测数据库与Web服务器实时连接，通过 Internet/Intranet和无线传感器网络对医疗诊断信息的监测数据进行记录操作[8]，采用TinyOS实现组件接口设计，在数据库及Web服务器实现医疗诊断信息共享。
4 实验测试分析
根据GPSR 路由协议中实现无线客户终端设计，在仿真软件VanetMobiSim中实现无线医疗诊断信息远程监测系统的软件开发和仿真测试，测试主要分析系统的网络连通性对医疗诊断信息远程监测的准确调度能力，对比结果如图2、图3所示。分析测试结果得知，采用本文方法进行监测系统设计，网络连通性较好，医疗诊断信息传输的误码较低，具有较好远程信息监测能力。
5 结 语
为了提高医疗诊断信息的监控管理能力，提出基于无线传感器网络的医疗诊断信息远程监测系统。系统测试结果表明，本文系统具有较好的无线远程通信性能，对医疗诊断信息的准确传输、查询和检索能力较好。
参考文献
[1] 陆兴华，范太霖，谢振汉.基于ARM的多模式智能控制嵌入式系统设计[J].计算机与数字工程，2016，44（4）：667?670.
[2] 温川雪，周洪建，张俊飞.基于智能手机与移动网络的远程生命体征监测系统的设计[J].生物医学工程学杂志，2015（1）：86?92.
[3] 陆兴华，吴恩燊.基于安卓客户端的智能家居电力控制优化设计[J].电力与能源，2015，35（5）：692?695.
[4] 黄朝，许鑫，刘敦歌，等.基于多传感器的微弱磁异常信号提取方法研究[J].电子测量技术，2015，38（10）：91?95.
[5] 袁永，段奇智，张毅，等.油井数据采集及高效DLL函数数据传输性能实现[J].计算机与数字工程，2013，41（10）：1628?1631.
[6] 刘健，常莲.基于Bohzmann机的物联网数据分类方法研究[J].激光杂志，2016，37（10）：116?120.
[7] 房延鹏，高泽华，亢雄伟.基于RFID技术安全保障系统的设计与实现[J].物联网技术，2015，5（7）：76?79.
[8] CZIBULA G， MARIAN Z， CZIBULA I G. Detecting software design defects using relational association rule mining [J]. Knowledge and information systems， 2015， 42（3）： 545?577.
[9] 王培锦，路佳宣.基于ZigBee的多传感器智能火灾报警系统[J].物联网技术，2015，5（7）：8?10.
摘 要： 为了提高医疗诊断信息的监控管理能力，提出一种基于无线传感器网络的医疗诊断信息远程监测系统。医疗诊断信息管理系统的数据感知层采用 IPv6 传感节点和IPv6 路由进行网络设计，通过端到端 IP 网络架构实现医疗诊断信息的远程传输和数据共享，以Contiki 作为操作系统进行监测系统的中间件设计和信息处理控制器设计，基于TinyOS实现组件接口设计，根据GPSR 路由协议中实现无线客户终端设计。在仿真软件VanetMobiSim中实现无线医疗诊断信息远程监测系统的软件开发和仿真测试。结果表明，该系统进行医疗诊断信息监测的信息覆盖完整度较高，提高了信息的有效检索性能。
关键词： 医疗诊断信息； 远程监测系统； 无线传感器网络； IPv6路由； 中间件
中图分类号： TN926?34； TP316 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）20?0049?03
Abstract： In order to improve the ability of monitoring and management for medical diagnostic information， a remote monitoring system based on wireless sensor network was proposed for medical diagnostic information. IPv6 sensor node and IPv6 routing is used for the data perception layer in the medical diagnosis information management system to carry out network design. The IP network architecture with end?to?end structure is adopted to realize remote transmission and data sharing of medical diagnosis information. Contiki is taken as the operating system to perform middleware design and information processing controller design of the monitoring system. The design of the assembly interface is realized on the basis of TinyOS. The design of radio client terminal is implemented according to GPSR routing protocol. The software development and simulation testing of the wireless remote monitoring system for medical diagnostic information were realized in the simulation software VanetMobiSim. The results show that the system has high coverage degree of information monitoring for medical diagnostic information， and has improved the information retrieval performance.
