CN108632371A - 基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统 - Google Patents

基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，包括数据采集子系统和区块链存储子系统，区块链存储子系统包括多个终端节点、多个超级节点、一中央服务器以及至少一个用户组，每个终端节点连接一数据采集子系统；数据采集子系统用于对设定监测区域内的医疗环境进行监测，获取重症医疗室环境数据并发送至终端节点；超级节点为已累计运行一指定时间，且系统资源丰裕度达一指定值的终端节点，所述系统资源丰裕度为磁盘容量和CPU利用率；所述用户组包括至少一个超级节点，所述用户组内超级节点用以存储重症医疗室环境数据；所述中央服务器用于根据终端节点的运行时间和系统资源丰裕度将终端节点转为超级节点，并组建用户组。

Description

基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统
技术领域
本发明涉及医疗数据管理领域，具体涉及基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统。
背景技术
现有技术中，医疗环境与健康治疗息息相关，重症医疗室环境数据的记录，尤其是重症监护室的重症医疗室环境数据记录，对以后的治疗经验总结起着至关重要作用，因此重症医疗室环境数据需要进行长期保存。
现有数据存储方式普遍采用中心存储方式，适用于各家公司研发的封闭系统使用，适合单次或少数几次重症医疗室环境数据的管理，由于数据采用集中存储、集中处理的方式，对于数据存储系统的性能、稳定性和安全性要求较高，从而导致数据管理成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，包括数据采集子系统和区块链存储子系统，所述的区块链存储子系统包括多个终端节点、多个超级节点、一中央服务器以及至少一个用户组，其中每个终端节点连接一数据采集子系统；所述数据采集子系统用于对设定监测区域内的医疗环境进行监测，获取重症医疗室环境数据并发送至终端节点；所述超级节点为已累计运行一指定时间，且系统资源丰裕度达一指定值的终端节点，所述系统资源丰裕度为磁盘容量和CPU利用率；所述用户组包括至少一个超级节点，所述用户组内超级节点用以存储重症医疗室环境数据，当所述用户组内超级节点为多个时，所述用户组内各超级节点间重症医疗室环境数据相同；所述中央服务器用于根据终端节点的运行时间和系统资源丰裕度将终端节点转为超级节点，并组建用户组，所述中央服务器还用于用户组内各超级节点间存储的重症医疗室环境数据的同步；数据采集子系统包括基站和多个传感器节点，传感器节点用于采集设定监测区域内的重症医疗室环境数据，基站用于汇聚传感器节点采集的重症医疗室环境数据，并将汇聚的重症医疗室环境数据发送至与其连接的终端节点。
优选地，所述重症医疗室环境数据以区块链形式存储于超级节点中；每个区块链对应一数据采集子系统的重症医疗室环境数据；所述区块链由多个数据块组成，每个数据块对应一个时间段的重症医疗室环境数据；所述区块链中，数据块按照数据块所对应重症医疗室环境数据的生成时间先后排列。
优选地，所述数据块由首字段、中间数据字段和尾字段组成；所述中间数据字段为一个时间段的重症医疗室环境数据；所述尾字段为当前数据块的哈希值，计算数据块中除尾字段外其它所有字段数据生成当前数据块的哈希值；所述首字段为前一数据块尾字段写入的哈希值；所述区块链中，第一个数据块的首字段为设定的数据标识字段。
优选地，所述超级节点定期向所述根节点服务器报告自身运行状态，以及响应根节点服务器的运行状态查询指令；若所述超级节点的运行状态未报告次数以及运行状态查询指令未响应次数达到设定值，则所述超级节点降级为终端节点；所述运行状态包含超级节点自身的系统资源丰裕度、运行时间以及重症医疗室环境数据允许存储量。
本发明的有益效果为：采用无线传感器网络技术获取重症医疗室环境数据，无需布线，节省人力物力，可扩展性好；终端节点对应一数据采集子系统，并将业务量大的终端节点生成为超级节点，多个超级节点进行重症医疗室环境数据的存储，即采用分布式的数据存储方式，有效降低了数据遗失的风险，降低对数据存储设备的管理成本。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的系统结构连接框图；
