王偉護(hù)　李曉宏　賴宇斌

[摘要] 信息化的浪潮席卷全球,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)深入到社會(huì)的每一個(gè)角落。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益普及,醫(yī)院信息化系統(tǒng)的深度在某種意義上標(biāo)志著醫(yī)院的現(xiàn)代化管理水平。本文結(jié)合醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn),從信息理論思路、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和運(yùn)行環(huán)境等方面,剖析醫(yī)院組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可行方案。

[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)技術(shù);拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);體系結(jié)構(gòu)

[中圖分類號(hào)]R197.324[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1674-4721(2009)07(a)-137-03

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不斷成熟,網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品國際標(biāo)準(zhǔn)的制定,以及計(jì)算機(jī)硬件產(chǎn)品性價(jià)比的日漸提高,大多數(shù)醫(yī)院計(jì)算機(jī)化管理模式已從獨(dú)立的單機(jī)階段和部門級(jí)應(yīng)用階段,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。下面根據(jù)醫(yī)院普遍存在的共性,探討組建醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的具體方案。

1 醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求

醫(yī)院信息化的建設(shè)目的以病人診療信息和提高醫(yī)療質(zhì)量為中心,實(shí)現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療、教學(xué)、科研及信息的網(wǎng)絡(luò)化管理。從應(yīng)用系統(tǒng)的角度來看,醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要能滿足不同層次應(yīng)用的需要,解決信息流的采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理,以達(dá)到在全院范圍內(nèi)的全數(shù)字化流程。

①可靠迅速的響應(yīng)以提供更好的醫(yī)療服務(wù),保證大門診量的正常訪問,解決HIS(hospital information system)系統(tǒng)服務(wù)器的瓶頸。②滿足醫(yī)院數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)和可擴(kuò)展性存儲(chǔ),其中包括HIS(hospital information system)系統(tǒng),LIS(laboratory information management system)系統(tǒng)和PACS(picture archiving & communication system)影像等系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。③區(qū)域醫(yī)療的建設(shè),如遠(yuǎn)程會(huì)診、網(wǎng)上學(xué)術(shù)研討等業(yè)務(wù)迫切需要醫(yī)院之間的資源共享,因此,醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)還要滿足信息化需要的互聯(lián)互通。④滿足web信息發(fā)布和各種Internet接入的應(yīng)用。⑤滿足未來信息化需要的無線終端接入應(yīng)用,通過直接訪問EMR(electronic medical record)電子病歷服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)病人日常巡房記錄實(shí)時(shí)讀寫;不同住院樓不同病房之間實(shí)現(xiàn)無線終端快速漫游切換。

2 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃

2.1做好規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)組建首先要做好總體規(guī)劃和需求分析,關(guān)鍵以實(shí)用性、先進(jìn)性、開放性、可擴(kuò)展性和安全可靠性為建網(wǎng)的主要原則。

2.1.1 實(shí)用性和先進(jìn)性是結(jié)合實(shí)際需要,注重網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用和維護(hù)的方便,選取用技術(shù)成熟、效果好和通用性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行高速可靠,支持不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,還能夠提供不同類型的網(wǎng)絡(luò)接口和互聯(lián)手段。網(wǎng)絡(luò)以強(qiáng)盛的生命力出現(xiàn),為適應(yīng)其高速發(fā)展,要求建網(wǎng)硬件要有一個(gè)高的起點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置要有超前的意識(shí),為今后高速數(shù)據(jù)流量和多媒體信息傳輸創(chuàng)造條件,保證網(wǎng)絡(luò)長久的實(shí)用性和先進(jìn)性。

2.1.2 開放性和可擴(kuò)展性,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用水平不斷提高,要求整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要具備良好的開放性、可擴(kuò)充性和組態(tài)的靈活性,如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增加、網(wǎng)絡(luò)主干數(shù)據(jù)流量的加速和子網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的升級(jí)等等,都要保證可平穩(wěn)地過渡到不久將來的高速數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)主干上。

