（机械制造及其自动化专业论文）数字化医院HIS集成系统的设计与研究.pdf

摘要 本课题选自国家金卫_ 上程的科研项口，具有重要的社会和经济价值。现代医 院信息系统( h i s ) 的研究和开发是金h 工程基础和核心，也是实现数字化医院 的根本途径，是国内外研究热点。论文作者对数字化医院h i s 集成系统中若干技 术问题做了深入的理论研究及研究开发，并在金卫上程试点单位得以实施。 作者以千兆以太网为主干，整体实现三层交换的网络结构构建网络平台，并 与社区医院网络相连。采用虚拟刚v l a n 、无线局域网w l a n ，专用网v p n 等， 充分保证系统全天候高速安全运行，多媒体等文件的流畅传输，满足高峰时段数 据高速交换和远程、外出医疗的要求，为医院构建良好的基础平台。 作者采用m sn e t 技术，用统一建模语言( i _ m l ) 设计基于n 层体系结构 的h i s 系统。软件支持多种数据源，具有高可重用性、可扩展、可维护性，为跨 i r 台的信息交换及菇享提供了保障，使一次医保通信在几秒内完成。 根据试点医院实际业务，作者用p b 9o + s o ls e r v e r2 0 0 0 在w i n d o w s 2 0 0 0 平 台上完成了h i s 中的门诊医生上作站的设计、开发，特别是药品字典、电子处方、 诊断模板等，对将来病人医疗信息的长期保存和共享提供了技术保证。 作者研究了国际上前沿的医疗通信标准h l 7 的内容、原理及应用，并基于 m sn e t 2 0 0 3 ( c # ) + s o ls e r v e r2 0 0 0 ，以h i s 和l i s 为例进行了开发，实现了 h l 7 消息的构建墒 析、传送接收和验证。 作者研究了数据挖掘的原理、方法、前景以及在h i s 系统中的应用，为数据 挖掘在医院中的应用提供了理论依据利可行性分析，并实现了药品挖掘模型，方 便对不同时间或病区的药品使用量、金额和利润的分析及预测。 作者利用p b 90 和s o ls e r v e r2 0 0 0 开发r 面向中小型医院中非专业用户的 数据库备份及恢复系统，升级方便，操作简便，减少了操作员的误操作。提高了 数据库安全性，降低r 开发和维护成本。 在做了大量的调研、设计、调试、维护后，以上系统已在上海市肺科医院及 彭浦社区医院投入正常运行。整个系统功能强、可靠性高、安全性好、使用灵活 方便，受到用户好评。 关键词：信息系统集成，医疗机械，网络，h l 7 标准，数据安全 a b s t r a c l t h es u b j e c ti sf r o m “g o o dh y g i e n e ”p r o j e c tw h i c hi so fi m p o r t a n ts o c j a la n d e c o n o m i cv a l u e st h es t u d ya n dd e v c l o p m e n to fm o d e n lh o s p i t a l i n f o m a “o ns y s t e m ( h i s ) l st h eb a s l sa n dc o r eo f “g 0 0 dh y g i e n e ”，t h eb a s i cw a yt or e a l i z et h ee _ h o s p i t a l a n dt h es t u d yh o ts p o to fh o m ea n da b m a dt h ea u t h o rm a k e sd e e pt h e o r ys t u d ya n d d e v e l o p m e n ti ns e v e r a lt e c h n o l o g i e so fh i si n t e g r a c i o nt h ew h 0 1 es y s t e mh a sb e e n c a e do u ti nt h eh o s p i t a li nw h i c h “g o o dh y g i e n e ”m a k e se x p e n m e n t t h ea u t h o ra d o p t st h eg i g a b i te l h e m e ta st h cm a i n1 1 n e ，a n dt h r e e l a y e rs w i t c ha s t h e 、v h 0 1 en e t 、v o r k s t m c t l l r e ，c o n n e c t i n gw i t hc o m m u n i t yn e 帆o r k t h en e t w o r k s y s l e ma d o p i sv l a n ，w l a n ，v p ne t c ，w h i c ha s s u r e st h ea l l d a ym n n i n gw i t hh i g h s p e e da n ds e c u r i t v ，t h e 士1 u e n tt r a n s m i s s j