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医疗行业 负载均衡解决方案

作者:admin 发布时间2024-06-01 点击数:

行业背景

党和政府历来十分重视医疗卫生信息化工作。1995年5月。“金卫工程”是在卫生部直接领导下的,在全国医疗系统颇引人注目的一项全国性工程,卫生部正式启动“金卫工程”。它不仅将信息科学、计算机技术和通信集成应用等技术集成于医疗卫生领域、实现了医疗机构计算机网络化,在医疗卫生信息网络MIN(Medical Information Network)基础之上,建立了全国性远程医疗信息传输系统,而且优化了医疗保健服务。

金卫工程不仅是集成信息科学、计算机技术和通信集成应用技术于医疗卫生领域的高科技产业,亦将优化医疗保健服务,加速实施我国医院管理及医疗卫生事业现代化建设进程。是我国医疗卫生系统的重要基础建设、也是国家信息化建设的重要组成部分,更是造福于国家和全国人民健康的综合性、跨世纪工程。“金卫工程”是跨世纪的国家医疗信息网络工程。

2002年卫生部印发《医院信息系统基本功能规范》。

2003年卫生部发布《全国卫生信息化发展规划纲要(2003-2010年)》,重点加强临床信息系统的建设和应用,要创造条件,如电子病历、数字化医学影像、医生和护士工作站等;跟踪世界医院信息化发展的趋势;加快医院信息化、数字化建设步伐,《纲要》明确提出:今后一段时期我国医疗服务信息系统建设的目标是在全面应用管理信息系统的基础上。

2004年《中华人民共和国电子签名法》正式实施。

2006年卫生部组织数十家单位制订出《中国医院信息基本数据集》。目前国内各三级医院包括部分经济条件较好的及发达地区的二级医院纷纷正在投入巨资,将医院信息系统从以收费管理物资管理为中心的管理信息系统向以病人为中心、以“一卡通”系统、条码技术、电子病历、医生工作站、护士工作站、PACS系统、LIS系统为核心应用的临床信息系统快速推进。目前,一个以功能扩充或升级替换为主要特征的医院信息系统建设的新热潮正在兴起。

经过近二十年的发展,我国医院信息系统(Hospital Information System。HIS)建设已经初具规模。信息系统的发展经历了从单机系统、局部网络系统到整个医院信息系统的多个阶段。特别是随着国家金卫工程的展开。实现了挂号、收费、发药,已经有许多医院相继建立起医院范围的信息系统,大部分医院已经建立起了比较正规的医院信息管理系统,经过多年的发展,病号入院、医嘱处理、出院结算,药品的采购、入库、出库等的计算机管理,目前。

对新的数字医疗信息技术,比如电子病历、远程医疗以及大数据分析的使用。正在改变医生、患者、支付方以及其他医疗行业相关人士之间的互动方式。人工智能、数字化诊断仪器、可穿戴设备等一系列的数字创新正在帮助医生提高诊断和治疗的效率。但他们对医疗的进步所起到的作用则是有目共睹的,这些变化对原有的医疗模式产生了震动。

随着计算机技术的发展和国家金卫工程的持续展开,基于互联网的医疗信息系统的建设在全国各地医疗单位大量开展,其中以HIS、EMRS、PACS、RIS最为典型。


需求分析

随着医疗机构数据大集中、云计算、虚拟化和移动互联网等医疗服务的飞速增长,医疗业务与信息化平台不断融合,基于网络的数据访问流量迅速增长,医疗信息系统的使用者对于IT应用系统的要求和期望也越来越高,在包括业务连续性、响应速度、应用体验、信息安全等方面都提出了更高的要求。

医疗机构作为社会公共服务机构,其正常运作关系到广大人民的生命健康,医疗工作具备全天候开展、不可间断的特点,故而要求医疗信息系统必须能够实现“7*24”的正常运行。而且医疗业务的开展还具备一定的突发现象,需要面对日常运行的高并发及突发状况的高负载。于是医疗信息系统基本都采用多台服务器组成服务集群。