图2是本发明一个示例性实施例的区块链存储子系统的结构示意图。
附图标记：
数据采集子系统1、区块链存储子系统2、终端节点10、超级节点20、用户组30、中央服务器40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供了基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，包括数据采集子系统1和区块链存储子系统2，所述的区块链存储子系统2包括多个终端节点10、多个超级节点20、一中央服务器40以及至少一个用户组30，其中每个终端节点10连接一数据采集子系统1；所述数据采集子系统1用于对设定监测区域内的医疗环境进行监测，获取重症医疗室环境数据并发送至终端节点10；所述超级节点20为已累计运行一指定时间，且系统资源丰裕度达一指定值的终端节点10，所述系统资源丰裕度为磁盘容量和CPU利用率；所述用户组30包括至少一个超级节点20，所述用户组30内超级节点20用以存储重症医疗室环境数据，当所述用户组30内超级节点20为多个时，所述用户组30内各超级节点20间重症医疗室环境数据相同；所述中央服务器40用于根据终端节点10的运行时间和系统资源丰裕度将终端节点10转为超级节点20，并组建用户组30，所述中央服务器40还用于用户组30内各超级节点20间存储的重症医疗室环境数据的同步。
其中，数据采集子系统1包括基站和多个传感器节点，传感器节点用于采集设定监测区域内的重症医疗室环境数据，基站用于汇聚传感器节点采集的重症医疗室环境数据，并将汇聚的重症医疗室环境数据发送至与其连接的终端节点10。
在一个实施例中，所述重症医疗室环境数据以区块链形式存储于超级节点20中；每个区块链对应一数据采集子系统1的重症医疗室环境数据；所述区块链由多个数据块组成，每个数据块对应一个时间段的重症医疗室环境数据；所述区块链中，数据块按照数据块所对应重症医疗室环境数据的生成时间先后排列。
在一个实施例中，所述数据块由首字段、中间数据字段和尾字段组成；所述中间数据字段为一个时间段的重症医疗室环境数据；所述尾字段为当前数据块的哈希值，计算数据块中除尾字段外其它所有字段数据生成当前数据块的哈希值；所述首字段为前一数据块尾字段写入的哈希值；所述区块链中，第一个数据块的首字段为设定的数据标识字段。
在一个实施例中，所述超级节点20定期向所述根节点服务器报告自身运行状态，以及响应根节点服务器的运行状态查询指令；若所述超级节点20的运行状态未报告次数以及运行状态查询指令未响应次数达到设定值，则所述超级节点20降级为终端节点10；所述运行状态包含超级节点20自身的系统资源丰裕度、运行时间以及重症医疗室环境数据允许存储量。
本发明上述实施例采用无线传感器网络技术获取重症医疗室环境数据，无需布线，节省人力物力，可扩展性好；终端节点10对应一数据采集子系统1，并将业务量大的终端节点10生成为超级节点20，多个超级节点20进行重症医疗室环境数据的存储，即采用分布式的数据存储方式，有效降低了数据遗失的风险，降低对数据存储设备的管理成本。
在一个实施例中，网络初始化时，基站向所有传感器节点广播邻居节点列表构建消息，收到该邻居节点列表构建消息后，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，并构建邻居节点列表。
在一个实施例中，传感器节点与基站为单跳距离时，传感器节点直接将采集的重症医疗室环境数据发送至基站；传感器节点与基站为多跳距离时，传感器节点根据设定的路由策略向基站发送所采集的重症医疗室环境数据；其中，所述设定的路由策略具体包括：
(1)传感器节点从自己的一跳邻居节点中选择到基站距离比自身到基站的距离较小的邻居节点作为初选转发节点，归入初选转发节点集合；
(2)传感器节点将初选转发节点集中满足下列条件的传感器节点作为候选转发节点，归入候选转发节点集合中，并在候选转发节点集合中选择一个传感器节点作为下一跳，将重症医疗室环境数据包发送给该下一跳：