o no fm u l t i m e d i ad a t aa n dm e e t st h en e e do f d a t as w i t c h ，1 0 n g d j s t a n c em e d i c a lt r e a t m e n ta n dd a t ae x c h a n g ew i t hh i 曲s p e e di n r l l s hh o u ri t sm a n a g e a b l ea n de a s yt om a i n t a i n t h ea u t h o rd e s i g n sh i sb a s e do nt h en t i e rs y s t e ms t r l i c t u r eb yu s i n gt h e m s n e tt e c h n 0 1 0 9 ya n du n i f i e dm o d e l j n gl a n g u a g e ( u m l ) c o m m u n i c a t i o nw l t h h o s p i t a l i z a t i o ni n s u r a n c eb u r e a uc a nb er e a l i z e di ns e v e r a ls e c o n d s n t i e rs y s t e m s i r u c t l i r ec a ns u s t a i nm a n yk i n d so fd a t as o u r c e ，m a k e st h es o f m a r eb er e u s a b l e ， e x p a n d a b l e ，m a i n t a i n a b l ei tp r o v i d e sp l a t f o n nf o rt h ed a t ae x c h a n g ea n dd a t as h a r e w o r k s t a t j o nf o rd o c t o r s ，e s p e c i a l l ye p r e s c r i p t i o n ，m e d i c l n ed l c t i o n a r ya n d p r e s c r i p t i o nt e i n p l a t ei sd e s i g n e du s i n gp b 9 oa n ds q ls e r v e r2 0 0 0o nw i n d o w s 2 0 0 0 i t su s e f u lf o rt h ed a t as h a r ea n de x c h a n g ei na1 0 n gt e r n l h l 7i san e wa n dm o s tw i d e u s e dm e d l c a li r a n s f c r r m gs t a n d a r di nt h ew o r l d t h es t a n d a r da n di t sa p p l i c a t i o ni sd i s c u s s e da n dae x a m p l eb e t w e e n1 1 i sa n dl i s d e v e l o p e dw i t hm s n e ta n ds q ls e r v e r 2 0 0 0i sg i v e n ，i nw h i c hg e n e r a t i n g p a r s i n g ， s e n d i n g r e c e i v i n ga n dv a l i d a t i o nf o rh i 。7m e s s a g e sa r ea c h i e v e d t h ep n n c i p l e ，m e t h o da n da p p l i c a t i o no fd a t am i n i n gi nh i sa r ed i s c u s s e d t h e o r e t i cf o u n d a t i o ni sb u l l tf o rt h eu s eo fd a t am i n i n gi nf 【l m r e t h ep o s j t i v es t l l d y i sm a d ef o rh e l p m gh o s p i t a lm a k ed e c i s i o nae x a m p l ea b o u tm e d i c i n ei sg i v e n ab a c k u pa n dr e c o v e r ys y s t e m1 sd e v e l 。