基于大数据技术的超大型三甲医院多院区信息系统

摘要：为了解决现有大型医院多院区信息系统存在的响应时间过长问题，本文基于大数据技术，针对超大型三甲医院多院区信息系统展开设计与研究。硬件部分设计了IBM LinuxONE大型主机服务器和SSD储存硬盘，软件部分构建了医院多院区信息化架构，基于大数据技术设计了医院数据信息处理模型，设计信息系统的功能模块，实现医院多院区信息化管理。通过实验结果表明，设计的医院多院区信息系统在用户数量逐渐增加的条件下，响应时间始终保持在3s以下，能够满足医院信息系统的实时性需求，有一定的应用价值，可以作为后续医院信息系统优化的参考。

关键词：大数据技术；三甲医院；多院区；响应时间；信息系统

一、引言

为了适应互联网时代背景下临床智能化、管理精细化、就医便捷化和精准医疗发展的需求，许多大型医院纷纷开始研究多院区信息系统[1]。这些信息具有数据体量大、数据种类多的特点[2]，因此各个信息系统不仅要保持现有系统的原有功能，同时要满足政策性软件需求，建设的内容也要与医院对内对外的其他系统接口对接，推动医院向一体化、智慧化发展。研究表明，医院的服务业态、发展形态、创新思维模式、管理模式和服务模式均需要以信息化作支持[3]。

近几年，我国部分医院的信息化水平得到了提升，在信息安全、日间手术信息化管理等领域保持领先水平[4]。有研究学者设计针对药物临床试验的信息管理系统，来提高多种信息数据的管理效率，设置项目管理与维护的管理模块，并对多种项目开展大数据统计与分析，实現数据查询与质控的信息化管理[5]。但是该系统使用多数据库信息孤岛模式完成数据处理的过程中，容易受到医院内部信息总量的影响，降低系统的响应能力，导致响应时间过长，不能满足目前医院的信息化发展的实时性需求。

大数据技术可以改变现有的数据库模式，创设高性能、多系统共享数据库模式，实现医院业务应用系统的不间断服务，从而有效地提高信息系统的处理效率。因此，本文基于大数据技术，设计了新型大型医院多院区信息系统，以期降低系统响应延时，为后续医院的信息化发展提供一定的技术支持。

二、硬件设计

（一）IBM  LINUXONE设计

为了提高设计系统的网络传输可靠性，本文选取IBM LinuxONE大型主机服务器作为设计系统的核心传输中继设备。IBM LinuxONE划分为4个LPAR逻辑分区，其中两个LPAR作为生产分区，两个LPAR作为测试维护分区，2个LPAR各自装上一套z/VM虚拟化操作系统，两个生产z/VM系统各自运行若干套数据库虚机，数据库采用Oracle RAC的方式组成集群，Oracle RAC的两个节点分别部署在两个z/VM系统上。数据库虚机虚部署HIS、LIS、OA数据库等。另外，两套z/VM系统分别安装WAVE图形化软件以方便运维及测试。IBM LinuxONE的主要参数如下表1所示。

应用IBM LinuxONE大型主机服务器可以快速进行以太网接口转换，将基于IBM z13，最多可安装141个处理器、10TB内存，可支持8000台虚拟机同时工作。支持Apache Spark、MariaDB、PostgreSQL和Chef等开源软件。实现多个终端设备互联，提高系统的使用性能，最大程度上降低系统的响应延时。IBM LINUXONE的LPAR逻辑分区和同城异地的oracle数据库灾备能够保障多院区信息系统的正常运行。

（二）SSD储存硬盘

设计的多院区信息系统属于大型信息系统，其涉及的数据文件十分复杂，总量也较高，难以进行储存，因此本文为了提高系统存取文件的速度，降低系统的启动耗时，选取SSD储存硬盘作为系统的固态硬盘，该固态硬盘的组成结构如下图1所示。

由图1可知，该固态硬盘主要由缓存中心、主控中心，以及多个闪存颗粒组成，其容量高达256GB，最高顺序读为540MB＼s，最高顺序写为420MB＼s，且兼容SATA 1.5＼3.0＼6.0 Gbps规范[8]。为了提高系统的储存性能，SSD硬盘内部使用Error Correction Code机制，并结合动态＼静态wear-leveling技术提高硬盘的使用寿命。不仅如此，该硬盘使用S、M、A、R、T进行动态电源管理[9]，支持Trim and NCQ（Native Command Queuing）管理指令。综上，选取的SSD储存硬盘符合系统的动态储存需求，能有效地提高系统的综合性能。

