MST結(jié)合VRRP的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)高可靠性設(shè)計方案研究

摘要：針對當(dāng)前醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)在對數(shù)據(jù)包的接收過程中丟失數(shù)量較多，無法滿足醫(yī)院內(nèi)部各項診療業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸需求問題，開展對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)高可靠性設(shè)計方案研究。通過基于MST的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計以及基于VRRP的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)組件設(shè)計，實現(xiàn)對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)運行優(yōu)化。通過對比實驗證明，該方案優(yōu)化后的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)相比數(shù)據(jù)包的丟失數(shù)量明顯減少，有效提高了醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)可靠性。

關(guān)鍵詞：MST;VRRP;網(wǎng)絡(luò);高可靠性;設(shè)計

中圖分類號：TP393.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0160-03

Research on High Reliability Design Scheme of HospitalNetwork Based on MST and VRRP

XU Lei

（The 960th Hospital of the Joint Logistics Support Force of the Chinese People's Liheration Army，Jinan Shandong250032.China）

Abstract ： Aiming at the problem that the current hospital network loses a lot of data in the process of receiving da-to packets and cannot meet the data transmission needs of various medical services within the hospital.a researchon the design of high reliability of the hospital network is carried out.Through the design of MST-based hospitalnetwork framework structure and the design of VRRP-based hospital network components，the optimization of hos-pital network operation is realized.Through comparative experiments.it is proved that the number of data packetslost in the optimized hospital network compared with the traditional hospital network is significantly reduced.whicheffectively improves the reliahility of the hospital network.

Key words ： MST;VRRP;network;high reliability

伴隨醫(yī)院診療業(yè)務(wù)不斷增長，電子信息化建設(shè)規(guī)模的逐漸擴大，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性和安全性成為醫(yī)院智能網(wǎng)絡(luò)診療系統(tǒng)建設(shè)最關(guān)注的問題。現(xiàn)代化醫(yī)院診療業(yè)務(wù)主要包括掛號、咨詢、門診、住院、檢查等多個環(huán)節(jié)，同時這些環(huán)節(jié)都需要通過醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)為其提供數(shù)據(jù)信息的支撐，只有良好的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才能使各項業(yè)務(wù)順利進行。一旦醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，將會造成整個醫(yī)院的各項診療業(yè)務(wù)的中斷，不僅會對醫(yī)院的社會效益與經(jīng)濟收益造成影響，若不加以及時的控制，還會對患者及醫(yī)護人員的生命安全造成威脅，進一步引發(fā)社會的不良效應(yīng)[1]。多生成樹MST協(xié)議具備公共生成樹CST協(xié)議和VLAN生成樹增強PVST+協(xié)議各白的優(yōu)勢，可將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為多個不同的區(qū)域，并在每個區(qū)域內(nèi)捆綁多個虛擬局域網(wǎng)并共同生成一個區(qū)域級的生成樹，以此更加快速、有效降低交換機中央處理器的負擔(dān)。虛擬路由器冗余VRRP協(xié)議是一種用于解決網(wǎng)絡(luò)中靜態(tài)網(wǎng)關(guān)單個節(jié)點故障問題的一種路由選擇協(xié)議，這種協(xié)議具備更高的容錯性。因此，本文結(jié)合MST協(xié)議與VRRP協(xié)議各自優(yōu)勢，針對當(dāng)前醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的高可靠性需求，開展對其設(shè)計方案的研究。

1MST結(jié)合VRRP的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)高可靠性方案設(shè)計

1.1基于MST的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，將MST作為醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中心的信息數(shù)據(jù)支撐平臺，對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架的整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。圖1為基于MST的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)示意圖。

根據(jù)患者用戶模式、醫(yī)護人員用戶模式、醫(yī)院管理人員用戶模式，3種運行方式，劃分3種不同的運行環(huán)境需求，并將其分別定義為：MST-Patient users、MST-Medical staff users和MST-Administrator user。醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架中的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸機制采用滑動窗口機制，在任何時刻，網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的發(fā)送端都始終維持1個連續(xù)性的允許發(fā)送幀，并將其序號看作是1個發(fā)送窗口。同時，在信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，接收端也同樣維持一個連續(xù)性的允許接收幀，并將其序號看作是1個接收窗口。在網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，發(fā)送端與接收端的序號上下界定不需要保持相同，大小也可以存在差異。