p e df a c i n gm a s s e so fu s e re s p e c i a l l y a m a t e u rd a t a b a s eu s e r s i t ss j m p l e ，u n i v e r s a li te n s u r e st h es c c u r i t ya n dr e d u c e st h e c o s to fd e v e l o p m e n ta n dm a i n l e n a n c e t h es y s t e mi sp u tj n t ou s ea f t e ra1 0 to fw o r ko nr e s e a r c h ，d e s i g na n dd e b u g g i n g a n di t sp o w e r f u l ，s a f ea n de a s yt ou s ci t sv a l u e db yu s e r s k e y w o r d s ：i n f o n a t i o ns y s l e mi n t e 掣a t i o n ，m e d i c a lm e c h a n i s m ，n e t w o r k ，h l 7 s t a n d d d a t as e c u r i t v 上海犬学硕士学位埝文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中刁i 包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 术人完仝了解上海大学有关保留、使用学位论文的蛳定，即：学校有权保留论文及送交 论艾复印什，允许论文被查浏和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：i 盏趣导师签名：王垒! 垒绺期：2 竺堡：生，g 第一章绪论 1 1 课题来源和研究意义 本世纪头十年是我国发展的重要战略机遇期，国家正向着全面构建小康和 和谐社会迈进。发展过程中必须完善社会保障体系，维护社会稳定。“医保”是 幽家社会保障体系( 就业、就医、养老) 的重要组成部分，群众看病难、看病贵 的现实问题为全社会关注。必须建设以社区和农村医疗卫生服务为基础，疾病预 防控制机构和医院服务为支撑的、全面协调发展的医疗服务体系。将各地区、各 医院集成为个统有效的卫生服务群，如图卜l 所示。金下 二程便来源于此。 一名， 彰窃一7 靠雪i 虹y ；：纛 髫堪矽慕喜 图l 一1 金卫工程体系圈 金卫工程即国家卫生信息化建设工程，是卫生部根据国家关于国民经济信息 化建设的统一部署于1 9 9 7 年开始，用1 5 年左右时间完成。其总体目标足以科学 管理为基础、以计算机网络等信息技术为手段，大力推广电子信息新产品、新技 术的应i | j 和信息卡的普及，建立起一套包括卫生服务、医疗保障、卫生执法监督 等强大功能的现代化国家卫生信息系统。它将医疗机械、医学、计算机、通信及 管理等相关高新技术集成一体，优化了医疗保健服务。金卫工程是我国医疗卫生 系统的重要基础建设，也是国家信息化重要组成部分，是造福于民的跨世纪系统 t 程，具有重大的社会、经济价值。在医疗j 生信息网络m i n f m c d i c a l i n f o m a t i o n n e t w o r k ) 基础之上，开始建立全国性远程医疗信息传输系统和医疗机构计算机网 络化，向数字化医院方向发展。 本课题选自国家金卫工程子课题，致力于医疗数字化向区域医疗过渡阶段的 研究。 1 2 数字化医院 1 2 1 数字化医院含义 数字化医院指应用计算机、通讯、多媒体网络及其它信息技术，突破传统医 疗模式时卒限制，实现疾病预防、保健、诊疗、护理及业务管理等各环节的自动 化运作。基小框架包括联机业务处理( o l t p ) 、联机业务分析( o l a p ) 、互联网 ( i n t r a n e t i n t e m e t ) 、智能楼宇管理系统( i b m s ) 及信息技术在医院应用，是医院信 息化必然趋势。数字化医院以病人为中心，核心是电子病历的应用。口的是提供 社会化的医疗资源和保健服务，如医院专家知识库、远程会诊服务等，实现医院 信息数字化和网络化，提高渗疗效率和临床质量。 1 2 2 国内外研究现状 数字化医院的实现一般经历三个阶段：医院管理信息化( h i s ) 、临床管理信 息化( c i s ) 、区域医疗卫生服务f g m i s l 。同外起步较早，美同、日本等发达同家 的h i s 系统建设已进入第3 阶段。其数字化医院超越实际地域限制，通过各种医 疗机构的嘲络互连以及信息交换，实现全社会范围的医疗数字化。国内研究起步 较晚，随着金卫工程的逐步实施，三级以上医院相继建立了覆盖全院的网络基础 设施，并运行了c s 体系结构的h i s 软件，初步实现了病案电子化，有些医院 构建了局部的p a c s 系统。医生字迹潦草，增加了对现有病历实施电子化的难 度，妨碍医院信息化。医院各种票据大小不一，样式不尽相同，各种纸质文档质 地不同不利于复印和扫描，也都影响电子病历的发展。此外，四个方面影响信息 化进度 1 ，】：一是信息标准基础型工作薄弱，医院信息标准化体系还不完善：二是 医疗仪器的兼容性技术研究滞后，机制不健全：二三是医学知识库与循证医学的研 究薄弱，中文全文检索技术刚刚起步：四是医疗服务质量的控制和管理还存在问 题，信息系统的投入见效慢，医院中还存在着违章及费用乱用的情况。 