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[摘要] 大型医院是我国医疗卫生事业的重要支柱。大力应用电子信息技术改进传统的医院管理模式，是提高医疗技术水平和医院管理水平，加速实现我国医院管理现代化的一个重要途径，也是到本世纪末我国医疗卫生事业发展的一个十分迫切的任务。本文针对海南省人民医院HIS开发工作的实际情况，重点讨论一个大型医院计算机网络系统设计的主要技术问题，作为对大型医院计算机网络系统设计的一点初步探讨。
[关键词] 医院、计算机网络、医院信息系统、网络协议、网络操作系统
1 前言
电子信息技术的开发与应用，是当今世界上高科技领域最活跃的支柱产业之一。随着信息科学和计算机应用的发展，医学和生命科学研究对电子计算机的依赖程度会日益加深，这将对90年代生命科学的研究和21世纪医疗卫生保健事业的变革、发展起到重要作用。作为医疗卫生保健事业前沿阵地的大型医院，直接担负着治病救人的艰巨任务。其医疗技术水平和管理水平的高低，直接关系着整个国家医疗卫生保健事业的状况和发展。因此，如何提高大型医院的技术水平和管理水平，将是医疗卫生战线一个十分重要的问题。从八十年代以来，我国大型医院普遍采用了电子信息处理技术来辅助医院管理，取得了一定的成绩。但这些应用大多停留在单项和事务管理一级的水平上，很少有真正建立了医院全面的医院信息系统（HIS）。这无论是在经济效益还是社会效益上，都没有明显的变化和提高。因此，建立大型医院计算机网络综合信息系统，大力应用电子信息处理技术来提高医院的医疗技术水平和管理水平，是加速实现我国医院管理现代化的一个重要途径，也是到本世纪末我国医疗卫生事业发展的一个十分迫切的任务。
然而，建立医院网络信息系统的一个首要任务就是必须首先建立医院内的计算机网络系统，这将是支撑HIS的主要硬件环境，也是实现大型医院计算机网络综合信息系统的基础。基于上述情况，海南省人民医院从1993年起开始着手规划和建立覆盖全院主要医疗机构和职能部门的医院计算机网络系统。本文将针这一实际工作，重点讨论医院计算机网络系统设计的主要技术问题，作为我们对我国大型医院计算机网络系统发展的一点初步探讨。
2 海南省人民医院建筑物分布特点分析
海南省人民医院地处我国最大的经济特区─海南省，是全省医疗设备先进、技术力量雄厚、建设规模最大的综合性医院。是海南省医疗、预防、急救、教学、科研、康复、保健的中心。1994年5月经海南省医院分级管理评审委员会考核评审通过， 成为海南省首家三级甲等医院。医院现有临床科室33个，开放床位达1113张，是目前国内省级医院床位数较多的大型医院之一。
该院地处海口市秀英区，生活区、工作区相对集中在200多亩的范围内，是1980年以后新建的建筑群，如图1所示：
其建筑物分布有以下几个特点：
1.工作区总的布局比较集中在方圆大约15万平方米范围内，计算机网络主要考虑覆盖这一工作区范围。
包括门诊大楼、医技楼、内科、外科大楼、新外科大楼等主要治疗工作区的楼房有外走廊相联，形成更为密集的建筑楼群。
2.少数相对独立的部门包括药库、康复中心、办公大楼、医学研究中心及传染病楼离主建筑楼群的距离仍不超过200米。
3.工作区各楼内联网工作站的分布，根据HIS功能要求大致相对集中在主建筑群楼内，但也比较均匀，各楼均有几个到二、三十个站点。
4.工作区内还有待建设的新住院大楼等新楼，网络布局中要考虑扩张的接口和负荷。
5.工作区内的楼层高度一般在二到七层，新住院大楼可能大到20层。
6.省人民医院在海口市中心区还有一个中心门诊部，与秀英住院部相距约10公里。虽然第一期工程暂不考虑联网，但网络系统设计和布局中应考虑远程联接的接口。
