高性能信创医保交易系统的设计与实现.pdf

Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023文章编号：10 0 7-7 57 X(2023)08-0016-03基金项目高性能信创医保交易系统的设计与实现微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期周栋（上海万达信息系统有限公司，上海2 0 1112）摘要：设计高性能信创医保交易系统，研究实现无状态交易技术、国产基础软硬件适配技术、交易弹性伸缩技术、数据分库分表技术等，通过使用基于国产CPU架构的服务器、国产数据库、国产中间件等信创基础软硬件，实现高性能、高可用的医保交易系统，有力地推动了信创软硬件设备在核心系统的应用和信创技术及产业的大规模发展。关键词：信息技术；实时交易系统；分库分表；国产数据库ZHOU Dong中图分类号：F393Abstract:We designed and implemented a high-performance information technology application innovation medical insurancetrading system.We researched and implemented stateless trading technology,domestic basic hardware and software adaptationtechnology,trading elastic scaling technology,data sorting and tabulating technology,etc.,to realize a high-performance andhighly available medical insurance trading system.It promotes the application and development of information technology appli-cation innovation software and hardware equipment in the core system.Key words:information technology;on-time transaction system;sharding;domestic database0引言2020年3月国务院发布的关于深化医疗保障制度改革的意见指出，坚持以人民健康为中心，加快建成覆盖全民、城乡统筹的多层次医疗保障体系，到2 0 30 年，全面建成以基本医疗保险为主体，医疗救助为托底，补充医疗保险、商业健康保险、慈善捐赠、医疗互助共同发展的医疗保障制度体系。2021年发布中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2 0 35年远景目标纲要指出，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，提高高端芯片、操作系统、人工智能算法等关键领域的研发突破与迭代应用，并将增强信创供应链安全保障能力列为重点工作 2 。目前，信创工作主要是实现电子公文和办公系统的安全可控，而在医保领域，尤其在医保实时交易结算的领域，仍然缺少这方面的研究和设计 3。1信创医保实时交易分析医保实时交易有着高并发、低延时、时段集中、用户耐受度低、接口复杂等特点。大型医保实时交易系统需要接入超过10 0 0 家医疗机构，几十家不同厂商的医院系统，对外接口基金项目：核高基国家科技重大专项（2 0 18 ZX01045101)作者简介：周栋（197 3一），男，本科，高级工程师，研究方向为信创、软件工程、信息安全。文献标志码：ADesign and Implementation of a High-performanceITAI Health Insurance Transaction System(Shanghai Wonders Information System Co.,Ltd.,Shanghai 201112,China)复杂。由于患者看病的特点，主要交易高峰时段集中在上午门急诊挂号的时段，2 个小时的交易量可占全天交易量的30%左右，每秒交易量可达50 0 0 笔以上，响应时间一般在1 s左右。由于交易系统直接面对患者,死机、卡顿等情况都有可能激化医患矛盾，造成不良后果。