整体上，我国大多数医院处于数字化医院第二阶段，信息技术在诊断、手术 ， 一的应用还很少，为了加快数字化医院发展，提高医疗质量，首先要有更加规范 的政策法规约束，其次是加大医疗制度的透明度，再次是加强医疗行业的安全性。 除去政策法规及管理等人为因素，在信息化过程中要通过良好的技术开辟道路。 1 。3 课题研究内容 根据金卫工程试点安排，以市级中心医院( 上海市肺科医院，三级甲等医院) 和社区医院( 彭浦社区卫生服务中心) 为试点单位，在原有医学信息系统的基础 上进行信息系统集成的再利用，为实现数字化医院奠定基础。主要有f 面几个方 面的研究内容： - 医院内部网络的改造肺科医院以住院为主、门诊为辅，核定床位1 0 0 0 张，设有1 1 个临床科室，8 个医技科室，7 个研究室，2 9 个病区。各楼群分散； 信息复杂；数据海量；政策性、法律性及实时性强。彭浦医院以门诊为主，h 均 门诊千余人。肺科医院院区最早的网络基丁i p x ，网络发备陈 h ，带宽远远吖i 能 满足需求，虽然改造后建立了基于t c p i p 的百兆以太网络，但随着医院业务不 断发展( 新大楼的建立、设备引进、需要与其他医院信启、共享等) ，对网络提出 了更高要求，网络! 必须要升级改造。同时由于医生流动范围的增加需要无线局域 网完善网络功能。总之，需要构建多业务、高安全、口j 管理、易维护的现代数字 化医院网络，为医院构建良好的基础平台。 医疗信息的交互及共享随着构建和谐社会的需要，病人知情权的呼声也 越来越高，病人看病过程需要公开化、透明化。特别是某些突发性传染病( 如 s a r s 等) 的严重冲击，有关跨组织医疗信息交换的需求就越来越强烈。目前各 家医院之间甚至医院内部，医疗标准不明确，各系统及平台间交互成了制约医院 和医疗发展的瓶颈。迫切需要撬合各异构平台，以统一标准构建电子病历，使数 据快速传输，方便查询和长期保存。最大程度提升国内与国外医院、国内不同医 院、医院与社区、医保中心、卫牛行政部门等整个医疗信息网的信息共享与交互， 提高医疗质量，方便病人就医。 医生工作站的应用医生工作站隶属于h i s 系统，以医院医疗活动全面信 息化为基础，提供全面主动、智能化的服务，是医生进行日常医疗工作最直接方 式，也是承载电子处方和电子病历的平台。国内医院普遍存在业务流程复杂、病 人看病难：等待时间长、透明度低等一系列问题。患者在医院就诊时，一般耍用 4 0 分钊一排队，还要花不少时间填写各种登记卡。医生字体很难辨别，耽误大量 时间。医院保存的纸质病历不断增加，南于法律和政策的原因又不能销毁，慢性 病患者的病历更是增长迅速，保存和查询都极为不便。医生工作站可以较好地解 决这些问题。 数据挖掘的应用医学是一门实验科学，很多方面存在着未知性。将数据 挖掘的方法应州于医学领域，可以很好的辅助医学发展，为医生诊断提供辅助决 策，还能对医院的宏观决策有积极的指导作用。 数据安全随着医院电子化程度越来越高，对计算机系统和网络的依赖也 越来越深，关键数据和数据库安全越来越受关注。当数据量大或灾难发生时，及 时恢复数据尤为重要。数据丢失不仅会给医院带来巨大的损失，也会损害广大病 人的利益，从而引发一系列社会问题。由于政策、法律要求，医院需保留病史等 一系列资源以便长期管理，并提供在线、离线数据查询。所以数据保护极为重要。 1 4 本论文所做工作 在本课题的设计开发研究中，本论文作者主要参与并完成了以下工作： ( 1 ) 参与院区网络升级。包括千兆以太网网络方案研究、网络总体规划设计 与实施，如网络主干的搭建、综合布线、网络安全等。探讨无线网络在院区内外 环境t ，的应用。 ( 2 ) 完成门诊医牛t 作站的开发。用p b 9 o + s 0 ls e r v e r2 0 0 0 数据库在 w i n d o w s2 0 0 0 平台上完成门诊医生工作站特别是药品字典、电子处方、诊断模 板等的发计、开发，为电子病历和电子处方的应用提供良好的平台。 f 3 1 用m s n e t 2 0 0 3 ( c 群，a d o n e t ) + s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库，用统一建 模语言( u m l ) 设计基于n 层体系结构的h i s 系统，几秒内可实现一次医保通 信。支持多种数据源，为跨j f 台信息交互提供了保障。可靠性高，可重用和扩展。 ( 4 ) 1 h jm s n e t 2 0 0 3 ( c # ) + s 0 l s e r v e r 2 0 0 0 数据库，研究了医疗行业的国际 通信标准h l ，7 标准及相关应用，探讨了异构平台间4 i 同信息系统进行信息共 享的方案。以h i s 和l i s 为例，研究开发了系统间的消息交互与共享，提高丁信 上海大学硕士学位论文 息的含金量，为数字化医院实现奠定了良好的基础。 ( 5 ) 研究了数据挖掘的原理、方法及在h i s 系统中的应用，著结合不同时间 或病区药品用量、金额和利润的分析及预测，辅助医学决策。 ( 6 ) 研究了数据特别是数据库的安全问题。