醫(yī)院內(nèi)部應(yīng)用的云遷移研究

楊雪寒 焦瑋 張倩 孟潔

摘 要：針對(duì)將醫(yī)院內(nèi)部部署的面向患者和社會(huì)公眾的應(yīng)用程序遷移上云所面臨的系統(tǒng)架構(gòu)重組和目標(biāo)云服務(wù)選擇的問題，提出了一種醫(yī)院內(nèi)部應(yīng)用云遷移方法。該方法從識(shí)別應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和配置文件開始，通過BPM生命周期確定云計(jì)算服務(wù)的需求，然后通過識(shí)別和選擇能夠滿足應(yīng)用需求的云服務(wù)類型，并最終將應(yīng)用程序部署到選定的云中。文中將該方法應(yīng)用于醫(yī)院患者支持系統(tǒng)的云遷移實(shí)踐，以示該方法的具體操作。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院內(nèi)部應(yīng)用;云應(yīng)用;遷移方法

中圖分類號(hào)：TP 399

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-757X（2020）11-0009-04

Abstract：This paper proposes a hospital internal application cloud migration method for the problem of system architecture reorganization and target cloud service selection for the migration of applications for patients and the public in the hospital. The method begins by identifying the application's architecture and configuration files， then determines the requirements of the cloud computing service through the BPM lifecycle， and identifies and selects the type of cloud service that can meet the application's needs， and ultimately deploys the application to the selection in the cloud. In order to illustrate the specific operation of the method， the method is applied to the cloud migration practice of the hospital patient support system.

Key words：hospital internal application;cloud application;migration method

0?引言

醫(yī)療行業(yè)的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用問題已經(jīng)在實(shí)踐和學(xué)術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的討論。云計(jì)算技術(shù)從數(shù)據(jù)安全性、感知技術(shù)能力、信息技術(shù)成本和降低信息系統(tǒng)復(fù)雜性等方面給醫(yī)療行業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展帶來巨大改變，使得云計(jì)算技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)得到充分重視[1-3]。對(duì)醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)而言，相對(duì)于傳統(tǒng)信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，具有按需服務(wù)、廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問、資源池按需分配、快速彈性和可測(cè)量的業(yè)務(wù)服務(wù)等特點(diǎn)的云計(jì)算服務(wù)具有巨大的成本優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此基于云的WEB應(yīng)用已經(jīng)成為醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)展的主流趨勢(shì)[4]。就醫(yī)療領(lǐng)域現(xiàn)有應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)而言，客戶端-服務(wù)器（B/S）模式在過去幾十年中使用得最多，幾乎所有現(xiàn)有的應(yīng)用程序都是使用這種樣式構(gòu)建的[5]。為此將基于傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)應(yīng)用遷移到云端已成為醫(yī)院IT從業(yè)者不可回避的挑戰(zhàn)。已有一些學(xué)者針對(duì)這個(gè)問題開展研究，然而研究結(jié)果普遍存在一些不足之處[6-8]：（1）很少考慮Web應(yīng)用程序和云的體系結(jié)構(gòu);（2）對(duì)遷移后的云應(yīng)用程序的分布式風(fēng)格的云需求很少有說明。這些缺陷不可忽視，因?yàn)榻?jīng)過深思熟慮的遷移流程對(duì)于以系統(tǒng)和管理的方式指導(dǎo)許多應(yīng)用程序的遷移至關(guān)重要。為此，本研究提出六步驟應(yīng)用程序遷移方法。該方法從識(shí)別應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和配置文件開始，然后通過BPM生命周期[9]確定云計(jì)算服務(wù)的需求，然后通過識(shí)別和選擇能夠滿足應(yīng)用需求的云服務(wù)類型，并最終將應(yīng)用程序部署到選定的云中。為了說明該方法的有效性，本研究將該方法應(yīng)用于將面向醫(yī)院宣傳的患者支持系統(tǒng)的遷移實(shí)踐中。其中該醫(yī)院患者支持系統(tǒng)主要功能是為正向?yàn)槠髽I(yè)收集患者信息和反向?yàn)榛颊咛峁┽t(yī)療服務(wù)。

