嚴(yán) 誠，唐仕喜

YAN Cheng, TANG Shi-xi

（鹽城師范學(xué)院 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，鹽城 224002）

0 引言

當(dāng)前多數(shù)中間件系統(tǒng)如CORBA[1]，DCOM[2]或RMI大都側(cè)重于為分布應(yīng)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(jì)算的關(guān)鍵機(jī)制如對象復(fù)制、一致性維護(hù)、故障檢測和恢復(fù)等；在面臨節(jié)點(diǎn)失效、對象崩潰、應(yīng)用值故障和網(wǎng)絡(luò)分區(qū)等問題時(shí)，也日益暴露其局限性。但從應(yīng)用需求角度看，可信應(yīng)用比普通應(yīng)用更加復(fù)雜，應(yīng)用開發(fā)者更加需要中間件平臺(tái)的支持。因此，對可信中間件技術(shù)的研究也就成為中間件技術(shù)領(lǐng)域的重要課題。可信中間件系統(tǒng)在受到廣泛關(guān)注和研究的同時(shí)，也面臨新的問題和挑戰(zhàn)。

Orbix + Isis系統(tǒng)[4]是第一個(gè)支持可信計(jì)算服務(wù)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(shí)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(xué)和朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研制的中間件系統(tǒng)，為分布應(yīng)用提供一個(gè)適應(yīng)性可信計(jì)算基本框架，它應(yīng)用使用QuO指定其期望的可信性需求并通過適應(yīng)性重配，達(dá)到動(dòng)態(tài)容錯(cuò)的目標(biāo)。加州大學(xué)巴巴拉分校開發(fā)了Eternal可信中間件系統(tǒng)，為分布對象應(yīng)用提供透明的可信計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，Eternal使用日志恢復(fù)機(jī)制達(dá)到失效恢復(fù)的目的。瑞士聯(lián)邦工學(xué)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(yīng)用集成組通信服務(wù)，滿足分布對象應(yīng)用的可信性需求，通過在ORB 之上為應(yīng)用定義相應(yīng)的IDL 接口，實(shí)現(xiàn)了一組通用的服務(wù)，如消息傳遞、多播通信、失效監(jiān)控及一致性維護(hù)等，以支持對象容錯(cuò)。加州大學(xué)埃爾文分校開發(fā)了自適應(yīng)可信中間件系統(tǒng)ROAFTS，采用Orbix為應(yīng)用提供分布對象平臺(tái)的支持，其目標(biāo)是通過透明地監(jiān)控和自適應(yīng)重配系統(tǒng)資源，為復(fù)雜的實(shí)時(shí)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供可信性支持。Lucent 貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了DOORS，它支持可信計(jì)算服務(wù)的機(jī)制和策略作為ORB 之上的通用服務(wù)對象加以實(shí)現(xiàn)，為分布對象應(yīng)用提供可信性支持，DOORS 主要側(cè)重于被動(dòng)復(fù)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(chǔ)。但在實(shí)際的工程中，還有很多需待解決的問題，我們結(jié)合新農(nóng)村合作醫(yī)療建設(shè)的實(shí)際，研究可信嵌入式中間件技術(shù)。

建立健全新型農(nóng)村合作醫(yī)療制度是解決“三農(nóng)”問題，促進(jìn)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，全面深入推進(jìn)城鄉(xiāng)一體化的重要舉措，對提高農(nóng)民健康水平，發(fā)展農(nóng)村衛(wèi)生事業(yè)，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義?，F(xiàn)行的大部分軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)了電腦記賬，核發(fā)補(bǔ)償，降低了不少勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)保證了核發(fā)的準(zhǔn)確性，但無法從根本上避免補(bǔ)償手續(xù)繁瑣、機(jī)構(gòu)龐大、亂收費(fèi)等問題，采用可信嵌入式中間件技術(shù)的新農(nóng)合醫(yī)療醫(yī)療費(fèi)用實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)，能有效解決聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院信息系統(tǒng)復(fù)雜程度高、開發(fā)商不統(tǒng)一、聯(lián)網(wǎng)單位眾多等問題，能滿足醫(yī)療費(fèi)用要求實(shí)時(shí)監(jiān)管、實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊蟆Ｏ到y(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，能滿足新農(nóng)合政策調(diào)整、業(yè)務(wù)拓展的需要。