由于本系统采用s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库，所以利用p b 9 0 和s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库开发了面向中小型医院中非 专业用户的数据库备份及恢复系统，升级方便，操作简便，提高了数据库的安全 性，降低了开发和维护成本。 以上系统均已在医院通过测试并运行良好，受到用户的好评。特别是彭浦医 院作为网络一体化的社区卫生服务中心，其信息化已得到有关部门认可。相关报 道参阅附录一。在此基础上，作者在相关技术刊物上已被录用3 篇论文。以下就 作者所做的工作进行分章论述。 参考文献 1 】p a v l o p o u l o s ，s o t i r i s ，d e l o p o u l o s ，a n a s l a s i o s d e s i g n i n g a n d i m p l e m e n t i n gt h e t r a n s i t i o nt oaf u l l yd 茸t a lh o s p i t a l i e e et r a n s a c t i o n so ni n f b m a t i o nt e c h n 0 1 0 9 y i nb i o m e d i c i n e ，v3 ，nl ，m a l1 9 9 9 ，p6 1 9 2 m a 矗o nj b a l l h o s p i t a lj n f 0 玎n a t i o ns y s t e m s ：p e r s p e c t i v e so np r o b l e m sa n d p r o s p e c t s ，1 9 7 9a n d2 0 0 2 i n t e m a t i o n a lj o u m a lo f m e d i c a li n f o m l a t i c s 、，o l u m e ：6 9 ， i s s u e ：2 - 3 ，m a r c h ，2 0 0 3 ，p p 8 3 8 9 3 n o r i h i r os a k a m o t o a v a i l a b i l i t yo fs o n w a r es e n ，i c e sf o rah o s p i t a li n f o n a t i o n s y s t e m i n t e m “o n a lj o u m a lo f m e d i c a l i n f o r m a t i c s4 9 ( 1 9 9 8 ) 8 9 9 6 4 e w a p i e t k a + l a r g e s c a l eh o s p i t a l i n f o n n a t i o n s y s t e m i n c l l n i c a l p r a c t i c e i n t e m “o n a lc o n g r e s ss e r i e s1 2 5 6 ( 2 0 0 3 ) 8 4 3 8 4 8 5 wh n l b y ，gp a n a n ，hm o s s e l wk r a m p r a ，j m a l c h e t t h e d i g i t a lh o s p i t a l i n f b n n a t i o nt e c h n o l o g yi nr a d i 0 1 0 9 y r b m ( 1 9 9 6 ) 1 8 ，81 5 3 一1 5 8e l s e v i e rp a r i s 6 n e w e l lj t h ew o r l d s n r s td i g i t a lh o s p i t a ln z h e a l t hh o s p i t a l 1 9 9 54 7 ( 2 ) ，1 0 一1 l 7 夏旭，李健康，赵德昌，方平，方国辉，胡德华加强金卫工程的全面建设推进卫 生信息化进程图书馆论坛( 双月刊) 1 9 9 9 年第1 期 8 龙二木数字化医院前景展望中国病案2 0 0 1 年第二期 9 刘国祥，吴吴等数字化医院建没实施策略与思考解放军医院管理杂志2 0 0 4 年4 月1 1 ( 2 ) 1 0 侏杏香数字化医院现状研究与发展探讨医学信息2 0 0 1 年7 月第1 4 卷第7 期 1 1 刘克俭，于锦霞美国全数字化医院h e a l t hs o u t h 医学中心简报实用医药杂 志2 0 0 3 年9 月第2 0 卷第3 期 1 2 】王才有：“数字化医院”建设面临四大困难中国青年报2 0 0 4 1 1 3 0 1 3 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议 h t t d ：兀e w s x i n h u a n e t c o m 口o l i t i c s 2 0 0 5 1 0 1 8 c o n t e n t3 6 4 0 3 1 8 h t m 1 4 高强做好办公室工作服务卫生工作大局在2 0 0 5 年全国卫生厅局办 公室工作会议上的讲话2 0 0 5 年l o 月1 4 日 h t t p ：w w w y l p d o r g a r t i c l e s h o w a s p ? a r t i c l e i d = 3 6 4 6 上海大学硕士学位论文 第二章院区千兆以太网络平台的设计与实施 随着医院业务h i 断扩展，医院信息量越来越人，同时多媒体应用、院际信息 共享和远程诊疗的需求也越加显著，需要更强大的网路交互能力承1 无线联网技术 支持。