CN113362940B - 一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法 - Google Patents

一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法，该方法依次进行节点划分与交易说明，节点分群，节点群分层，交易信息的共识上链，交易顺序层级划分以及监管节点的选举与工作。本发明采用区块链节点群分层技术，将物资调度流程去中心化，大大提高中心调度模式下的时间效率，减少因流程繁琐造成的使用不便等情况，并有效减少了各分区数据库中的存储占用，提高存储空间利用率，同时引入穿透式监管，通过监管节点对于各节点物资的监控，可以有效防止资源被滥用或虚假交易的产生。

Description

一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法
技术领域
本发明涉及区块链、联盟链内部交易、穿透式监管和分布式网络等技术，具体涉及一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法。
背景技术
随着互联网络的快速发展，大数据时代下产生的日均信息量十分庞大，集中式存储的信息遭受攻击进而威胁公民隐私安全的问题屡屡发生，信息的安全存储与交换得到了人们的广泛关注。而区块链技术作为一种以密码学方法保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本，本质上是一个共享的数据库，这个数据库用于存储、分享数据或信息，并且其中的信息具有不可伪造、可溯源、公开透明、集体维护等显著特征，能有效解决当前数据中心化存储带来的信息不可信问题。
现今环境下，区块链技术与多领域进行了有效的集成应用，医疗卫生领域中，在现有调配体系中，重要物资或医疗设备的调用常常需要通过核心医院集中调度，而调度过程中也需要层层申请与批准，费时费力，容易错过合适的救助时间。
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的集成应用，其中共识机制保证了链上数据的可靠性，而共识过程实现了数据的完整共享，因此并不需要所有节点各自保存完整副本，只要通过共识方法就能使得成员在有需求时获得完整账本信息，智能合约的存在也使得很多程序化的条目、要求、步骤可以自动执行，节省大量时间，能够有效解决医疗设备调用中出现的时间开销过大等问题。联盟链是指由若干机构共同参与管理的区块链，链中节点(或机构)权限范围指定，共同记录所有的交易信息，并具有强身份认证、高隐私安全、高性能、强大的数据承载量等主要技术特点，在区块链的实际应用中用途广泛，考虑到珍贵医疗设备的重要性以及医疗卫生机构的特殊性，由医疗卫生机构为节点组建的区块链网络完全可以看作是联盟链网络，该网络有着严格的准入原则，内部交易安全性与节点的可信赖性可以得到保障。
在此基础上引入穿透式监管，穿透式监管，属于证监会的监管的方式，是指监管部门可以看穿投资者的证券账户，清楚掌握每一个账户的情况。不看报单，不看撤单，更不看成交，因为登录信息涵盖了你的所有交易信息，登录几次就会采集几次信息。此种监管方式显然也可以引入到重要物资监管体系中，通过监管节点对于各节点物资的监控，可以有效防止资源被滥用或虚假交易的产生。
发明内容
本发明应用环境为医疗卫生机构组成的联盟链环境，为了解决医疗卫生领域(医院、卫生所等)在现有的调度模式下，因需要服从于中心调度，容易浪费时间，影响紧急情况的解决，造成使用不便等情况，并为了减少各分区数据库中的存储浪费问题，提出了一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法，该方法具体包括如下步骤：
S1、节点划分与交易说明
所有参与物资、设施调配的医疗卫生设施机构各为一个节点，不同医疗卫生设施机构之间医疗设施器械、物资的调度视作不同节点之间的交易；
S2、节点分群，节点群分层
所有节点首先按照最小一级地域范围分为N1个一级节点群，所述最小一级地域范围为市县一级地域大小，即某一市内所有医疗卫生设施机构全部在同一个一级节点群中，一级节点群中按照共识算法选出更高一级别的机构作为一级群全节点，负责记录该一级节点群内的所有医疗设施交易，每个一级节点群内维护一条独立的区块链；其次按照更大一级地域范围分为N2个二级节点群，所述更大一级地域范围为省、直辖市一级地域大小，一级群全节点作为各二级节点群中的参与节点，即某一省内所有一级群全节点位于同一个二级节点群内，二级节点群中按照共识算法选出更高一级别的机构作为二级群全节点，负责记录该二级节点群内的所有医疗设施交易，每个二级节点群内维护一条独立的区块链；最后按照最高一级地域范围划定一个三级节点群，所述最高一级地域范围为国家一级地域大小，各二级群全节点作为三级节点群的参与节点，同时按照共识算法选出最高一级别的机构作为三级群全节点，三级节点群维护一条独立的区块链，其中，N1≥2且N1为整数，N2<N1且N2为整数；
