2019年第4期144
研究与探讨
信息技术与信息化
基于百万级别分布式架构的远程医疗平台研发
Research and Development of Telemedicine Platform Based on Million-level Distributed Architecture
杨智杰*  夏燕文
YANG Zhi-jie  XIA Yan-wen
摘　要        设计一个高可用、高性能、高并发（百万级）的远程医疗平台，丰富强大的功能极大程度简化医院相关
医护人员的办事效率以及方便患者就医，省时省事。平台配套的急救手环，将给予老人一个安全保障，紧急情况下，智能检测身体健康以及碰撞压力指标，通过算法分析触发“一键急救”发消息通知到就近的医疗点以及子女终端。平台系统采用分布式系统架构以及先进软件技术，急救手环核心部件为传感器、芯片、通讯模块。
关键词        分布式；医疗平台；急救手环；智能检测算法
Abstract          The telemedicine platform is designed by a high availability, high performance, high concurrency (million level),which has rich and powerful functions greatly simplify the efficiency of hospital-related medical staff and facilitate patients to seek medical treatment, saving time and labor. The first-aid Bracelet matched with the platform will provide a safety guarantee for the elderly. In emergency situations, it intelligently detects the health indicators and collision pressure indicators, triggers "one-key first-aid" through algorithm analysis, and sends messages to nearby medical points and children's terminals. The platform system adopts distributed system architecture and advanced software technology. The core components of the first aid bracelet are sensors, chips and communication modules.        Key words          Distributed; Medical Platform; First Aid Bracelet; Intelligent Detection Algorithm
doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2019.04.046
* 五邑大学智能制造学部 广东江门 529020
[基金项目] 2017年国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号201711349030）
1 前言
看病就医一直是一个重要的民生问题。我国现阶段大部分医疗点所使用的平台系统均为内部私有，彼此无法对接，造成患者就医转诊时，就诊数据无法得到利用。就此我们基于开发实现现有医疗点内部的大多数常用功能外，提供了两个具有特的功能：平台中的“联网电子病历健康数据系统”，大程度上告别纸质病历，各医疗点电子病历可以授权对接。平台提供大数据健康分析功能，基于就诊数据，快速有效的提供健康程度预测趋势以及反映各种指标。两大功能均可开放API 提供给不使用本平台的医疗点的内部系统形成无缝对接。急救手环是平台的一个衍生物，平台总控中心可以及时接收到急救手环发出的急救信息，获取位置数据，通过算法计算将急救信息发送到距其最近的医疗点，并同时发短信通知到其子女。
要使平台稳健的随时提供服务，系统内部架构及其重要。互联网中的分布式系统架构是首选。图灵奖得主Leslie Lamport 这样解释分布式系统：旨在支持应用程序和服务的开发，可以利用物理架构由多个自治的处理元素，不共享主内存，但通过网络发送消息合作。分布式系统具有高度的内聚性和透明性。本平台基于分布式架构做了纵向拆分，形成面向服务的SOA（Service Oriented Architecture）架构，也就是把工程拆分成服务层、表现层两个工程。服务层中包含业务逻辑，只需要对外提供服务即可。表现层只需要处理和页面的交互，业务逻辑都是调用服务层的服务来实现。2 总体框架
基于网络安全考虑，网络选用HTTPS 协议，搭建企业级防火墙；后端应用服务选用Shiro（安全权限框架）做安全授权控制。平台根据服务模块进行分布式纵向拆分，核心架构如图2所示。Nginx 作为中
间网关，发挥“反向代理”以及“负载均衡”重要作用。表现层和服务层的每个服务节点可以集或者单机形式部署在Tomcat 服务器上，单机部署如
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信息技术与信息化
图1所示。表现层和服务层之间选用Alibaba 开源的Dubbo 服务框架。工程分布式化后，彼此通信选用ActiveMQ 作为消息总线。平台提供应用独立搜索服务，选用基于Lucene 优化后的Solr。数据库选用MySQL，缓存选用非关系数据库Redis。以上所有工程均部署在Centos 操作系统上。
急救手环通过传感器以及通讯模块（包含
GPS 定位）与平台总控建立通信。运行原理如图3
所示。
图1服务化工程单机部署
图 2平台系统SOA 架构
图3 急救手环
3 详细设计3.1 网关设计
Nginx 作为平台前后端中间的网关，Nginx 性能极其强悍，据Nginx 数据显示，Nginx 能支撑的并发数为5万，其角极具重要性。为了稳定并发挥其服务性能，这里选用
KeepAlived、LVS(Linux Virtual Server)、Nginx 组合。KeepAlived 发挥检测服务器的状态利用其来避免单点故障；LVS 作为负载均衡和请求分发；Nginx 作为LVS 的节点负载均衡使用。这种组合设计可以轻松解决单机宕机的问题，达到高可用(HA)并发效果。LVS 采用双机热备形式。双机热备形
式是指两台机器都在运行，但并不是两台机器都同时在提供服务。当主服务器故障的时候，备份服务器会马上自动接管并且提供服务，而且切换的时间非常短。如图4
所示。
图
4 网关设计
3.2 搜索服务设计
图5 solr 原理
