負(fù)載均衡在醫(yī)院HIS系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

宋陽 郝澤余 鄒健

摘要：在“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”飛速發(fā)展的今天，醫(yī)院信息業(yè)務(wù)急速增加，有效保障醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)高效穩(wěn)定、信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全可靠，成為各大醫(yī)院面臨的難題。本文針對醫(yī)院主流HIS系統(tǒng)使用的兩種架構(gòu)，設(shè)計了使用負(fù)載均衡設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，總結(jié)了負(fù)載均衡在兩種架構(gòu)中解決的業(yè)務(wù)訪問、容災(zāi)切換、接口分流問題，旨在提高醫(yī)院核心業(yè)務(wù)的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：負(fù)載均衡;C/S架構(gòu);B/S架構(gòu)

中圖分類號：R197 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.11.003

文章編號：1006-1959（2020）11-0007-03

Abstract：With the rapid development of "Internet + medical health"， the hospital information business is rapidly increasing， effectively ensuring the hospital network architecture is efficient and stable， and the information system data is safe and reliable， which has become a problem faced by major hospitals. This paper designs the network topology using load balancing equipment for the two architectures used by the hospital's mainstream HIS system， and summarizes the service access， disaster tolerance switching， and interface diversion problems that load balancing solves in the two architectures， aiming to improve the hospital's core business operating efficiency.

Key words：Load balancing;C/S architecture;B/S architecture

得益于計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速進(jìn)步，醫(yī)院信息系統(tǒng)也迅速發(fā)展，由半手工半自動化辦公逐步轉(zhuǎn)入無紙化辦公。醫(yī)院各大生產(chǎn)系統(tǒng)，如醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、電子病歷系統(tǒng)（EMR）、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)（LIS）、影像歸檔和通信系統(tǒng)（PACS），以及各?？茖Ｓ孟到y(tǒng)，收集并存儲了患者個人信息與醫(yī)療信息，不僅有效提高了醫(yī)護(hù)人員工作效率，也為建立健康檔案、實(shí)施延續(xù)護(hù)理等提供了基礎(chǔ)。信息系統(tǒng)在發(fā)展過程中，也逐步面臨瓶頸。首先，臨床的業(yè)務(wù)訪問量增大，基于C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)設(shè)計的信息系統(tǒng)都遇到了硬件性能瓶頸，開始出現(xiàn)業(yè)務(wù)變慢和卡頓的現(xiàn)象。其次，醫(yī)院?？茖Ｓ孟到y(tǒng)增加，各系統(tǒng)與HIS或平臺的接口日漸增加。最后，為保證數(shù)據(jù)安全和業(yè)務(wù)的連續(xù)性，各醫(yī)院都為信息系統(tǒng)設(shè)計了備份系統(tǒng)，但是很少能夠做到無縫切換，業(yè)務(wù)不中斷。本文以西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院為例，分別使用C/S與B/S架構(gòu)的兩套HIS系統(tǒng)。在C/S架構(gòu)的系統(tǒng)下，遇到了數(shù)據(jù)庫訪問瓶頸及數(shù)據(jù)庫容災(zāi)切換的難題。在B/S架構(gòu)的系統(tǒng)下，遇到了web服務(wù)器訪問瓶頸及平臺切換的難題。針對上述問題，我院引入負(fù)載均衡[1]設(shè)備，升級優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在解決臨床業(yè)務(wù)訪問數(shù)據(jù)庫或web服務(wù)器的瓶頸問題，簡化數(shù)據(jù)庫容災(zāi)切換操作步驟，提高信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為大型三甲醫(yī)院的信息化升級提出了一種解決思路。

1負(fù)載均衡的路由設(shè)計

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，我院采用了院區(qū)內(nèi)雙活的設(shè)計。核心交換機(jī)分別置于院區(qū)內(nèi)兩個機(jī)房，通過院區(qū)內(nèi)光纖完成堆疊，下聯(lián)兩個服務(wù)器虛擬化集群。兩臺負(fù)載均衡設(shè)備（active和standby）分別連接于兩臺核心交換機(jī)。臨床PC可通過樓層和匯聚交換機(jī)訪問任意一個機(jī)房的核心，見圖1。

