负载均衡在医院HIS系统的设计与应用
来源:用户上传
作者:
摘要：在“互联网+医疗健康”飞速发展的今天，医院信息业务急速增加，有效保障医院网络架构高效稳定、信息系统数据安全可靠，成为各大医院面临的难题。本文针对医院主流HIS系统使用的两种架构，设计了使用负载均衡设备的网络拓扑，总结了负载均衡在两种架构中解决的业务访问、容灾切换、接口分流问题，旨在提高医院核心业务的运行效率。
关键词：负载均衡;C/S架构;B/S架构
中图分类号：R197 文献标识码：B DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.11.003
文章编号：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
得益于计算机和网络技术的飞速进步，医院信息系统也迅速发展，由半手工半自动化办公逐步转入无纸化办公。医院各大生产系统，如医院信息系统（HIS）、电子病历系统（EMR）、实验室信息系统（LIS）、影像归档和通信系统（PACS），以及各专科专用系统，收集并存储了患者个人信息与医疗信息，不仅有效提高了医护人员工作效率，也为建立健康档案、实施延续护理等提供了基础。信息系统在发展过程中，也逐步面临瓶颈。首先，临床的业务访问量增大，基于C/S架构和B/S架构设计的信息系统都遇到了硬件性能瓶颈，开始出现业务变慢和卡顿的现象。其次，医院专科专用系统增加，各系统与HIS或平台的接口日渐增加。最后，为保证数据安全和业务的连续性，各医院都为信息系统设计了备份系统，但是很少能够做到无缝切换，业务不中断。本文以西南医科大学附属医院为例，分别使用C/S与B/S架構的两套HIS系统。在C/S架构的系统下，遇到了数据库访问瓶颈及数据库容灾切换的难题。在B/S架构的系统下，遇到了web服务器访问瓶颈及平台切换的难题。针对上述问题，我院引入负载均衡[1]设备，升级优化了网络架构，旨在解决临床业务访问数据库或web服务器的瓶颈问题，简化数据库容灾切换操作步骤，提高信息系统的稳定性，为大型三甲医院的信息化升级提出了一种解决思路。
1负载均衡的路由设计
在网络架构上，我院采用了院区内双活的设计。核心交换机分别置于院区内两个机房，通过院区内光纤完成堆叠，下联两个服务器虚拟化集群。两台负载均衡设备（active和standby）分别连接于两台核心交换机。临床PC可通过楼层和汇聚交换机访问任意一个机房的核心，见图1。
在引入负载均衡设备后，架设院区内应用业务的网关时，可以在核心交换机上架设网关，也可以在负载均衡设备上架设网关，两种方法各有优势。①在核心交换机上架设网关：该方案下，为保证负载均衡生效，临床的数据优先通过核心交换机访问到负载均衡，再由负载均衡转发到相应的服务器中。由于网关在核心上，因此服务器在回应临床PC发包时，会直接通过核心返回，造成目的IP地址不一致从而导致临床PC丢弃数据。为避免此现象，需要对临床PC做一次源地址转换，或是在服务器集群中加入静态路由，保证服务器回应发包从负载均衡通过。使用该方法，网络和路由的配置较为复杂，优势在于核心交换机稳定性高、性能较好，能够处理大量的数据流量。②在负载均衡设备上架设网关：该方案下，所有的数据流量会优先访问负载均衡设备，再由负载均衡设备转发到服务器集群，数据返回时也默认从负载均衡通过[2]。使用该方法，配置简单，路由设计明了，但是从逻辑上负载均衡是串联到链路中，增加了故障点，并且由于负载均衡性能不及核心交换机，在遇到高峰访问时，容易造成性能瓶颈。
综合考虑，我院采用了第一种方法，将网关设计到核心交换机上。并且为了监控临床所有的访问记录，在服务器集群中加入了静态路由。在确定负载均衡的路由后，我院在前后两套基于C/S和B/S架构的系统上都有成熟的应用。 2 C/S架构下负载均衡的设计与应用
2.1设计 C/S架构下负载均衡的设计见图2。旧系统使用Oracle数据库，在双机房P750小机上搭建Oracle RAC环境。同时在两个机房搭建两个服务器虚拟化集群，在服务器本地分别搭建两个Oracle单节点数据库作为容灾数据库。生产数据库和容灾数据库之间通过Oracle goldengate技术保持实时同步。负载均衡设备旁挂于核心交换机，临床访问数据库都通过负载均衡设备转发。