1?遷移方法

1.1?步驟1基線架構(gòu)標(biāo)識(shí)

該方法從識(shí)別內(nèi)部應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和概要文件（即基線架構(gòu)），如圖1所示。

圖1顯示了一個(gè)客戶支持系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)具有4層的協(xié)作組件，患者通過社區(qū)、知識(shí)代理和任務(wù)服務(wù)組件三個(gè)系統(tǒng)模塊與企業(yè)交互。社區(qū)幫助患者共享關(guān)于他們想要了解的醫(yī)療信息。知識(shí)代理收集患者的信息，幫助醫(yī)院捕捉患者存在的醫(yī)療服務(wù)需求。醫(yī)院提供當(dāng)前醫(yī)療服務(wù)的具體信息，如科室就診排隊(duì)情況，幫助患者進(jìn)行識(shí)別和比較。

完成對(duì)應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)的識(shí)別后是捕獲其配置文件以調(diào)整應(yīng)用程序的大小。通常，應(yīng)收集應(yīng)用程序配置文件至少10到14天，以便計(jì)算出每日或每周使用模式的所有差異。有兩種關(guān)于應(yīng)用程序的配置文件數(shù)據(jù)：1） 有關(guān)應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)，例如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、I/O和網(wǎng)絡(luò)使用情況;2） 有關(guān)患者的操作數(shù)據(jù)，例如活躍用戶數(shù)、訪問連接數(shù)、連接等待時(shí)間等。

1.2?步驟2目標(biāo)架構(gòu)識(shí)別

獲取應(yīng)用程序基線架構(gòu)和概要文件之后，是確定滿足其部署目標(biāo)云的需求。這通?？梢酝ㄟ^實(shí)施BPM生命周期來實(shí)現(xiàn)，通過其策略、設(shè)計(jì)、執(zhí)行和控制生命周期階段來確定目標(biāo)基線。已確定的云計(jì)算的需求包括：1） 能夠支持應(yīng)用程序目標(biāo)基線功能的在選定云中的配置元素上的部署的架構(gòu)組件;2） 支持應(yīng)用程序的非功能性目的的選定云中執(zhí)行的概要文件，如定制的用戶界面和訪問模式、應(yīng)用性能、應(yīng)用可靠性、數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)可擴(kuò)展性等。

對(duì)于所研究的患者支持系統(tǒng)的五個(gè)組件可能需要在不同的云環(huán)境上分別部署，以支持其體系結(jié)構(gòu)和概要文件需求。此外，為了從患者那里收集信息并向客戶傳遞當(dāng)前醫(yī)院的具體服務(wù)信息，需要在云計(jì)算服務(wù)中部署QoS策略，以保證定制的用戶界面訪問的及時(shí)性和和服務(wù)信息的可靠性。

1.3?步驟3候選云服務(wù)類型確定

在確定對(duì)云服務(wù)的性能要求之后，該方法繼續(xù)識(shí)別其服務(wù)模型（SaaS、PaaS或IaaS）滿足這些要求的候選云服務(wù)[10-11]。為此考慮提供以下任一云服務(wù)模型的所有可用環(huán)境：

1. 在SaaS模型中，云服務(wù)可以替換應(yīng)用程序中需要特定QoS特性以確保其替換的服務(wù)，如服務(wù)級(jí)別協(xié)議（SLA）、服務(wù)的兼容性和數(shù)據(jù)/訪問控制的可移植性[12]。

2. 在PaaS模型中，云服務(wù)提供了平臺(tái)服務(wù)，應(yīng)用程序可以在這些平臺(tái)服務(wù)上部署，這些服務(wù)具有SLA、應(yīng)用程序部署、服務(wù)的兼容性和數(shù)據(jù)/訪問控制的可移植性等QoS特性。

3.在IaaS模型中，云服務(wù)提供了服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，在這些基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)中，應(yīng)用程序及其剩余平臺(tái)可以在SLA、應(yīng)用程序部署、服務(wù)兼容性和數(shù)據(jù)/訪問控制的可移植性等QoS特性下使用。