因此，我们在设计信创医保实时交易系统时，需要充分重视医保实时交易的特点，有针对性地采用结构简单、易于扩展、支持高并发的体系架构，结合信创软硬件产品进行构件化和模块化的设计，解决医保实时交易系统的国产化替代问题。2信创医保实时交易系统设计2.1总体架构设计如图1所示，信创医保实时交易基于信创软硬件环境，国产CPU方面支持龙芯、飞腾、兆芯、华为鲲鹏等，国产操作系统方面支持银河麒麟、统信UOS、中标麒麟、中科方德等，国产中间件支持东方通、金蝶等，国产数据库支持达梦、人大金仓等。系统遵循“简单化”原则，尽量减少不必要的中间环节，采用构件化设计，通过支持异构产品集成的方式提高系统整体的高可用性。2.2接口层设计医保实时交易系统需要与各家医疗机构的医院系统连16Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023HTTPRESTful开放接口接口层认证加密查询类接口业务接口交易接口交易接口应用负载均衡认证业务应用层加密服务查询服务结算服务登记服务日志服务应用监控管理数据库分库分表数据层个人医保个人账户基本信息 交易记录日志记录审计记录东方通中间件金蝶中间件达梦数据库 金仓数据库国产基础中标麒麟OS银河麒麟OS中科方德Os软硬件层统信UOS龙芯服务器飞腾服务器兆芯服务器鲲鹏服务器图1信创医保实时交易系统总体架构图接，这些医院系统来自不同的医院系统开发商，所采用的技术架构、开发工具各不相同，接口设计采用能够适应各种环境和标准的方式。我们遵循统一接口原则，采用HTTPRESTful方式实现接口，使用标准的HTTPPOST方法和无状态的HTTP连接，统一接口包含了一组受限的预定义操作，通过使用相同的接口进行服务访问。认证加密接口采用令牌的方式实现医院接入认证，使用SM4等国密算法对交易关键数据项（如卡号、姓名、身份证号等）进行加密。查询类接口包括个人账户余额查询、个人基本信息查询、个人登记情况查询、交易查询、医院对账等。结算类接口包括门急诊挂号、门急诊收费、在院结算、出院结算、退款等。登记类接口包括大病登记、急观登记、住院登记、登记撤销等。2.3应用层设计如图2 所示，采用了无状态的HTTP连接，不使用Cookie和Session，使得任意两次交易都无关，可以在任意的应用服务器上执行。因此，信创医保实时交易系统采用负载均衡器（如：硬件类的深信服、F5等；软件类的东方通TongLB、Ng in x 等）通过轮询、权重设置等策略，将交易分配到不同的应用服务器上，实现线性扩展，达到高性能 5。负载均衡(轮询、权重等)应时间龙芯飞腾兆芯东方通金蝶中创在线监控资源监控性能监控策略管理日志管理版本管理图2 信创医保实时交易系统负载均衡图基金项目由于采用服务的构件化和交易的无关性设计，应用服务可以采用不同CPU体系架构、不同操作系统和中间件的组结算类登记类交易医保医保交易负载策略华为鲲鹏东方通微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期合，一方面可以充分利用已有的设备，另一方面可以降低因产品内在问题引发的故障，提高交易系统的高可用性。通过采用应用监控管理模块，对各个应用服务器进行统交易一的软件版本管理和发布，避免交易服务版本不一致带来的问题，同时监控各个应用服务器的运行情况，包括在离线、系统资源占用、响应时间等，及时调整负载均衡的策略，保证交易系统的高性能。2.3数据层设计交易根据医保交易系统数据的特点，主要分为与人相关的数据、与交易相关的数据。在与人相关的数据中，包括个人账户信息、个人基本信息等，以卡号、身份证号等进行区分，在交易结算中人与人之间没有相互依赖关系。在与交易相关的数据中，包括门急诊挂号交易、门急诊收费交易、登记交易、查询交易、退款交易等，以交易类型、交易时间、个人账户等进行区分，两笔交易之间也没有相互依赖关系。由于医保交易通常由查询、结算两笔交易完成一次挂号/收费操作，对数据库而言读写的比例相当，因而采用数据库读写分离集群不能提高性能，反而可能因大量的数据同步降低性能。如果采用Redis等内存数据库或Key-Value等数据库进行前置缓存加速，那么一方面存在数据同步不及时带来账户金额不准确的问题，另一方面也增加了系统的复杂性 6。如图3所示，采用数据库分库分表的方式来解决数据库的性能问题。应用服务器通过配置的数据库访问策略，将一张表的数据按照设定的关键字运算后存储到不同的数据库服务器中，使得原先集中访问一台数据库服务器变成可线性扩展，大大提高了访问数据库的性能，降低了对单个国产数据库的性能要求，使得在信创领域实现高性能实时交易成为可能。