2.2应用 在该拓扑设计中引入负载均衡主要解决了两个问题：①数据负载均衡：我院临床业务高峰期的数据库连接数超过3000，单台小机的性能很难支撑如此大量的访问量。Oracle RAC技术可以保证两个数据库同时写入并且数据一致，临床所有客户端均配置负载均衡地址，再由负载均衡将访问请求均分到两台小机的数据库上，解决了高峰时期硬件性能瓶颈问题。②数据库容灾切换：为保证数据和业务安全，我院在跨平台的环境中搭建了另一套Oracle单节点容灾数据库。当生产数据库出现硬件故障的时候，容灾数据库需要的最短时间接管生产业务。由于生产数据库和容灾数据库IP不一致，若不使用负载均衡，则进行切换时，需要将两套数据库的监听停止，数据库下线，再进行IP地址切换。从RAC和单节点的IP地址切换配置非常复杂，操作繁琐且容易出错，造成数据脑裂。增加负载均衡后，所有客户端及其他应用系统，均配置负载均衡地址[3]（一定需要配置为负载均衡地址，否则在切换时会导致终端或者子系统业务中断。后期运行过程中子系统更改配置流程复杂，耗时长久，故建议前期建设时就使用负载均衡地址）。需要进行容灾切换时，在负载均衡上操作地址，将所有的访问请求从生产数据库切换到容灾数据库上。
3 B/S架构下负载均衡的设计与应用
3.1设计 B/S架构下负载均衡的设计见图3。新系统使用cache数据库，在门诊机房服务器虚拟化集群上搭建主数据库环境，在外科机房另一套服务器虚拟化集群上搭建mirror数据库。临床所有业务都需要访问的web应用服务器以及各个子系统需要访问的平台服务器，位于门诊主机房。在外科机房搭建了备用的web服务器集群。主数据库提供数据读写业务，mirror数据库主要提供查询业务。访问临床访问web服務器、子系统访问平台服务器、所有业务访问数据库，均通过负载均衡设备转发。
3.2应用 在该拓扑设计中引入负载均衡主要解决了以下问题：①Web服务器访问压力：B/S架构的压力主要集中于服务器端，一体化系统中HIS、电子病历、LIS和PACS均需要通过web服务器提供服务。我院通过负载均衡提供了8台web服务器，缓解临床业务高峰期的访问压力。②对外接口平台访问压力：一体化系统设计更加规范，所有与HIS对接的子系统，均通过平台服务器提供接口。平台服务器需要通过负载均衡均分流量，平台服务器再通过负载均衡，将接口访问请求均分到web服务器上[4，5]。③数据库负载均衡：主数据库提供读写业务，mirror数据库只提供查询业务，临床访问web服务器后，web服务器根据具体的访问请求，通过负载均衡访问数据库，减小数据库服务器压力[6]。④业务切换：当web服务器、平台服务器、数据库服务器需要进行停机切换或地址更换时，可先行配置完成后，再操作负载均衡设备，将业务中断的时间减到最少。
4总结
在大型三甲医院的网络架构中引入负载均衡设备，对于使用C/S或B/S架构的HIS系统，可以有效分流临床终端访问数据库的流量、缓解单台服务器的访问压力、降低容灾切换时的操作复杂度、避免了更换数据库IP地址等高难度操作，有效地保证了业务访问的连续性，将业务中断的时间减到最少。在医院信息系统飞速发展，系统架构更加复杂的情况下，各个医院更应该重视负载均衡的使用。
参考文献：
[1]施识帆，张昕，曹凯迪，等.负载均衡技术在大型公立医院中的应用[J].中国医疗设备，2018（11）：155-157.
[2]李晓菲.负载均衡技术在医院PACS系统升级、改造中的应用[J].临床医学工程，2017（1）：21-22.
[3]王富.数字化医院网络中负载均衡技术的应用[J].硅谷，2015（2）：72
[4]刘昊贤.面向医疗健康服务的Web集群负载均衡策略的研究与实现[D].西安电子科技大学，2017.
[5]孔艳蓉.基于Nginx高并发Web服务器负载均衡策略的研究与改进[D].长安大学，2018.
[6]陈岗.服务器集群中的负载均衡策略研究[J].电脑知识与技术，2019（8）：9-10.
收稿日期：2020-03-18;修回日期：2020-03-31
编辑/成森
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15275799.htm