2.1.3 安全可靠性是衡量整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能最重要的指標(biāo),應(yīng)采用性能先進(jìn)、可靠性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器,保證系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)和網(wǎng)上數(shù)據(jù)的安全與完整。

2.2 網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)

目前,我們接觸較多的主干網(wǎng)有:交換式以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)、異步傳輸模式(ATM)和千兆以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形式。在客觀上和應(yīng)用中,它們各自存在優(yōu)缺點(diǎn)。

交換式以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)相對(duì)其他幾種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說簡單一點(diǎn),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造價(jià)較低,交換式以太網(wǎng)最大的優(yōu)點(diǎn)是可獨(dú)占帶寬,避免用戶使用的沖突,從根本上解決了共享的缺陷,但快速以太網(wǎng)的總體性能會(huì)隨著用戶數(shù)據(jù)的增加而下降。

光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)采用雙環(huán)或雙連環(huán)的冗余設(shè)計(jì),使網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性、保密性和安全性,并有遠(yuǎn)距離的傳輸能力(輻射直徑可達(dá)100公里),但共享問題是FDDI的最大弱點(diǎn)。

異步傳輸模式(ATM)技術(shù)是一種最為先進(jìn),又完全不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新概念,是一種基于信元( Cell)交換技術(shù),可根據(jù)用戶需求隨意調(diào)整帶寬,代表網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向,但產(chǎn)品的價(jià)格昂貴,不適合企業(yè)的普及使用。

綜合以上幾種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn),結(jié)合考慮到醫(yī)學(xué)信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和傳輸帶寬的具體要求,以及目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性,可以采用以光纖為主要數(shù)據(jù)干線,六類非屏蔽雙絞線(UTP)為水平傳輸介質(zhì)高速以太網(wǎng),主干網(wǎng)絡(luò)符合TIA/EIA-568B CAT6的性能要求,傳輸頻寬達(dá)350 MHz,對(duì)語音和視頻的傳輸都可以達(dá)到較好的效果。

3 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渑c方案

醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是典型的局域網(wǎng),是利用通信線路將多臺(tái)計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接起來,目的在于實(shí)現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)傳輸和資源共享。醫(yī)院網(wǎng)的建設(shè)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇,這關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)未來的建設(shè)和發(fā)展。

在醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,其80%數(shù)據(jù)流量集中于網(wǎng)絡(luò)的主干,所以主干應(yīng)該采用高性能的交換式結(jié)構(gòu),并且具有較高的系統(tǒng)擴(kuò)展能力(如端口數(shù)量)和新技術(shù)應(yīng)用能力(如千兆桌面,萬兆網(wǎng))。為使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)盡量穩(wěn)定可靠,整體網(wǎng)絡(luò)采用星形+環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),中心節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)至少為1 000 M以太網(wǎng),服務(wù)器以1 000 M接入核心交換機(jī)。

從架構(gòu)模型上來看,根據(jù)醫(yī)院規(guī)模和實(shí)際的需要,可以采用三層或者兩層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。兩層架構(gòu)為核心層+接入層精簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),三層架構(gòu)為核心層+匯聚層+接入層。基于目前三層架構(gòu)比較成熟,比起傳統(tǒng)的兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),三層結(jié)構(gòu)增加了匯聚層,在工作站接入核心前先做匯聚,從而減輕了核心層設(shè)備的負(fù)荷,通過匯聚層實(shí)施安全策略及Vlan的劃分可以有效地隔離網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)阻塞,極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率和網(wǎng)絡(luò)的安全性。

核心層:由兩個(gè)高性能的交換機(jī)組成雙鏈路的冗余結(jié)構(gòu)。匯聚層:門診大樓和住院大樓對(duì)應(yīng)的匯聚層交換機(jī)通過雙鏈路千兆光纖接入到核心,放射科通過雙鏈路萬兆光纖接入到核心。接入層:采用星形方式通過千兆光纖連接到匯聚層交換機(jī)。