三、软件设计

（一）构建医院多院区信息化架构

为适应医院信息化建设需求，遵循先进的国际医院管理模式，本文设计的系统采用了全新的设计模式，主要基于微软公司的NET框架完成开发，其信息化架构如下图2所示。

由图1可知，该架构主要包括数据存储层、数据逻辑层、业务逻辑层、业务服务层和用户界面层，在面向用户方面支持PC、C/S、B/S等多种移动终端。在面向数据存储方面支持Micorsoft、SQL Server、Oracle、 Sybase。该技术架构具有八大技术特点，即采用面向服务架构、高内聚、低耦合技术、国际化支持、自动升级、统一通信、开放式服务，以及跨数据库技术。

（二）基于大数据技术设计医院数据信息处理模型

常规的医院多院区信息系统在面临较多的数据时难以进行处理，自然响应时长相对较长，为了解决该问题，本文使用大数据技术设计了医院数据信息处理挖掘算法，最大程度上提高信息处理效率，缩短系统的响应时长，首先可以将医院内部数据信息划分成一个异构集群，此时该集群内部消耗的总能量  如下（1）所示。

（1）

公式（1）中，Ti代表数据节点处理时间，Pi代表数据节点的处理功耗，基于此可以将存在的信息处理任务进行高效处理转换，转换式C如下（2）所示。

（2）

公式（2）中，US代表数据异构节点，此时可以判断各个节点数据的处理情况，此时可以进一步计算各个节点的权值Weight，如下（3）所示。

（3）

公式（3）中，NC（ ni ）代表覆盖节点集，ti代表处理时间，从而得到合理的医院数据信息处理模型E，如下（4）所示。

（4）

使用上述公式可以快速地进行数据信息处理，最大程度上减少系统的响应时间。

（三）设计信息化功能模块

设计系统的功能模块组成较复杂，本文结合系统的使用需求对其进行了优化设计，首先是用户登录模块，其可以将登录用户与数据库连接用户相分离，确保数据库的安全性。系统业务操作人员登录时，该模块采用用户口令认证，结合IP地址和MAC地址进行校验，防止非指定系统用机，非授权用户登录系统。

显示模块可以根据客户需求图形化地更改消息，其内置了测试架构，只需输出一个单一文档即可迁移设定，整合帮助信息，自动生成设计文件。日志处理模块可以阅览消息，编辑修改、还可以查看在各个阶段的消息的转换情况，进行长期日志访问和审计追踪，上述功能模块共同为系统提供服务，提高系统的综合使用性能。

四、系统测试

为了验证本文设计的大型医院多院区信息系统的性能，本文搭建了测试平台，将其与常规的医院多院区信息系统对比，进行实验如下。

（一）測试准备

根据系统测试需求，首先可以根据各个模块的功能配置IHE文件，如下图3所示。

由图3可知，本文搭建的测试平台主要使用嵌入式测试环境进行引擎配置，为了避免测试数据包丢失，本文设计的实验平台使用PKI、IPSec、HTTPS、TLS、SSL对测试数据进行了验证、加密。

为了满足数据的交换需要，该平台设置了中间件，其满足Windows群集的测试需求，可以通过多个引擎对消息进行分类处理，支持更大负荷的消息交换，同时，为了满足系统测试网络需求，该平台支持WSDL 1.1、SOAP 1.1&1.2、WS-Addressing、WS-Security、WS-Policy等多种Service网络服务标准。

该测试平台中的核心中间件集成引擎不仅可对数据库、Web Service端口、数据中心进行直接挖掘，还内置多个优化模型，可以方便快捷地解读及编译测试信息，无需进行再度开发，极大地提高了系统测试效率。

（二）测试结果与讨论

在上述的测试准备基础上，可以进行后续的系统测试，即分别使用本文设计的大型医院多院区信息系统和文献[5]提出的医院多院区信息系统进行操作，记录不同数量用户下两种系统的响应时间，测试结果如表2所示。

由表2可知，随着用户数量的增加，两种系统的响应时间也在增加。常规的医院多院区信息系统在用户数量逐渐增加的条件下，响应时间从最短的1.652s上升至46.452s；而本文设计的大型医院多院区信息系统在不同数量用户下的响应时间始终保持在3s以下，远远低于对比系统的响应时间，证明设计的医院多院区信息系统的性能良好，符合医院的信息化需求，有一定的应用价值。

五、结束语

综上所述，随着计算机技术的进步，我国各个医院的多院区信息系统急需进行优化。受医院内部信息增长速度影响，原有的医院多院区信息系统的响应时间过长，处理效率较低，不满足医院的信息化发展需求，因此本文基于大数据技术设计了一种新的大型医院多院区信息系统。进行系统测试，结果表明，设计的信息系统的性能良好，响应时间较短，符合医院的实际需求，有一定的应用价值，可以作为后续医院信息化发展的参考。

作者单位：江峰 万达信息股份有限公司

参  考  文  献

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江峰（1985.08.28），男，汉族，浙江奉化，研究方向：云计算、大数据、系统架构。