技术领域
[0001] 本
发明属于
物联网开发领域，涉及一种具有数据缓存和备份功能的医院患者口服给药监测网关。
背景技术
[0002] 随着医疗物联网的发展逐渐兴起了各种各样的无线
传感器网，并在医疗行业的应用中逐渐得到了普及，但是医院环境复杂，病房小且排列紧密，传统的有线技术以及成熟的中短程无线通信技术将会产生很高的成本。
现有技术中，公开号为CN201910017233
专利文献只给出了一种药盒装置只有提醒功能，对于医护人员来说并没有监测病人是否服药的功能。公开号为CN201811179426专利文献只给出了相关方案的设计，然而并没有考虑到更多的实际问题，例如：带宽利用率、数据备份。当医院大量终端
节点上传数据时，网关若采用透传模式传输必定会造成网络拥挤从而导致数据丢失同时也增加了后台
服务器的负载，如果采用边缘计算的思想将终端节点发送的信息放在网关进行处理、存储，只需将告警信息、发药时间、服药时间上传给服务器，利用夜间网络利用率低的优点，将网关存储的数据以文件的形式备份到后台服务器。这样不仅提高了带宽利用率、同时防止网关掉电数据已丢失的问题。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种医院患者口服给药监测网关，解决现有医院患者口服给药监测网关装置带宽利用率低、数据掉电易丢失、内存不能有效利用、数据易被窃取等问题。通过对智能药盒终端的数据进行采集、协议转换、应用层数据缓存、封装上行数据，可以有效解决网关掉电后数据丢失以及网络阻塞的问题，从而有效提高数据传输的可靠性和安全性。
[0004] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] 一种医院患者口服给药监测网关，
软件部分包括嵌入式NS服务器和FTP客户端；所述嵌入式NS服务器由接收端、
数据库和client端三部分组成；
[0006] 所述接收端负责接收终端节点的数据，并将其进行解密取出应用层数据并存入数据库；所述数据库主要用于存储上下行的重要信息；所述client端主要用于与后台服务器进行通信；
[0007] 所述FTP客户端主要用于对网关存储的数据进行夜间备份，采用时分复用技术将不同网关的数据有规律的存入文件并上传至后台服务器，然后清除网关数据库数据并为下一天数据的产生腾出空间。
[0008] 进一步，所述嵌入式NS服务器的接收端主要由两个
进程组成，进程Ⅰ用来接收节点发送的上行数据，并将数据进行解包处理取出有用的用户层数据，然后进行aes128解密处理将得到的发药信息存入数据库；进程Ⅱ用于从数据库读取后台服务器发送的下行消息，并将消息进行aes128加密然后封包成Lora数据包，通过射频模
块发送到终端节点。
[0009] 进一步，所述嵌入式NS服务器的数据库部分主要用于存储后台下发的服药信息以及节点上传的发药信息和服药信息，当网关或者后台掉电恢复后能够及时从数据库读取数据并恢复正常状态。
[0010] 进一步，所述嵌入式NS服务器的client端由3个线程构成，主要用于与后台服务器进行通讯；其中线程Ⅰ用于发送心跳包检测网关是否和后台服务器是否断开，线程Ⅱ用于接收上行消息并将消息传送到后台服务器，线程Ⅲ主要用于发送下行消息，三个线程各自运行互不干扰。
[0011] 进一步，所述FTP客户端主要采用时分复用的思想将不同网关的数据有规律的存入文件并上传至后台服务器，然后清除网关数据库数据并为下一天数据的产生腾出空间，FTP周期性的读取网关的时间，如果时间到达凌晨2:00就开始执行FTP客户端脚本程序，程序将网关的文件上传到后台FTP服务器。
[0012] 进一步，所述网关采用LoraWAN协议，协议中包含的用户层数据按照药盒到网关的协议规程进行定义和传输。
[0013] 进一步，该网关
硬件部分包括无线传感接入单元、协议转换单元、缓存服务器单元以及网络接入单元；
[0014] 所述无线传感接入单元用于将终端节点上传的数据传输给协议转换单元；
[0015] 所述协议转换单元，包括物理层协议包头解析单元和MAC层协议处理单元，用于对接收的LoraWan协议进行前导码检测，丢弃失效的
帧并接收完整的帧，然后对有效的MAC帧协议进行解析和解密从而得到用户层数据；
[0016] 所述的缓存服务器单元，包括应用层数据存储和读取模块、数据库以及应用层数据封装和发送模块，用于存储终端节点上传的应用层数据，防止监护网关或后台服务器掉电后出现数据丢失，同时服务器从数据库读取数据封装成自定义的用户层协议，然后通过TCP/IP协议传输到后台服务器；
[0017] 所述网络接收单元，用于将转换后的数据协议传输到后台服务器。
[0018] 进一步，所述无线传感接入单元采用SX1301网关模块，主要解决无线
信号穿透
力差的问题，并将终端节点上传的数据输出给协议转换单元。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 1)本发明能够减少网络阻塞、防止网关掉电数据易丢失的问题、数据夜间备份。
[0021] 2)本发明信号穿透力强、传输距离远。仅支持Lora协议传输，Lora作为一种窄带物联网技术具有传播距离远的特性。
[0022] 3)本发明低功耗广
覆盖。采用无线进行部署，无需施工进行线路改进，提高了智慧医疗终端的部署速度同时也降低了医院部署的成本。
[0023] 4)本发明具有数据缓存功能防止网关掉点后数据丢失。网关对下行的医嘱信息、上行的护士发药信息、病人服药等信息进行存储，可以防止错服、漏服、延服信息的误判。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的
说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0026] 图2为服药监护系统构造图；