S3、交易信息的共识上链
每个一级、二级、三级节点群中都会有独立的交易，所谓交易即同一级节点群中关联的医疗卫生设施机构相互之间的器械、物资的调度，任意一个节点群内任何一笔交易都会由该节点群内的全节点广播到群，进行交易验证，在群内达成共识以后，交易信息经由排序节点打包成区块，向群内广播，广播的区块被群内的全节点获取，全节点对区块信息进行简单验证通过后，将其上链存储在该群共享存储的账本中，每个节点群都有一条独立的上链账本，如果没有成功达成共识，则该笔交易被抛弃；
S4、交易顺序层级划分
全网总共构建有三个级别的节点群，各个节点群内的交易不会影响同级别其他节点群的交易；
某一节点有设备资源需求的时候，首先向自身所在的一级节点群网络中的全节点发起调配请求，一级群全节点通过访问该一级节点群的账本内容，筛选出有该资源并且可以被调配的节点，如果找到满足要求的节点，则将其告知需求节点，需求节点与调配节点进行交易，交易广播到一级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块再次广播到该一级节点群网络中，一级群全节点捕获到区块进行简单验证，其后将区块上链存储于该一级节点群网络共享存储的账本中；
如果没有在所在一级节点群中找到满足要求的节点，则该一级群全节点，称为一级群全节点1会将需求发送到其所在的二级节点群的全节点，通过该二级群全节点找到满足要求的另一个一级节点群的全节点2，一级群全节点2在自己的一级节点群中发起资源调配，将相应资源调配到自身，一级群全节点1在该二级节点群中向一级群全节点2发起新的交易，交易内容广播到所在二级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由二级群全节点存储于该二级节点群网络共享存储的账本中，其后需求节点与自身一级群全节点1进行交易，并由一级群全节点1在一级节点群共享存储的账本中进行记录；
若在相应的二级节点群中仍未找到满足要求的节点，则通过需求节点所在的二级群全节点在三级节点群中发起交易，该二级群全节点，称为二级群全节点a会将需求发送到三级节点群的全节点，通过三级群全节点找到满足要求的另一个二级节点群的全节点b，二级群全节点b在自己的二级节点群中进行发起资源调配，将相应资源调配到自身，二级群全节点a在三级节点群中向二级群全节点b发起新的交易，交易内容广播到所在三级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由三级群全节点存储于三级节点群网络共享存储的账本中，其后需求节点所在的一级节点群的全节点与自身二级群全节点a进行交易，并由二级群全节点a在二级节点群共享存储的账本中进行记录，然后需求节点与自身一级群全节点进行交易，并由一级群全节点在一级节点群共享存储的账本中进行记录，最终将所需资源调配给需求节点；
如果一直没有找到合适节点，则按照三级群全节点-二级群全节点a-一级群全节点1-需求节点的路径逐级返回没有合适资源的消息，本轮交易失败；
S5、监管节点的选举与工作
各个节点群内分别通过共识选举出负责监管的监管节点，监管节点负责联盟链中的穿透式监管，监管节点用于看穿节点的物资账户，清楚掌握每一个节点的物资调配情况，防止出现私用、调配失误浪费资源的情况，各监管节点定时访问所在节点群与该节点群中除全节点和监管节点之外的其他各网络节点的资源存储情况，对于失败交易进行检查。
本发明采用了区块链节点群分层技术，提出了一个穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法，该方法区别于现有的传统中心调度模式，将物资调度流程去中心化，能大大提高中心调度模式下的时间效率，减少因流程繁琐造成的使用不便等情况，并可以有效减少各分区数据库中的存储占用，提高存储空间利用率。
附图说明
图1是本发明的节点分群分层流程图
图2是本发明的交易信息上链流程图
图3是本发明的交易流程图
图4是本发明的选举监管节点流程图
图5是本发明的实施例模型结构图
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法，该方法具体包括如下步骤：
1、节点划分与交易说明