在引入負(fù)載均衡設(shè)備后，架設(shè)院區(qū)內(nèi)應(yīng)用業(yè)務(wù)的網(wǎng)關(guān)時，可以在核心交換機(jī)上架設(shè)網(wǎng)關(guān)，也可以在負(fù)載均衡設(shè)備上架設(shè)網(wǎng)關(guān)，兩種方法各有優(yōu)勢。①在核心交換機(jī)上架設(shè)網(wǎng)關(guān)：該方案下，為保證負(fù)載均衡生效，臨床的數(shù)據(jù)優(yōu)先通過核心交換機(jī)訪問到負(fù)載均衡，再由負(fù)載均衡轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的服務(wù)器中。由于網(wǎng)關(guān)在核心上，因此服務(wù)器在回應(yīng)臨床PC發(fā)包時，會直接通過核心返回，造成目的IP地址不一致從而導(dǎo)致臨床PC丟棄數(shù)據(jù)。為避免此現(xiàn)象，需要對臨床PC做一次源地址轉(zhuǎn)換，或是在服務(wù)器集群中加入靜態(tài)路由，保證服務(wù)器回應(yīng)發(fā)包從負(fù)載均衡通過。使用該方法，網(wǎng)絡(luò)和路由的配置較為復(fù)雜，優(yōu)勢在于核心交換機(jī)穩(wěn)定性高、性能較好，能夠處理大量的數(shù)據(jù)流量。②在負(fù)載均衡設(shè)備上架設(shè)網(wǎng)關(guān)：該方案下，所有的數(shù)據(jù)流量會優(yōu)先訪問負(fù)載均衡設(shè)備，再由負(fù)載均衡設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器集群，數(shù)據(jù)返回時也默認(rèn)從負(fù)載均衡通過[2]。使用該方法，配置簡單，路由設(shè)計明了，但是從邏輯上負(fù)載均衡是串聯(lián)到鏈路中，增加了故障點(diǎn)，并且由于負(fù)載均衡性能不及核心交換機(jī)，在遇到高峰訪問時，容易造成性能瓶頸。

綜合考慮，我院采用了第一種方法，將網(wǎng)關(guān)設(shè)計到核心交換機(jī)上。并且為了監(jiān)控臨床所有的訪問記錄，在服務(wù)器集群中加入了靜態(tài)路由。在確定負(fù)載均衡的路由后，我院在前后兩套基于C/S和B/S架構(gòu)的系統(tǒng)上都有成熟的應(yīng)用。

2 C/S架構(gòu)下負(fù)載均衡的設(shè)計與應(yīng)用

2.1設(shè)計 ?C/S架構(gòu)下負(fù)載均衡的設(shè)計見圖2。舊系統(tǒng)使用Oracle數(shù)據(jù)庫，在雙機(jī)房P750小機(jī)上搭建Oracle RAC環(huán)境。同時在兩個機(jī)房搭建兩個服務(wù)器虛擬化集群，在服務(wù)器本地分別搭建兩個Oracle單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫作為容災(zāi)數(shù)據(jù)庫。生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和容災(zāi)數(shù)據(jù)庫之間通過Oracle goldengate技術(shù)保持實(shí)時同步。負(fù)載均衡設(shè)備旁掛于核心交換機(jī)，臨床訪問數(shù)據(jù)庫都通過負(fù)載均衡設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2應(yīng)用 ?在該拓?fù)湓O(shè)計中引入負(fù)載均衡主要解決了兩個問題：①數(shù)據(jù)負(fù)載均衡：我院臨床業(yè)務(wù)高峰期的數(shù)據(jù)庫連接數(shù)超過3000，單臺小機(jī)的性能很難支撐如此大量的訪問量。Oracle RAC技術(shù)可以保證兩個數(shù)據(jù)庫同時寫入并且數(shù)據(jù)一致，臨床所有客戶端均配置負(fù)載均衡地址，再由負(fù)載均衡將訪問請求均分到兩臺小機(jī)的數(shù)據(jù)庫上，解決了高峰時期硬件性能瓶頸問題。②數(shù)據(jù)庫容災(zāi)切換：為保證數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)安全，我院在跨平臺的環(huán)境中搭建了另一套Oracle單節(jié)點(diǎn)容災(zāi)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)硬件故障的時候，容災(zāi)數(shù)據(jù)庫需要的最短時間接管生產(chǎn)業(yè)務(wù)。由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和容災(zāi)數(shù)據(jù)庫IP不一致，若不使用負(fù)載均衡，則進(jìn)行切換時，需要將兩套數(shù)據(jù)庫的監(jiān)聽停止，數(shù)據(jù)庫下線，再進(jìn)行IP地址切換。從RAC和單節(jié)點(diǎn)的IP地址切換配置非常復(fù)雜，操作繁瑣且容易出錯，造成數(shù)據(jù)腦裂。增加負(fù)載均衡后，所有客戶端及其他應(yīng)用系統(tǒng)，均配置負(fù)載均衡地址[3]（一定需要配置為負(fù)載均衡地址，否則在切換時會導(dǎo)致終端或者子系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷。后期運(yùn)行過程中子系統(tǒng)更改配置流程復(fù)雜，耗時長久，故建議前期建設(shè)時就使用負(fù)載均衡地址）。需要進(jìn)行容災(zāi)切換時，在負(fù)載均衡上操作地址，將所有的訪問請求從生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫切換到容災(zāi)數(shù)據(jù)庫上。