基于滿足應(yīng)用程序需求的考慮，從上述云服務(wù)類型選擇醫(yī)療應(yīng)用遷移的候選云，如圖2所示。

圖2顯示了醫(yī)療患者支持應(yīng)用的可能候選云，其中IaaS云服務(wù)被識(shí)別為社區(qū)實(shí)例的候選者，因?yàn)槠浞?wù)預(yù)期由一些基礎(chǔ)設(shè)施提供，這些基礎(chǔ)設(shè)施很好地在患者中間支持信息共享的存儲(chǔ)和操作。

1.4?步驟4云服務(wù)提供商的選擇

確定了候選云模型之后，下一步就是基于候選云模型中選擇公有云服務(wù)提供商。一般來說，可以通過一些評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（如上文所述的QoS特性）來進(jìn)行選擇，以切實(shí)滿足遷移目標(biāo)對(duì)云服務(wù)的計(jì)算需求和存儲(chǔ)需求。

1.5?步驟5云遷移計(jì)劃的制定

在確定具體云服務(wù)提供商后，本研究所設(shè)計(jì)的遷移方法將指定關(guān)于應(yīng)用程序遷移到上述目標(biāo)云所涉及的詳細(xì)執(zhí)行計(jì)劃。一般來說，這些活動(dòng)包括以下方面。

1. 將應(yīng)用程序組件部署到各自云中的配置元素上。

2. 將應(yīng)用程序組件之間的交互機(jī)制部署在各自云上的云間/云內(nèi)交互解決方案上。

3.重構(gòu)任何已部署的組件，以滿足使用和用戶操作需求，例如定制的用戶界面和訪問模式、性能、可靠性、安全性和可擴(kuò)展性。

2?遷移實(shí)踐

2.1?患者支持系統(tǒng)的基線架構(gòu)

本研究將所提議的遷移方法應(yīng)用于醫(yī)院患者支持系統(tǒng)，驗(yàn)證該方法的有效性。遷移的第一步是從識(shí)別內(nèi)部應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和基線架構(gòu)開始。患者支持系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖1所示。該體系結(jié)構(gòu)具有4層的協(xié)作組件，患者通過社區(qū)、知識(shí)代理和任務(wù)服務(wù)組件三個(gè)模塊與醫(yī)院交互。社區(qū)幫助患者共享關(guān)于醫(yī)院的具體醫(yī)療信息。知識(shí)代理收集患者的信息，幫助醫(yī)院捕捉患者存在的醫(yī)療服務(wù)需求。醫(yī)院提供當(dāng)前醫(yī)療服務(wù)的具體信息，如科室就診排隊(duì)情況，幫助患者進(jìn)行識(shí)別和比較。然后對(duì)每個(gè)模塊功能進(jìn)行明確。例如，組織社區(qū)是為了讓患者共享關(guān)于其想要了解的醫(yī)院服務(wù)的具體信息，例如門診人數(shù)、專家門診排班信息等。此外社區(qū)組件還負(fù)責(zé)將收集的信息轉(zhuǎn)發(fā)給醫(yī)院。知識(shí)代理重新組織成特定的知識(shí)風(fēng)格。然后將知識(shí)發(fā)送給任務(wù)服務(wù)組件，以便轉(zhuǎn)發(fā)給企業(yè)以滿足其需求（例如，提供滿足其所需任務(wù)的服務(wù)）。最后，它還與任務(wù)服務(wù)組件合作接收服務(wù)信息。對(duì)這些要求進(jìn)行相關(guān)客戶的認(rèn)可和比較。

綜上所述，對(duì)社區(qū)組件的功能需求總結(jié)如下：1） 共享有助于客戶之間信息共享的客戶信息;2） 處理轉(zhuǎn)發(fā)共享信息;3） 通過知識(shí)代理將收集的信息重新構(gòu)造為知識(shí)，然后將知識(shí)發(fā)送到任務(wù)服務(wù)組件;4） 處理任務(wù)請(qǐng)求，該請(qǐng)求從所有的客戶端接收任務(wù)請(qǐng)求，并將經(jīng)過評(píng)估的關(guān)于任務(wù)的相關(guān)醫(yī)療服務(wù)信息返回給對(duì)應(yīng)客戶端;5） 與接收與任務(wù)相關(guān)的服務(wù)的評(píng)估信息的任務(wù)服務(wù)組件合作;6） 為患者提供帶有豐富用戶界面控件的客戶端以便提供便捷的醫(yī)療信息服務(wù)信息和用于可視化來自任務(wù)服務(wù)組件的與任務(wù)相關(guān)的醫(yī)療服務(wù)信息。

