醫療行業解決方案

一.行業背景
近年來,醫療IT技術的發展正向著智慧醫療的方向發展,隨著醫院IT建設對醫療服務和管理水平影響的日益提升,再加上醫療行業全球數字化轉型趨勢的加速發展、經濟發對醫療行業的促進作用,IT建設的地位越來越重要,那么,如何在新的歷史條件下,建設適應行業發展、促進醫療建設的IT系統變得越理越重要,本文從計算機網絡領域的應用交付角度,分析和提出了如何以低成本、高效率的方式提高醫療應用系統的業務連續性、業務處理性能、業務安全性、業務的處理速度等的技術方案。

二.現狀分析

目前的醫療信息系統中,增加了很多智慧醫療的設計思想,采用了大數據、人工智能、3D打印等諸多現代先進技術,導致數據及訪問量呈現海量增長,同時,應用系統的規模也在不斷擴大,原有的醫療系統的問題日益凸顯,現總結如下:
應用系統種類繁多
主要業務方面包含HIS、RIS、PACS、LIS、電子病歷、麻醉、注射等,輔助業務系統包含醫保、財務、人事、OA、共享文檔等。
業務的連續性要求極高
當系統停止工作,醫院的業務就不能正常進行,進而會引起醫患關系等嚴重的社會問題。
系統運行平臺復雜
物理環境、虛擬化環境,Unix、Linux、Windows等操作系統,Oracle、SQL Server、DB2等數據庫管理系統。
數據量大、保留時間長、結構復雜
數據存放在數據庫中很難拆分且數據增長快、保留時間長,便于進行大數據分析等。
異地容災和遠程訪問
隨著業務發展,會建立異地分院進行業務擴張,經常會有遠程數據及應用訪問的需求。
業務訪問量大、突發性強,嚴重影響了系統的穩定性
隨著手機、平板電腦、醫療設備等不同終端種類增多,隨時隨地可以訪問業務,另外,業務訪問量卻并不平均,往往每天上下班、月底、年底時候訪問量數倍增長,對系統的負載影響較大,往往會導致應用系統不太穩定。
虛擬化逐漸開始使用
私有云和虛擬化技術的發展大大降低了采購成本,當帶來了管理復雜、故障排查難等問題。
運維管理復雜
隨著系統原來越多和越來越復雜,每個設備需要操作簡單、圖形化監控、支持Restfull API、自身安全性等問題變得亟待解決。

三.應用交付技術方案設計
3.1 網絡邏輯示意圖

3.2設計方案描述
從醫療系統的技術實現上看,主要包括C/S和B/S兩種并存,同時還要提供API外部接口,可以外鏈面向互聯網的應用(比如:微信、小程序、短信)等。另外,有些傳統的HIS采用了COM+的三層系統架構的特性,原來上百臺客戶端的大部分計算任務都將轉移到中間件服務器上,中間件服務器的性能直接決定整個系統的性能和響應速度。
根據上述的醫療系統特點,采用信諾瑞得公司的慧敏應用交付產品技術從以下幾個方面著手保證應用的性能、穩定性、安全性等:
使用負載均衡實現集群服務器的請求分發,比如:采用最小連接數算法,確保每臺服務器承載相同的處理請求量,從保證流量突發時系統能提供最佳的穩定性;
采用針對應用服務器的健康狀態實施周期性不間斷的檢查策略,一旦某一臺應用出現故障,確保及時將這一臺故障的服務器從集群組中剔除,從而確保所有用戶的請求能夠轉發到運行正常的服務器上,使得業務正常訪問。一旦這臺故障的服務器恢復,則自動加入到集群當中接收處理業務請求,客戶端幾乎沒有感覺;
根據服務器的遠行動態調整負載均衡策略,啟用SNMP等動態算法,即可以根據每一臺服務器的CPU占用率、內存占用率等指標調整請求分配比率,保證客戶體驗完好;
組合條件的健康檢查保證業務正常運行,由于每臺服務器中啟用了多種軟件應用服務,包括Web服務、Service服務、Com+等中間件、B/S、C/S等復雜的體系架構,當其中任何一個應用出現問題系統均不能正常提供服務,所以通過組合的健康檢查可確保每一臺服務器完全的健康才能提供對客戶端提供服務。
關于解決每臺服務器并發連接的授權問題,目前很多醫療應用系統為了保證系統穩定性或其它商業目的,對每個應用系統做了并發用戶的訪問數量限制(比如每臺服務器限定200個并發用戶)的授權,實際運行當中,當其中某一臺服務器到達上限時,會返回會一個提示頁面“用戶數已到達上限”,從應用技術的角度看并不是故障,而是不能接收新的用戶請求,已經登錄訪問的用戶可繼續訪問這臺服務器。在慧敏應用交付網關上可用基于腳本的健康檢查來判斷授權用戶已滿還是真正的故障,如果是用戶數已滿則將其設為draining狀態(不接收新用戶請求),否則就按正常故障處理,一旦返回正常內容,則修改此服務器為UP狀態。