Keywords： medical diagnosis information； remote monitoring system； wireless sensor network； IPv6 routing； middleware
0 引 言
信息技术的快速发展使得计算机智能信息管理应用越来越广泛，通过构建计算机信息管理系统，实现资源信息整合和数据共享，比如物流信息管理系统、商品进出口信息管理系统和图书馆信息管理系统，该类系统都是通过建立三层的信息管理模型，分为数据层、业务层和应用层，通过构建知识库和信息解析模型，实现信息检索、资源配置和数据库管理等[1]。医疗诊断信息管理系统是构建智能医疗管理体系的重要环节，随着网络信息技术和信息处理技术的发展，通过构建远程医疗诊断信息监测管理系统，对方便医院和病人进行诊断信息管理和病情跟踪具有重要应用价值。本文设计的无线医疗诊断信息远程监测系统建立在无线传感器网络信息管理构架基础上。首先进行信息远程监测系统的总体设计，构建系统的开发环境，通过模块化开发设计和网络设计，实现医疗诊断信息的无线远程监测。
1 系统功能结构分析
根据无线医疗诊断信息远程监测系统总体设计构架，进行系统功能结构分析。本文设计的基于无线传感器网络的无线医疗诊断信息远程监测系统采用的是三层体系构架模型，分别为：应用层、业务层和数据层，如图1所示。其中数据层是最底层，通过无线传感器网络节点和RFID信息标签技术进行医疗诊断信息的原始数据采样和日志库构建，构建数据库及结构模型和医疗诊断信息的知识库规则。数据层主要分为模型库、知识规则库、日志库、仿真库以及其他数据库[2]，采用一种自组织、结构开放的网络组网结构设计方法构建医疗诊断信息监测的底层数据库网络采集模型。
信息监测系统的中间层又称为业务层，主要是实现医疗诊断信息数据处理和信息挖掘功能，采用数据挖掘算法和关联规则挖掘方法，进行数据信息加工。结合模型解析器和规则解析器进行医疗诊断信息解析和分类，在仿真引擎中进行逻辑控制和医疗诊断事件处理。设置时钟模块进行医疗诊断信息采样和数据分析，在VanetMobiSim 信息处理软件中生成 trace 文件构建关联规则数据库[3]，在应用层中经资源组织管理和过程监控，对医疗诊断信息进行逻辑控制和引擎分析，通过关键字command和event完成组件接口控制和输出控制。
2 远程监测系统的网络通信设计
要实现无线医疗诊断信息远程监测系统设计，首先构建医疗诊断信息远程监测的网络通信模块，采用无线通信网络设计方法构建通信结构，实现无线医疗诊断信息远程监测系统数据采集、远程通信和无线信息传输等功能，完成监测系统的网络通信模块设计分为三个步骤：
（1） IPv6 传感节点设计。通过Contiki联网系统构建无线医疗诊断信息远程监测系统的数据感知单元，进行学习系统任务的创建，根据IPv6 传感节点功能创建可用的资源，采用时钟振荡器控制数据存储元件输出医疗诊断信息，实现远程数据通信传输。在无线射频模块中，搭建6LoWPAN无线通信网络终端系统[4]，内置 6LoWPAN 协议栈，执行任务的计算元件（CE′s），实现医疗诊断信息数据采样和信息传输。
（2） 无线传感器IPv6 联网地址分配。通过RFID技术构建IPv6 无线网卡，选用AOSID?1709型号的阅读器配置射频通信模块和射频天线。无线医疗诊断信息远程监测系统的程序驱动支持IPv4/IPv6 双栈的传感网络网关。运用层次化的网格结构进行医疗诊断信息的数据库分区和网格调度。采用Atmel 1284P作为主芯片进行无线传感器IPv6 联网地址分配。在确定分配任务的位置后，复制IPv6 传感网关的数据集的命令，开发基于USB的IPv6网络资源信息服务终端，提供给医疗终端用户进行信息查询[5]。
（3） 网络通信模块的驱动任务执行。在副本管理器中构建网关和射频模块，实现传感网络与互联网的互通。整个过程经过 IPv6 传感网关进行数据库访问、通信模块构建、数据挖掘。使用 S3C2440作为系统控制核心，运用路由器Linux内核进行地址空间管理[6]，在嵌入式的Linux内核中编译网络通信模块的驱动程序，以数据库访问模块、网络模块和通信模块三个子模块为核心执行驱动任务，实现无线远程监测。
在上述进行网络设计的基础上，构建无线传感器网络系统。通过端到端 IP 网络架构实现医疗诊断信息的远程传输和数据共享。以Contiki作为操作系统进行监测系统的中间件设计和信息处理控制器设计，进而进行系统的软件平台设计。
3 软件平台开发设计实现