由于醫(yī)院各類信息數(shù)據(jù)大多數(shù)是通過病歷的形式存在，因此醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架中的索引機制應(yīng)當(dāng)滿足對患者病歷的交互性需求。將不同患病類型的患者病歷存儲在數(shù)據(jù)匯聚層的服務(wù)器中，患者可通過數(shù)據(jù)匯聚層目錄輸入其對應(yīng)的基本信息，并通過病歷索引機制查找對應(yīng)的醫(yī)院名稱或各個科室名稱。在MST信息數(shù)據(jù)支撐平臺中，各類數(shù)據(jù)信息主要存儲在同步數(shù)據(jù)庫以及私有數(shù)據(jù)庫中，私有數(shù)據(jù)庫主要用于存儲病人基本信息、病歷信息、醫(yī)院診療信息等私有信息，同步數(shù)據(jù)庫主要用于存儲其他類型信息。病歷索引機制的構(gòu)建首先需要在MST信息數(shù)據(jù)支撐平臺中注冊患者的各類基本信息，患者可將其居民歸屬的數(shù)據(jù)通過匯聚層進行注冊。在查詢患者的各類數(shù)據(jù)時，可根據(jù)患者的身份標(biāo)識號，在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)終端的應(yīng)用服務(wù)器中，通過相應(yīng)的服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行同步查詢和更新[2]。當(dāng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚層服務(wù)器接收到患者的病歷信息時，由獲取目錄服務(wù)器根據(jù)相關(guān)信息，將信息封裝為可擴展標(biāo)記語言的格式完成對信息的封裝響應(yīng)請求。

由上述研究可知，在基于MST的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)框架中主要包含的可共享信息分為醫(yī)院公共信息、數(shù)據(jù)匯聚層公共信息以及隸屬于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中的患者私有信息。3種可共享信息在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中的存儲形式可分為：存儲于MST信息數(shù)據(jù)支撐平臺統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫;存儲于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚層;存儲于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中心的電子病歷中。

1.2基于VRRP的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)組件設(shè)計

為進一步實現(xiàn)VRRP與MST的結(jié)合，在VRRP中設(shè)置一系列應(yīng)用程序編程接口，根據(jù)不同程序接口，在未安裝任何操作系統(tǒng)的VRRP芯片中運行，并以此作為基礎(chǔ)，對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)組件進行設(shè)計。首先，建立按鍵結(jié)構(gòu)，通過醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的MST平臺，對本文劃分的3種不同運行環(huán)境需求用戶限定不同的操作按鍵和服務(wù)選擇菜單的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，每位用戶均具備完全定制的菜單及功能按鍵。其次，建立數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，在MST平臺中，通過虛擬路由器冗余協(xié)議對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)客戶端的所有操作行為以及網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進行控制，并將整個操作及運行過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息完整地記錄在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，對數(shù)據(jù)進行存儲。從而保證當(dāng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)運行故障時，可以通過錯誤操作數(shù)據(jù)或錯誤狀態(tài)數(shù)據(jù)對客戶端及服務(wù)器端的操作行為進行查詢，以此實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障有據(jù)可查。

基于VRRP形成醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)備份組，通過訪問控制器間信道協(xié)議信道將無線訪問接入點信息從醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中主路由器信息同步到備份的健康路由器，對各類信息進行實時備份和批量備份。備份的路由器需要確定原路由器的主要對端信息，用于無線訪問接入點信息的批量備份，主路由器還需要確定備份路由器的對端信息，用于無線訪問接入點的信息實時備份。整個實現(xiàn)過程，由備份的路由器主動廣播對端發(fā)出相應(yīng)的請求信息，再由主路由器接收到對端的請求信息后，發(fā)送對端相應(yīng)信息確定各自對端信息的具體內(nèi)容。以此，當(dāng)主路由器出現(xiàn)故障問題時，可及時通過訪問控制器間信道協(xié)議更換備份路由器，并在更換的過程中不影響醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)原本的信息數(shù)據(jù)傳輸。

最后建立多層加密體系，在MST平臺中通過VRRP協(xié)議建立對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全的多層加密體系，用于針對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)日常數(shù)據(jù)傳輸時各類威脅手段，采取不同的防病毒措施或網(wǎng)絡(luò)安全保障措施，因此抵御外界非法危害入侵的威脅[3]。多層加密體系主要包含智能醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)客戶終端的自校驗防線、對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)用戶端的定期檢查防線以及VRRP協(xié)議自身具備的多層安全殼和自動檢驗功能防線。當(dāng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)病毒入侵或黑客篡改時，通過請求服務(wù)器快速下載健康的版本并進行自我替換。在定期檢查過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)客戶端被惡意篡改時，VRRP協(xié)議可通過修改程序強制對被篡改內(nèi)容進行下載并替換健康版本。同時在自校驗過程中當(dāng)出現(xiàn)被攻擊情況時，發(fā)出相應(yīng)的警報信息，并通知醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)管理人員立即對故障問題做出處理。

