一种普通外科手术智能采集存储系统

本发明涉及电数字数据处理，具体涉及一种普通外科手术智能采集存储系统。

背景技术：

1、普通外科手术现场存在视频输出设备、图像输出设备、音频输出设备，以及产生运行日志的数字设备。不同设备的数据需要在同一采集会话内留存，供事后核查其来源、完整程度及相互间的时间关系。由于设备接口、数据格式和输出速率不同，且数据源可能临时接入、退出或失联，多源数据归档面临检查范围不固定和到达过程不连续的问题。

2、多源数据的完整性不能仅由已经收到的文件是否可读判断。对于一个归档时段，未出现某个源或某段序列，可能源于设备当时未生成数据，也可能源于传输中断或采集失败；这些状态在已有记录中难以区分时，后续使用者无法据此判断归档是否完整，也难以定位缺失发生的阶段。

3、各数据源还可能具有相互独立的时钟和序列计数器。网络时延和时钟漂移会使跨源事件的先后关系存在不确定范围，而单一时间值难以完整表达该不确定性；原始时间信息不足时，后续核查也难以恢复当时判断时间关系的依据。

4、此外，边缘节点与中心节点之间的链路中断、数据重发、设备重启或数据内容变化，可能使同一源序列范围对应的数据重复到达，或者出现不同内容。若这些差异不能被分别保留和识别，原始冲突便可能在归档中丢失。归档完成后再到达的数据还会使初始缺失状态和后续补入状态相互混淆，增加重复写入大体量多媒体数据及重新核验原归档的负担。

5、为此，提出一种普通外科手术智能采集存储系统。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对普通外科手术现场异步多源数据在归档过程中可能出现源集合变化、独立时钟引起时间关系不确定、未到达序列范围被静默忽略、链路中断造成重复或半提交，以及迟到数据或同序列不同内容覆盖原归档的问题，提供一种能够使归档完整性状态、时间不确定状态和内容冲突状态均可验证、可恢复并可追溯的智能采集存储系统。

2、为解决源集合变化、时间关系不确定、未到达序列范围静默缺失、链路中断造成重复或半提交以及迟到数据或同一源序列范围的不同数据内容覆盖原归档的技术问题，本发明采用如下技术方案。

3、系统包括边缘存储器、中心存储器及以下模块：

4、源接口模块，接收含源标识、源序列号、源本地时间戳和数据内容的多源数据帧；活动源清单生成器，生成含源标识、序列计数规则、活动状态、版本和生效时刻的活动源快照，接口接入或退出时生成新版本，不改写已生效版本；

5、时间边界估计器，由时间交换记录形成时钟偏移上界和下界，保留源本地时间戳并分别减去上界和下界形成映射时间边界，以时钟模型版本标识上下界及有效期；

6、分段构造器，按源序列范围和映射时间边界形成数据块；完整性验证器，在数据块写入边缘存储器并读回校验通过后生成数据块终态；间隙单元生成器，为未到达或不可恢复的源序列范围生成含源标识、缺失序列范围、缺失时间范围、缺失原因码及时钟模型版本的间隙单元，经确定性序列化、写入及读回哈希核对通过后形成间隙终态；源状态向量生成器，依据活动源快照、逻辑时段边界及时段开始前已确认序列号确定逐源应覆盖的待覆盖源序列范围，登记各范围终态的对象地址及对象哈希值形成源状态向量；一致性屏障控制器，仅在全部待覆盖源序列范围被终态覆盖时输出屏障通过标志；

7、两阶段提交控制器，响应屏障通过标志，将逻辑时段标识、快照版本、源状态向量、各 缘存储器暂定提交源状态向量及当前基础清单根，经对象哈希值和当前基础清单根验证后，将当前基础清单根登记至中心存储器的不可变索引而形成不可变基础提交；

8、补充对象生成器，为提交后的迟到数据生成引用基础清单根的补充对象；冲突对象生成器，为同源同序列范围且数据内容哈希值不同的数据生成记录各数据块对象地址的冲突对象；检索控制器，沿不可变基础提交与补充对象的清单链重建多源数据，输出间隙、冲突及时间关系不确定状态。

9、优选的，源接口模块包括分别与视频输出接口、图像输出接口、音频输出接口和设备日志输出接口中的至少两种连接的接口适配器，接口适配器将接收的数据统一封装为多源数据帧；活动源清单生成器将源标识、接口类型、数据格式、序列计数规则、标称数据周期、活动状态和快照生效时刻写入活动源快照，并在接口接入或退出时生成新的快照版本而不改写已提交的快照版本。

10、优选的，时间边界估计器包括双向时间交换器，双向时间交换器周期性生成包含本地请求发送时刻、源端接收时刻、源端响应时刻和本地响应接收时刻的时间交换记录；时间边界估计器将源端响应时刻与本地响应接收时刻之差作为时钟偏移下界候选，将源端接收时刻与本地请求发送时刻之差作为时钟偏移上界候选，由有效候选区间形成时钟偏移下界和时钟偏移上界，根据相邻交换周期的边界变化量和预设最大漂移率扩展时钟偏移下界和时钟偏移上界；扩展量达到预设扩展量上限，或自本地响应接收时刻起经过时钟模型有效期时，将对应的时钟模型版本标记为失效。

11、优选的，分段构造器生成数据块，数据块包括源标识、起始源序列号、终止源序列号、源本地时间戳区间、映射时间边界、数据内容哈希值、时钟模型版本和数据内容；完整性验证器在数据块写入边缘存储器后读回数据块，并在读回的源标识、起始源序列号、终止源序列号、时钟模型版本和重新计算的数据内容哈希值分别与写入前对应字段相同时，将数据块登记为数据块终态。