式中，Qj为传感器节点i的初选转发节点集合中初选转发节点j的当前剩余能量，Qjc为初选转发节点j转发一个重症医疗室环境数据包到下一跳所消耗的能量，nj为目前初选转发节点j已存储的需要转发的重症医疗室环境数据包个数，e为设定的能量衰减系数，mi为传感器节点i需转发给下一跳的重症医疗室环境数据包数目，Qjr为初选转发节点j接收一个新的重症医疗室环境数据包所消耗的能量，Uj为初选转发节点j的当前剩余带宽，UT为设定的带宽下限，f(Uj-UT)为设定的取值函数，当Uj-UT>0时，f(Uj-UT)＝1，当Uj-UT≤0时，f(Uj-UT)＝0。
本实施例创新性地提出了候选转发节点集合的选择机制，通过该机制选择能够作为下一跳的候选转发节点，能够保障重症医疗室环境数据能够向基站方向传输，并且确保候选转发节点具有足够的可用宽带和能量资源，避免因为传感器节点资源不足而造成丢包的问题，从而保障重症医疗室环境数据中继传输的可靠性。
特别地，由于传感器节点的资源一直在消耗和变化，设置传感器节点定期更新自己的候选转发节点集合。
在一个实施例中，传感器在候选转发节点集合中选择优先级最高的候选转发节点作为下一跳；其中，由候选转发节点计算自身的优先级并将自己的优先级信息反馈给上一跳的传感器节点，传感器节点接收到候选转发节点反馈回的优先级信息后对候选转发节点集合中的候选转发节点按优先级从大到小的顺序进行排序，得到转发优先级列表；设定优先级的计算公式为：
式中，Uk为传感器节点i的候选转发节点k的当前剩余带宽，UT为设定的带宽下限，Qk为候选转发节点k的当前剩余能量，Qkc为候选转发节点k转发一个重症医疗室环境数据包到下一跳所消耗的能量，nk为目前候选转发节点k已存储的需要转发的重症医疗室环境数据包个数，e为设定的能量衰减系数，mi为传感器节点i需转发给下一跳的重症医疗室环境数据包数目，Qkr为候选转发节点k接收一个新的重症医疗室环境数据包所消耗的能量，Qk0为候选转发节点k的初始能量，di,o为传感器节点i到基站的距离，dk,o为候选转发节点k到基站的距离，y1、y2、y3为设定的权重值，且满足y1+y2+y3＝1。
本实施例创新性地设定了候选转发节点的优先级的计算公式，使得传感器节点能够得到候选转发节点的转发优先级列表；
本实施例中，传感器节点在候选转发节点集合中选择转发优先级列表中优先级最高的候选转发节点作为下一跳，有利于率先使用资源更为充足、能力更强的候选转发节点进行重症医疗室环境数据包的转发，为重症医疗室环境数据包的转发提供更好的服务质量，且有益于均衡各候选转发节点的负载，在整体上延长了网络的生命周期，提高了重症医疗室环境数据管理系统在数据采集方面的可靠性。
在一个实施例中，网络每运行一个时间段后，基站计算各传感器节点的信任值Si，当Si小于设定的信任值阈值时，基站将对应的传感器节点i判定为恶意节点，并向所有传感器节点广播恶意节点的标识，若传感器节点的候选转发节点集中包含该恶意节点，传感器节点则将候选转发节点集中的该恶意节点删除，并更新转发优先级列表；其中，传感器节点的信任值Si的计算公式为：
式中，Si(t)表示传感器节点i在网络运行的第t个时间段的信任值，Si(t-1)为传感器节点i在网络运行的第t-1个时间段的信任值，每个传感器节点皆设有初始信任值，A为设定的信任值衰减系数，A>1，Ni为传感器节点i的一跳邻居节点个数，rl为在前一个时间段内所述第l个邻居节点的所有更新的候选转发节点集合中，包含了传感器节点i的候选转发节点集合个数；Rl为传感器节点i的第l个邻居节点在前一个时间段内更新候选转发节点集合的次数。
本实施例创造性地通过基站对各传感器节点的信任值进行定期检测，其中仅仅利用传感器节点充当候选转发节点的情况来判定传感器节点的受信任程度，具备一定的鲁棒性，且无需收集更多关于传感器节点的其他信息就能进行恶意节点的判断，简单便捷。