2實驗論證分析

2.1實驗準(zhǔn)備

為保證對比實驗結(jié)果的有效性，傳統(tǒng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)與改進后的MST結(jié)合VRRP的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)均在MNSS虛擬仿真實驗平臺搭建的實驗環(huán)境中進行，并通過更加真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏡像，在最大程度上確保實驗結(jié)果的真實、可靠。通過MNSS虛擬仿真實驗平臺模擬醫(yī)院各個門診部門以及住院部等多個不同的科室，并將其劃分為傳統(tǒng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和本文提出的MST結(jié)合VRRP的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，設(shè)置傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域為對照組，文中網(wǎng)絡(luò)區(qū)域為實驗組。分別向?qū)嶒灲M和對照組區(qū)域發(fā)送相同數(shù)量的數(shù)據(jù)包，設(shè)置數(shù)據(jù)包的發(fā)送量為10個、20個、50個、100個和200個。分別記錄實驗組與對照組接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量。通過對比丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量，比較實驗組與對照組區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.2實驗結(jié)果與分析

根據(jù)實驗準(zhǔn)備完成對比實驗，并將實驗結(jié)果中的各項數(shù)據(jù)進行記錄，繪制成如表1所示的實驗結(jié)果對比表中。

由實驗結(jié)果對比表可以看出，當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量為10個時，實驗組與對照組均可將10個數(shù)據(jù)包全部接收，丟失率均為0%。但從第2組數(shù)據(jù)開始，隨著發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量不斷增加，對照組的接收數(shù)據(jù)包數(shù)量逐漸比實驗組少，丟失數(shù)據(jù)包數(shù)量呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢。而實驗組在前4次接收數(shù)據(jù)包時，丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量均為0，只有在第5次接收200個數(shù)據(jù)包時，由于發(fā)送數(shù)量包由100個到200個急劇增加，使得其出現(xiàn)了2個丟失的數(shù)據(jù)包，但從整體看，實驗組的接收效果明顯比對照組接收效果好。

因此，通過對比實驗證明，在傳輸數(shù)據(jù)包較少的情況下，本文提出的將MST與VRRP相結(jié)合的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包的接收率基本上可以達到100%，而同樣情況下，傳統(tǒng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量明顯較多;在傳輸數(shù)據(jù)包增多時，雖然提出的將MST與VR-RP相結(jié)合的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)也會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的情況，但丟失的數(shù)量較少，且相對于傳統(tǒng)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)來說接受率明顯更高。因此，無論是傳輸數(shù)據(jù)包較多還是較少的情況，文章設(shè)計的MST與VRRP相結(jié)合的醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)對于數(shù)據(jù)包的接收率都明顯更高，具有更高的可靠性，為進一步實現(xiàn)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)核心層到匯聚層的網(wǎng)關(guān)冗余和負載平衡提供支持，實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的安全傳輸，為醫(yī)院的經(jīng)濟效益和社會效益提供保障。

3結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展及規(guī)模的逐漸擴大，使其成為互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，醫(yī)院各項診療業(yè)務(wù)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄?，同時也對網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更加嚴格的要求。文章針對醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的高可靠性設(shè)計方案研究得出，MST協(xié)議與VRRP協(xié)議結(jié)合可用于當(dāng)局域網(wǎng)中處于工作狀態(tài)的路由器出現(xiàn)故障時，由另一臺同樣功能的健康路由器接替工作，以此保證醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的可靠性和通信的連續(xù)性。但采用VRRP協(xié)議在實現(xiàn)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)可靠性提高的同時，在通信設(shè)備的備份組網(wǎng)中會受到較大的限制。因此，針對這一問題后續(xù)還將進行更加深入的研究，從而既滿足設(shè)備的虛擬化備份需求，又滿足醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的靈活運行要求。

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收稿日期：2020-04-08

作者簡介：徐磊（1983-），男，湖南沅江人，工程師，研究方向：醫(yī)院信息化建設(shè)。