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Solr 是基于Lucene 优化而来，主要核心其倒排索引原理。依据分词器对词典进行分词成若干个词，每个单词对应一个倒排列表，所有单词的倒排列表往往顺序地存储存在倒排文件里。平台将对外提供查询搜索的数据在Solr 中建立索引库。在后端代码中使用SolrJ 对索引库进行管理，核心在于document 对象。
public void actionSolr() throws SolrServerExcep-tion, IOException {
//创建一个SolrServer 对象，创建一个连接  SolrServer solrServer = new HttpSolr-Server(“your solr server http address”);
//创建一个文档对象SolrInputDocument
SolrInputDocument document = new SolrInputDoc-ument();
//这里书写solr 操作代码  //提交
solrServermit();}
3.3 急救信号分发算法设计3.3.1 算法背景
A. 业务场景：一个急救信号被派给多个适合的医疗点，医疗点根据自己的具体情况作出应答
B. 目标：最大化一次分发信号成单率
C. 关键问题：estimate the probability of each Medical point’s acceptance of a hurry-call
D. 算法方案：步骤1，构建医疗点接收急救信号概率模型，步骤2，将各个医疗点接收信号率作为输入，最大化分发信号成功率
E. 算法基础：经典推荐算法
--LR 和GBDT 模型3.3.2 医疗点接收急救信号概率模型
公式1 最大化分发信号成功率
•
信号-医疗点关联特征：信号与医疗点距离里程、信号已推送给多少个医疗点、信号与医疗点所处是否同一个辖区•
信号特征：信号紧急程度、信号源人员的重要数据信息（含身体健康数据）、信号源所处地理位置、规划路线的路况、子女是否及时收到该信号源。•
医疗点特征：医疗点的医疗水平（等级）、所拥有救护车及其医护人员比例、所处地理位置、规划路
线的路况。
•
补充特征：特征日、特征小时、医疗点数、附近信号源数
3.3.3 算法设计
3.4 测试和分析
3.4.1 平台性能压力测试与分析
利用Apache JMeter（Apache 组织开发的基于Java 的压力测试工具。用于对软件做压力测试）对平台进行性能压
力测试，通过模拟巨大的负载对平台的各服务器、网络造成百万级别的并发压力下，测试平台的强度和分析整体性能。
通过多维度、多测试指标的压力测试，可以知道平台的性能强悍，抗压能力强，基本达到百万级别压力等级测试。3.4.2 分发算法测试
Table 1: Accept probability between each Hurry-call/
Medical Point pair
Hurry-call
Medical Point
1
2 3  4 510.0190.007
0.010.0250.02920.0210.0370.0370.0080.04 30.026
0.037
0.032
0.018
0.038
研究与探讨信息技术与信息化
40.0350.0190.0070.0340.012
50.0260.0230.0240.0180.009
60.0340.0090.0340.0220.012
70.0060.0160.0060.0130.017
80.0070.0190.0090.0210.025
90.0110.0060.0070.0050.014
100.0260.0250.0230.0130.014 Table 2: Dispatch results for the proposed model Medical point Dispatched Hurry-Call Accept Probability 150.029
250.040
320.037
nginx和网关怎么配合使用
440.034
510.026
630.034
720.016
850.025
950.014
1010.026
Table 3: Success probability of each Hurry-Call by
three models
Hurry-Call
MOdel12345 Model 10.1160000.138
Model 20.0680.0520.0460.0450.053 Proposed Model0.0510.0520.0340.0340.104 4 结束语
本文设计了一个与急救手环软硬件相结合的医疗平台。平台的软件架构与设计，从高可用、高性能、高并发（百万级）为出发点，力求设计出性能强悍、功能强大、使用方便的医疗平台。急救手环设计以留守老人为主体，以社会痛点为焦点，力求产品能在此方便发挥相应的社会作用。项目达到了预期的目标，对传统医疗以及社会起到一定的参考价值和促进作用。
参考文献
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[5] 徐敏.阿里金融云对银行分布式架构转型的探索与实践[J].金融科技时代,2017(10):19-21.
【作者简介】
杨智杰（1995-），男，广东汕尾人，五邑大学智能制
造学部学生，本科，研究方向：分布式(微服务)、系统性
能优化、JavaWeb开发；
夏燕文（1990-），女， 硕士研究生（香港教育大学），五邑大学智能制造学部辅导员，研究方向：思想政治教育。
（收稿日期：2019-04-02）
站支持较大容量，改造难度相对不高，但成本偏高。
3 结束语
2019年为5G建设开启之年，5G将在全国大规模展开建设，为5G2020年全面商用作好基础建设，其中室分系统建设为至关重要的一项。依据不同场景，尽量利用原有LTE系统的资源和构架制定不同的室分方案，提供高带宽、高速率、高质量的通信服务。
参考文献
[1]  张锋，王明华.  5G移动通信发展现状及其关键技术[J]. 中国新通信. 2016(06)
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[3] 李睿，刘旭峰，高敏，迟建.  5G业务发展与运营商应对策略[J]. 通信世界. 2018(09)
[4]黄陈横.  5G大规模MIMO高低频信道模型对比探讨[J].  移动通信. 2017(14)
[5] 李平，王雪，于大吉.  5G网络演进方案及运营思路探讨[J]. 移动通信. 2016(19)
【作者简介】
丁远，中级工程师，讲师，2009年7月于广东工业大学硕士研究生毕业，现任职于中通服咨询设计研究院有限责任公司，主要研究方向为移动通信技术和无线网络优化;
王楚锋，高级工程师，2000年7月毕业于安徽大学电子工程学院，现任职于中通服咨询设计研究院有限公司，研究方向为移动通信网络规划设计与优化。
（收稿日期：2019-03--26）
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