四.應用交付網關為業務帶來的益處
4.1 全面地負載均衡技術確保部署靈活
WiseGrid慧敏應用交付網關提供全面的流量負載管理機制,包括輪詢、加權輪詢、最少連接、加權最少連接、源地址哈希、URL哈希、最小延遲、不排隊調度等負載均衡算法。這些方法用于以整體方式跟蹤服務器的動態性能,保證系統始終選擇最佳的計算資源,以提高應用系統的性能,并增加業務規模。
 
4.2完善的健康檢查技術保證業務的連續性
WiseGrid慧敏應用交付網關能夠進行不同OSI層面的健康檢查.
在Layer 2 健康檢查涉及到用來對給定的IP地址尋找MAC地址的地址分辨協議 (ARP) 請求。因為WiseGrid設置了真實服務器的IP地址,它會發送針對每一個真實服務器的IP地址的ARP請求以找到相應的MAC地址,服務器會響應這個ARP請求,除非它已經停機。
在Layer 3 健康檢查涉及到對真實服務器發送”ping”命令。“ping”是常用的程序來確認一個IP地址是否在網絡中存在,或者用來確認主機是否正常工作。
在Layer 4,WISEGRID會試圖聯接到一個特定應用在運行的TCP或UDP端口。舉例來說,如果VSERVER是被綁定在端口80做Web應用的話,WISEGRID試圖建立一個聯接到真實服務器的80端口。WISEGRID發送一個TCP SYN 請求包到每個真實服務器的80端口,并檢查回應的TCP SYN ACK數據包是否收到,如果哪一個沒有收到,WISEGRID就確認那臺服務器不能正常提供服務,WiseGrid單獨針對服務器的每個應用端口做健康檢查并單獨做關于其服務器的診斷結果是非常重要的。
在Layer 7層實現HTTP內容檢查
HTTP內容檢查是一種非常復雜的服務檢查,主要用于確認應用程序能否對請求返回對應的數據。如果一個應用對該服務檢查做出響應并返回對應的數據,則WISEGRID控制器將該服務器標識為工作良好。如果服務器不能返回相應的數據,則將該服務器標識為宕機。宕機一旦修復,WISEGRID慧敏應用交付網關就會自動查證應用已能對客戶請求做出正確響應并恢復向該服務器傳送。該功能使WISEGRID慧敏應用交付網關可以將保護延伸到后端應用如Web內容及數據庫。
用戶可以定義發送和接收的字串,發送字串是指發送到一個服務器的請求命令,例如:“GET /” 字串發送到一個HTTP 服務器。
通過WiseGrid慧敏應用交付網關靈活自定義方式的HTTP內容健康檢查方式,用戶可以檢查常見的應用如HTTP、SMTP、POP3等。更可自行編寫腳本,實現更加復雜的健康檢查方式,全面的檢測后臺服務器的運行狀態,保證系統運行的高效,可靠。
4.3豐富的負載均算法保證業務系統的性能
WiseGrid是一臺對流量和內容進行管理分配的設備。它提供多種種靈活的算法將數據流有效地轉發到它所連接的服務器群。而面對用戶,只是一臺虛擬服務器。用戶此時只須記住一臺服務器,即虛擬服務器。但他們的數據流卻被WISEGRID靈活地均衡到所有的服務器。
算法包括:
輪詢調度:順序循環將請求一次順序循環地連接每個服務器。當其中某個服務器發生第2第7層的故障,WISEGRID就把其從順序循環隊列中拿出,不參加下一次的輪詢,直到其恢復正常。
加權輪詢調度:給每個服務器分配一個加權值為比例,根椐這個比例,把用戶的請求分配到每個服務器。當其中某個服務器發生第2到第7層的故障,WiseGrid就把其從服務器隊列中拿出,不參加下一次的用戶請求的分配,直到其恢復正常。
最少連接調度:傳遞新的連接給那些進行最少連接處理的服務器。當其中某個服務器發生第2到第7層的故障,WiseGrid就把其從服務器隊列中拿出,不參加下一次的用戶請求的分配,直到其恢復正常。
加權最少鏈接調度:在這種算法下,具有較高權值的服務器將承受較大比例的活動連接負載。負載均衡服務器可以自動問詢實際服務器的負載情況,并動態地調整其權值。