基于上面對(duì)社區(qū)的需求，如圖3所示。

圖3顯示了實(shí)現(xiàn)這些需求的五個(gè)組成部分。特別地，為了實(shí)現(xiàn)客戶端的用戶界面的自定義和個(gè)性化需求，采用了一個(gè)“接口管理器”的組件，其中使用客戶概要文件來確定他們更喜歡哪些接口組件;此外，使用這種自定義的用戶界面，“接口管理器”可能會(huì)保留其包含的界面小部件，以便共享或關(guān)于任務(wù)相關(guān)服務(wù)的可視化信息，從而形成自定義的用戶界面，并根據(jù)患者的交互需求將其所需的信息顯示出來。此外，信息/知識(shí)管理器訪問社區(qū)成員信息和患者所共享的個(gè)人信息，協(xié)助患者將其病患信息分享給醫(yī)生。信息/知識(shí)管理器還可以通過知識(shí)代理組件檢索到經(jīng)過整理重組的與患者相關(guān)的數(shù)據(jù)。任務(wù)請(qǐng)求管理器將任務(wù)請(qǐng)求從患者轉(zhuǎn)發(fā)到與任務(wù)服務(wù)組件協(xié)作的“協(xié)作管理器”，以接收關(guān)于這些醫(yī)療信息請(qǐng)求的評(píng)估信息。經(jīng)過評(píng)估被認(rèn)為能夠共享的醫(yī)療信息將被可視化處理，并通過接口管理器返回給患者。最后，Web服務(wù)管理器負(fù)責(zé)通過Web服務(wù)客戶端的應(yīng)用程序編程接口（API）與這兩個(gè)外部體系結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行互操作，以訪問這兩個(gè)組件提供的遠(yuǎn)程服務(wù)。

2.2?確定遷移后的目標(biāo)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)患者支持系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和配置文件確定其云需求。首先，考慮到該系統(tǒng)的五個(gè)分布式組件，不同的云環(huán)境可能需要各自部署在這些云中的預(yù)期配置元素上，以支持其功能或非功能目的。此外，為了為醫(yī)院收集患者信息并交付醫(yī)療服務(wù)信息以造福患者，該系統(tǒng)可能需要部署的云資源使用和用戶操作的服務(wù)質(zhì)量（QoS）控制策略，QoS包括定制的用戶界面和訪問模式、計(jì)算性能、存儲(chǔ)可靠性、數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)可擴(kuò)展性。

2.3?確定患者支持系統(tǒng)的候選云服務(wù)模型

第三步是確定云服務(wù)配置和模型，即從SaaS、PaaS和IaaS三種云服務(wù)模型中為患者支持系統(tǒng)中各個(gè)模塊選擇最合適的候選云服務(wù)模型。通常不止一個(gè)云服務(wù)模型能夠滿足系統(tǒng)組件的遷移和部署需求，因此需要系統(tǒng)模塊的業(yè)務(wù)需求的選擇候選的云服務(wù)模型。圖2顯示了為患者支持系統(tǒng)各個(gè)模塊所選擇的候選云服務(wù)模型。

1） 對(duì)于患者知識(shí)代理和醫(yī)院模塊，由于SaaS云服務(wù)模型能夠提供代理模型和醫(yī)院模塊所必須的軟件資源，因此被選擇為這兩個(gè)模塊的候選云服務(wù)模塊。

2） 對(duì)于任務(wù)服務(wù)組件，PaaS被認(rèn)為是最優(yōu)的候選云服務(wù)模型，因?yàn)镻aaS云服務(wù)器平臺(tái)支持與多個(gè)醫(yī)院模塊進(jìn)行協(xié)作以轉(zhuǎn)發(fā)患者信息或接收社區(qū)信息，并能夠提供充分的云間數(shù)據(jù)分析能力以便將收到的醫(yī)療服務(wù)信息評(píng)估成比較模型供患者進(jìn)行比較和選擇。