本章以上海市肺科医院为例进行网络升级改造以及无线嘲络的应用。 2 1 院区网络升级要求 2 1 1 网络升级需求分析 上海f j 肿科医院是上海市一f j 生局直属的以呼吸系统疾病诊治为特色的三级 甲等号科医院，卫生部指定的全国肺科和胸外科进修基地，也是同济大学心肺血 管分中心和复旦大学医学院呼吸病研究所二部所在医院，技术力量雄厚。医院平 均每天出入院病人5 0 8 0 人，平均每人每次住院3 0 4 0 天。此间平均每人用药 l o 种，加上检查、检验等，医疗记录近3 5 条。仅以c t 报告为例，就需传输送 检、坐机、初评、复评医生以及手术返回、跟踪返回信息等报告文本和图像信息。 既要实现完整保存，又要快速传输。要求在7 1 0 秒内完成一次医保通信，实时 性要求高。为满足新的业务需要，院区网络需要升级改造，主要涉及医技大楼、 结核大楼内部网络和病房网络的调整改造，同时规划新的行政楼、门诊楼网络的 接入，实现局域网内的h i s r j s p a c s 集成，医务人员“掌上宝”和无线网络接 入等。能够通过i n t e m e t 实现与医保网、急救中心、银行系统及各医院的连接， 使医院真正朝数字化医院方向迈进。 2 1 2 网络平台建设关注点 ( 1 ) 降低网络建设综合成本。包括设备成本、线路成本、维护成本三人部分。 ( 2 ) 厂商售后服务和培训。解决医院i t 人员缺乏的问题，方便网络管理与维护。 ( 3 ) 网络的高安全和可靠性。这是网络升级的首要标准，要支持医院7 2 4 小时 网络不问断运行，满足高峰时的大业务量处理需求，防止非法用户的入侵和破坏。 ( 4 ) 网络多业务性。支持医疗影像、语音、多媒体，满足h i s 、p a c s 等系统集成。 ( 5 ) 网络开放性与可扩展性。选择国际标准的通信协议和接口提高兼容性，确保 强大的数据交换能力，保证异构平台间图文数据的拭享口。 ( 6 ) 网络先进性。网络要有前瞻性，支持无线网络、远程医疗及远程会诊等。 2 2 网络升级相关技术选择 2 2 1 院区局域网方案选择 a t m 与千兆以太网是目前最主要选择。a t m 技术成熟，可扩展带宽，支持多 媒体。缺点是比较复杂，标准还没有完全确定：升级时几乎所有设备都需要更新： 价格较贵。干兆以太网基于交换式快速以太网，可提供l g b s 的高速带宽，兼容 现有以太网。升级简便直接且无崩溃危险；性价比高；补充了a t m 和其他先进技 术；管理方便吣】。千兆以太网是医院院区网骨干技术的首选。 2 2 2 虚拟局域网( v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k ，v l a n ) 应用 v l a n 将局域网内设备逻辑划分成不同网段实现虚拟工作组，允许处于不同 地理位置的网络用户加入j _ j 一个逻辑子网中，共享一个广播域。吲一个v l a n 内各工作站口j 属于不同物理l a n 网段。一个v i a n 内的广播和单播流量小会转 发到其他v l a n 中，可控制流量广播、用户的访问权限和逻辑刚段的大小，抑 制风暴产生，简化网络管理，提高网络的安全性。 v l a n 实现方法选择 v l a n 在交换机上的实玑方法有以r 四种： 基于端口的划分根据以太网交换机的端口划分f 端口可4 i 连续) ，同一 v l a n 可跨越数个以太网交换机。优点是定义v l a n 简单，缺点是用户到新交 换机端l j 必须重新定义。 基于m a c 地址的划分对饵个m a c 地址的主机都配置组。优点是用户 更换交换机刊v l a n 不用重新配置。缺点是初始化时用户配置复杂，每个交换 机端l 。j 。能存在多个v l a n 组成员，无法限制广播包，降低交换机执行效率。 基于i p 的划分。根据主机刚络层地址或协议类型划分。优点是用户物理 位置改变时不需要重新配置所属的v l a n ，可根据协议类型划分，减少网络的通 信量。缺点是检奄每个数据包的网络层地址要消耗处理时间，效率低。 根据i p 组播的划分。将v l a n 扩大到广域网，灵活性更大，容易通过路 由器进行扩展。缺点是效率不高，小适合局域网。 本l 列络方案选择按基于i p 的划分来划分v l a n ，分配灵活，方便路由。 v l a n 间路由 不同v l a n 间的主机通信需耍路由。由于局域网上通信数据量很大，传统路 由器由于软件算法的转发操作造成固有低速，不能满足转发需要，成为网络瓶 颈。本网络利用带路南功能的三层交换机，通过0 s i 模型中网络层的信息( i p 地 址) 实现路由功能。 2 2 3 第三层交换技术应用 第三层交换技术将路由与交换合二为一，在网络层上对每个数据包检查后转 发，避免了因数据链路层无法识别数据包中网络地址信息造成无法控制转发。