新農合可信嵌入式中間件技術研究

嚴 誠，唐仕喜

YAN Cheng, TANG Shi-xi

（鹽城師范學院 信息科學與技術學院，鹽城 224002）

0 引言

當前多數(shù)中間件系統(tǒng)如CORBA[1]，DCOM[2]或RMI大都側重于為分布應用提供通用的支持如消息通信、位置透明、語言透明和互操作等，缺乏支撐可信計算的關鍵機制如對象復制、一致性維護、故障檢測和恢復等；在面臨節(jié)點失效、對象崩潰、應用值故障和網絡分區(qū)等問題時，也日益暴露其局限性。但從應用需求角度看，可信應用比普通應用更加復雜，應用開發(fā)者更加需要中間件平臺的支持。因此，對可信中間件技術的研究也就成為中間件技術領域的重要課題。可信中間件系統(tǒng)在受到廣泛關注和研究的同時，也面臨新的問題和挑戰(zhàn)。

Orbix + Isis系統(tǒng)[4]是第一個支持可信計算服務的商用中間件系統(tǒng)，它采用與Elect ra 類似的策略，即通過修改Orbix 的核心以實現(xiàn)與組通信系統(tǒng)Isis 的有效集成，Orbix + Isis 系統(tǒng)具有較高的效率和較好的透明性，但可移植性和互操作性較差。AQuA系統(tǒng)是美國伊利諾斯大學和朗訊貝爾實驗室聯(lián)合研制的中間件系統(tǒng)，為分布應用提供一個適應性可信計算基本框架，它應用使用QuO指定其期望的可信性需求并通過適應性重配，達到動態(tài)容錯的目標。加州大學巴巴拉分校開發(fā)了Eternal可信中間件系統(tǒng)，為分布對象應用提供透明的可信計算基礎設施，Eternal使用日志恢復機制達到失效恢復的目的。瑞士聯(lián)邦工學院洛桑分校研制開發(fā)了OGS 系統(tǒng)是的可信對象中間件系統(tǒng)，為分布對象應用集成組通信服務，滿足分布對象應用的可信性需求，通過在ORB 之上為應用定義相應的IDL 接口，實現(xiàn)了一組通用的服務，如消息傳遞、多播通信、失效監(jiān)控及一致性維護等，以支持對象容錯。加州大學埃爾文分校開發(fā)了自適應可信中間件系統(tǒng)ROAFTS，采用Orbix為應用提供分布對象平臺的支持，其目標是通過透明地監(jiān)控和自適應重配系統(tǒng)資源，為復雜的實時關鍵業(yè)務系統(tǒng)提供可信性支持。Lucent 貝爾實驗室研發(fā)了DOORS，它支持可信計算服務的機制和策略作為ORB 之上的通用服務對象加以實現(xiàn)，為分布對象應用提供可信性支持，DOORS 主要側重于被動復制策略，并未對組通信和虛同步模型提供支持。這些前期的研究為可信中間件工程化奠定了基礎。但在實際的工程中，還有很多需待解決的問題，我們結合新農村合作醫(yī)療建設的實際，研究可信嵌入式中間件技術。

建立健全新型農村合作醫(yī)療制度是解決“三農”問題，促進城鄉(xiāng)經濟協(xié)調發(fā)展，全面深入推進城鄉(xiāng)一體化的重要舉措，對提高農民健康水平，發(fā)展農村衛(wèi)生事業(yè)，維護社會穩(wěn)定具有重要意義。現(xiàn)行的大部分軟件系統(tǒng)能夠實現(xiàn)了電腦記賬，核發(fā)補償，降低了不少勞動強度，同時保證了核發(fā)的準確性，但無法從根本上避免補償手續(xù)繁瑣、機構龐大、亂收費等問題，采用可信嵌入式中間件技術的新農合醫(yī)療醫(yī)療費用實時補償系統(tǒng)，能有效解決聯(lián)網醫(yī)院信息系統(tǒng)復雜程度高、開發(fā)商不統(tǒng)一、聯(lián)網單位眾多等問題，能滿足醫(yī)療費用要求實時監(jiān)管、實時補償?shù)囊蟆Ｏ到y(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，能滿足新農合政策調整、業(yè)務拓展的需要。

