基于ZigBee的藥品庫存實時管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：在傳統(tǒng)的藥品供應(yīng)鏈中，供應(yīng)鏈的不斷加長使得各級管理部門很難獲得藥品銷售的實際需求信息，因此使用信息化的醫(yī)藥庫存管理系統(tǒng)尤為重要。在此研究了基于ZigBee技術(shù)的藥品庫存實時管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。首先介紹了藥品的流通過程及藥監(jiān)碼，然后采用ZigBee技術(shù)和B／S結(jié)構(gòu)，設(shè)計并實現(xiàn)了包含數(shù)據(jù)收發(fā)和處理的完整系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定，具有一定的實用性。
關(guān)鍵詞：ZigBee；藥品庫存管理；B／S結(jié)構(gòu)；藥品電子監(jiān)管碼

    在當(dāng)今激烈的中國醫(yī)藥市場競爭中，高效率的分銷渠道是醫(yī)藥企業(yè)的重要競爭優(yōu)勢之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國家藥品監(jiān)督管理局提出了對藥品的全新管理模式一藥品電子監(jiān)管碼(簡稱藥監(jiān)碼)，它為每件產(chǎn)品賦予惟一的編碼，好像商品的身份證一樣?；谒幈O(jiān)碼的實行，可以將庫存管理落實到對每一個藥監(jiān)碼的管理，使得企業(yè)能夠?qū)⑸a(chǎn)，庫存和銷售有機結(jié)合起來，隨時了解當(dāng)前新鮮的市場數(shù)據(jù)，正確規(guī)劃藥品的物流走向。本文在研究國內(nèi)外的醫(yī)藥庫存管理系統(tǒng)后，采用新興的短距離無線通信ZigBee技術(shù)，結(jié)合Java開發(fā)語言，運用VPN技術(shù)在公網(wǎng)的環(huán)境下搭建一個安全、有效、低成本的自動化藥品倉庫實時管理系統(tǒng)。

1 ZigBee技術(shù)
    目前大多數(shù)藥品嚴(yán)格遵循三級分銷體系流程，即由藥品生產(chǎn)廠家到多級經(jīng)銷商、由多級經(jīng)銷商到零售終端、再由零售終端到最終消費者這3個分銷環(huán)節(jié)。如圖1所示為一件產(chǎn)品的銷售流程。顯而易見，這是一個高重心的營銷模式，從上游到下游呈漏斗型，即上游的分銷客戶總是比下游的分銷客戶規(guī)模要大，實力要強。各節(jié)點分銷商需要根據(jù)下游分銷商訂單來確定未來的需求信息，但是這種預(yù)測大多憑直覺和經(jīng)驗，缺乏對歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和當(dāng)前市場狀況的深入分析，造成供應(yīng)鏈整體庫存增加、生產(chǎn)能力過剩，加重企業(yè)負(fù)擔(dān)。因此如何優(yōu)化供應(yīng)鏈成為所有企業(yè)分銷商的一大難題。

    ZigBee技術(shù)是由ZigBee聯(lián)盟開發(fā)的一種面向自動控制的短距離、低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率雙向無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要應(yīng)用在短距離，低速率傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備之間。ZigBee技術(shù)彌補了無線通信市場低成本、低功耗和低速率的產(chǎn)品的空缺，使得在低電能和低吞吐量的應(yīng)用環(huán)境中使用無線連接成為可能。其成功的關(guān)鍵在于大量豐富而便捷的應(yīng)用。隨著ZigBee技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的注意力和研發(fā)力量將轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計和實現(xiàn)、互聯(lián)互通測試和市場推廣等方面。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    本系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。如圖2所示為整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

    下位機為一個由ZigBee搭建的簡單無線數(shù)據(jù)收發(fā)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)藥監(jiān)碼數(shù)據(jù)的點對點雙向接收和發(fā)送。上位機采用Java語言開發(fā)庫存信息管理系統(tǒng)。本地PC機接收到藥監(jiān)碼信息后，通過VPN加密隧道傳送到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，保存到數(shù)據(jù)庫中以供客戶端查詢統(tǒng)計?？蛻舳瞬捎肂／S架構(gòu)，有利于系統(tǒng)的升級與維護(hù)。
2．2 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊
    在本系統(tǒng)中，手持藥監(jiān)碼采集設(shè)備群以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，并最終將數(shù)據(jù)傳送到與PC鏈接的數(shù)據(jù)基站，然后通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)中心。結(jié)合藥房的實際使用情況，手持終端設(shè)備可能會有多個，所以ZigBee通信系統(tǒng)采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。星形結(jié)構(gòu)是一個輻射形狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有的數(shù)據(jù)都需要匯聚到中心節(jié)點(ZigBee協(xié)調(diào)器)而其他的節(jié)點之間不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如圖3所示。

