基于WAPI可信物联网的战备物资智能管理系统设计

贺建林，王炳军*，和陆兴，何 艳，何炳春，资艳格，陈 平

（1.联勤保障部队第920医院，昆明 650032；2.军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所，天津 300161）

0 引言

现代战争呈现立体性和多维性特点，特种、综合伤员的救治量大幅度增加，分布式卫勤保障需求更加突显。野战医疗队作为机动卫勤力量，将成为战术后方区域分布式卫勤保障的主要力量之一。如何确保战备物资的有效性，快速实现物资筹措、平战转换，是野战医疗队战时保障能力的主要考核指标。当前，野战医疗队的战备物资管理仍然依靠传统的人工完成，存在人工管理效率低、准确率差、药品效期管理难、器材使用溯源差等现实问题，尤其在诸如训练、实战演习、应对紧急事件等特殊情况下，存在平战物资转换难、快速反应能力差等问题。因此，亟须改变现有的野战医疗队战备物资管理模式，从传统的粗放式管理模式向精准化、信息化转型[1]，为野战医疗队实现战前快速抽组、战时高效救治提供基础支撑。

目前，一些医院使用的物资管理系统在组网设计上存在设备入网缺乏鉴权及认证、无线网络非国产、远程信息传输缺乏安全性设计等问题[2]。本研究综合运用无线局域网鉴别和保密基础结构（wireless LAN authentication and privacy infrastructure，WAPI）、物联网、二维码、5G、人工智能等新兴信息技术，遵循标准化、规范化原则，针对战备物资库的无线组网、业务管理、物资盘点、药品效期管理、平战转化等功能需求开展体系化设计，设计战备物资智能管理系统，为野战医疗队实现战备物资管理自动化、业务信息化、物资可视化、网络无线化、药品效期预警智能化、器材使用可溯化、平战转换一键化等提供信息系统支撑，形成前后方一体化的战备物资智能管理保障新模式，有效提升了野战医疗队的卫勤保障能力。

1 需求分析

1.1 可信物联网的构建需求

近年来，物联网信息技术发展迅速，与仓储管理、军事物流等项目进行了深度融合。战备物资智能管理系统是用于战备库仓储管理、野战医疗队物资管理的核心系统，需要通过组建物联网实现无线作业，而物联网主要面临来源于网络层的攻击威胁以及感知层的安全威胁，一旦遭到攻击，会严重影响到战备物资智能管理系统的正常运转，严重时将造成数据被窃取或者被破坏，损失难以估计。因此，需要构建可信物联网，提升整个网络的安全防护能力。可信计算可以帮助物联网构建网络安全体系，增强通信安全，使其具备自身免疫的防护能力。

1.2 平战快速转换需求

现阶段仓储管理系统单机版本较多，与野战医疗队信息系统无法互联互通，存在较为严重的数据“孤岛”现象。确保日常管理信息与战时管理信息快速、有机融合，实现快速平战转换，提升物资管理效率，降低战时药房管理人员的劳动强度是目前各类野战医疗队亟须解决的问题。为了满足平战一体化的应用需求，需设计平战数据快速转换的功能模块，有效利用信息化技术实现数据融合共享，并打通战备物资智能管理系统与现代军事物流、野战医疗队等信息系统的数据链路，有助于提升我军平战物资管理效能。

1.3 前后方一体化保障需求

目前，各级部队医院在抽组野战医疗所（队）参加演习演训时，通常无法与前方野战医疗队实现实时数据通信，难以获取野战医疗队物资实时需求情况，无法快速、高效、精准地制订战备物资保障方案[3]。形成一种前后方安全通联、前方物资库存实时可视、补给需求快速响应、物资保障精准高效的新型物资保障模式，实现前后方一体化快速保障，是各级部队医院反映强烈的现实需求。因此，亟须构建基于5G技术的前后方一体化战备物资智能管理系统，打通战备物资库和野战医疗队实时通信渠道，提升前后方一体化快速保障效能，从而满足前后方一体化战备物资管理保障的需要。

2 系统总体架构

2.1 系统总体架构设计

本研究遵循军队网络信息体系“四化五层”的总体架构，聚焦战备物资信息化手段建设核心使命任务，充分继承已有建设成果，通过对基础支撑、资源要素、网络互联、服务供给和能力生成5个层级进行功能解耦、分层设计，构建形成战备物资智能管理系统体系架构，如图1所示。整个系统包括以下5层：

图1 战备物资智能管理系统总体架构图

（1）基础支撑层。该层主要以共用标准、业务标准、系统建设标准、系统应用规范、工程建设标准等为基础，补充修订战备物资信息化建设配套制度和标准规范，确立战备物资信息化建设的基本要求。