3） 對(duì)于社區(qū)模塊，IaaS被選擇為候選云服務(wù)模型，因?yàn)镮aaS云基礎(chǔ)設(shè)施能夠提供對(duì)患者之間所共享的大量信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力，以及在多個(gè)知識(shí)代理模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)作以重組患者共享信息形成更為具體的患者個(gè)體知識(shí)風(fēng)格的能力。

2.4?患者支持系統(tǒng)云服務(wù)供應(yīng)商的選擇

確定了候選云服務(wù)模型之后，就是選擇要遷移的云服務(wù)供應(yīng)商。對(duì)于患者支持系統(tǒng)，所選的云服務(wù)供應(yīng)商確定如下。1）作為國內(nèi)諸多醫(yī)療云服務(wù)供應(yīng)商中，騰訊云提供了較為全面的醫(yī)院業(yè)務(wù)流程解決方案，且能夠針對(duì)各個(gè)醫(yī)院特殊的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制化開發(fā)，因此被選定為協(xié)作代理模塊和醫(yī)院托管模塊SaaS云供應(yīng)商。2）在諸如百度BBC和微軟Azure這樣的可用PaaS云中，本研究選擇了Azure云作為遷移任務(wù)服務(wù)組件的載體，因?yàn)锳zure云具有眾所周知的較強(qiáng)的云間協(xié)作和數(shù)據(jù)分析能力，可以充分滿足任務(wù)服務(wù)組件之間的計(jì)算資源協(xié)作和數(shù)據(jù)的高效處理的要求。3）在可用的眾多的阿里云、華為云等IaaS云中，本研究選擇阿里云作為社區(qū)模塊的上云首選，這是因?yàn)榘⒗镌凭哂辛己玫臄?shù)據(jù)處理、云間共享和與其他組件交互的性能，同時(shí)兼具良好的計(jì)算和存儲(chǔ)穩(wěn)定性。社區(qū)模塊上云后的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖4所示。

2.5?患者支持系統(tǒng)遷移計(jì)劃的制定

在確定了云的選擇之后，就可以指定關(guān)于應(yīng)用程序遷移到這些云所涉及的具體遷移計(jì)劃。這些遷移計(jì)劃包括：1） 將系統(tǒng)組件部署到各自云中的配置元素上;2） 將系統(tǒng)組件之間的交互機(jī)制部署在各自云服務(wù)器或云存儲(chǔ)系統(tǒng)的交互解決方案上，重構(gòu)所有已部署的組件，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要和用戶操作需求，如圖5所示。

圖5顯示了患者支持系統(tǒng)五個(gè)組件的部署在阿里云的虛擬機(jī)（VM）和云存儲(chǔ)服務(wù)上的概況，其中云存儲(chǔ)系統(tǒng)包括S3存儲(chǔ)、分布式塊存儲(chǔ)系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

3?總結(jié)

本文提出了一種將本地面向醫(yī)院的應(yīng)用程序遷移到云中的方法。該方法采用BPM生命周期方法對(duì)應(yīng)用程序地架構(gòu)、業(yè)務(wù)邏輯和功能需求進(jìn)行解構(gòu)，選擇最優(yōu)地云服務(wù)模型以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的有效遷移。醫(yī)院患者支持系統(tǒng)的遷移實(shí)踐表明，該方法能夠有效支撐醫(yī)院內(nèi)部部署的應(yīng)用程序的遷移。下一步，本研究將繼續(xù)探索利用最流行的云計(jì)算服務(wù)（如新浪SAE和阿里云）將用作部署平臺(tái)，將醫(yī)院內(nèi)部部署的面向患者和公眾宣傳的應(yīng)用遷移到云中，以充分提高這些應(yīng)用程序的運(yùn)行質(zhì)量和性價(jià)比。同時(shí)本研究還將對(duì)應(yīng)用程序的預(yù)期遷移質(zhì)量的量化評(píng)估進(jìn)行研究，充分利用量化指標(biāo)管控目標(biāo)云選擇、遷移操作等關(guān)鍵項(xiàng)目的質(zhì)量。

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（收稿日期：2020.03.14）