3 B/S架構(gòu)下負(fù)載均衡的設(shè)計與應(yīng)用

3.1設(shè)計 ?B/S架構(gòu)下負(fù)載均衡的設(shè)計見圖3。新系統(tǒng)使用cache數(shù)據(jù)庫，在門診機(jī)房服務(wù)器虛擬化集群上搭建主數(shù)據(jù)庫環(huán)境，在外科機(jī)房另一套服務(wù)器虛擬化集群上搭建mirror數(shù)據(jù)庫。臨床所有業(yè)務(wù)都需要訪問的web應(yīng)用服務(wù)器以及各個子系統(tǒng)需要訪問的平臺服務(wù)器，位于門診主機(jī)房。在外科機(jī)房搭建了備用的web服務(wù)器集群。主數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)讀寫業(yè)務(wù)，mirror數(shù)據(jù)庫主要提供查詢業(yè)務(wù)。訪問臨床訪問web服務(wù)器、子系統(tǒng)訪問平臺服務(wù)器、所有業(yè)務(wù)訪問數(shù)據(jù)庫，均通過負(fù)載均衡設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2應(yīng)用 ?在該拓?fù)湓O(shè)計中引入負(fù)載均衡主要解決了以下問題：①Web服務(wù)器訪問壓力：B/S架構(gòu)的壓力主要集中于服務(wù)器端，一體化系統(tǒng)中HIS、電子病歷、LIS和PACS均需要通過web服務(wù)器提供服務(wù)。我院通過負(fù)載均衡提供了8臺web服務(wù)器，緩解臨床業(yè)務(wù)高峰期的訪問壓力。②對外接口平臺訪問壓力：一體化系統(tǒng)設(shè)計更加規(guī)范，所有與HIS對接的子系統(tǒng)，均通過平臺服務(wù)器提供接口。平臺服務(wù)器需要通過負(fù)載均衡均分流量，平臺服務(wù)器再通過負(fù)載均衡，將接口訪問請求均分到web服務(wù)器上[4，5]。③數(shù)據(jù)庫負(fù)載均衡：主數(shù)據(jù)庫提供讀寫業(yè)務(wù)，mirror數(shù)據(jù)庫只提供查詢業(yè)務(wù)，臨床訪問web服務(wù)器后，web服務(wù)器根據(jù)具體的訪問請求，通過負(fù)載均衡訪問數(shù)據(jù)庫，減小數(shù)據(jù)庫服務(wù)器壓力[6]。④業(yè)務(wù)切換：當(dāng)web服務(wù)器、平臺服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要進(jìn)行停機(jī)切換或地址更換時，可先行配置完成后，再操作負(fù)載均衡設(shè)備，將業(yè)務(wù)中斷的時間減到最少。

4總結(jié)

在大型三甲醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中引入負(fù)載均衡設(shè)備，對于使用C/S或B/S架構(gòu)的HIS系統(tǒng)，可以有效分流臨床終端訪問數(shù)據(jù)庫的流量、緩解單臺服務(wù)器的訪問壓力、降低容災(zāi)切換時的操作復(fù)雜度、避免了更換數(shù)據(jù)庫IP地址等高難度操作，有效地保證了業(yè)務(wù)訪問的連續(xù)性，將業(yè)務(wù)中斷的時間減到最少。在醫(yī)院信息系統(tǒng)飛速發(fā)展，系統(tǒng)架構(gòu)更加復(fù)雜的情況下，各個醫(yī)院更應(yīng)該重視負(fù)載均衡的使用。

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收稿日期：2020-03-18;修回日期：2020-03-31

編輯/成森