局部性最少連接調度:此算法是針對目標IP地址的負載均衡,該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址最近使用的服務器,若該服務器是可用的且沒有超載,將請求發送到該服務器;若服務器不存在,或者該服務器超載且有服務器處于一半的工作負載,則用“最少鏈接”的原則選出一個可用的服務器,將請求發送到該服務器。
帶復制局部性最少連接調度:此是針對目標IP地址的負載均衡,它要維護從一個目標IP地址到一組服務器的映射,該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地 址對應的服務器組,按“最小連接”原則從服務器組中選出一臺服務器,若服務器沒有超載,將請求發送到該服務器,若服務器超載;則按“最小連接”原則從這個 集群中選出一臺服務器,將該服務器加入到服務器組中,將請求發送到該服務器。同時,當該服務器組有一段時間沒有被修改,將最忙的服務器從服務器組中刪除,以降低復制的程度。
4.4應用加速進一步提升用戶體驗
WiseGrid慧敏應用交付網關在設計時重點考慮到Web應用,為基于Web的應用提供全面優化加速服務,使Web應用性能至少提升5 - 10 倍。
TCP連接復用
TCP連接復用使WiseGrid能夠將大量的客戶連接復用到WiseGrid與服務器之間的少量連接上,極大地緩解后端服務器在TCP連接管理維護的負擔,節省下來的系統開銷可以集中執行核心任務-即H T T P 內容服務。
自適應壓縮
WiseGrid慧敏應用交付網關使用基于標準的  Deflate 和  GZIP  算法來壓縮所有的Web應用流,從標準的 HTTP  對象直到Microsoft Office  文檔和XML 內容,以加速為所有的本地、遠程和移動用戶提供基于 Web 的應用。
智能緩存
WiseGrid慧敏應用交付網關基于內存(DRAM)和硬盤,實現對Http 對象進行緩存,可確保系統快速響應頻繁被請求的對象,而服務器不會再為這類的請求花費開銷,為其他 HTTP 進程服務節省了寶貴系統資源。
SSL 加速
WiseGrid慧敏應用交付網關集成了硬件的SSL 加速功能來處理SSL 流量,將這種計算密集型應用的處理留在應用交付網關上完成,有效卸載Web服務器原有的壓力。
4.5 彈性計算技術解決了同虛擬化技術的無縫結合
WiseGrid慧敏應用交付網關內置彈性技術資源調度引擎,通過基于事件驅動的資源調度,實現計算資源的彈性調度,保證用戶以最佳的資源配置提供應用服務,確保綠色IT 。
WiseGrid作為應用系統的訪問接入點,實時了解應用系統的負載情況,通過預置應用負載的閥值作為計算資源調配的觸發器,并利用內建的彈性計算調度策略,遠程喚起或關閉后臺應用服務器,動態掌控應用服務器群的規模。

4.6 Smart rules 腳本技術進行靈活的應用交換控制
WiseGrid慧敏應用交付網關提供了業界最全面的4-7層流量管理機制。除了利用成熟的負載均衡技術,確保流量按照最佳分配原則分發給后臺服務器群之外,WiseGrid應用交換引擎還可以根據應用層內容,如HTTP的頭信息、URL、Cookie或正文部分,結合智能策略控制引擎(Smart  Rules)預設的應用控制策略,實現基于應用內容的智能應用交換。
Smart  Rules策略引擎是整個智能應用交換架構的核心,它為Web應用以及所有WiseGrid功能模塊提供策略框架,通過圖形化的策略配置工具Smart Builder輕松制定規則策略。
4.7 對應用系統可提供應用的安全防護
由于WiseGrid慧敏應用交付網關介于客戶端與服務器之間,因此WiseGrid可以利用內置的安全防護引擎對客戶端請求和服務器響應流量進行雙向檢查,以阻止不合法的流量。WiseGrid可在不影響網絡性能的前提下防御拒絕服務(DDoS)攻擊。內容檢查方面提供http 協議清洗,協助用戶識別并阻止協議類型攻擊。

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