1 新農(nóng)合可信嵌入式中間件監(jiān)督技術(shù)

新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)與工作站、前置機(jī)的關(guān)系如圖1所示。對新農(nóng)村合作醫(yī)療系統(tǒng)的操作進(jìn)行監(jiān)督和及時(shí)信息反饋，使得所有的操作都能得到及時(shí)的響應(yīng)和處理，保證新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)的可信息。

圖1 新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)與工作站、前置機(jī)的關(guān)系

當(dāng)服務(wù)程序收到醫(yī)院前置機(jī)發(fā)來的消息后根據(jù)不同定義進(jìn)行取數(shù)、操作合管辦數(shù)據(jù)庫或計(jì)算，并將結(jié)果返回至相應(yīng)的醫(yī)院前置機(jī)。醫(yī)院管理信息系統(tǒng)根據(jù)自身的業(yè)務(wù)并按照一定的數(shù)據(jù)包格式調(diào)用新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)，新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)根據(jù)參數(shù)設(shè)置并向設(shè)定的前置機(jī)的端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，關(guān)鍵代碼如圖2所示。

圖2 新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)調(diào)用關(guān)鍵代碼

醫(yī)院前置機(jī)的服務(wù)程序開啟后自動(dòng)監(jiān)測設(shè)定的端口，一旦收到消息，服務(wù)程序?qū)⑹盏降臄?shù)據(jù)包進(jìn)行解包并根據(jù)不同的定義響應(yīng)不同的處理事件，服務(wù)程序通過與新農(nóng)合數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換獲得處理結(jié)果，并返回結(jié)果給發(fā)起交易信息的用戶。

2 新農(nóng)合可信嵌入式中間件數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

新農(nóng)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(biāo)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(nóng)合可信嵌入式中間件的通用性。

圖3 新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)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(shè)計(jì)一個(gè)基于XML傳遞數(shù)據(jù)的專用加密通道，信息安全是非常關(guān)鍵的問題。

通過CRC32校驗(yàn)算法將加密的數(shù)據(jù)傳送給外網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)隔離模塊的主要功能是接收內(nèi)網(wǎng)傳送的文件，利用DES算法加密，通過CRC32校驗(yàn)算法將加密的數(shù)據(jù)傳送給外網(wǎng)。在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信中，為確保高效而無差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制。在外網(wǎng)再利用DES算法解密生成XML文件，將XML文件存入外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

在醫(yī)院前端系統(tǒng)中調(diào)用新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)對數(shù)據(jù)打包的關(guān)鍵代碼如圖5所示。醫(yī)院前置機(jī)的服務(wù)程序開啟后會(huì)自動(dòng)監(jiān)測設(shè)定的端口，一旦收到消息，服務(wù)程序?qū)⑹盏降臄?shù)據(jù)包進(jìn)行解包并根據(jù)不同的定義響應(yīng)不同的處理事件，服務(wù)程序通過與新農(nóng)合數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換獲得處理結(jié)果，并返回結(jié)果給發(fā)起交易信息的用戶。

圖4 新農(nóng)合嵌入式中間件服務(wù)數(shù)據(jù)打包關(guān)鍵代碼

3 新農(nóng)合可信嵌入式中間件實(shí)時(shí)處理技術(shù)

新農(nóng)合可信嵌入式中間件對交易請求進(jìn)行路由選擇和分發(fā)，根據(jù)主機(jī)資源的占用情況，動(dòng)態(tài)平衡負(fù)載，提高應(yīng)用處理的并發(fā)效率、吞吐量，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬要求，從而大大提高了主機(jī)資源的利用率和應(yīng)用系統(tǒng)的性能。