在软件平台开发中，基于TinyOS实现组件接口设计，利用Busybox的安装脚本进行无线医疗诊断信息远程监测系统的工程管理应用程序开发。在程序开发之前，调用RS 232接口与PC进行通信，设定中断位控制模块和根文件系统，在无线传感器网络的通信模块中通过网关与10M/100M的以太网连接。以ARM920T为核心构建总线传输控制线，通过VME总线或局部总线将数据转发给RS 485网络和IPv6网络，采用TinyOS 2.x中自带的汇聚协议进行信息采集[7]，结合上述设计原理，对无线医疗诊断信息远程监测系统的资源检索模块、集成控制模块和接口模块的软件设计分别描述如下：
3.1 資源检索模块
资源检索模块是整个远程医疗诊断信息监测设计的基础，资源检索分为内部集成主控及通信控制部分。选用AOSID?1709型号的阅读器进行资源结构分区，设定RFID电子标签的初始状态Flag=0，经过IPv6传感网关执行6LoWPAN 适配层重组。通过6LoWPAN 短地址寻址功能进行诊疗信息定位检索，结合低功耗IEEE 802.15.4数据链路层进行诊断信息融合，调整执行6LoWPAN 适配层命令进行医疗诊断信息的识别，使用GUI视图管理工具，执行自定义标签识别和块操作等功能，标记诊疗信息发送到服务端，进行操作日志的存储和缓冲区复写。
3.2 信息处理模块
信息处理模块作为智能无线医疗诊断信息远程监测系统的主控模块，实现诊断信息处理和集成控制功能，采用大数据分析和智能控制技术进行事件视图管理，采用应用层监控应用软件构建信息处理模块的配置系统。在事件监控阶段发送命令给相关 I/O引脚，建立日志存储任务并以监控应用为单位与上层组件实现一致性控制，完成无线医疗诊断信息的事件捕获、应用标记，通过无线传感器网络预消息包交互，并在MVB总线控制协议下进行医疗诊断信息的分类标示。在TinyOS 2.x中调用信息恢复程序，在应用层捕获应用产生的事件操作，通过TaskBasic接口程序完成通信库、协议库、核心库和资源库的构建，进行医疗诊断监测事件装载和恢复。
3.3 人机交互模块
人机交互模块是实现无线医疗诊断信息远程监测系统的人机对话和信息交互功能。基于 6LoWPAN 的物联网寻址构建人机交互接口，调用runNextTask（TRUE）执行无线医疗诊断信息远程监测系统的接口通信命令，完成相对抽象的操作。将医疗诊断监测数据库与Web服务器实时连接，通过 Internet/Intranet和无线传感器网络对医疗诊断信息的监测数据进行记录操作[8]，采用TinyOS实现组件接口设计，在数据库及Web服务器实现医疗诊断信息共享。
4 实验测试分析
根据GPSR 路由协议中实现无线客户终端设计，在仿真软件VanetMobiSim中实现无线医疗诊断信息远程监测系统的软件开发和仿真测试，测试主要分析系统的网络连通性对医疗诊断信息远程监测的准确调度能力，对比结果如图2、图3所示。分析测试结果得知，采用本文方法进行监测系统设计，网络连通性较好，医疗诊断信息传输的误码较低，具有较好远程信息监测能力。
5 结 语
为了提高医疗诊断信息的监控管理能力，提出基于无线传感器网络的医疗诊断信息远程监测系统。系统测试结果表明，本文系统具有较好的无线远程通信性能，对医疗诊断信息的准确传输、查询和检索能力较好。
参考文献
[1] 陆兴华，范太霖，谢振汉.基于ARM的多模式智能控制嵌入式系统设计[J].计算机与数字工程，2016，44（4）：667?670.
[2] 温川雪，周洪建，张俊飞.基于智能手机与移动网络的远程生命体征监测系统的设计[J].生物医学工程学杂志，2015（1）：86?92.
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[4] 黄朝，许鑫，刘敦歌，等.基于多传感器的微弱磁异常信号提取方法研究[J].电子测量技术，2015，38（10）：91?95.
[5] 袁永，段奇智，张毅，等.油井数据采集及高效DLL函数数据传输性能实现[J].计算机与数字工程，2013，41（10）：1628?1631.
[6] 刘健，常莲.基于Bohzmann机的物联网数据分类方法研究[J].激光杂志，2016，37（10）：116?120.
[7] 房延鹏，高泽华，亢雄伟.基于RFID技术安全保障系统的设计与实现[J].物联网技术，2015，5（7）：76?79.
[8] CZIBULA G， MARIAN Z， CZIBULA I G. Detecting software design defects using relational association rule mining [J]. Knowledge and information systems， 2015， 42（3）： 545?577.
[9] 王培锦，路佳宣.基于ZigBee的多传感器智能火灾报警系统[J].物联网技术，2015，5（7）：8?10.
