基于MNSS 的医院时间同步系统研究及仿真

丁咏飞

（亳州市中医院 信息科，安徽 亳州236800）

1 概述

随着信息技术的发展，医院信息网络已经完成从早期独立式应用向全局交互式应用的转变。具有统一标准的时间同步系统作为医院信息化建设的基本单元，在整个系统特别是计费系统、时间校正系统中起关键作用。医院各个部门业务的正常开展以及医院信息安全维护工作都对时间同步功能有较高要求和较强依赖性，但医疗设备的传统时钟来源——晶体振荡器在长期运行后易产生误差，人工校对的可操作性不强且产生的时间滞后将对医院系统造成严重影响，而外接高精度时钟源的成本太高难以实现大规模部署。

针对上述问题，本文拟在MNSS (Medical Network System Simulator)平台中部署实验环境，将NTP 服务应用于linux 系统以及cisco 路由器。MNSS 平台是徐州医科大学自主研发的医学信息虚拟仿真教学实验平台，用户通过浏览器就可直接模拟及测试医院信息系统的网络拓扑结构。

2 网络时间协议(Network Time Protocol)

2.1 NTP 简介

NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是一种通过网络使各个计算机实现时间同步的协议，可将局域网中的计算机时钟精度误差控制在0.1ms 内。该协议可使计算机访问时钟源或服务器从而完成时间同步，并且可用加密认证的方式避免恶意攻击。

2.2 NTP 工作结构及作用

在NTP 中，各个服务器按照离外部时钟源远近被划分到相应的层（Stratum）中，形成阶梯式相互连接的结构。上层为下层提供标准时间，每一层可达的时间精度逐层递减，NTP 通过网络、卫星等途径获得国际标准时间（UTC）后按照服务器等级逐级同步时间。

医院信息系统的NTP 服务功能包括以下三点：

（1）为医院各项业务提供统一时间链，作为后期依据；

（2）为医院LIS 系统、HIS 系统、内外部网提供统一时间源；

（3）为医院各诊区的患者及医疗人员提供精确时间源。

3 配置NTP 服务的仿真实验设计

3.1 实验场景设计

由于各医院网络规模存在差异，本实验设计了两个不同的实验环境。场景一适用于小型医院网络，将路由器等网络设备作为服务器端以减少运维开销；场景二适用于大型医院网络，将linux、windows 系统作为服务器端以增强服务器的稳定性与可靠性。

3.2 实验拓扑结构设计

在MNSS 平台中新建实验，然后在工作区域中根据小型/大型医院的场景需求分别搭建两种医院时钟系统拓扑图。如图2、3 所示，核心层网络设置两个三层交换机以避免单核心出现的宕机问题，接入层各个部门主机经由二层交换机连入核心层，医院服务器集群中的HIS、LIS、PACS 等均由二层交换机接入。

卫星时钟源通过天线等方式传输给stratum1 服务器，stratum1 服务器再通过网络向下逐层同步，最终给医院的所有主机以及终端设备提供精准时间。

场景一拓扑结构：

图1 小型医院拓扑图

场景二拓扑结构：

图2 大型医院拓扑图

3.3 实验注意点

（1）各个网络设备的参数设置需互相联通以交换数据；

（2）NTP 服务器的时间校准可通过人工设置和连接外网时间源两种途径完成。

3.4 命令配置

场景一：路由器作为服务器

（1）主机上的配置

（2）交换机swith

[root@MNSSstation ～]# ntpq -p # 查看NTP 服务器时间同步的过程

3.5 实验现象验证与分析

场景一：在服务器端完成NTP 命令配置后，将客户端连接至NTP 服务器并查看时间是否同步。

场景二：为证明以linux 系统作为NTP 时间服务器在正常联网的情况下可实现自动校准功能，本实验通过手动修改服务器时间模拟时间出错。

图3 查看同步过程

手动修改NTP 服务器时间后，NTP 服务器将会根据网络上的时间源自动同步校准为正确时间。

4 结论

为确保医院各项业务的正常开展，医院网络中必须具备精准可靠的医院时间同步系统。本研究通过MNSS 平台模拟并测试了不同场景下的两类NTP 服务器，分析验证了将网络设备和linux 系统两类型设备作为医院时间同步系统服务器的可行性。在本文提出的时间同步系统中，医院可以根据自己的实际情况选择合适的NTP 服务器，从而实现提高医院时间同步系统精确性与稳定性的目标。