3 网络的拓扑结构设计：
3.1 网络物理布线的基本原则考虑
根据海南省人民医院的上述结构分布特点，其网络系统平台将基本上是一个扩展的局域网(Extented LAN)规模，并且根据我们的选择考虑，决定采用低层为 Ethernet 协议的网络体系结构。Ethernet协议采用CSMA/CD 的总线访问控制方法，它在物理布线上可支持粗同轴电缆(AUI)、细同轴电缆(BNC)、双绞线(10BaseT)及光纤(10BaseF)、无线等多种通信介质；还支持多种中继器、桥接器、路由器等互联设备以进行物理配置的扩张和灵活布局。根据Ethernet CSMA/CD访问控制原理，参照有关网络工程规范、有关标准及实际联网经验，我们认为网络系统布局和物理布线中应考虑以下基本原则：
3.1.1 所用传输介质的带宽应满足系统对物理线路传输容量的要求，Ethernet要求大于10M。
3.1.2 布线中无中继的最大线路长度，取决于不同传输介质对10M高频信号衰减的程度，不应超过各种介质规定的最大长度。
3.1.3 网中任意两站点之间的最大距离还受两站点之间信号最大传输延时限制。这一限制是根据CSMA/CD原理，要求一个数据帧未发送完以前，最远的冲突信号应能来得及返回以根据检测到的冲突进行重发，否则，如果数据帧在冲突信号返回以前已经发完，该站认为该帧已正常发出，有可能继续发下一帧，则受冲突被破坏的帧将被丢失。显然，这一延时限制与Ethernet最短数据帧长度有关。极限的估计，在Ethernet协议规定的10MB/S速率和最小帧长度为460 b:t情况下，这一延时限制为:C=1/2(460÷10×10 b/s)=23us(往返46us)。两站点之间的传输延时，不仅包括信号在传输线上的信号传播延时，而且还包括所经接头、收发器、中继器等设备的延时，从而也限制了串接中继器的数目和经中继器扩张后的最大联网距离。
3.1.4 Etherent总线上的最大联接计算机站数，由以下因素决定:
3.1.4.1站点接入总线在一定程度上总要影响总线传输介质的阻抗均匀性，从而使传输信号在接入点产生一定的反射，接入站点越多将越恶化信号的传输质量。
3.1.4.2 站点数越多，随机同时发送而碰撞的 概率也增加，碰撞引起等待或后退重发均将影响数据传输效率从而影响系统响应时间，据统计分析，传输效率随站数增加呈指数下降趋势。
基于以上考虑，在一段无中继总线段上的接入站数一般限制在100以内， 经过中继器扩展的总线站总数也不宜超过150至200个，为减少碰撞概率，可考虑用桥接器分段分担负荷。
另外，在站点接入的位置上，Ethernet标准建议相邻站间间距取2.5M的整倍数以避免相邻站反射的同相叠加。（有些标准Etherent同轴电缆上每隔2.5M有一黑色标记作为接入站点的位置）。
3.1.5 抗干扰和可靠性的考虑
海南地处高温、潮湿、台风和高雷电区，传输介质的选择和敷设要特别注意恶劣环境下的可靠性和抗干扰性。同轴电缆和双绞线传输介质原则上不应出楼，尤其不应出楼架空敷设。楼间联接，尽可能使用光纤传输。另外，选用与传输介质相关的电缆接头、BNC三通接头，RJ45接插件、终端配器及联接器等另部件，应保证高质量，忌用劣质产品以免长期使用中受潮、氧化引起接触不良而影响系统可靠性。
3.1.6 安装简便性和成本的考虑
安装简便性包括传输介质布线施工的简繁程度、结构的灵活可扩性及增减站点的方便程度等。成本要综合考虑所用介质、网卡、收发器、中继器、接插件等的总的成本价格。
3.2 系统拓扑结构的选择和总体布局考虑
