基于分布式文件系統(tǒng)的智慧醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)

翟凌宇　孫凱旋

摘 要：在中國(guó)新醫(yī)改的大背景下，通過(guò)信息化手段全面建設(shè)并應(yīng)用數(shù)字衛(wèi)生系統(tǒng)，推動(dòng)醫(yī)療衛(wèi)生體制改革，解決醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)需求與供給關(guān)系的平衡成為新的期望。智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)基于J2EE多層分布式開(kāi)放基礎(chǔ)而開(kāi)發(fā)，遵循SOA面向服務(wù)的體系架構(gòu)，以大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)及分布式文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)，借助信息化手段加快推進(jìn)省級(jí)智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)各類(lèi)醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)、綜合管理數(shù)據(jù)、計(jì)生數(shù)據(jù)的交換共享與信息整合。

關(guān)鍵詞：J2EE;健康醫(yī)療;大數(shù)據(jù);關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù);分布式文件系統(tǒng);中國(guó)新醫(yī)改

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39;TN219文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）03-00-05

0 引 言

由于國(guó)內(nèi)公共醫(yī)療信息不暢，醫(yī)療資源兩極化，醫(yī)療監(jiān)督機(jī)制不全等原因從而導(dǎo)致了醫(yī)療成本高，渠道少，覆蓋面積低，病人就診手續(xù)繁瑣等，這些問(wèn)題已經(jīng)成為影響社會(huì)和諧發(fā)展的重要因素[1-2]。在國(guó)家新醫(yī)改方案的指導(dǎo)下，借助信息化手段提升衛(wèi)生計(jì)生服務(wù)水平，提升公共衛(wèi)生及計(jì)劃生育服務(wù)水平，推進(jìn)衛(wèi)生計(jì)生事業(yè)科學(xué)發(fā)展的智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)迫在眉睫[3-4]。

根據(jù)智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)的總體框架，采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與信息交換基礎(chǔ)應(yīng)用為骨干，以衛(wèi)生計(jì)生應(yīng)用為主導(dǎo)，以資源整合為核心，以安全保障為支撐，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、功能完善、安全可靠，具有衛(wèi)生計(jì)生特色的智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息交換和共享，為衛(wèi)生計(jì)生信息化建設(shè)提供安全可靠、能適應(yīng)發(fā)展所需要的運(yùn)行環(huán)境和堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障[5-7]。

1 基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)

按照大集中云計(jì)算建設(shè)模式，將衛(wèi)生計(jì)生需要新建設(shè)的所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)（除三級(jí)醫(yī)院HIS系統(tǒng)）都納入智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)籌建設(shè)管理[8]。對(duì)內(nèi)聯(lián)入所有基層衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、各級(jí)醫(yī)院、公衛(wèi)機(jī)構(gòu)、計(jì)生機(jī)構(gòu)，向上聯(lián)入國(guó)家級(jí)平臺(tái)，對(duì)外聯(lián)入公安、民政、第三方機(jī)構(gòu)等。

智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)以IaaS，PaaS及SaaS三層對(duì)外提供全民健康云服務(wù)[9]，全民健康云平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

1.1 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系為保障，構(gòu)建基礎(chǔ)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)和軟件服務(wù)四個(gè)層級(jí)，云管理縱貫上下[10]?；贘2EE多層分布式開(kāi)放基礎(chǔ)而開(kāi)發(fā)，遵循SOA面向服務(wù)的體系架構(gòu)，采用數(shù)據(jù)交換平臺(tái)服務(wù)的ESB，ETL中間組建技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的對(duì)外服務(wù)和異構(gòu)系統(tǒng)間的協(xié)同服務(wù)[11]?；谌嵝怨ぷ髁饕婕夹g(shù)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的變化。平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)的各個(gè)層面由各種技術(shù)功能元素組成，它們?yōu)樵破脚_(tái)的信息采集、存儲(chǔ)、交換、利用和業(yè)務(wù)流程整合等功能提供有力的技術(shù)支撐，智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

1.2 網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

全民健康信息云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)在可靠性與安全性、容量及可擴(kuò)展性、先進(jìn)性與智慧性等方面均按高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)建。電子政務(wù)外網(wǎng)區(qū)域連接國(guó)家電子政務(wù)外網(wǎng)，通過(guò)電子政務(wù)外網(wǎng)訪問(wèn)國(guó)家電子政務(wù)外網(wǎng)數(shù)據(jù)[12];通過(guò)CPOS專線連接地市專網(wǎng)設(shè)計(jì)出如網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)，如圖3所示。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)安全性原則和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性原則，并且考慮大業(yè)務(wù)資源共享，定義業(yè)務(wù)區(qū)，可分為核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)、應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)、安全管理區(qū)、信息發(fā)布區(qū)等四部分網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)[13]。

核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)是平臺(tái)與外網(wǎng)邊界，是平臺(tái)外聯(lián)單位互聯(lián)的重要通道。通過(guò)配備抗DDoS攻擊設(shè)備，防護(hù)各類(lèi)基于網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層及應(yīng)用層的拒絕服務(wù)攻擊;通過(guò)下一代防火墻，支持傳統(tǒng)防火墻與IPS功能，實(shí)現(xiàn)1～3層網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，