三 层交换机内置a s i c 芯片，可判别第三层i p ，实现数据跨网段转发。不但保证带 宽，还能快速检查和转发数据包，提高网络整体性能和运行效率。 2 2 4 无线局域网络( w i r e l e s sl o c a la r e an e m o r k ，w l a n ) 应用 w l a n 是以无线信道作为传输媒介的计算机局域网，具有有线网络支持的 各种功能，能快速、方便解决无线网络信道的连通问题。终端设备可以是笔记本 电脑、p d a 或手持式扫描仪等，通过t c p i p 协议与网络应用软件或数据库连接 旧”】。本网络方案利用w l a n ，方便医牛查房、下医嘱、会诊及药品入库等， 降低网络维护开支。 2 2 5 虚拟专用网( v i r t u a ip r i v a t en e t w o r k ，v p n ) 的应用 v p n 可模拟点对点专用链接方式通过共享或公共网络在计算机之问发送数 据，提供和专用网相同的安全性羽l 可用性。加密技术保证数据在通过i n t c m e t 传 输时不被识别，保甯性好，成本低。奉网络利用该技术实现医疗机构问数据传输 和医生的远程医疗。 2 2 6 防火墙技术应用 本网络方案采用防火墙实现信息过滤、代理服务、多网段支持、协议和应用 端口访问控制及监视网络安全等，禁止对重要信启、资源的非法存取和访问。 2 3 院区网络系统总体设计 2 3 j 整体方案设计 以高速千兆以太网为网络丰干，第三层交换技术为建设核心，核心层交换选 择i p 交换技术，r c p i p 为主要通信咖议。建成一个高速、技术成熟、易升级、 安全可靠的宽带多媒体应用支撑平台的计算机网络集成系统。有两种实现方案： 内、外网融合原有网络纳入新系统网络进行融合，通过路由器加防火墙 实现w e b 访问。优点是管理维护方便，业务种类多；用户可通过i n t e m e t 访问“内 网”，移动办公方便；缺点是安伞性稍差。 内、外网物理隔离现有网络构建“外网”，新增网络设备组成全新“内 网”。“内网”安全性高，叮杜绝“外网”非法用户的攻击，实现统一的网络管 理平台。缺点是成本高，技术难度大，会使医院原有数据无法其享，业务无法展 开； “内网”无法连接i n t e m e t ，无法实现移动办公。 综合考虑选择内、外网融合方案。图2 1 是原i p x 网络和新t c p i p 网络互 联的解决方案。 、黑l 坠二；鬻茗蘸， 矗 愚 【g ：堑l 卜、鬯 隆璧望曼雪e ； 澜雾籼。 ，r 曲幽由 1 ：竹一一盯廿 图2 1 原i p x 碉联入新t c p i pi 碉解决方案 2 3 2 网络的总体拓扑结构 采用星型、环型和树型的混合型结构。所有终端用户通过接八层接入，易于 扩容和维护。核心主干为环型拓扑结构，任何一台核心交换机停止工作都不会影 响整个网络正常运行。从主干到桌面接入为树型结构。 i 圳络整体结构以医技大楼为主核心，结核大楼、住院大楼为分核心，形成一个有 冗余的环形网。医技大楼由两台千兆s 6 5 0 6 核心交换机和服务器群组成，交换容 量达9 6 g b p s ，背板容量高达1 2 8 g b p s ，第三层包转发能力达1 4 8 m p p s 。通过短模 光纤与楼层间的楼层接入交换机相连，带宽可达干兆。结核大楼采用西台5 5 1 6 上海大学硕士学位论文 核心交换机。住院大楼采用原来的a v a y a 交换机，直接联入核心交换机，通过 剐络防火墙经路由 连接到外网。其余各楼在内部建立局域网，通过楼层交换机 接入。# 干网。各楼i 去交换机采用星型双链路| = - 联至核心交换机，整体实现三层结 构，提高网络系统总体稳定性、可靠性。院区网络系统拓扑如图2 2 。 罔2 2 院区网络系统整体拓扑图 2 3 3 网络详细设计 目标是建设一个三维度( 时间、空问、网络层次) 、端到端的安全网络，因而 需要建市可靠的业务级、网络级及设备级。如图2 3 所示。 1 司 图2 3 三维度、端到端的网络安全架构 可靠的业务级 通过流分类、流分发、v p n 和0 0 s 等保证业务的止常开展。 可靠的网络级 院区网采用第j 层交换技术，包括丰干层、分布层和接入层，方案如图2 4 。 上海大学硕士学位论文 图2 - 4 千兆位以太网三层结构改计 主干层为千兆以太网，承担8 0 的数据流量，采用华为千兆网络交换设备 s 6 5 0 6 实现高速交换，解决主二f 网络带宽的瓶颈问题。采用双交换机双链路容错 机制，提供三层或四层交换功能，提供不同的v l a n 服务。分布层是楼内局域 网系统的中心，是百兆位以太网，设在各楼层弱电间内，采用华为s 5 5 1 6 系列的 双百兆交换机同主干交换机及接入层相连。接入层提供1 0 1 0 0m b p s 桌面接入， 采用华为s 3 0 0 0 系列交换机或h u b 接入。