12、优选的，源状态向量包括同一逻辑时段内各源的一个或多个对象记录，每个对象记录包括源标识、逻辑时段标识、终态类型、对象地址和对象哈希值，终态类型为数据块终态或间隙终态；同一源在同一逻辑时段内仅有部分源序列号到达时，源状态向量生成器登记覆盖已到达源序列范围的数据块终态的对象地址和对象哈希值，以及覆盖未到达源序列范围的间隙终态的对象地址和对象哈希值。

13、优选的，还包括写前缓冲器，两阶段提交控制器包括边缘执行单元和中心执行单元，源状态向量包括数据块终态和间隙终态各自的对象地址及对象哈希值；边缘执行单元将逻辑时段标识、活动源快照版本、源状态向量、源状态向量中的各对象哈希值和上一逻辑时段的基础清单根按确定字段顺序序列化并计算当前基础清单根，将当前基础清单根及暂定状态写入边缘存储器；中心执行单元检查源状态向量中的各对象地址是否可读取，复算各对象哈希值和当前基础清单根；复算的各对象哈希值与源状态向量中的各对象哈希值逐一相同，且复算的当前基础清单根与边缘执行单元计算的当前基础清单根相同时，中心执行单元将当前基础清单根写入中心存储器的不可变索引并返回提交确认号；未获得提交确认号时，保持暂定状态且禁止删除写前缓冲器中的对应数据。

14、优选的，还包括对账控制器和去重处理器，对账控制器比较边缘对象和中心对象的源标识、源序列范围和数据内容哈希值；在源标识、源序列范围和数据内容哈希值均相同时，去重处理器保留一个对象地址并停止重复传输；在源标识相同且源序列范围首尾相邻时，去重处理器按源序列顺序建立对象地址链；在源标识和源序列范围相同而数据内容哈希值不同时，对账控制器停止自动合并并调用冲突对象生成器。

15、优选的，补充对象包括基础清单根、迟到数据对应的源标识和源序列范围、迟到数据块地址、补充对象生成时采用的时钟模型版本和上一补充链根；补充对象生成器按确定字段顺序序列化补充对象，计算补充对象的对象哈希值，以基础清单根、补充对象的对象哈希值和上一补充链根生成新的补充链根，仅更新指向新的补充链根的索引指针，不改写不可变基础提交中的数据块、间隙单元和基础清单根。

16、优选的，冲突对象包括基础清单根、冲突源标识、冲突源序列范围、至少两个不同数据内容哈希值、各数据内容哈希值对应的对象地址以及冲突状态；间隙终态对应的间隙单元包括缺失序列范围、缺失时间范围和缺失原因码；检索控制器检索到冲突对象时，输出冲突对象中各对象地址指向的数据内容和冲突状态；检索到间隙单元时，输出缺失序列范围、缺失时间范围和缺失原因码，并禁止用相邻数据自动替换冲突对象或间隙单元。

17、优选的，还包括审计输出接口，检索控制器重建多源数据时，按不相交的各映射时间边界确定的先后顺序输出对应数据块，对映射时间边界相交的数据块输出时间关系不确定状态，并经审计输出接口输出不可变基础提交的基础清单根、补充对象所在清单链的补充链根、时钟模型版本、间隙单元地址和冲突对象地址；审计输出接口仅输出数据存储和重建状态，不输出诊断结论、治疗方案或手术操作指令。

18、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

19、1、与仅依据已经收到的数据生成归档文件的现有方式相比，本发明先由带版本的活动源快照确定每一逻辑时段的源集合，再由写入后读回验证的数据块终态或记录缺失范围及原因的间隙终态覆盖各源的待覆盖源序列范围，并由一致性屏障控制器在全部待覆盖源序列范围完成覆盖后才允许提交。活动源快照、数据块终态、间隙终态和一致性屏障控制器构成的提交前闭合检查，使未到达的源序列范围转化为可寻址、可校验的间隙终态，能够识别静默缺失，避免把已有数据可读取误判为逻辑时段完整。

20、2、与采用校正后的单一时间值覆盖源本地时间戳的方式相比，本发明保留源本地时间戳，并共同保存时钟偏移下界、时钟偏移上界、时钟模型有效期和时钟模型版本。检索控制器根据数据块的映射时间边界是否相交，分别输出确定的先后顺序或时间关系不确定状态，从而保留数据产生端的原始时间证据以及网络时延和时钟漂移造成的不确定区间，避免单值校时给出缺乏边界依据的精确先后关系。

21、3、与把迟到数据写回原归档或按源序列号覆盖重复内容的方式相比，本发明以不可变基础提交保存初始归档状态，以引用基础清单根的补充对象增量记录迟到数据，以冲突对象同时记录源标识和源序列范围相同而数据内容哈希值不同的各数据块对象地址。补充对象和冲突对象的增量保存流程使后续数据能够进入检索结果而不改变不可变基础提交中的数据块、间隙单元和基础清单根，并使检索控制器能够分别输出补充内容和冲突状态，提高归档版本的可追溯性和复核一致性。

22、与仅依据文件名或上传状态执行断网重传的方式相比，本发明由边缘执行单元形成暂定提交，由中心执行单元检查对象可读性、复算对象哈希值和当前基础清单根，并在验证通过后将当前基础清单根登记到不可变索引及返回提交确认号；链路恢复后，对账控制器先比较基础清单根和对象头摘要，仅传输中心存储器缺失的对象。边缘执行单元、中心执行单元和对账控制器的配合能够区分边缘暂定提交、中心已登记但提交确认号未返回和已获得提交确认号的状态，并减少完整相同对象的重复传输。