1 新農合可信嵌入式中間件監(jiān)督技術

新農合嵌入式中間件服務與工作站、前置機的關系如圖1所示。對新農村合作醫(yī)療系統(tǒng)的操作進行監(jiān)督和及時信息反饋，使得所有的操作都能得到及時的響應和處理，保證新農合嵌入式中間件服務的可信息。

圖1 新農合嵌入式中間件服務與工作站、前置機的關系

當服務程序收到醫(yī)院前置機發(fā)來的消息后根據(jù)不同定義進行取數(shù)、操作合管辦數(shù)據(jù)庫或計算，并將結果返回至相應的醫(yī)院前置機。醫(yī)院管理信息系統(tǒng)根據(jù)自身的業(yè)務并按照一定的數(shù)據(jù)包格式調用新農合嵌入式中間件服務，新農合嵌入式中間件服務根據(jù)參數(shù)設置并向設定的前置機的端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，關鍵代碼如圖2所示。

圖2 新農合嵌入式中間件服務調用關鍵代碼

醫(yī)院前置機的服務程序開啟后自動監(jiān)測設定的端口，一旦收到消息，服務程序將收到的數(shù)據(jù)包進行解包并根據(jù)不同的定義響應不同的處理事件，服務程序通過與新農合數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)交換獲得處理結果，并返回結果給發(fā)起交易信息的用戶。

2 新農合可信嵌入式中間件數(shù)據(jù)傳輸技術

新農合可信嵌入式中間件采用數(shù)據(jù)的加密、打包和上傳分離的辦法來保證數(shù)據(jù)的可信性。XML語言是一種面向數(shù)據(jù)的標記規(guī)范，XML數(shù)據(jù)是完全開放的，打包數(shù)據(jù)格式采用開放的XML格式以提高新農合可信嵌入式中間件的通用性。

圖3 新農合嵌入式中間件服務XML數(shù)據(jù)體格式

由于在XML規(guī)范中并不提供對數(shù)據(jù)的保密措施，一旦含有商業(yè)信息的XML文檔被別有用心的人直接得到，泄密幾乎是必然的。要設計一個基于XML傳遞數(shù)據(jù)的專用加密通道，信息安全是非常關鍵的問題。

通過CRC32校驗算法將加密的數(shù)據(jù)傳送給外網。網絡隔離模塊的主要功能是接收內網傳送的文件，利用DES算法加密，通過CRC32校驗算法將加密的數(shù)據(jù)傳送給外網。在遠距離數(shù)據(jù)通信中，為確保高效而無差錯地傳送數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行差錯控制。在外網再利用DES算法解密生成XML文件，將XML文件存入外網數(shù)據(jù)庫。

在醫(yī)院前端系統(tǒng)中調用新農合嵌入式中間件服務對數(shù)據(jù)打包的關鍵代碼如圖5所示。醫(yī)院前置機的服務程序開啟后會自動監(jiān)測設定的端口，一旦收到消息，服務程序將收到的數(shù)據(jù)包進行解包并根據(jù)不同的定義響應不同的處理事件，服務程序通過與新農合數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)交換獲得處理結果，并返回結果給發(fā)起交易信息的用戶。

圖4 新農合嵌入式中間件服務數(shù)據(jù)打包關鍵代碼

3 新農合可信嵌入式中間件實時處理技術

新農合可信嵌入式中間件對交易請求進行路由選擇和分發(fā)，根據(jù)主機資源的占用情況，動態(tài)平衡負載，提高應用處理的并發(fā)效率、吞吐量，減少網絡帶寬要求，從而大大提高了主機資源的利用率和應用系統(tǒng)的性能。