    在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中ZigBee協(xié)調(diào)器接收到終端節(jié)點的數(shù)據(jù)信息之后，首先對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包解析，確認(rèn)該信息為數(shù)據(jù)信息后對此信息負(fù)載進(jìn)行提取，并將獲得的數(shù)據(jù)信息通過串口顯示到倉庫PC的系統(tǒng)當(dāng)中。
    ZigBee終端節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)組建過程中擔(dān)任兩項工作：發(fā)起加入?yún)f(xié)調(diào)器所在的網(wǎng)絡(luò)請求；接收協(xié)調(diào)器的廣播信息并向協(xié)調(diào)器傳送藥監(jiān)碼數(shù)據(jù)。
    (1)手持?jǐn)?shù)據(jù)終端節(jié)點入網(wǎng)設(shè)計。終端節(jié)點上電初始化之后向整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)(Beacon)請求，當(dāng)協(xié)調(diào)器接收到信標(biāo)響應(yīng)后，終端節(jié)點再對發(fā)送信標(biāo)響應(yīng)的節(jié)點發(fā)送連接請求，協(xié)調(diào)器得到鏈接請求響應(yīng)正確，那么表示節(jié)點入網(wǎng)成功，負(fù)責(zé)，節(jié)點入網(wǎng)失敗，并且給出失敗提示。
    (2)手持終端ZigBee節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)計。設(shè)計一個數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，此函數(shù)負(fù)責(zé)應(yīng)用測(APL)與下層之間的參數(shù)和數(shù)據(jù)傳遞，數(shù)據(jù)傳輸格式為20位的藥監(jiān)碼。當(dāng)終端在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包自頂向下進(jìn)行幀格式化，各層負(fù)責(zé)為其數(shù)據(jù)包添加各層數(shù)據(jù)包頭，最后到達(dá)PHY層將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
2．3 庫存管理系統(tǒng)模塊
2．3．1 開發(fā)語言及模式
    上位機的庫存管理系統(tǒng)采用java語言編程，使用struts1．2框架，在My Eclipse中開發(fā)調(diào)試，對系統(tǒng)的設(shè)計如下：本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用3層B／S結(jié)構(gòu)，前臺用戶顯示層使用JSP和Servlet在瀏覽器上實現(xiàn)，中間使用Java Bean組件實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)邏輯，后臺使用action完成用戶請求及相關(guān)操作跳轉(zhuǎn)。為了方便數(shù)據(jù)的存儲查詢，使用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫，通過JDBC建立系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的連接。
2．3．2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)
    由系統(tǒng)的需求功能看，本系統(tǒng)主要分為4類用戶和5大模塊。4類用戶為：總管理員，省級管理員，市級管理員，分銷商管理員。5大模塊為：庫存信息管理模塊，分銷商信息管理模塊，藥品信息管理模塊，用戶信息管理模塊以及數(shù)據(jù)傳遞模塊。不同類型的用戶擁有不同的管理權(quán)限和子功能，其中總管理員擁有系統(tǒng)的最高權(quán)限。其中數(shù)據(jù)傳遞模塊為分銷商管理員特有模塊，用于從串口接受下位機傳遞的藥監(jiān)碼數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)判斷和處理后存入數(shù)據(jù)庫。串口通信應(yīng)用javax．comm．SerialPort類實現(xiàn)，它用于描述一個RS 232串行通信端口的底層接口，定義了串口通信所需的最小功能集。用戶可以直接對串口進(jìn)行讀、寫及設(shè)置操作。串口通信應(yīng)用程序采用事件監(jiān)聽模式，實現(xiàn)Serial Port Event Listener接口，當(dāng)串口有數(shù)據(jù)到達(dá)時，可以在serialEvent中接收并處理所收到的數(shù)據(jù)。
    系統(tǒng)中的庫存查詢界面采用級聯(lián)下拉列表形式，通過Java Script實現(xiàn)動態(tài)鏈接。庫存查詢結(jié)果頁面采用Ajax技術(shù)實現(xiàn)實時刷新功能。在Ajax中主要通過XMLHttpRequest對象處理發(fā)送異步請求和回應(yīng)，創(chuàng)建前要先確定用戶當(dāng)前使用的瀏覽器類型，然后根據(jù)瀏覽器類型創(chuàng)建合適的XMLHttpRequest對象，調(diào)用指定方法，最終通過Java Script將內(nèi)容設(shè)置到指定的顯示區(qū)域。
2．3．3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
    根據(jù)本藥品庫存管理系統(tǒng)需求，圖4所示為數(shù)據(jù)庫信息表的關(guān)系結(jié)構(gòu)。各個數(shù)據(jù)表之間通過不同列建立關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)表的聯(lián)合查詢。

