負載均衡在醫院HIS系統的設計與應用

宋陽 郝澤余 鄒健

摘要：在“互聯網+醫療健康”飛速發展的今天，醫院信息業務急速增加，有效保障醫院網絡架構高效穩定、信息系統數據安全可靠，成為各大醫院面臨的難題。本文針對醫院主流HIS系統使用的兩種架構，設計了使用負載均衡設備的網絡拓撲，總結了負載均衡在兩種架構中解決的業務訪問、容災切換、接口分流問題，旨在提高醫院核心業務的運行效率。

關鍵詞：負載均衡;C/S架構;B/S架構

中圖分類號：R197 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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

得益于計算機和網絡技術的飛速進步，醫院信息系統也迅速發展，由半手工半自動化辦公逐步轉入無紙化辦公。醫院各大生產系統，如醫院信息系統（HIS）、電子病歷系統（EMR）、實驗室信息系統（LIS）、影像歸檔和通信系統（PACS），以及各專科專用系統，收集并存儲了患者個人信息與醫療信息，不僅有效提高了醫護人員工作效率，也為建立健康檔案、實施延續護理等提供了基礎。信息系統在發展過程中，也逐步面臨瓶頸。首先，臨床的業務訪問量增大，基于C/S架構和B/S架構設計的信息系統都遇到了硬件性能瓶頸，開始出現業務變慢和卡頓的現象。其次，醫院專科專用系統增加，各系統與HIS或平臺的接口日漸增加。最后，為保證數據安全和業務的連續性，各醫院都為信息系統設計了備份系統，但是很少能夠做到無縫切換，業務不中斷。本文以西南醫科大學附屬醫院為例，分別使用C/S與B/S架構的兩套HIS系統。在C/S架構的系統下，遇到了數據庫訪問瓶頸及數據庫容災切換的難題。在B/S架構的系統下，遇到了web服務器訪問瓶頸及平臺切換的難題。針對上述問題，我院引入負載均衡[1]設備，升級優化了網絡架構，旨在解決臨床業務訪問數據庫或web服務器的瓶頸問題，簡化數據庫容災切換操作步驟，提高信息系統的穩定性，為大型三甲醫院的信息化升級提出了一種解決思路。

1負載均衡的路由設計

在網絡架構上，我院采用了院區內雙活的設計。核心交換機分別置于院區內兩個機房，通過院區內光纖完成堆疊，下聯兩個服務器虛擬化集群。兩臺負載均衡設備（active和standby）分別連接于兩臺核心交換機。臨床PC可通過樓層和匯聚交換機訪問任意一個機房的核心，見圖1。

在引入負載均衡設備后，架設院區內應用業務的網關時，可以在核心交換機上架設網關，也可以在負載均衡設備上架設網關，兩種方法各有優勢。①在核心交換機上架設網關：該方案下，為保證負載均衡生效，臨床的數據優先通過核心交換機訪問到負載均衡，再由負載均衡轉發到相應的服務器中。由于網關在核心上，因此服務器在回應臨床PC發包時，會直接通過核心返回，造成目的IP地址不一致從而導致臨床PC丟棄數據。為避免此現象，需要對臨床PC做一次源地址轉換，或是在服務器集群中加入靜態路由，保證服務器回應發包從負載均衡通過。使用該方法，網絡和路由的配置較為復雜，優勢在于核心交換機穩定性高、性能較好，能夠處理大量的數據流量。②在負載均衡設備上架設網關：該方案下，所有的數據流量會優先訪問負載均衡設備，再由負載均衡設備轉發到服務器集群，數據返回時也默認從負載均衡通過[2]。使用該方法，配置簡單，路由設計明了，但是從邏輯上負載均衡是串聯到鏈路中，增加了故障點，并且由于負載均衡性能不及核心交換機，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，將網關設計到核心交換機上。并且為了監控臨床所有的訪問記錄，在服務器集群中加入了靜態路由。在確定負載均衡的路由后，我院在前后兩套基于C/S和B/S架構的系統上都有成熟的應用。

2 C/S架構下負載均衡的設計與應用

2.1設計 ?C/S架構下負載均衡的設計見圖2。舊系統使用Oracle數據庫，在雙機房P750小機上搭建Oracle RAC環境。同時在兩個機房搭建兩個服務器虛擬化集群，在服務器本地分別搭建兩個Oracle單節點數據庫作為容災數據庫。生產數據庫和容災數據庫之間通過Oracle goldengate技術保持實時同步。負載均衡設備旁掛于核心交換機，臨床訪問數據庫都通過負載均衡設備轉發。