新農合可信嵌入式中間件的共享連接能大大地減輕數(shù)據(jù)服務器的無謂開銷，從而提高處理性能，這特別適合于計算量大、業(yè)務邏輯復雜、地理位置分布廣泛的新農合系統(tǒng)。采用三層C/S/S 結構研發(fā)新農合費用實時補償系統(tǒng)，可信嵌入式中間件的設計減少了服務進程訪問數(shù)據(jù)庫所建立的連接，從而減少了數(shù)據(jù)庫處理時間，大大提高數(shù)據(jù)庫處理能力和響應速度。根據(jù)測試，在存儲過程和建立3級索引的情況下，10 萬條數(shù)據(jù)的響應時間在0.5s 以下。當系統(tǒng)處理量增大時，3 層結構可用通過增加應用服務器來提高系統(tǒng)性能和處理速度。

4 新農合可信嵌入式中間件容錯技術

容錯系統(tǒng)是在硬件故障或軟件錯誤情況下，仍能繼續(xù)提供所期望的服務。從實現(xiàn)方式看，容錯可以分為硬件容錯和軟件容錯。硬件容錯盡管具有速度優(yōu)勢，但它通常需要特殊硬件的支持，缺乏足夠的靈活性，導致系統(tǒng)難以修改和維護。因此，當前越來越多的系統(tǒng)采用軟件方式實現(xiàn)容錯。

建立數(shù)據(jù)相互恢復機制，客戶端數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)、備份數(shù)據(jù)一旦任何一方數(shù)據(jù)丟失或損壞都可以從另一方備份數(shù)據(jù)進行恢復。負責設置各醫(yī)療項目標準單位保存各項設置數(shù)據(jù)，如果修改需在本地修改后上傳數(shù)據(jù)，經合法確認后寫入數(shù)據(jù)中心。各業(yè)務客戶端每天工作數(shù)據(jù)保存在本地計算機內，每天或一周上傳業(yè)務數(shù)據(jù)，經合法和解密確認后寫入數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心每日自動備份數(shù)據(jù)與日志。

5 結束語

依據(jù)衛(wèi)生部和江蘇省相關新農合建設規(guī)范，本文結合2009-2010年江蘇新型農村合作醫(yī)療系統(tǒng)工程實際，探討了新農合可信嵌入式中間件構建、調用的監(jiān)督、數(shù)據(jù)傳輸、實時處理和容錯等關鍵技術，以新農合組織、管理與運行的基礎信息收集和業(yè)務管理為主，實現(xiàn)以縣為單位的在線費用審核、即時結算和實時監(jiān)控功能，同省級平臺建立暢通的數(shù)據(jù)通道，向省級平臺傳送、備份數(shù)據(jù)，傳輸報表、下載信息，以及即時傳輸參合農民省內異地就診的數(shù)據(jù)信息，完成異地就診費用的審核、補償與結算。分布計算應用領域的不斷拓展，推動了分布應用可信性需求的日益增長，對中間件系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。如何盡量保持對應用的透明性，減少應用開發(fā)者對可信性的關注，繼承大量遺留的應用，將是分布應用對可信中間件系統(tǒng)長期而主流的需求。

[1] OMG.The Common Object Request Broker： Architecture and Specification V3.0.2, Object Management Group [EB/OL].http：//hyper.sunjapan.com.cn/ hz/corba/omg/ 2002-11-1/2010-11-15.

[2] Horstmann M, Kirtland M.DCOM Architecture.msdn[EB/OL].http：//microsoft.com/library 2002-11-1/ 2010-8-10.

[3] 衛(wèi)生部.衛(wèi)農衛(wèi)發(fā)〔2006〕453號.衛(wèi)生部關于新型農村合作醫(yī)療信息系統(tǒng)建設的指導意見[S].北京：2006.

[4] 杭州創(chuàng)業(yè)軟件股份有限公司.V1.12009.06.18.江蘇省新型農村合作醫(yī)療縣級統(tǒng)一軟件接口規(guī)范[S].江蘇：2009.