表2 1 是医技大楼的配置接入清单 表2 1 医技大楼配置接入信息 医设备房( 层)信息点主配置线路数量用途 技2 层中心机房核心交换机s 6 5 0 6 1 0 0 0 b p s 链路 2医学幽像、数据 人 l 、2 层 8 8 个s 3 0 0 0 l o o m b p s 链路 2 并医技科室 楼 3 、4 层 4 6 个s 3 0 0 0 1 0 0 m b p s 链路 2 各医技科室 5 、6 层 6 1 个s 3 0 0 0 1 0 0 m b p s 链路 2 各医技科室 7 、8 、9 、l o 层3 6 个 s 3 0 0 0 1 0 0 m b p s 链路 2 各医技科室 以太网网段上进行载波监听，如果某时有两个工作站同时传送数据，网段将 发出“冲突”信号，任何节点都要等冲突结束后才能传送数据。另外，如果把 h i s 各子系统混为一体必定会构成一个非常大的平面网，容易引发广播风暴。为 保证网络安全，在全院范围内建立v l a n 。根据口划分v l a n 的方式，即根据 i p 子网地址划分相同v l a n ，口子网划分遵循国际标准，以便将来能顺利过渡 到口v 6 规范。i p 子网划分有两种方案： 动态i p 地址分配( d h c p ) 。优点是客户端网络配置简单，用户自己可设 置网络连接。缺点是i p 地址可能会经常变化。 静态地址分配。优点是地址相对固定，便于管理。缺点是网络规模大时工 作量大，管理复杂，要加强m a c 地址管理。 本网络采用d h c p 分配方法。对重要的口地址( 如领导和各个服务器的i p 地址) ，采用j p 地址和m a c 地址绑定的方法保证口地址不被盗用。合法与私有 i p 地址其同使用：防火墙内分配私有口地址空间，防火墙外使用合法口地址。 特定设备如e m a i l 服务器，利用防火墙进行由外向内的静态地址翻译方法，实 现i n t e r n e t 访问。划分l p 地址空问时使用保留的a 类地址1 0 o o o ，2 5 5 o oo ， c 类地址1 9 21 6 8 o o ，2 5 52 5 5oo 等，形成被保护的子网内部地址。 大楼交换机上v l a n 通过t r u n k 连接到院区汇聚交换机，把原来巨大的平 面网切成系列广播域。广播域信息流动限于本v l a n 内，不传到其他v l a n 。 防止各子系统之间不必要的串扰，保持整个系统完整性，又增加了各子系统的独 立性，有助于医院更好地实现层次化管理。 可靠的设备级 核心服务器采用双i b m s e r v e rx s e n e s2 5 0 数据库服务器。6 个磁盘1 1 _ | 5 个用丁日常工作，1 个用丁冷备份。服务器基丁4 路的7 0 0 9 0 m h zi n c e lp e n i i e m i i i x e o n t m 处理器，i b m 架构的x t m ，强大的i o 特性和超级可靠的c h i p k i l l 内存，可靠一刚二和可扩展性好。s e r v e rr a i d 和光纤阵列技术，提高数据安全性和 服务器的灵活性。 核心交换设备采h j 华为高性能核心路由交换机s 6 5 0 0 实现院区网络 的交换核心和汇聚中心。s 6 5 0 0 是全分布式结构，a s i c 芯片进行高速蹄南查找， 晟大交换容量7 6 8 g b p s 。支持m p l s 线速转发和万兆接口，q o s 保障完善；有效 的安全管理机制和电信级的可靠设计：支持双路电源供电和n + 1 冗余热备份；基 于最长匹配路由方式，保证所有报文有相同的转发性。 路由器实现i p x 与t c p i p 两个网间通信，与医保网、i n t e r n e t 相连。 网桥将院区网多个局域网进行互联，在原有i p x 网中建立内网桥。 网关硬件实现不同的网络接口，软件实现l p x 和t c p l p 网络问互联p 。j 。 2 4 社区医院的网络连接 医疗卫生事业重心慢慢转向乡村和社区。社区医院由于靠近居民居住地越 来越受群众欢迎，以后群众足不出户就可享受医疗服务。针对此设计了社区医院 网络连接方案，使肺科医院能与社区医院实现医疗信息传输与共享。图2 5 是社 区医院的网络连接示意图。 g g g 臻g 吲 ：2 9 嚣盟 玉透翻雪谨 jc 他1 ：牛j l 杠j 獾 卅引妻| 嚣1 图2 5 社区医院的刚络连接示意图 所有医疗机构包括p 牛局、各级医院、急救中心等连入i n 【e m e t ，按照国际 医疗通信标准h l 7 进行通信和信息共享。社区居民的个人健康档榘保存在特定 信息库中，实现个人信息的查询和长久保存。健康档案由w e b 服务器进行转发 和渊度，备医疗机构间共享，减少病人在不同医院就诊时的重复性活动。以闸北 区彭浦社k j 生服务中心为试点，实现了社区预防、保健、医疗、康复、健康教 育、汁划生育指导“六位一体”的业务信息与日常医疗、检查、化验服务中的各 种诊疗信息共享。 2 5 无线网络的应用 2 5 1 医院内部 无线网络在医院内的应用主要在以下几方面i ”j ： 电子病历访问查看医护人员利用笔记本电脑、掌上计算机，u j 以在医 院任何地方进行病历的添加、查看和数据更新。 医生处方输入、申请检查和药物治疗匹配在医生诊断过程一i ，发检验或 检查请求，化验室或放射科收到电子请求后进行检查或检验，并将结果输入到病 人的电了病历中，医生可以及时查看结果。 减少索赔处理和费用收取通过无线网络可以保