Ethernet的物理线路，虽然逻辑上都应是总线型拓扑，但通过中继器、桥接器等网络扩张设备也可形成各种不同的物理拓扑结构以利于不同具体环境下的线路布局。
根据上述海南省人民医院建筑物理结构的特点，Ethernet物理线路布线的基本原则及各种拓扑结构布局特性的分析，海南省人民医院计算机网络系统的布线布局方案拟采用如图2所示的拓扑结构:
图2、海南省人民医院局域网的拓扑结构图
从上图可以看出，海南省人民医院局域网采用了以粗缆为主干线，以10BaseT 扇出为基本总体结构，但结合使用其他结构的综合型拓扑结构。
此方案的有关说明如下:
3.2.1 门诊大楼、放射科大楼、医技楼、内科大楼、新外科大楼、外科大楼等六个有内廊互联的建筑群用10Base5粗缆联接作为主干线。主干线基本上沿内廊和楼内三楼顶部铺设，到外科大楼则进入中心机房。
3.2.2 在外科大楼三楼西侧设置网络系统的中心机房，在中心机房内用主服务器作内桥把主干线分为四段，以分担总线上的负荷，减小访问冲突概率。目前第一段负荷包括B1、B2、B3、B4及B5的西部，楼中的站点约40个，长度约350M；第二段包括B5的东部、B11、B12、及B6，楼中的站点约35个，长度约200M；第三段包括B7、B8、B9、B10及B13，楼中的站点约40个，长度约350M；第四段包括B14、B15、B16、B17及B18，楼中的站点约30个，长度约300M。
3.2.3 B1、B4、B5、B10、B14、B15楼内工作站均通过10BaseT的HUB集线器(也是多路中继器)联到粗缆主干线上，从HUB到楼内工作站全部采用10Base T点到点双绞线联接，因此楼内HUB位置选择一方面应靠近主干线一方面应使到各站点的联线长度尽量均匀和减短。每个楼内的HUB 数目和总端口数可比实际站点数多20~30%以便站点的增加，两个以上的 HUB 用SCSI接口并行联接(只一个经AUI接口接粗缆)。B2、B3站数较少，采用AUI/BNC的中继器联成细缆总线。
3.2.4 干部病区B17和康中心B18以及传染科楼B6由于离主建筑群较远且中间没有内廊相联，分别采用10Base 2细缆构成两个相对独立的子系统，子系统与主建筑群之间用光纤中继器通过光纤分别互联到主干网的第二段和第四段上，子系统的B17到B18之间，细缆要经过一段小于30米的室外联接采用地沟金属管屏蔽方法铺设。
3.2.5 第三段粗缆从西药房起，穿过高压氧、外科大楼到核医学终止。其中有三处经过露天的地方在10-30米之间。我们也采用了地沟金属管屏蔽方法铺设。该段上大部分站点仍以收发器挂接HUB，再以双绞线散出。但药库系统的站点通过AUI/BNC的中继器联成细缆总线，再由BNC头挂接站点。中、西药库之间约30 米的开阔地带仍用地沟加金属管屏蔽方法铺设。同样，第四段粗缆穿过办公大楼与研究中心、研究中心与中心机房之间的露天段也采用了地沟加金属管屏蔽方法铺设。该段上站点仍以收发器挂接HUB，再以双绞线散出。
3.2.6 考虑到整个系统的效率，我们除了以主服务器作为网络系统的核心结点和四段子网的内桥外，还在四段子网上各自配置了一台二级服务器作为子网的管理核心和应用程序平台。为了便于管理，所有服务器均集中放在B10三层的中心机房内，中心机房负责对全网的管理、监测、维护和开发。机房中除五台服务器外，还设置一台光纤中继器与B17-B18 子系统相连，另挂一个HUB联接中心机房内的若干台工作站，这些工作站供信息科系统管理员对系统进行管理、维护和开发用。
3.2.7 中心机房还设置了一台异步串行口桥接器，通过modem 进电话网与海口门诊部子网联接。也可考虑用微波远程桥接器互联。
