一种远程医疗数据管理系统及其无线网络通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种远程医疗数据管理系统及其无线网络通信方法，该系统包括通过无线网络进行数据通信的多个无线节点和一个上位机。本发明所达到的有益效果：一台主计算机可以同时对多台受监测仪器进行远程动态监测和数据管理，实现数据资源共享；上位机对无线节点进行了身份认证，限制了仿制节点的使用，安全性也大大地提高；系统能够实时诊测对网络中无线节点的工作状态和数目，对通信过程中的突发情况都能及时自动的作出反应，有效地提高网络吞吐量，一旦通讯环境恢复正常，保证通讯又可及时有序的自动恢复；上位机能够动态地调整各节点与上位机的通讯周期和策略，具有较灵活的适应性，对工作状态可变化的无线节点有很好的管理性，方案简单易行。
【专利说明】一种远程医疗数据管理系统及其无线网络通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种远程医疗数据管理系统及其无线网络通信方法，属于无线通讯【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着计算机网络技术的发展，计算机远程控制监测无线节点的各种监测通信系统不断涌现，但是一般是上位机对固定数目的无线节点进行测量监控，数据采集周期固定，若无线节点中某些无线节点发生故障或者暂时不工作时，通信系统往往会因为这些未工作的无线节点而占用部分的通信时间，造成网络通信效率的降低；当网络中需要增加新的无线节点时，上位机需要重新设定新增无线节点的相关信息，调整网络的通信协议和时序等，才能使新增加节点正常工作，影响了工作效率；若上位机突然关机或者网络出现故障使节点与上位机不能正常通信，无线节点可能仍然在一边采集被监测仪器的数据一边等待与上位机通信，对于有初始握手信号的通讯协议即使上位机又重新上电或者网络恢复正常，若不对无线节点系统进行硬件复位则不能继续正常通讯。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于无线通信网的远程数据通信和节点动态管理的远程医疗数据管理系统及其无线网络通信方法，可对无线网络中节点工作状态和网络状态的变化进行实时监测，对无线节点的通信进行动态管理，具有很强的灵活性和实用价值。
[0004]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:.一种远程医疗数据管理系统，其特征是，包括上位机、无线网络和多个无线节点；每个所述无线节点均与一个被监测仪器连接；所述无线节点通过无线网络连接到所述上位机；所述无线节点实时采集所述被监测仪器的数据，并传送给所述上位机系统；所述上位机动态监测所述无线节点的工作状态，并控制各无线节点发送数据，接收并保存各无线节点发送的数据。
[0005]一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述无线节点与上位机的通信分为如下步骤:
O每个所述无线节点向所述上位机系统报到；所述上位机确认后，将无线节点加入到“激活”节点列表中，上位机向无线节点发送信号，所述无线节点进入工作状态；
2)所述无线节点根据通信周期的要求，向所述上位机发出批量数据通信请求，所述上位机确认请求后与无线节点进行数据通信。
[0006]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述步骤I)中，所述无线节点在向上位机报到时，要向上位机发送无线节点的身份识别信息，所述上位机收到报到信息后，检索身份数据库以确定该无线节点的合法性，对于不合法的节点将不会加入到所述“激活”节点列表。
[0007]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述步骤I)中，所述无线节点作为客户端自动向所述上位机请求连接；若连接成功，每个所述无线节点向上位机发送本节点的报到信息，以供所述上位机识别和管理；若连接不成功，所述无线节点一直等待上位机同意连接请求，若依旧连接不成功，无线节点延后一定时间再次向上位机请求连接。
[0008]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述上位机根据收到的报到信息将无线节点加入到“激活”节点列表中，并统计列表中的节点数量，所述上位机确认节点报到后告知每个已报到的无线节点此时所述“激活”节点列表中的数量。
[0009]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，当无线节点报到成功后，上位机为无线节点分配通信时段和周期，上位机在一个通信周期加上预先设定的延时值内未收到该所述无线节点的数据通信连接请求，则所述无线节点视为失效或掉线，上位机从所述“激活”节点列表中删除该无线节点的报到信息，所述“激活”节点列表中的数量减一；若无线节点报到成功后，在通信周期加上预先设定的延时值内连接不到上位机，则视为通信失败，所述无线节点重新向所述上位机报到，此时无线节点停止对被监测仪器采集数据，并作为客户端自动向上位机发出报到请求；若所述无线节点和上位机通信恢复正常，所述“激活”节点列表中的数量加一，并将所述无线节点的报到信息加入所述“激活”节点列表。