保證訪問后端服務(wù)器的業(yè)務(wù)流量得到實(shí)時(shí)響應(yīng),不容許出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須建設(shè)成為高速、穩(wěn)定、開放、安全等性能優(yōu)越的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),全網(wǎng)采用千兆和部分萬兆光纖構(gòu)成信息網(wǎng)絡(luò)主干。三層交換,VLAN虛擬局域網(wǎng),NAT路由等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù);嚴(yán)格的六類標(biāo)準(zhǔn)布線,部分科室千兆到桌面,通過全面系統(tǒng)的IP地址規(guī)劃及VLAN等技術(shù),實(shí)現(xiàn)用戶端到骨干網(wǎng)的快速信息交換。

3.1 核心層

核心層交換機(jī)采用兩臺(tái)高性能的多層模塊化交換機(jī)做雙機(jī)冗余備份,搭配最新的高性能Sup 720引擎,雙冗余電源,可以提供高達(dá)720 G交換帶寬以及超過400 mpps的包轉(zhuǎn)發(fā)率,滿足以千兆甚至萬兆骨干網(wǎng)絡(luò)的性能需求。在兩臺(tái)核心交換機(jī)上,通過HSRP技術(shù)及多重Standby組實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的功能,做到最大限度地發(fā)揮核心交換機(jī)的性能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流的同時(shí)實(shí)現(xiàn)互為備份。配置最新的模塊,提供多個(gè)全線速轉(zhuǎn)發(fā)的千兆光纖接口和用于與匯聚層交換機(jī)連接。

3.2 匯聚層

匯聚層由多臺(tái)支持三層交換和VLAN功能的千兆或者萬兆高性能交換機(jī)組成,通過匯聚層交換機(jī)端口進(jìn)行VLAN的劃分,由于在匯聚層交換機(jī)下的不同接入層交換機(jī)分別屬于不同VLAN,因此,需在匯聚層交換機(jī)的上連端口及核心交換機(jī)對(duì)應(yīng)的下連端口封裝802.1Q協(xié)議,使其能夠傳輸多個(gè)VLAN信息。

3.3 接入層

接入層交換機(jī)采用與核心交換機(jī)相同品牌的交換機(jī),該系列交換機(jī)是固定配置的交換機(jī),提供多個(gè)千兆和百兆以太網(wǎng)電口接入,為桌面用戶提供百兆或者千兆接入的能力,同時(shí)具備2個(gè)GBIC插槽或2個(gè)電口,可插千兆光纖模塊,用于與匯聚層交換機(jī)進(jìn)行千兆的光纖連接。

3.4 影像主干

由于影像系PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大,網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)的要求高,因此,設(shè)計(jì)時(shí),在影像科室使用帶有萬兆端口的匯聚交換機(jī)連接到核心交換機(jī),接入層交換機(jī)通過千兆光纖鏈接匯聚層交換機(jī),將影像服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)與主網(wǎng)的服務(wù)器及存儲(chǔ)相對(duì)獨(dú)立,千兆到桌面,減少影像數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)閱時(shí)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

3.5 外網(wǎng)接口控制

通過前端的路由器及策略路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)Internet出口的統(tǒng)一管理及帶寬分配。

Internet出口前置增加防火墻,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全,開辟DMZ區(qū),放置對(duì)外提供訪問的服務(wù)器,如WWW服務(wù)器、Mail服務(wù)器、DNS服務(wù)器及FTP服務(wù)器等。通過有效的ACL控制外來主機(jī)的訪問權(quán)限,同時(shí),將防火墻設(shè)置成VPN服務(wù)器,對(duì)移動(dòng)用戶提供VPN服務(wù)。