本发明中所有参与物资、设施调配的医疗卫生设施机构各为一个节点，不同医疗卫生设施机构之间医疗设施器械、物资的调度视作不同节点之间的交易。
2、节点分群，节点群分层
如图1所示，所有节点首先按照最小一级的地域范围(如市县一级地域大小)分为若干一级群，即某一市内所有医疗卫生设施机构(即图1中的医疗设施机构)全部在同一个一级群(即一级节点群)中，一级群中按照共识算法选出更高一级别的机构作为一级群全节点，负责记录该一级群内的所有医疗设施交易，每个一级群内维护一条独立的区块链；其次按照更大一级地域范围(如省、直辖市一级)分为若干二级群(即二级节点群)，一级群的全节点作为各二级群中的参与节点，即某一省内所有一级群的全节点位于同一个二级群内，二级群中按照共识算法选出更高一级别的机构作为二级群全节点，负责记录该二级群内的所有医疗设施交易，每个二级群内维护一条独立的区块链；最后按照最高一级的地域范围(如国家一级)划定一个三级群(即三级节点群)，二级群的全节点作为三级群的参与节点，同时按照共识算法选出最高一级别的机构作为三级群全节点，三级群维护一条独立的区块链。
3、交易信息的共识上链
如图2所示，每个一级、二级、三级群中都会有独立的交易，(所谓交易即同一级群中关联的医疗卫生设施机构相互之间的器械、物资的调度)，任意一个节点群内任何一笔交易都会由该节点群内的全节点广播到群，进行交易验证，在群内达成共识以后，交易信息经由排序节点打包成区块，向群内广播，广播的区块被群内的全节点获取，全节点对区块信息进行简单验证通过后，将其上链存储在该群共享存储的账本中，每个节点群都有一条独立的上链账本。如果没有成功达成共识，则该笔交易被抛弃。
4、交易顺序层级划分
全网总共构建有三个级别的节点群，其中一级节点群N1个(N1≥2且N1为整数)，二级节点群N2个(N2<N1且N2为整数)，三级节点群一个，各个节点群内的交易不会影响同级别其他节点群的交易，交易流程如图3所示。
某一节点有设备资源需求的时候，首先向自身所在的一级节点群网络中的全节点发起调配请求，一级全节点会通过访问该节点群的账本内容，筛选出有该资源，并且可以被调配的节点，如果找到了满足要求的节点，则将其告知需求节点，需求节点与调配节点进行交易，交易广播到一级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块再次广播到该一级节点群网络中，一级全节点捕获到区块进行简单验证，其后将区块上链存储于该一级节点群网络共享存储的账本中。
如果没有在所在一级节点群中找到满足要求的节点，则该一级节点群全节点(称为一级群全节点1)会将需求发送到所在二级节点群的全节点，通过二级群全节点找到满足要求的另一个一级节点群的全节点2，一级群全节点2在自己的一级节点群中进行发起资源调配，将相应资源调配到自身，一级群全节点1在二级节点群中向一级群全节点2发起新的交易，交易内容广播到所在二级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由二级群全节点存储于该二级节点群网络共享存储的账本中，其后需求节点与自身一级群全节点1进行交易，并由一级群全节点1在一级节点群共享存储的账本中进行记录。
若在相应的二级节点群中仍未找到满足要求的节点，则通过需求节点所在的二级群全节点在三级节点群中发起交易，该二级群全节点(称为二级群全节点a)会将需求发送到三级节点群的全节点，通过三级群全节点找到满足要求的另一个二级节点群的全节点b，二级群全节点b在自己的二级节点群中进行发起资源调配，将相应资源调配到自身，二级群全节点a在三级节点群中向二级群全节点b发起新的交易，交易内容广播到所在三级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由三级全节点存储于三级节点群网络共享存储的账本中，其后需求节点所在的一级节点群全节点与自身二级群全节点a进行交易，并由二级群全节点a在二级群共享存储的账本中进行记录，然后需求节点与自身一级群全节点进行交易，并由一级群全节点在一级节点群共享存储的账本中进行记录，最终将所需资源调配给需求节点。
资源调配如前所述，最终返回到一级节点群中，调配给需求节点。
如果一直没有找到合适节点，则按照三级群全节点-二级群全节点a-一级群全节点1-需求节点的路径逐级返回没有合适资源的消息，本轮交易失败。
5、监管节点的选举与工作