[0010]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述无线节点以所述“激活”节点列表中的数量为依据，自动控制数据缓存大小并动态调整与所述上位机进行的通信周期；所述通信周期由定时器来控制；每次所述定时器溢出时，所述无线节点作为客户端主动请求连接所述上位机并进行报到通信。
[0011]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述步骤2)中，所述无线节点报到成功后进入工作状态，无线节点实时采集并保存与其相连接的被监测仪器的数据；当所述无线节点到达与上位机通信周期所规定的时间时，无线节点作为客户端向上位机发送连接请求；所述无线节点向上位机发送数据通信请求命令，上位机收到请求后，若此时所述上位机的通信通道空闲，则上位机接受所述无线节点的连接数据通信请求；若此时上位机的通信通道不空闲，则上位机将所述无线节点的连接数据通信请求放入一个有序的请求队列中，当上位机的通信通道空闲后，从所述请求队列依次取出连接数据通信请求，并开始与相应无线节点的数据通信。
[0012]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述上位机接收完无线节点采集的数据后，将此时所述“激活”节点列表中的数量发送给该所述无线节点，并断开网络连接结束此次数据通信。
[0013]前述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述无线节点与上位机的报到通信和数据通信是在不同端口进行的，报到通信和数据通信相互独立。
[0014]本发明所达到的有益效果:一台主计算机可以同时对多台受监测仪器进行远程动态监测和数据管理，实现了数据资源共享；上位机对无线节点进行了身份认证，非法节点不能进入网络，限制了仿制节点的使用，安全性也大大地提高；系统能够实时诊测对网络中无线节点的工作状态和数目，对通信过程中的突发情况(如断电、断网、上位机或者无线节点突然关机)等都能及时自动的作出反应，有效地提高了网络吞吐量，一旦通讯环境恢复正常，保证通讯又可及时有序的自动恢复；上位机能够动态地调整各节点与上位机的通讯周期和策略，具有较灵活的适应性，对工作状态可变化的无线节点有很好的管理性，方案简单易行。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是无线远程通信系统示意图；
图2是无线远程数据通信管理方法示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0017]如图1所示的一种远程医疗数据管理系统，包括上位机、无线网络和多个无线节点。无线节点内部包括控制器模块、无线通讯模块和缓存器模块。每个无线节点均与一个被监测仪器连接，无线节点和被监测仪器通过串行口连接，并依据和被监测仪器的通讯协议实时采集被监测仪器的数据。相对于无线网络通信速度，串行通信的速度较慢，为了提高网络通信的效率，无线节点中配置了较大的数据缓存器。无线节点根据上位机通知的“激活”节点数量，在缓存器模块中动态设置一个工作周期内的数据缓存区大小，如上位机每一秒采集一个无线节点的数据一次，网络中有N个“激活”无线节点，则为保证被监测仪器数据的完整性，设置的数据缓存区必须能保存从被监测仪器输出的N秒的数据量。在一个工作周期中，在无线节点控制器模块的控制下，先将从监测仪器上采集的数据写到缓存器模块中；当无线节点收到上位机发送数据的命令后，在控制器模块的控制下，从缓存器模块中快速读取已存储的所有数据信息，并通过无线通讯模块，批量地发送给上位机。
[0018]无线节点通过无线网络连接到上位，实时采集被监测仪器的数据，并传送给上位机系统。上位机动态监测无线节点的工作状态，并控制各无线节点发送数据，接收并保存各无线节点发送的数据。
[0019]一种基于上面远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，无线节点与上位机的通信分为如下步骤:
I)每个无线节点向上位机系统报到；上位机确认后，将无线节点加入到“激活”节点列表中，上位机向无线节点发送信号，无线节点进入工作状态。
[0020]2)无线节点根据通信周期的要求，向上位机发出批量数据通信请求，上位机确认请求后与无线节点进行数据通信。
[0021]具体详细步骤如下:
I)无线节点上电后，主动请求连接上位机，连接成功后，向上位机发送本无线节点的报到信息。
[0022]2)上位机收到IP地址和身份信息后，检索身份数据库，判定无线节点的身份是否合法。
[0023]3)若无线节点的身份合法，上位机将无线节点发来的IP地址保存到“激活”节点列表中，并将列表中无线节点的数目回复无线节点当前处理“激活”状态的无线节点数目N，无线节点据此设置与上位机的通信时段和周期，若无线节点身份非法，则忽略该节点的IP地址消息。