4～7層應(yīng)用級(jí)安全防護(hù)。

應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)部署應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的核心區(qū)域。該區(qū)域主要對(duì)Web服務(wù)器提供服務(wù)，不直接向用戶提供服務(wù)。構(gòu)建大容量無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享和安全防護(hù)并重;通過(guò)構(gòu)建接入+匯聚扁平化二層網(wǎng)絡(luò)，支撐計(jì)算資源池化。

管理區(qū)掌握著整個(gè)全民健康信息云平臺(tái)的健康狀態(tài)，守護(hù)著全民健康信息云平臺(tái)的健康運(yùn)行。在該區(qū)域出口部署安全設(shè)備，使之同時(shí)具有防火墻、IPS等功能，防止來(lái)自內(nèi)、外的非法流量。

信息發(fā)布區(qū)是外部互聯(lián)網(wǎng)用戶訪問(wèn)全民健康信息云平臺(tái)與全民健康信息云平臺(tái)對(duì)廣大公眾提供服務(wù)的重要通道，通過(guò)部署網(wǎng)閘和Web防火墻，實(shí)現(xiàn)4～7層應(yīng)用級(jí)安全防護(hù)。

1.3 數(shù)據(jù)及部署架構(gòu)設(shè)計(jì)

衛(wèi)生數(shù)據(jù)中心可以分為：健康檔案和電子病歷數(shù)據(jù)庫(kù)、健康檔案和電子病歷索引庫(kù)、電子病歷大數(shù)據(jù)應(yīng)用庫(kù)、公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)庫(kù)、綜合管理數(shù)據(jù)庫(kù)、平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和平臺(tái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)[14]。數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

云平臺(tái)一般有私有云、公有云、社區(qū)云和混合云四種部署模式。智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)的部署實(shí)施采用省級(jí)大集中模式，建設(shè)一個(gè)全民健康私有云[15]。詳細(xì)設(shè)計(jì)為：項(xiàng)目依托山西省大數(shù)據(jù)云平臺(tái)建設(shè)，在電子政務(wù)云平臺(tái)上構(gòu)建全民健康專享云平臺(tái)（山西省智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)），劃分了專網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)應(yīng)用區(qū)。業(yè)務(wù)應(yīng)用部署在專網(wǎng)區(qū)，與上下級(jí)平臺(tái)、醫(yī)院、衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)間采用電子政務(wù)外網(wǎng)連接;惠民服務(wù)應(yīng)用部署在互聯(lián)網(wǎng)區(qū)，居民可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪問(wèn)，部署架構(gòu)如圖5所示。

2 大數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

全民健康大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，在該平臺(tái)上可完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移（含異構(gòu)）、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)、分布式計(jì)算、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)開(kāi)放、任務(wù)調(diào)度、分布式索引等，是大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析的前置必備平臺(tái)[16]。

2.1 技術(shù)架構(gòu)

整個(gè)架構(gòu)主要分為：源數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)抽取層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)計(jì)算層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和數(shù)據(jù)展現(xiàn)層。

數(shù)據(jù)抽取采用Kettle實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源到數(shù)據(jù)遷移，數(shù)據(jù)計(jì)算主要采用Mapreduce技術(shù)對(duì)待處理數(shù)據(jù)按照處理規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。數(shù)據(jù)應(yīng)用層主要使用Cube模型的支持和LOAP的分析支持，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖6所示，平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。

2.2 業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理監(jiān)控和數(shù)據(jù)開(kāi)放監(jiān)控三個(gè)方面。其中：數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控包含有每日質(zhì)量報(bào)告、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)等;數(shù)據(jù)處理監(jiān)控有異常日志監(jiān)控、任務(wù)監(jiān)控;數(shù)據(jù)開(kāi)放監(jiān)控包含用戶訪問(wèn)情況。業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖8所示。

3 云平臺(tái)性能設(shè)計(jì)

云平臺(tái)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性保障，能夠滿足7×24 h的全天候業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)要求，和各種突發(fā)流量、集中業(yè)務(wù)處理等極限環(huán)境的適應(yīng)能力，能穩(wěn)定、高效的支持所有業(yè)務(wù)運(yùn)行，軟件系統(tǒng)維護(hù)及更新升級(jí)不能影響業(yè)務(wù)工作運(yùn)行[17-18]。

云管理，為保障四層服務(wù)的提供和持續(xù)開(kāi)展，面向山西省智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供內(nèi)部的云管理，包括容量規(guī)劃、服務(wù)管理、鏡像管理、部署管理、資源管理、多租戶管理、交付管理、用戶管理、安全管理、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)計(jì)費(fèi)及使用計(jì)費(fèi)等[19]。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)智慧醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)全區(qū)域數(shù)據(jù)共享、全過(guò)程業(yè)務(wù)監(jiān)管、全方位數(shù)據(jù)分析、跨部門(mén)業(yè)務(wù)協(xié)同和全流程惠民服務(wù)等目標(biāo)。建立覆蓋全省城鄉(xiāng)的居民健康檔案管理服務(wù)體系。以居民健康檔案信息、健康管理、綜合決策分析功能的現(xiàn)實(shí)需要為契機(jī)，完成全省公共衛(wèi)生綜合管理系統(tǒng)建設(shè);實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生行政部門(mén)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)互聯(lián)互通、資源共享，實(shí)現(xiàn)整個(gè)醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的全面信息化。

參 考 文 獻(xiàn)

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