Ø 全面基于信息平台的医疗服务

Ø 7*24小时的医疗信息系统

Ø 强调高效的应用交付


东华负载均衡医疗解决方案

为了满足医疗机构业务系统及网络更稳定、更快速、更安全的需求,东华软件股份公司发布了基于业务系统的负载均衡解决方案。东华负载均衡解决方案能够帮助客户通过将相同服务内容布署在处于不同物理地点的多个数据中心中得到更高的可用性、性能、以及更加经济和无懈可击的安全性,以便在全球范围内的客户获得更快的响应时间。

东华负载均衡系统(AppDirector。具有出色的冗余机制,实现最快的网络访问和应用响应,拥有可靠的健康检查,及时发现网络和应用存在的异常并实时报警,内嵌多种智能调度算法,简称AD)拥有出色的负载调度能力,提供全天候、不中断的负载调度。

3.1 方案部署

医疗机构的信息化系统往往是庞大而复杂的,在面对复杂的网络情况下。东华负载能够非常快捷的部署在网络中。因为东华负载组网灵活,支持多种部署方式:串行接入,并行接入,三层接入,透明模式接入,DSR模式等等,医疗机构可以根据当前的网络运行状况和业务规划选择最合适的接入方式。按照我公司多年以来的经验,通常情况下,东华负载在网络中的部署位置如下:

医疗行业 负载均衡解决方案(图1)


在拓扑中,东华负载以旁路形式部署在网络中,将负载和服务器划分到一个VLAN里面、而不需进行NAT源地址转换,这种情况下可以把服务器的网关地址指向AD设备的IP地址,AD设备使用真实的客户端地址和服务器建立连接,负载系统的VS地址和服务器配置为同一个IP网段。此种部署方式能够在最短时间完成部署,对用户的业务系统影响最小。

1.1 实现功能

方案部署之后,能够实现对访问服务器和服务器返回的流量进行管理。东华负载均衡系统通过多种静态和动态负载分担算法,把访问服务器的流量智能的分发给最佳的服务器。同时,东华负载均衡系统利用自身的多核高性能硬件平台和TBOS软件系统的优势,对流量进行实时压缩,缓存,硬件加解密等处理,把原本需要耗费服务器大量性能的计算接管过来,使服务器系统只进行业务相关的处理,以实现整个业务系统的加速和效率提升

1.1.1 分析功能

随着医疗机构信息化的不断完善;大数据、物联网、远程医疗、专家远程会诊等多种多样的医疗服务覆盖范围的越来越广。对医疗机构的信息化系统、业务系统的稳定性、可靠性、高效性提出了更高的要求。而医疗机构中的信息管理员相对较少,如何应对所提供服务的质量问题是为关键。

东华负载均衡系统能够对医疗机构数据中心内的业务系统进行智能分析,能够有效统计服务器的使用状况,包括连接数、响应时间、健康状态等;能有效统计访问用户的时间、地域分布特性以及用户的应用访问偏好。这样的话可以为医疗机构提供关于服务器使用情况、用户使用偏好等全面的智能报表分析,帮助医疗机构的信息管理员快速全面的了解整个业务系统各个元素的运行状况。

此功能可以为医疗机构带来两点价值:

1、为医疗机构用户提供业务提供质量评估依据。

2、为医疗机构用户提供网络优化和改造的依据;

3、为医疗机构用户规划业务运营计划,提供决策的依据。

1.1.2 策略功能

对医疗机构数据中心内的服务器集群进行应用交付功能,通过VIP(虚拟IP地址,由IP地址和TCP/UDP应用的端口组成的一个IP)来为用户的一个或多个目标服务器提供负载均衡服务。

用户可以自定义服务器池。将数据流有效地转发到它所连接的服务器群,将真实服务器组成集群,并根据实际情况选择最合适的负载算法。用户只需要记住应用对外发布地址(VIP),即可快速的享受相应的服务;而在后台我们的产品会将他们的数据流通过灵活的负载均衡机制分担到所有的真实服务器之上。

用户可以添加真实服务器的信息、修改、添加或删除服务器池的相关信息,满足用户的具体需求。

我们提供了丰富的负载均衡调度算法:

静态调度算法

静态算法:即按照预先设定策略,不考虑当前各实服务或链路的实际负载情况,进行分发。算法特点:实现简单,调度快捷。

1)轮转(Round Robin Scheduling)

依次将请求分发到不同的服务器或链路上,使得各个真实服务器平均分担用户的连接请求。

如:实服务群中包含三个实服务A、B、C。最后分发给A、B、C的连接数之比为1:1:1,假设各实服务均未达到连接上限。

适用场景:服务器集群中各服务器性能相当,无优劣之分。

2)加权轮转(Weighted Round Robin Scheduling)

按照权值大小。权值大的分配较多请求,依次将请求分发到不同的服务器上,权值小的分配较少请求。该算法可以解决服务器间性能不一的问题,权值标识服务器间性能的差异。

如:实服务组中包含三个实服务A、B、C。其配置权值分别为:4、3、2。假设各

实服务均未达到连接上限,最后分发给A、B、C的连接数之比为4:3:2。

适用场景:服务器集群中各服务器性能存在差异。

3)随机(Random Scheduling)

将请求随机分发到不同的服务器上。从统计学角度看、调度结果为各个服务器平均分担用户的连接请求。

适用场景:服务器集群中各服务器性能相当,无优劣之分。

4)加权随机(Weighted Random Scheduling)

将请求随机分发到不同的服务器上。从统计学角度看、最后的比值和加权轮转一致,调度结果为各个服务器按照权值比重分担用户的连接请求。

适用场景:服务器集群中各服务器性能存在差异。

5)基于源IP 的Hash(Source IP Hashing Scheduling)

通过一个散列(Hash)函数将来自同一个源IP的请求映射到一台服务器上。

适用场景:需要保证来自同一个用户的请求分发到同一个服务器。

6)基于源IP 端口的

通过一个散列函数将来自同一个源IP和源端口号的请求映射到一台服务器上。

适用场景:需要保证来自同一个用户同一个业务的请求分发到同一台服务器上。

7)基于目的IP 的Hash(Destination IP Hashing Scheduling)

通过一个散列函数将去往同一个目的IP的请求映射到一台服务器上。

适用场景:需要保证到达同一个目的地的请求分发到同一台服务器上。

动态调度算法

相对于静态算法,动态算法根据各个真实服务器实际运行中的负载情况进行连接分发,

分发效果更均衡。

1)最小连接(Least Connection Scheduling)

负载均衡设备根据当前各个服务器的负载情况,把新的连接分配给连接数最小的服务器。该算法能把负载差异较大(连接保持时长差异较大)的请求平滑分发到各个服务器上。

适用场景:服务器集群中各服务器性能相当,无优劣之分,不同用户发起的连接保存时长差异较大。

2)加权最小连接(Weighted Connection Scheduling)

调度新连接时尽可能使服务器或链路的已建立活动连接数和服务器或链路权值成比

例,权值表明了服务器处理性能或链路实际带宽。

适用场景:服务器集群中各服务器性能存在差异,不同用户发起的连接保存时长差异较大。

3)动态反馈: 通过检测服务CPU等相关设备利用率综合情况,来判断各个服务器的服务处理能力的,在调度新连接时尽可能的选择性能最佳的服务器

适用场景:服务器集群中各服务器性能存在差异。


医疗行业 负载均衡解决方案(图2)


1.1.1 健康检测功能

健康检查是指对真实服务器的运行状态定期进行实时检测、一旦发现服务器故障,将把该服务器移出流量分担的队列。东华负载均衡系统提供丰富的健康检查策略。和负载分担算法组合到一起,就可以实现非常灵活的负载分担策略。

当虚拟服务器中的某个真实服务器(或某几个真实服务器)失效或发生故障、当失效的真实服务器被修复以后,从而保证用户访问的正确性;另一方面,系统再自动把它加入服务器池中,系统将自动把失效的真实服务器从服务器池中清理出去。同时以页面告警、邮件告警、短信告警等方式通知管理员。

其中常用健康检查的方法如下:

TCP SYN-向目标服务器发送TCP SYN报文,如果得到正确的回复表示服务器工作正常。

Ping-向目标服务器发送ICMP请求报文,如果得到正确回复表示服务器工作正常。

HTTP/HTTPS Get-向目标系统发送HTTP或HTTPS协议的Get报文、请求一个指定的URL,如果得到正确回复表示服务器工作正常。

1.1.2 HA功能

通过2台负载均衡实现HA功能,保障医疗机构信息化业务系统的高可用和可靠性。在HA模式下,当心跳监控失败,以保证应用的不间断运行,通过专用“心跳线”来实时监控对端设备的运行状态,或者发生其他触发切换的条件时,工作异常设备上的流量将被接管。东华 AD的HA模块支持配置同步和连接信息同步。

两台负载均衡系统中只有一台处于Active状态。所有流量由处于Active状态的设备进行流量转发,另外一台处于Standby状态。处于Standby状态的备用设备通过”心跳线“实时监控主设备的运行状态、并通过免费ARP更新上下游设备的ARP缓存以实现流量接管,备用设备切换为Active状态,当监控不到正常的心跳报文时。

除了备份设备发现主设备心跳异常时主动接管以外,当前处于Active状态的主设备也可以根据一些触发条件主动退出Active状态。触发条件包括:设备上启用端口状态监控和预置的远端IP地址是否可达。

1.1.3 同步功能

同步主要指的是主从同步功能,为确保主从设备的配置相同,用户可以根据设备的管理口IP地址来及时的同步主从设备的数据,避免了重复配置的繁琐。

实现流程:

当负载均衡设备上的虚服务接收到客户端请求,依次根据持续性功能、调度算法,选择真实服务器,再通过网络地址转换,用真实服务器地址重写请求报文的目标地址后,将请求发送给选定的真实服务器;真实服务器的响应报文通过负载均衡设备时,报文的源地址被还原为虚服务的虚拟ip、再返回给客户,完成整个负载调度过程。负载均衡设备分发服务请求时,进行目的IP 地址转换,通过路由将报文转发给各个实服务。

1.1.4 流量管理功能

东华负载系统还具有流量管理功能,方案部署之后,能够使用户方便的查看服务器池数、健康度、最大连接数、入网带宽、出网带宽、入网流量、出网流量。系统能够对流量进行实时监测,对流量以时间尽心给分析,对和业务系统交互活跃的用户进行排名,能够直观显示出各个时间段各个业务系统的访问次数,并支持TOP排名。

东华负载均衡解决方案的优势

结合东华软件多年来在智能应用流量管理领域的经验,以及对用户实际需求的分析,东华负载均衡解决方案能够给用户带来:

通过灵活的流量分配算法与机制、总能访问可以为其提供最优服务的数据中心的内容,能够确保用医疗机构信息系统用户在访问业务系统时。

信息系统管理者能够及时发现各数据中心或数据中心内部的服务器的健康状况、保证把后续用户的访问导向到正常运行的数据中心上,当某个数据中心出现故障时。

能够保证业务系统中基于会话的业务,确保用户在处理业务时的连续性,提供多种会话保持机制。避免将用户的相同会话的业务请求,分配到不同的数据中心而造成访问失败。

具有良好的升级、可扩展性,能够适应特定的和不断变化的业务需求。

2.1 技术优势

丰富的负载均衡调度算法,实现简单,调度快捷;

灵活的会话保持技术,确保同一用户访问对应服务器,不会占用其他服务器资源;

高容量Cache空间,加速重复服务响应的访问速度;

便捷的中文web管理界面,无需后台操作,实现简单的管理口配置;

安全冗余及配置同步功能,既保证了安全性又避免了重复配置的繁琐;

2.2 用户收益

为用户服务器提供高可靠性保障,避免因个别服务器故障,造成服务中断;

高性能的负载能力,提高服务器资源利用率;

帮助管理员掌握服务器运行状态,提高处理故障的响应时间;

清晰了解各服务器访问来源及热点用户和业务,为服务器规划提供分析依据;

提供丰富的报表统计,为医疗机构提供网络优化和改造的依据。