3.3 网络设计特点分析
从图2可以看出，采用上述微机局域网结构，不仅充分利用了医院现有的计算机硬件资源，而且还可以充分利用医院中现有的应用软件资源和已经存入计算机的数据资源。这一方案的主要特点有：
3.3.1 根据我院的范围和规模，将整个网络系统分成了若干段，各段之间通过主服务器内桥相连。各段内根据需要设置了二级服务器以作为子网的内部支撑平台，也可以通过中继设备（如光纤桥）与相邻的其他段的服务器相连，段内各工作站通过ＨＵＢ和双绞线连结上网。这样即构成总线──星形网络结构。
3.3.2 采用多服务器技术，可提高系统的可靠性。服务器数量和磁盘容量的设置根据医院的实际情况和HIS的具体需要而定。服务器选用了Compaq专用网络服务器（特别是主服务器），主服务器的内存达32MB、二级服务器的内存达16MB。整个网上的硬盘资源约有3GB。 此外在主服务器上配备了一台650MB的随机光盘存储器(MO)作为系统的后援存储备份装置。
3.3.3 PC工作站的数量也可以根据医院具体的需要而定。一般来说采用这一网络结构，工作站的数量超过100台时，整个系统仍然能够保持良好的性能， 这样的情况已经可以满足许多医院的需求了。根据我院的实际情况，网上的PC工作站约为140个。我们全部采用了 Compaq的486/NET1作为工作站，其内存配置为4MB、显示器为SVGA。
3.3.4 这样的网络结构，若需要与其它医院的HIS或上级部门的MIS进行信息交换，可使用远程工作站／远程文件传输方式，其传输介质既可使用电讯系统X.25通讯规程的公共数据交换网，也可使用软盘脱机传送。
4 网络操作系统的选择
建立微机LAN的另一个重要方面是网络操作系统的选择。从目前国内计算机市场的情况来看，流行的网络操作系统主要有3+系列和NOVELL系列。结合上述网络结构对这几种操作系统进行分析，我们认为NOVELL网的NETWARE是一种比较好的系统，NETWARE作为局域网操作系统，遵循国际标准化组织(ISO）的OSI开放式系统互联参考模型，它既支持以太网的拓扑结构，又能支持令牌环的拓扑结构，是LAN工业的标准，是一种开放系统。而且它支持工作站的DOS平台，这为保留以往的硬软件资源带来了好处。因此，我们在设计中选用了NETWARE V3.11 作为网络操作系统。 另外Microsoft 在1993年中期发布了WindowsNT，这是一个32位、优先的、多任务多线程网络操作系统，它可以在多种硬件平台上运行，支持工作站上的Windows平台，这将是今后微机应用的一个主流平台。在下一阶段我们也将考虑将网络操作系统移植到WindowsNT平台。
5 结束语：
以上我们针对海南省人民医院计算机网络建设的实际工作，重点讨论了建立我院计算机网络系统的几个主要技术问题，作为对我国大型医院计算机网络建设一点抛砖引玉的探讨。我们深信，只要扎扎实实地做好各项工作，我国的大中型医院HIS系统的应用必将出现一个崭新的局面，从而使我国大中型医院的医疗技术水平和管理水平达到一个新的高度，促进我国医疗卫生事业的蓬勃发展。
[参考文献]
[1].陈敏章. 抓住机遇,促进中国医药信息学的新发展．医药信息处理与研究 1994;2:4
[2].刘谦. 一个基于分布式数据库的管理信息系统.计算机研究与发展 1994;4:45
[3].(美)Joe Salemi 著,石祥生译:客户／服务器实用技术指南.电子工业出版社,1994;10
附图1：
附图2：
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