（2）资源要素层。该层主要包括数据资源和设施资源。数据资源主要是遵循全军通用数据和后勤领域数据建设标准，结合战备物资业务现有组织模式和数据资源建设情况，通过数据感知采集、数据整编融合、数据资源规划，构建形成战备物资信息资源池，为系统运行和数据交换提供支撑。设施资源主要是组织网络通信设备、信息安全设备、感知设备等配套建设，为信息系统运行提供必要支撑手段。

（3）网络互联层。该层主要依托军用4G/5G网、WAPI物联网等手段，结合跨网安全交换体系，实现末端数据信息与战备物资智能管理系统的无缝联通，满足多种条件下战备物资保障需求。

（4）服务供给层。该层按需集成安全保密、消息订阅服务等公共基础服务，通过本项目建设形成仓储实力服务、野战医疗队药房信息服务等相关信息服务接口，实现战备物资资源服务的集约配置、精细管理。

（5）能力生成层。通过建设，战备物资智能管理系统具备战备库业务管理能力、野战医疗队业务管理能力、物资药材平战转换管理能力、前后方物资药材一体化保障能力。

2.2 系统网络架构设计

战备物资智能管理系统的网络通信主要依托军用4G/5G网、WAPI物联网实现。系统网络架构如图2所示。

图2 战备物资智能管理系统网络架构图

5G军事应用是结合5G技术特点和军事化应用场景通信网络能力需求，一方面将5G关键技术用于军事化应用场景，直接提升战场通信能力；另一方面赋能新兴技术融入军事化应用场景，间接促进新型军事能力生成。本系统依托军用4G/5G网，实现与野战医疗队信息系统互通，获取野战医疗队物资保障信息，向野战医疗队提供物资保障建议[4]。

WAPI是无线局域网的一种安全协议标准，其采用完全国内自主知识产权、更为先进的三元对等技术架构和国密SM4加密算法，实现了终端和网络的对等访问，在双向身份鉴别、防范非法接入、防钓鱼等方面具有明显优势，弥补了无线局域网国际标准中的严重安全缺陷，填补了中国在网络安全基础技术标准方面的空白[5]。因此，战备库内部使用WAPI物联网互联，实现物资管理终端与物资数据互通。

2.3 系统总体运行流程

战备物资智能管理系统的运行主要分为日常、战前、战时、战后4个阶段。日常运行包括战备物资库的物资出入库管理和库存管理；战前运行时启动平战转换模块，进行战备物资库的物资筹措、物资出库，野战医疗队的物资入库，同时进行数据的导出、导入；战时运行主要包括野战医疗队战时物资管理，通过军用5G网上报物资情况、战备物资库监控物资消耗情况，根据物资库库存量对野战医疗队进行物资补充；战后运行主要包括野战医疗队战后物资整理清点、物资出库，战备物资库的物资入库和数据的导出导入。系统总体运行流程图如图3所示。

图3 战备物资智能管理系统总体运行流程图

3 设计与实现

3.1 系统设计

战备物资智能管理系统主要由仓储作业管理模块、移动作业模块、数字标识模块及平战转换模块4个部分组成。其中，仓储作业管理模块和移动作业模块通过无线路由实现数据的交互；数字标识模块负责将物资信息以二维码的形式存储，并打印出标签纸贴在物资上，使得移动作业模块可以通过扫描物资上的标签二维码统计相应的信息；平战转换模块平时实现物资数字化管理，战时快速实现物资抽组并转换为战时物资管理。战备物资智能管理系统模块结构图如图4所示。

图4 战备物资智能管理系统模块结构图

3.1.1 仓储作业管理模块

仓储作业管理模块采用客户端/服务器（Client/Server，C/S）架构，可以较好地满足用户数据交互的需求，并利用.NET平台和C#编程语言开发Winform窗体应用程序。该模块主要实现出入库管理、库存管理、统计查询、物资数据同步、账号管理等。只有通过仓储作业管理模块进入Winform窗体程序打开界面菜单服务以后，移动作业模块才可以通过无线路由和上位机进行数据交互。仓储作业管理模块主界面如图5所示。

