基于MNSS 的醫院時間同步系統研究及仿真

丁詠飛

（亳州市中醫院 信息科，安徽 亳州236800）

1 概述

隨著信息技術的發展，醫院信息網絡已經完成從早期獨立式應用向全局交互式應用的轉變。具有統一標準的時間同步系統作為醫院信息化建設的基本單元，在整個系統特別是計費系統、時間校正系統中起關鍵作用。醫院各個部門業務的正常開展以及醫院信息安全維護工作都對時間同步功能有較高要求和較強依賴性，但醫療設備的傳統時鐘來源——晶體振蕩器在長期運行后易產生誤差，人工校對的可操作性不強且產生的時間滯后將對醫院系統造成嚴重影響，而外接高精度時鐘源的成本太高難以實現大規模部署。

針對上述問題，本文擬在MNSS (Medical Network System Simulator)平臺中部署實驗環境，將NTP 服務應用于linux 系統以及cisco 路由器。MNSS 平臺是徐州醫科大學自主研發的醫學信息虛擬仿真教學實驗平臺，用戶通過瀏覽器就可直接模擬及測試醫院信息系統的網絡拓撲結構。

2 網絡時間協議(Network Time Protocol)

2.1 NTP 簡介

NTP（Network Time Protocol，網絡時間協議）是一種通過網絡使各個計算機實現時間同步的協議，可將局域網中的計算機時鐘精度誤差控制在0.1ms 內。該協議可使計算機訪問時鐘源或服務器從而完成時間同步，并且可用加密認證的方式避免惡意攻擊。

2.2 NTP 工作結構及作用

在NTP 中，各個服務器按照離外部時鐘源遠近被劃分到相應的層（Stratum）中，形成階梯式相互連接的結構。上層為下層提供標準時間，每一層可達的時間精度逐層遞減，NTP 通過網絡、衛星等途徑獲得國際標準時間（UTC）后按照服務器等級逐級同步時間。

醫院信息系統的NTP 服務功能包括以下三點：

（1）為醫院各項業務提供統一時間鏈，作為后期依據；

（2）為醫院LIS 系統、HIS 系統、內外部網提供統一時間源；

（3）為醫院各診區的患者及醫療人員提供精確時間源。

3 配置NTP 服務的仿真實驗設計

3.1 實驗場景設計

由于各醫院網絡規模存在差異，本實驗設計了兩個不同的實驗環境。場景一適用于小型醫院網絡，將路由器等網絡設備作為服務器端以減少運維開銷；場景二適用于大型醫院網絡，將linux、windows 系統作為服務器端以增強服務器的穩定性與可靠性。

3.2 實驗拓撲結構設計

在MNSS 平臺中新建實驗，然后在工作區域中根據小型/大型醫院的場景需求分別搭建兩種醫院時鐘系統拓撲圖。如圖2、3 所示，核心層網絡設置兩個三層交換機以避免單核心出現的宕機問題，接入層各個部門主機經由二層交換機連入核心層，醫院服務器集群中的HIS、LIS、PACS 等均由二層交換機接入。

衛星時鐘源通過天線等方式傳輸給stratum1 服務器，stratum1 服務器再通過網絡向下逐層同步，最終給醫院的所有主機以及終端設備提供精準時間。

場景一拓撲結構：

圖1 小型醫院拓撲圖

場景二拓撲結構：

圖2 大型醫院拓撲圖

3.3 實驗注意點

（1）各個網絡設備的參數設置需互相聯通以交換數據；

（2）NTP 服務器的時間校準可通過人工設置和連接外網時間源兩種途徑完成。

3.4 命令配置

場景一：路由器作為服務器

（1）主機上的配置

（2）交換機swith

[root@MNSSstation ～]# ntpq -p # 查看NTP 服務器時間同步的過程

3.5 實驗現象驗證與分析

場景一：在服務器端完成NTP 命令配置后，將客戶端連接至NTP 服務器并查看時間是否同步。

場景二：為證明以linux 系統作為NTP 時間服務器在正常聯網的情況下可實現自動校準功能，本實驗通過手動修改服務器時間模擬時間出錯。

圖3 查看同步過程

手動修改NTP 服務器時間后，NTP 服務器將會根據網絡上的時間源自動同步校準為正確時間。

4 結論

為確保醫院各項業務的正常開展，醫院網絡中必須具備精準可靠的醫院時間同步系統。本研究通過MNSS 平臺模擬并測試了不同場景下的兩類NTP 服務器，分析驗證了將網絡設備和linux 系統兩類型設備作為醫院時間同步系統服務器的可行性。在本文提出的時間同步系統中，醫院可以根據自己的實際情況選擇合適的NTP 服務器，從而實現提高醫院時間同步系統精確性與穩定性的目標。