[0027] 图3为NS服务器软件架构活动图；
[0028] 图4为患者服药监护系统；
具体实施方式
[0030] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下
实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031] 请参阅图1～图5，图1为本发明优选的实施例，一种口服药监测网关结构，本实施例中口服给药监测网关硬件部分包括无线传感接入单元、协议转换单元、缓存服务器单元以及网络接入单元，其中：
[0032] 无线传感接入单元，采用SX1301网关模块主要解决无线信号穿透力差的问题，并将终端节点上传的数据输出给协议转换单元。终端节点采用Lora技术进行通信可以实现传输距离远、穿透性强、低功耗的特点。SX1301网关模块具有8通道接收模式并且采用扩频技术很可以减小同频干扰和多径衰落的影响。同时LoraWAN协议运用AES
算法对数据进行了双重加密。在终端节点(即药盒)和网关之间通信的应用协议，包括药盒注册、获取服药计划、药盒心跳包、护士发药确认消息上传、病人服药确认消息上传、药盒注销。网关与后台的应用层通信协议，包括网关注册、网关注销、网关心跳包，网关获取节点
捆绑信息、获取服药计划、发药或服药消息上传，服务器下发、
修改或删除服药计划。
[0033] 协议转换单元，主要包括物理层协议包头解析和MAC层协议解析单元，用于对接收的LoraWan协议进行前导码检测，然后丢弃失效的帧并接收完整的帧，接着对有效的MAC帧协议进行解析和解密从而得到用户层数据。参照图2缓存服务器软件架构活动图，其中接收端创建了两个进程，各个进程中分别开启一个线程。接收端线程Ⅰ对上行的消息进行解析、MIC鉴权、对用户层数据进行AES128解密。接收端线程Ⅱ用来将下行送来的数据进行加密处理，然后按照loraWAN协议进行封装，最后通过无线传感接入模块发送到终端节点。线程Ⅲ用来对数据库进行操作，并将变化的数据送传递给线程Ⅱ。
[0034] 缓存服务器单元，主要包括应用层数据的存储和读取模块、数据库、应用层数据的封装和发送模块，用于存储终端节点上传的应用层数据，目的是防止监护网关或后台服务器掉电后出现数据丢失同时也为了提高网络带宽的利用率。参照图2缓存服务器软件架构活动图，sqlite数据库将上行数据中的药盒注册信息、护士发药信息、病人服药信息进行传输，同时对后台下发的服药计划进行存储。网关Client端用来实现应用层数据的封装和发送模块，主函数中开启三个线程，线程Ⅰ用来发送心跳包用来告知后台服务器正常工作，线程Ⅱ用来读取数据库中的上行消息通过TCP/IP协议传输到后台服务器。线程Ⅲ用来接收后台服务器下发的服药计划信息，并将服药计划进行解析然后存储到网关数据库。
[0035] 网络接收单元，主要包括以太网
接口和3G/4G接口，用于选择于网络接入方式，通过该接入方式将转换后的数据协议传输到后台服务器。
[0036] 所述口服给药监测网关软件部分包含有嵌入式NS服务器和FTP客户端。
[0037] 如图2所示，监护网关物理层接收到上行数据通过SPI接口传送给硬件抽象层，Packet Forward通过调用HAL层的接口获取数据进行json格式封装，并将封装后的数据传送给嵌入式NS服务器。packet Forward作为客户端通过UDP连接嵌入式NS并与之通信。
[0038] 嵌入式NS服务器的详细实现流程如图3所示，嵌入式NS服务器由接收端、数据库和client端组成。接收端主要有两个进程组成，进程1用来接收节点发送的上行数据，并将数据进行解包处理取出有用的用户层数据，然后进行aes128进行解密处理将得到的发药信息存入数据库。进程2用来从数据库读取后台发送的下行消息，并将消息进行aes128加密然后封包成Lora数据包，通过射频模块发送到终端节点。数据库主要用来进行存储上下行的重要消息例如：发药消息、服药消息等，当网关或者后台掉电恢复后可以及时从数据库读取数据并恢复正常状态。网关client端主要用来和后台server进行通讯主要有3个线程构成，线程1用来发送心跳包检测网关是否和后台服务器是否断开，线程2用来接收上行消息并将消息传送到后台服务器。线程3主要用来发送下行消息，三个线程各自运行互不干扰。其中FTP客户端运行在不同的网关上，FTP服务器运行在后台服务器上，为了避免网关同时传输文件造成后台服务器接收堵塞，将时分复用的思想应用在文件的传输中。
[0039] 如图5所示，FTP客户端主要采用时分复用的思想将不同网关的数据有规律的存入文件并上传至后台服务器，然后清除网关数据库数据并为下一天数据的产生腾出空间，FTP周期性的读取网关的时间，如果时间到达凌晨2:00就开始执行FTP客户端脚本程序，程序将网关的文件上传到后台FTP服务器。
[0040] FTP客户端会通过公式(1)去计算得到自己上传文件的时间，通过分时传输便可避免后台服务器拥塞。设SynTime为同步时间，为GwId各个网关的ID号，n为后台服务器连接网关的个数，Tsend为FTP服务器上传文件的时间，公式如下所示：
[0041] Tsend＝GwId％n+SynTime (1)
[0042] 本实施例设计网关只处理本文中的应用层协议，所以对其他的的应用场合不具有普适性，主要用于环境复杂、布线艰难的大型医院。目前该设计网关已经在医院得到了很好的应用，如在重庆市科委项目“基于互联网的老年及慢性病患者安全用药监测系统构建与应用研究”(项目编号为：cstc2017shmsA130115)中已得到很好的验证。
[0043] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