2.2應用 ?在該拓撲設計中引入負載均衡主要解決了兩個問題：①數據負載均衡：我院臨床業務高峰期的數據庫連接數超過3000，單臺小機的性能很難支撐如此大量的訪問量。Oracle RAC技術可以保證兩個數據庫同時寫入并且數據一致，臨床所有客戶端均配置負載均衡地址，再由負載均衡將訪問請求均分到兩臺小機的數據庫上，解決了高峰時期硬件性能瓶頸問題。②數據庫容災切換：為保證數據和業務安全，我院在跨平臺的環境中搭建了另一套Oracle單節點容災數據庫。當生產數據庫出現硬件故障的時候，容災數據庫需要的最短時間接管生產業務。由于生產數據庫和容災數據庫IP不一致，若不使用負載均衡，則進行切換時，需要將兩套數據庫的監聽停止，數據庫下線，再進行IP地址切換。從RAC和單節點的IP地址切換配置非常復雜，操作繁瑣且容易出錯，造成數據腦裂。增加負載均衡后，所有客戶端及其他應用系統，均配置負載均衡地址[3]（一定需要配置為負載均衡地址，否則在切換時會導致終端或者子系統業務中斷。后期運行過程中子系統更改配置流程復雜，耗時長久，故建議前期建設時就使用負載均衡地址）。需要進行容災切換時，在負載均衡上操作地址，將所有的訪問請求從生產數據庫切換到容災數據庫上。

3 B/S架構下負載均衡的設計與應用

3.1設計 ?B/S架構下負載均衡的設計見圖3。新系統使用cache數據庫，在門診機房服務器虛擬化集群上搭建主數據庫環境，在外科機房另一套服務器虛擬化集群上搭建mirror數據庫。臨床所有業務都需要訪問的web應用服務器以及各個子系統需要訪問的平臺服務器，位于門診主機房。在外科機房搭建了備用的web服務器集群。主數據庫提供數據讀寫業務，mirror數據庫主要提供查詢業務。訪問臨床訪問web服務器、子系統訪問平臺服務器、所有業務訪問數據庫，均通過負載均衡設備轉發。

3.2應用 ?在該拓撲設計中引入負載均衡主要解決了以下問題：①Web服務器訪問壓力：B/S架構的壓力主要集中于服務器端，一體化系統中HIS、電子病歷、LIS和PACS均需要通過web服務器提供服務。我院通過負載均衡提供了8臺web服務器，緩解臨床業務高峰期的訪問壓力。②對外接口平臺訪問壓力：一體化系統設計更加規范，所有與HIS對接的子系統，均通過平臺服務器提供接口。平臺服務器需要通過負載均衡均分流量，平臺服務器再通過負載均衡，將接口訪問請求均分到web服務器上[4，5]。③數據庫負載均衡：主數據庫提供讀寫業務，mirror數據庫只提供查詢業務，臨床訪問web服務器后，web服務器根據具體的訪問請求，通過負載均衡訪問數據庫，減小數據庫服務器壓力[6]。④業務切換：當web服務器、平臺服務器、數據庫服務器需要進行停機切換或地址更換時，可先行配置完成后，再操作負載均衡設備，將業務中斷的時間減到最少。

4總結

在大型三甲醫院的網絡架構中引入負載均衡設備，對于使用C/S或B/S架構的HIS系統，可以有效分流臨床終端訪問數據庫的流量、緩解單臺服務器的訪問壓力、降低容災切換時的操作復雜度、避免了更換數據庫IP地址等高難度操作，有效地保證了業務訪問的連續性，將業務中斷的時間減到最少。在醫院信息系統飛速發展，系統架構更加復雜的情況下，各個醫院更應該重視負載均衡的使用。

參考文獻：

[1]施識帆，張昕，曹凱迪，等.負載均衡技術在大型公立醫院中的應用[J].中國醫療設備，2018（11）：155-157.

[2]李曉菲.負載均衡技術在醫院PACS系統升級、改造中的應用[J].臨床醫學工程，2017（1）：21-22.

[3]王富.數字化醫院網絡中負載均衡技術的應用[J].硅谷，2015（2）：72

[4]劉昊賢.面向醫療健康服務的Web集群負載均衡策略的研究與實現[D].西安電子科技大學，2017.

[5]孔艷蓉.基于Nginx高并發Web服務器負載均衡策略的研究與改進[D].長安大學，2018.

[6]陳崗.服務器集群中的負載均衡策略研究[J].電腦知識與技術，2019（8）：9-10.

收稿日期：2020-03-18;修回日期：2020-03-31

編輯/成森