[0024]4)无线节点以N为依据分配能够存储采集监测仪器N秒数据的缓存，开始采集被监测仪器的数据。并且以N作为和上位机的通信周期，即每N秒主动向上位机发出连接请求一次。
[0025]5)上位机收到连接请求且此时上位机空闲，则同意无线节点的连接请求，无线节点连接成功，于是上位机向无线节点发送请求数据指令；如果此时上位机不空闲，则上位机将无线节点的IP地址有序放入“请求连接的节点”队列，等上位机空闲后，再依次从“请求节点”队列中取出提出连接请求的节点的IP地址，并与相应的节点逐个连接和通信。
[0026]6)无线节点接收到上述命令后，将N秒采集到的被监测仪器的数据通过无线网络回复给上位机。
[0027]7)上位机接收数据完毕后回复无线节点此刻网络中“激活”的无线节点数目N’。
[0028]8)无线节点保存新的N’，调整和被监护仪器通信的缓存的大小和与上位机通信的周期。
[0029]9)若在某已“激活”节点通信周期的延时时间内，上位机始终未收到其连接请求，则认为该节点已经关闭，上位机删除保存在“激活”节点列表中的该节点的IP地址，并将N
值减一。
[0030]10)若无线节点请求连接上位机后，在一定时间延时内上位机始终无响应，则认为网络环境异常或者上位机已关机。此刻无线节点无须再采集监护仪器的数据，无线节点状态回到步骤I )，再次等待通讯环境正常后主动向上位机发送连接请求。
[0031]无线节点与上位机的报到通信和数据通信是在不同端口进行的，报到通信和数据通信相互独立。如图2，在上位机网络通信中设置了两个端口号，其中端口一(端口号为8023)用于无线节点的报到和激活，端口二(端口号为8046)用于无线节点与上位机的批量数据通信。
[0032]在步骤I)中，无线节点在向上位机报到时，要向上位机发送无线节点的身份识别信息(由ARM芯片的ID号加密组合而成)，上位机收到报到信息后，检索身份数据库以确定该无线节点的合法性，对于不合法的节点将不会加入到“激活”节点列表。
[0033]无线节点上电后首先作为客户端通过端口一连接上位机，上位机的两个端口一直处于监听状态，无线节点向上位机请求连接:若连接成功，每个无线节点向上位机发送本节点的报到信息，包括IP地址、身份信息等，以供上位机识别和管理；若连接不成功，无线节点一直等待上位机同意连接请求，若依旧连接不成功，无线节点延后一定时间再次向上位机请求连接。
[0034]上位机根据收到的报到信息判断合法后将合法的无线节点加入到“激活”节点列表中，并统计列表中的节点数量，同时上位机告知每个已报到的无线节点此时“激活”节点列表中的数量。于是无线节点被“激活”，即进入工作状态，并关闭网络连接。
[0035]无线节点根据“激活”节点列表中的数量为依据，自动控制数据缓存大小并动态调整与上位机进行的通信周期。通信周期由定时器I来控制，定时器I用于控制节点采集数据时间以及和上位机进行数据通信的时间间隔。
[0036]还设置有定时器II，定时器II的周期时间设置为一个通信周期加上预先设定的延时值。当上位机在定时器II的周期时间内未收到该无线节点的数据通信连接请求，则无线节点视为失效或掉线，上位机从“激活”节点列表中删除该无线节点的报到信息，“激活”节点列表中的数量减一；若无线节点报到成功后，在定时器II的周期时间内连接不到上位机，则视为通信失败，无线节点重新向上位机报到，此时无线节点停止对被监测仪器采集数据，并作为客户端自动向上位机发出报到请求。在无线节点和上位机通信恢复正常后，“激活”节点列表中的数量加一，并将无线节点的报到信息加入“激活”节点列表。
[0037]无线节点报到成功后进入工作状态，无线节点实时采集并保存与其相连接的被监测仪器的数据。当无线节点到达与上位机通信周期所规定的时间时，即当定时器I定时时间到后，无线节点作为客户端以端口二向上位机发送连接请求。无线节点向上位机发送数据通信请求命令，上位机收到请求后，无线节点收到命令后通过W1-Fi上传已缓存的数据，若此时上位机的通信通道空闲，则上位机接受无线节点的连接数据通信请求；若此时上位机的通信通道不空闲，则上位机将无线节点的连接数据通信请求放入一个有序的请求队列中，当上位机的通信通道空闲后，从请求队列依次取出连接数据通信请求，并开始与相应无线节点的数据通信。
[0038]上位机接收完无线节点采集的数据后，将此时“激活”节点列表中的数量发送给该无线节点，并断开网络连接结束此次数据通信。无线节点根据新的数量值分配缓存大小和重新开启定时器I和定时器II。
[0039]本方法中一台主计算机可以同时对多台受监测仪器进行远程动态监测和数据管理，实现了数据资源共享；上位机对无线节点进行了身份认证，非法节点不能进入网络，限制了仿制节点的使用，安全性也大大地提高；系统能够实时诊测对网络中无线节点的工作状态和数目，对通信过程中的突发情况(如断电、断网、上位机或者无线节点突然关机)等都能及时自动的作出反应，有效地提高了网络吞吐量，一旦通讯环境恢复正常，保证通讯又可及时有序的自动恢复；上位机能够动态地调整各节点与上位机的通讯周期和策略，具有较灵活的适应性，对工作状态可变化的无线节点有很好的管理性，方案简单易行。