4 主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)備級(jí)可靠性:采用冗余交換引擎,冗余、負(fù)載均衡電源(AC和DC),冗余上行鏈路,冗余交換光纖。包括電源、風(fēng)扇、引擎、線路板模塊、交換背板在內(nèi)的所有系統(tǒng)單元都可熱插拔,如元件增加、轉(zhuǎn)移或替換,而不會(huì)導(dǎo)致相關(guān)業(yè)務(wù)中斷。在雙重交換引擎配置中,為了保護(hù)關(guān)鍵應(yīng)用,可在幾秒鐘內(nèi)將交換機(jī)控制轉(zhuǎn)換到冗余交換引擎上。所有系統(tǒng)單元都應(yīng)設(shè)計(jì)為可現(xiàn)場(chǎng)替換,從而實(shí)現(xiàn)最大服務(wù)性和最少的網(wǎng)絡(luò)停機(jī)時(shí)間。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是醫(yī)院信息系統(tǒng)的核心,所有信息在這里加工處理,服務(wù)的性能是衡量整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。醫(yī)院是特殊的待業(yè),要求服務(wù)器7×24 h不間斷地工作,在選擇服務(wù)器時(shí)要充分考慮機(jī)器的性能和價(jià)格比,可采用雙機(jī)熱備或服務(wù)器群集技術(shù),以確保信息系統(tǒng)正常、穩(wěn)定地運(yùn)行。

醫(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量特別大,影像資料需在網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸,對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的性能要求很高,核心層采用高性能、大容量的多層交換機(jī),匯聚層和接入層采用千兆以太網(wǎng)交換機(jī)。支持傳輸大量的多媒體數(shù)據(jù),主干采用千兆以太網(wǎng)技術(shù),支持VLAN的劃分。

5 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境

醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是圍繞醫(yī)院信息系統(tǒng)組建的,信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)最終要落實(shí)到具體的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件的開發(fā)工具等操作和開發(fā)平臺(tái)。這些應(yīng)用系統(tǒng)的選擇,主要應(yīng)注重其穩(wěn)定性、安全性、易操作性、易管理性和易升級(jí)能力。

目前,流行的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)是基于客戶機(jī)/服務(wù)器的(client/server)結(jié)構(gòu)模式,是最典型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)。如ORCLE、SQL-SERVER等優(yōu)秀平臺(tái),其先進(jìn)、合理的新型構(gòu)造方法,具有降低軟件的開發(fā)和維護(hù)成本,增強(qiáng)產(chǎn)品的可移植性的優(yōu)點(diǎn)。客戶機(jī)/服務(wù)器(client/server)結(jié)構(gòu)模式非常適合醫(yī)院信息系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是一種特殊的操作系統(tǒng)。Microsoft Windows 2003 Server操作系統(tǒng)具有搶先式多任務(wù)、對(duì)稱處理多處理器和兼容性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),且界面友好,深受用戶的喜愛。Unix是個(gè)多用戶、多進(jìn)程、多任務(wù)的操作系統(tǒng),成熟穩(wěn)定,適用于小型機(jī)。

6 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的日常管理

醫(yī)院信息化建設(shè)成功與否關(guān)鍵在于日常管理,日常管理的主要工作又在于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的管理,所以要建立一支技術(shù)過硬的網(wǎng)絡(luò)管理隊(duì)伍,負(fù)責(zé)應(yīng)用維護(hù)、硬件和軟件故障排除、系統(tǒng)程序備份、數(shù)據(jù)表格備份、系統(tǒng)配置等,并應(yīng)定期對(duì)前端機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、服務(wù)器三大部件進(jìn)行檢查維護(hù),以提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的壽命,保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

我院網(wǎng)管中心采用了網(wǎng)絡(luò)管理軟件Quidview CAMS對(duì)網(wǎng)絡(luò)的配置,性能,差錯(cuò),安全等各個(gè)方面實(shí)施全面管理,Quidview網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用分布式、組件化、跨平臺(tái)的開放體系結(jié)構(gòu),用戶通過選擇安裝不同的業(yè)務(wù)組件,可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、拓?fù)涔芾?、告警管理、性能管理、軟件升?jí)管理、配置文件管理、VPN監(jiān)視與部署等多種管理功能。產(chǎn)品不僅能夠獨(dú)立提供完整的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái),還能夠與HP OpenView、SNMPc多種主流通用網(wǎng)管平臺(tái)靈活集成;不僅能夠管理H3C公司的全線數(shù)據(jù)通信設(shè)備,還能夠通過標(biāo)準(zhǔn)MIB實(shí)現(xiàn)對(duì)Cisco、3Com等各主流廠商的數(shù)據(jù)通信設(shè)備的管理。

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(收稿日期:2009-04-19)