本实施例中若传感器节点的候选转发节点集中包含该恶意节点，传感器节点则将候选转发节点集中的该恶意节点删除，并更新转发优先级列表，有利于进一步提高重症医疗室环境数据传输的可靠性和安全性，提高重症医疗室环境数据管理系统的稳定性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，其特征是，包括数据采集子系统和区块链存储子系统，所述的区块链存储子系统包括多个终端节点、多个超级节点、一中央服务器以及至少一个用户组，其中每个终端节点连接一数据采集子系统；所述数据采集子系统用于对设定监测区域内的医疗环境进行监测，获取重症医疗室环境数据并发送至终端节点；所述超级节点为已累计运行一指定时间，且系统资源丰裕度达一指定值的终端节点，所述系统资源丰裕度为磁盘容量和CPU利用率；所述用户组包括至少一个超级节点，所述用户组内超级节点用以存储重症医疗室环境数据，当所述用户组内超级节点为多个时，所述用户组内各超级节点间重症医疗室环境数据相同；所述中央服务器用于根据终端节点的运行时间和系统资源丰裕度将终端节点转为超级节点，并组建用户组，所述中央服务器还用于用户组内各超级节点间存储的重症医疗室环境数据的同步；数据采集子系统包括基站和多个传感器节点，传感器节点用于采集设定监测区域内的重症医疗室环境数据，基站用于汇聚传感器节点采集的重症医疗室环境数据，并将汇聚的重症医疗室环境数据发送至与其连接的终端节点。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，其特征是，所述重症医疗室环境数据以区块链形式存储于超级节点中；每个区块链对应一数据采集子系统的重症医疗室环境数据；所述区块链由多个数据块组成，每个数据块对应一个时间段的重症医疗室环境数据；所述区块链中，数据块按照数据块所对应重症医疗室环境数据的生成时间先后排列。
3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，其特征是，所述数据块由首字段、中间数据字段和尾字段组成；所述中间数据字段为一个时间段的重症医疗室环境数据；所述尾字段为当前数据块的哈希值，计算数据块中除尾字段外其它所有字段数据生成当前数据块的哈希值；所述首字段为前一数据块尾字段写入的哈希值；所述区块链中，第一个数据块的首字段为设定的数据标识字段。
4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，其特征是，所述超级节点定期向所述根节点服务器报告自身运行状态，以及响应根节点服务器的运行状态查询指令；若所述超级节点的运行状态未报告次数以及运行状态查询指令未响应次数达到设定值，则所述超级节点降级为终端节点；所述运行状态包含超级节点自身的系统资源丰裕度、运行时间以及重症医疗室环境数据允许存储量。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，其特征是，传感器节点与基站为单跳距离时，传感器节点直接将采集的重症医疗室环境数据发送至基站；传感器节点与基站为多跳距离时，传感器节点根据设定的路由策略向基站发送所采集的重症医疗室环境数据；其中，所述设定的路由策略具体包括：
(1)传感器节点从自己的一跳邻居节点中选择到基站距离比自身到基站的距离较小的邻居节点作为初选转发节点，归入初选转发节点集合；
(2)传感器节点将初选转发节点集中满足下列条件的传感器节点作为候选转发节点，归入候选转发节点集合中，并在候选转发节点集合中选择一个传感器节点作为下一跳，将重症医疗室环境数据包发送给该下一跳：
式中，Qj为传感器节点i的初选转发节点集合中初选转发节点j的当前剩余能量，Qjc为初选转发节点j转发一个重症医疗室环境数据包到下一跳所消耗的能量，nj为目前初选转发节点j已存储的需要转发的重症医疗室环境数据包个数，e为设定的能量衰减系数，mi为传感器节点i需转发给下一跳的重症医疗室环境数据包数目，Qjr为初选转发节点j接收一个新的重症医疗室环境数据包所消耗的能量，Uj为初选转发节点j的当前剩余带宽，UT为设定的带宽下限，f(Uj-UT)为设定的取值函数，当Uj-UT>0时，f(Uj-UT)＝1，当Uj-UT≤0时，f(Uj-UT)＝0。
6.根据权利要求5所述的基于区块链技术的重症医疗室环境数据管理系统，其特征是，传感器在候选转发节点集合中选择优先级最高的候选转发节点作为下一跳；其中，由候选转发节点计算自身的优先级并将自己的优先级信息反馈给上一跳的传感器节点，传感器节点接收到候选转发节点反馈回的优先级信息后对候选转发节点集合中的候选转发节点按优先级从大到小的顺序进行排序，得到转发优先级列表。
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