图5 仓储作业管理模块主界面

3.1.2 移动作业模块

移动作业模块主要在Android Studio平台下，采用Java语言对程序逻辑进行开发、采用XML语言实现App端界面，使用GSON开源库来解析程序中的JS对象简谱（JavaScript object notation，JSON）格式数据，并通过开源数据库框架LitePal来操作数据库，将数据展示到App端界面上。移动作业模块主要实现入库、出库及查询等功能，并嵌入二维码识别功能。其中入库、出库及查询等功能的实现主要依赖于二维码扫描功能的实现以及超文本传输协议（hyper text transfer protocol，HTTP），通过App端采集二维码，并对二维码信息进行解析，将解析后的信息与上位机服务器端数据库进行比对，然后返回状态码到App端，App端根据状态码在界面上弹出对应的提示来告知入库、出库及查询的结果。对于查询功能而言，还要对数据库中JSON格式的数据进行解析，并将结果以RecyclerView列表的形式显示在界面上。移动作业模块App端操作界面如图6所示。

图6 移动作业模块App端操作界面

3.1.3 数字标识模块

数字标识模块主要实现物资数字标识与识别功能，主要使用开源Zxing二维码识别库开发，并对其进行二次开发，以解决不支持连续扫描以及扫描精度低等问题[6]。其中，二维码识别主要分为标签制作、扫码识读和标签打印3个部分[7]。物资包装箱上的二维码标签和手持式终端作业场景如图7所示。

图7 物资包装箱上的二维码标签及手持式终端作业场景

3.1.4 平战转换模块

平战转换模块实现物资管理和数据导入导出功能，主要采用SQL Server 2008数据库。平时，由战备物资智能管理系统负责医院战备库的战储药品、装备物资等管理；战前，完成筹措药材、装备物资等工作，并形成数据包导入至野战医疗队信息系统，从而快速实现平战信息转换；战时，军队医院作为后方医院，时刻关注野战医疗队的物资消耗情况，并依据需求及时进行精准补给；战后，野战医疗队将现有的物资、药材进行快速整理，及时将物资、药品数据导入战备物资智能管理系统，从而实现高效、准确的平战结合。平战转换模块中的物资及药品数据管理界面如图8所示。

图8 物资及药品数据管理界面

3.2 可信物联网设计

本研究基于无线局域网标准、WAPI安全协议和IPSec加密等技术，通过针对性的安全加固和改造，打造一个安全、保密、可信的无线局域网通信系统。可信物联网系统主要由终端模块、接入模块、密钥模块、应用模块4个部分组成，可为战备物资库提供无线局域网接入通信功能，也可为野战医疗队提供可信物联网的同时为泛在、随遇接入网络提供支撑。可信物联网系统组成详见表1，网络拓扑图如图9所示。

图9 可信物联网网络拓扑图

表1 可信物联网系统组成

3.3 前后方一体化设计

本系统采用5G通信方式，通过HTTP传输数据[8-10]，从而与前方野战医疗队实现实时数据通信，获取野战医疗队物资情况，并更新显示在服务端界面。根据野战医疗队规模、救治伤病员情况、物资状况等数据，提出物资补充建议；根据战备物资仓储情况，明确战备物资保障方案，实现前后方一体化设计。基于军用5G网的前后方一体化保障示意如图10所示。

图10 基于军用5G网的前后方一体化保障示意图

4 应用效果

（1）日常管理应用。本系统研制成功后，2021年4月已投入到我院战备库日常管理中应用，通过将战备库中的器材及药材进行二维码赋码标识，实现了数字化管理以及药品的效期自动预警、货位可视化管理、背囊箱组的数字化管理。本系统投入使用至今，已完成近效期预警轮换药品物资30批次，受到了使用官兵的一致好评，在我院战备物资管理中发挥了重要作用。

（2）演习演训应用。本系统研制成功后，先后参加了多次演习研训活动，其中，在某次演练任务中，管理帐篷及卫生装备1 500台件套，药材及防疫物资出入库3 000余次，能够快速实现物资管理的平战转换和物资快速精准补给，在部队战备训练和重大行动中发挥了重要作用。

（3）应用效能。应用本系统后，我院战备库内的背囊箱组，货架上的器材、药材等物资实现了全面的可视化、数字化管理，解决了以往物资底数不清的难题；药品的效期自动预警功能设计，实现了临期药品的自动预警，可提前开展临期药品的使用与更换，既保障了药品的合理应用又确保了战备药品的有效性；战备物资的平战转换功能设计，实现了战备物资的快速转化，原本需要8~12 h才可完成的战时药品建库、核验等工作，仅需1~2 min即可完成，减轻了药品管理员的工作量。

5 结语

战备物资智能管理系统成功应用于战备库日常管理与部队演习演训任务中，为战备物资库与野战医疗队提供了一种新型的战备物资智能管理方式，实现了平战快速转换及前后方一体化保障新模式，有效提升了我军野战医疗队的卫勤保障能力。但本系统还需要进一步拓展功能，如增加可视智能化管理设计[11]，从而为物资存储规划、存储状态和各类设施设备位置状态可视化提供支撑。