    (1)藥品-庫存-分銷商。PC機串口接收藥品信息后，系統(tǒng)在藥品信息表中查詢對應(yīng)的產(chǎn)品信息，并檢索庫存信息表，修改相應(yīng)庫存狀態(tài)，或添加新記錄。
    用戶查詢庫存信息時，系統(tǒng)根據(jù)所選用戶的編號檢索庫存信息表，按照藥品產(chǎn)品編號分類，統(tǒng)計各包裝級別的庫存數(shù)量。
    (2)用戶一分銷商。用戶表中存儲用戶的類型及管理范圍，登錄時，系統(tǒng)根據(jù)用戶類型進(jìn)入不同的主界面，根據(jù)用戶的管理范圍顯示不同的管理功能。其中分銷商和管理員之間為一對一關(guān)系。
    (3)分銷商-市-省。分銷商信息表，市信息表，省信息表通過編號相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個3級下拉列表菜單。
2．3．4 VPN部署
    虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network，VPN)是一種化公為私的技術(shù)，是將物理分布在不同地點的網(wǎng)絡(luò)通過公共網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，用一定的技術(shù)手段，達(dá)到類似私有專網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全傳輸。VPN具有專線連接的專用、安全、保密、高性能等特點，通過對數(shù)據(jù)包的頭部信息和有效的封裝加密來保證數(shù)據(jù)包安全性，通過散列功能的處理保證數(shù)據(jù)的完整性。部署模式是指設(shè)備以什么樣的工作模式部署到客戶網(wǎng)絡(luò)中去，具體方式需要綜合客戶具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和客戶的功能需求而定。結(jié)合本系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境選擇網(wǎng)關(guān)單線路部署模式，如圖5所示。

    網(wǎng)關(guān)模式時SSL設(shè)備工作層次基本與路由器或包過濾防火墻相當(dāng)，具備基本的路由轉(zhuǎn)發(fā)及NAT功能。
    (1)網(wǎng)關(guān)模式配置：確定設(shè)備外網(wǎng)口(WAN1口)是固定IP或者是ADSL撥號方式，取得相應(yīng)運營商給的IP地址信息或者是撥號的帳號密碼；確定內(nèi)網(wǎng)口(LAN口)的IP地址信息；
    (2)上網(wǎng)配置：代理上網(wǎng)(NAT)，確定內(nèi)網(wǎng)是否多網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如果是的話需要添加相應(yīng)的回包路由回指給設(shè)備下接的核心交換機。

3 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析
    模擬藥監(jiān)碼掃描設(shè)備從計算機的串口助手發(fā)送一個20位的藥監(jiān)碼，服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中會接收到相同的20位藥監(jiān)碼，并更改庫存狀態(tài)。用戶進(jìn)入系統(tǒng)的登錄界面后，輸入用戶名，密碼登錄，即進(jìn)入主界面，選擇相關(guān)分銷商或藥品進(jìn)行庫存查詢。
    從測試結(jié)果中，可以看出此套系統(tǒng)可以將ZigBee數(shù)據(jù)節(jié)點采集的20位藥監(jiān)碼數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)和VPN加密隧道流暢的傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器上并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。庫存管理系統(tǒng)界面美觀，操作方便，具有很好的管理性。

4 結(jié)語
    信息化的醫(yī)藥庫存管理系統(tǒng)是所有醫(yī)藥企業(yè)的必經(jīng)之路。本文結(jié)合低成本、低功耗的ZigBee技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)了一個信息化藥品的實時庫存管理系統(tǒng)，實現(xiàn)藥品的全面電子管理。實驗表明該系統(tǒng)操作方便，準(zhǔn)確率高，具有一定的應(yīng)用價值。