如图4所示，各个节点群内分别通过共识选举出负责监管的监管节点，然后将选举结果广播到全群，以便进行验证达成共识，若验证达成共识，则确认选定监管节点；若未验证达成共识，则重新通过共识选举出负责监管的监管节点。监管节点负责联盟链中的穿透式监管，监管节点可以看穿节点的物资账户，清楚掌握每一个节点的物资调配情况，防止出现私用、调配失误浪费资源等等情况，因为监管节点掌握的资源最为重要，因此在选举监管节点时，共识算法的使用十分重要，通常情况下选取网络中的管理员作为监管节点。各监管节点定时访问所在节点群与该节点群中各节点(除全节点和监管节点之外的网络节点)资源存储情况，对于失败交易进行检查。
实施例一
如图5所示，本实施例以Z国-S省-C市三个层级的医疗卫生设施机构为例进行描述。
节点群的划分如下步骤所述：
S1：C市区所有医疗卫生设施机构均视作节点组网，组成一个一级节点群。
S2：按照行政等级的共识选定行政等级最高的医院作为C市一级节点群的全节点，管理员节点作为监管节点。
S3：以此类推组建其他所有市县一级的一级节点群，并选定各一级节点群的全节点与监管节点。
S4：C市、L市等一级节点群的全节点作为网络节点构建S省二级节点群，该二级节点群内按照行政等级共识选定行政等级最高的医院作为S省二级节点群的全节点，管理员节点作为监管节点，其中全节点可以作为交易任何一方，监管节点一般不参与交易过程。
S5：以此类推构建其他所有省、直辖市一级的二级节点群，选定各二级节点群的全节点与监管节点。
S6：A省、H省、B直辖市等二级节点群的全节点作为网络节点构建Z国国家医疗机构三级节点群，该三级节点群内按照行政等级共识选定行政等级最高的医院作为该三级节点群的全节点，管理员节点作为监管节点。
具体交易流程如下步骤所述：
S1：C市HX医院向C市一级节点群的全节点申请调配中子刀。
S2：C市一级节点群的全节点访问C市一级医疗联盟链，查找配有可调配中子刀的市内医院。
S3：(1)如若找到拥有可调配中子刀的市内医院HA，则将HA通知给HX医院，HX医院与HA进行资源调配交易，交易信息在C市一级医疗联盟网络中广播达成共识以后，交由排序节点打包区块，经由C市一级节点群的全节点检查上链存储于C市一级医疗联盟链中，结束本轮交易。
(2)如果没有找到合适节点，C市节点群的全节点则在S省二级节点群中，向S省二级节点群的全节点申请调配中子刀，并继续进行步骤S4。
S4：S省二级节点群的全节点访问S省二级医疗联盟链，查找配有可调配中子刀的一级节点群。
S5：(1)如若找到合适的一级节点群L市，L市一级节点群的全节点在自己的一级节点群中发起资源调配，与拥有可调配中子刀的市内医院进行交易，将相应资源调配到自身，C市一级节点群的全节点在S省二级节点群中向L市一级节点群的全节点发起新的交易，交易内容广播到S省二级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由S省二级节点群的全节点存储于该二级节点群网络共享存储的账本中，其后C市全节点再与HX医院进行资源调配交易，并由C市全节点在一级节点群共享存储的账本中进行记录，结束本轮交易。
(2)如果没有找到合适节点，S省全节点则在Z国国家医疗机构三级节点群中向国家三级网络全节点申请调配中子刀，并继续进行步骤S6。
S6：国家三级网络全节点访问三级医疗联盟链，查找配有可调配中子刀的二级节点群。
S7：(1)如若找到合适的二级节点群B直辖市(S省二级节点群的全节点与B直辖市的全节点在同一个三级节点群里，它们之间具有联通路径，可以进行交互)，则将B市二级节点群的全节点D通知给S省全节点，D在自己的城市内，(这里因为B为直辖市，直辖市是有城市一级的节点群，可以理解为它的节点群构造是一级的构造，但是它的地位是二级群的地位)与拥有可调配中子刀的市内医院进行交易，并将交易信息上链以后，S省全节点与B市全节点D进行交易，相应的交易信息由Z国三级节点群排序节点打包成区块，交由Z国全节点存储于Z国三级医疗联盟链中，物资调配给S省以后，由S省全节点调配给C市全节点，交易信息存储于S省二级医疗联盟链中，C市全节点再与HX医院进行资源调配交易，交由网络中排序节点打包区块，经由C市全节点检查上链存储于C市一级医疗联盟链中，结束本轮交易。
(2)如果没有找到合适节点，则按照Z国三级群全节点-S省二级群全节点-C市一级群全节点-HX医院的路径逐级返回没有合适资源的消息，本轮交易失败。
S8：整个网络的监管节点定时访问各节点群与各节点(除全节点和监管节点之外的网络节点)资源存储情况，对于失败交易进行检查。
以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：
S1、节点划分与交易说明
所有参与物资、设施调配的医疗卫生设施机构各为一个节点，不同医疗卫生设施机构之间医疗设施器械、物资的调度视作不同节点之间的交易；
S2、节点分群，节点群分层