新農(nóng)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(wù)器的無謂開銷，從而提高處理性能，這特別適合于計(jì)算量大、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜、地理位置分布廣泛的新農(nóng)合系統(tǒng)。采用三層C/S/S 結(jié)構(gòu)研發(fā)新農(nóng)合費(fèi)用實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)，可信嵌入式中間件的設(shè)計(jì)減少了服務(wù)進(jìn)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(shí)間，大大提高數(shù)據(jù)庫處理能力和響應(yīng)速度。根據(jù)測試，在存儲(chǔ)過程和建立3級索引的情況下，10 萬條數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間在0.5s 以下。當(dāng)系統(tǒng)處理量增大時(shí)，3 層結(jié)構(gòu)可用通過增加應(yīng)用服務(wù)器來提高系統(tǒng)性能和處理速度。

4 新農(nóng)合可信嵌入式中間件容錯(cuò)技術(shù)

容錯(cuò)系統(tǒng)是在硬件故障或軟件錯(cuò)誤情況下，仍能繼續(xù)提供所期望的服務(wù)。從實(shí)現(xiàn)方式看，容錯(cuò)可以分為硬件容錯(cuò)和軟件容錯(cuò)。硬件容錯(cuò)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(dǎo)致系統(tǒng)難以修改和維護(hù)。因此，當(dāng)前越來越多的系統(tǒng)采用軟件方式實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。

建立數(shù)據(jù)相互恢復(fù)機(jī)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(jìn)行恢復(fù)。負(fù)責(zé)設(shè)置各醫(yī)療項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)單位保存各項(xiàng)設(shè)置數(shù)據(jù)，如果修改需在本地修改后上傳數(shù)據(jù)，經(jīng)合法確認(rèn)后寫入數(shù)據(jù)中心。各業(yè)務(wù)客戶端每天工作數(shù)據(jù)保存在本地計(jì)算機(jī)內(nèi)，每天或一周上傳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)合法和解密確認(rèn)后寫入數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心每日自動(dòng)備份數(shù)據(jù)與日志。

5 結(jié)束語

依據(jù)衛(wèi)生部和江蘇省相關(guān)新農(nóng)合建設(shè)規(guī)范，本文結(jié)合2009-2010年江蘇新型農(nóng)村合作醫(yī)療系統(tǒng)工程實(shí)際，探討了新農(nóng)合可信嵌入式中間件構(gòu)建、調(diào)用的監(jiān)督、數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)處理和容錯(cuò)等關(guān)鍵技術(shù)，以新農(nóng)合組織、管理與運(yùn)行的基礎(chǔ)信息收集和業(yè)務(wù)管理為主，實(shí)現(xiàn)以縣為單位的在線費(fèi)用審核、即時(shí)結(jié)算和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，同省級平臺(tái)建立暢通的數(shù)據(jù)通道，向省級平臺(tái)傳送、備份數(shù)據(jù)，傳輸報(bào)表、下載信息，以及即時(shí)傳輸參合農(nóng)民省內(nèi)異地就診的數(shù)據(jù)信息，完成異地就診費(fèi)用的審核、補(bǔ)償與結(jié)算。分布計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，推動(dòng)了分布應(yīng)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(yīng)用的透明性，減少應(yīng)用開發(fā)者對可信性的關(guān)注，繼承大量遺留的應(yīng)用，將是分布應(yīng)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(nóng)衛(wèi)發(fā)〔2006〕453號.衛(wèi)生部關(guān)于新型農(nóng)村合作醫(yī)療信息系統(tǒng)建設(shè)的指導(dǎo)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(nóng)村合作醫(yī)療縣級統(tǒng)一軟件接口規(guī)范[S].江蘇：2009.