[0040]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种远程医疗数据管理系统，其特征是，包括上位机、无线网络和多个无线节点；每个所述无线节点均与一个被监测仪器连接；所述无线节点通过无线网络连接到所述上位机；所述无线节点实时采集所述被监测仪器的数据，并传送给所述上位机系统；所述上位机实时监测所述无线节点的工作状态，动态地控制各无线节点发送数据，并接收并保存各无线节点发送的数据。
2.基于权利要求1所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述无线节点与上位机的通信分为如下步骤: 1)每个所述无线节点向所述上位机系统报到；所述上位机确认后，将无线节点加入到“激活”节点列表中，上位机向无线节点发送信号，所述无线节点进入工作状态； 2)所述无线节点根据通信周期的要求，向所述上位机发出批量数据通信请求，所述上位机确认请求后与无线节点进行数据通信。
3.根据权利要求2所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述步骤1)中，所述无线节点作为客户端自动向所述上位机请求连接；若连接成功，每个所述无线节点向上位机发送本节点的报到信息，以供所述上位机识别和管理；若连接不成功，所述无线节点一直等待上位机同意连接请求，若依旧连接不成功，无线节点延后一定时间再次向上位机请求连接。
4.根据权利要求2所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述步骤1)中，所述无线节点在向上位机报到时，要向上位机发送无线节点的身份识别信息，所述上位机收到报到信息后，检索身份数据库以确定该无线节点的合法性，对于不合法的节点将不会加入到所述“激活”节点列表。
5.根据权利要求4所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述上位机根据收到的报到信息将无线节点加入到“激活”节点列表中，并统计列表中的节点数量，所述上位机确认节点报到后告知每个已报到的无线节点此时所述“激活”节点列表中的数量。
6.根据权利要求5所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是， 当无线节点报到成功后，上位机为无线节点分配通信时段和周期，上位机在一个通信周期加上预先设定的延时值内未收到该所述无线节点的数据通信连接请求，则所述无线节点视为失效或掉线，上位机从所述“激活”节点列表中删除该无线节点的报到信息，所述“激活”节点列表中的数量减一； 若无线节点报到成功后，在通信周期加上预先设定的延时值内连接不到上位机，则视为通信失败，所述无线节点重新向所述上位机报到，此时无线节点停止对被监测仪器采集数据，并作为客户端自动向上位机发出报到请求；若所述无线节点和上位机通信恢复正常，所述“激活”节点列表中的数量加一，并将所述无线节点的报到信息加入所述“激活”节点列表。
7.根据权利要求5所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述无线节点以所述“激活”节点列表中的数量为依据，自动控制数据缓存大小并动态调整与所述上位机进行的通信周期；所述通信周期由定时器来控制；每次所述定时器溢出时，所述无线节点作为客户端主动请求连接所述上位机并进行报到通信。
8.根据权利要求2所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述步骤2)中，所述无线节点报到成功后进入工作状态，无线节点实时采集并保存与其相连接的被监测仪器的数据；当所述无线节点到达与上位机通信周期所规定的时间时，无线节点作为客户端向上位机发送连接请求；所述无线节点向上位机发送数据通信请求命令，上位机收到请求后，若此时所述上位机的通信通道空闲，则上位机接受所述无线节点的连接数据通信请求；若此时上位机的通信通道不空闲，则上位机将所述无线节点的连接数据通信请求放入一个有序的请求队列中，当上位机的通信通道空闲后，从所述请求队列依次取出连接数据通信请求，并开始与相应无线节点的数据通信。
9.根据权利要求8所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述上位机接收完无线节点采集的数据后，将此时所述“激活”节点列表中的数量发送给该所述无线节点，并断开网络连接结束此次数据通信。
10.根据权利要求2所述的一种远程医疗数据管理系统的无线网络通信方法，其特征是，所述无线节点与上位机的报到通信和数据通信是在不同端口进行的，报到通信和数据通信相互独立。
【文档编号】H04L29/08GK104270452SQ201410532633
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】李开宇, 宋田田, 王文栋, 杨文 , 袁玉勇, 徐贵力, 房磊, 张波 申请人:南京航空航天大学