所有节点首先按照最小一级地域范围分为N1个一级节点群，所述最小一级地域范围为市县一级地域大小，即某一市内所有医疗卫生设施机构全部在同一个一级节点群中，一级节点群中按照共识算法选出更高一级别的机构作为一级群全节点，负责记录该一级节点群内的所有医疗设施交易，每个一级节点群内维护一条独立的区块链；其次按照更大一级地域范围分为N2个二级节点群，所述更大一级地域范围为省、直辖市一级地域大小，一级群全节点作为各二级节点群中的参与节点，即某一省内所有一级群全节点位于同一个二级节点群内，二级节点群中按照共识算法选出更高一级别的机构作为二级群全节点，负责记录该二级节点群内的所有医疗设施交易，每个二级节点群内维护一条独立的区块链；最后按照最高一级地域范围划定一个三级节点群，所述最高一级地域范围为国家一级地域大小，各二级群全节点作为三级节点群的参与节点，同时按照共识算法选出最高一级别的机构作为三级群全节点，三级节点群维护一条独立的区块链，其中，N1≥2且N1为整数，N2<N1且N2为整数；
S3、交易信息的共识上链
每个一级、二级、三级节点群中都会有独立的交易，所谓交易即同一级节点群中关联的医疗卫生设施机构相互之间的器械、物资的调度，任意一个节点群内任何一笔交易都会由该节点群内的全节点广播到群，进行交易验证，在群内达成共识以后，交易信息经由排序节点打包成区块，向群内广播，广播的区块被群内的全节点获取，全节点对区块信息进行简单验证通过后，将其上链存储在该群共享存储的账本中，每个节点群都有一条独立的上链账本，如果没有成功达成共识，则该笔交易被抛弃；
S4、交易顺序层级划分
全网总共构建有三个级别的节点群，各个节点群内的交易不会影响同级别其他节点群的交易；
某一节点有设备资源需求的时候，首先向自身所在的一级节点群网络中的全节点发起调配请求，一级群全节点通过访问该一级节点群的账本内容，筛选出有该资源并且可以被调配的节点，如果找到满足要求的节点，则将其告知需求节点，需求节点与调配节点进行交易，交易广播到一级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块再次广播到该一级节点群网络中，一级群全节点捕获到区块进行简单验证，其后将区块上链存储于该一级节点群网络共享存储的账本中；
如果没有在所在一级节点群中找到满足要求的节点，则该一级群全节点，称为一级群全节点1会将需求发送到其所在的二级节点群的全节点，通过该二级群全节点找到满足要求的另一个一级节点群的全节点2，一级群全节点2在自己的一级节点群中发起资源调配，将相应资源调配到自身，一级群全节点1在该二级节点群中向一级群全节点2发起新的交易，交易内容广播到所在二级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由二级群全节点存储于该二级节点群网络共享存储的账本中，其后需求节点与自身一级群全节点1进行交易，并由一级群全节点1在一级节点群共享存储的账本中进行记录；
若在相应的二级节点群中仍未找到满足要求的节点，则通过需求节点所在的二级群全节点在三级节点群中发起交易，该二级群全节点，称为二级群全节点a会将需求发送到三级节点群的全节点，通过三级群全节点找到满足要求的另一个二级节点群的全节点b，二级群全节点b在自己的二级节点群中进行发起资源调配，将相应资源调配到自身，二级群全节点a在三级节点群中向二级群全节点b发起新的交易，交易内容广播到所在三级节点群全网，通过共识后交由排序节点打包成区块，由三级群全节点存储于三级节点群网络共享存储的账本中，其后需求节点所在的一级节点群的全节点与自身二级群全节点a进行交易，并由二级群全节点a在二级节点群共享存储的账本中进行记录，然后需求节点与自身一级群全节点进行交易，并由一级群全节点在一级节点群共享存储的账本中进行记录，最终将所需资源调配给需求节点；
如果一直没有找到合适节点，则按照三级群全节点-二级群全节点a-一级群全节点1-需求节点的路径逐级返回没有合适资源的消息，本轮交易失败；
S5、监管节点的选举与工作
各个节点群内分别通过共识选举出负责监管的监管节点，监管节点负责联盟链中的穿透式监管，监管节点用于看穿节点的物资账户，清楚掌握每一个节点的物资调配情况，防止出现私用、调配失误浪费资源的情况，各监管节点定时访问所在节点群与该节点群中除全节点和监管节点之外的其他各网络节点的资源存储情况，对于失败交易进行检查。
2.根据权利要求1所述的穿透式监管下的分层区块链医疗设施调度方法，其特征在于，各监管节点分别为所在节点群网络中的管理员。
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