业务接口业务服务分库策略数据库JDBC数据库1数据库2 数据库3图3信创医保实时交易系统数据库分库分表图数据库分库分表模块采用无中心化架构，与应用程序共享资源，不改变数据库原有的JDBC调用方式，支持任意符合JDBC标准规范的数据库，用户无须绑定在一种特定的数据库上，在信创数据库选型方面具有更大的灵活性。以个人账户表、门急诊挂号交易记录表为例，假设系统使用了8 个国产数据库，说明分库分表的具体应用。（1）个人账户表个人账户表存储每个人的账户信息，包括个人账户号、姓名等身份数据，以及当年账户余额、历年账户余额等金额17.业务接口业务服务分库策略数据库JDBC数据库nMicrocomputer Applications Vol.39,No.8,2023数据。将个人账户号作为关键字进行分库，将个人账户号字符串转化为数字，取模8 的余数平均分配到8 个数据库中，查询、更新时按照同样规则对应到不同的数据库服务器。（2）门急诊挂号交易记录表门急诊挂号交易记录表存储每一笔门急诊挂号交易的数据，包括交易流水号、交易时间、个人账户号、交易金额等数据。如果仅按照交易时间分库，则会发生同一交易时间访问同一个数据库服务器的问题，失去了分库的意义。因此，采用个人账户号、交易时间双关键字的方式，避免了同一时间访问同一库的问题，也使得一天内个人的数据相对集中，便于交易查询、退款等交易的操作。3实现的关键技术实现的过程中采用下列关键技术。（1）无状态交易技术根据医保交易的特点，采用无状态的交易通信方式，交易之间采用业务接口数据实现关联，不采用Session和Cookie,从而使得两笔交易在应用服务器层没有关联。可以在任意应用服务器上通过负载均衡运行，交易分配策略简单高效，而且扩展和撤销应用服务器不会导致交易中断。（2）国产基础软硬件适配技术医保交易系统主要采用IBM、H P、O r a c l e 等国外中间件和数据库，通过采用应用迁移接口适配、数据库结构迁移、数据库数据同步和一致性检查等技术，实现软硬件的国产化替代工作，通过负载均衡实现系统的分步迁移。（3）交易弹性伸缩技术通过对交易的实时监控，包括服务器的CPU与内存的使用率、硬盘的访问效率与占用量、交易的响应时间等，调整了负载均衡器的交易分配策略，各应用服务器的负载合理，消除了服务器的性能瓶颈，提高了系统的整体性能和高可用性。（4）数据分库分表技术根据医保交易和交易数据分布的特点，将个人账户、交易记录等数据平均分布到多个数据库中，降低对单个数据库的访问量，使得信创环境下的数据库实现高性能交易的要求，能够应对扩容和访问压力，保障医保业务的持续增长。4交易仿真测试以浙江省宁波市医保实时交易系统为原型进行业务模拟仿真测试。2 0 2 0 年宁波基本医疗保险参保7 6 7.4万人，交易类型包括门急诊挂号、门急诊收费、大病登记、住院登记、在院结算、出院结算、退款等业务，高峰时间每分钟交易量为3000笔，交易平均响应时间在3s以内。本系统采用8 台华为鲲鹏9 2 0 服务器作为数据库服务器，安装达梦V8数据库；16 台华为鲲鹏9 2 0 服务器作为应基金项目用服务器，安装东方通V7中间件；1台F5硬件负载均衡器。模拟参保账户8 0 0 万人，按个人账户号平均分配到8 个数据库中，50 0 0 万条门急诊交易历史记录按个人账户号和交易时间分配到8 个数据库中。门急诊交易程序在16 台应用服务器上运行，通过负载均衡器分配来自医院的交易。门急诊交易数据长度为40 9 6 Byte，随机抽取参保人发起门急诊交易。通过多个交易终端并发交易线程模拟每分钟50 0、10 0 0、2 0 0 0、30 0 0 笔的门急诊挂号交易，交易的平均响应时间如图4所示。25002000150010005000500图4信创环境下门急诊挂号交易响应时间图本医保实时交易软件已获得华为技术有限公司的华为鲲鹏TaiShan200产品兼容性认证（K202007087），模拟测试的结果达到了业务性能要求。5总结本文设计了信创环境下的高性能医保系统，通过研究实现了无状态交易技术、国产基础软硬件适配技术、交易弹性伸缩技术、数据分库分表技术等，开发了大型医保系统个人账户管理、门急诊挂号收费、住院登记收费等实时交易，充分利用了国产软硬件资源，有效支撑了医疗机构接入和患者的实时结算，为高性能核心交易系统的国产化替代打下了良好的基础。1杨红燕.数字化时代的数字医保：内涵、价值、挑战与治理思路华中科技大学学报（社会科学版），2021,35(2):17-24.2 肖辉，万劫，周溯力.基于安全自主可控技术的区域智慧医疗体系构建与实践 J.中国数字医学，2 0 2 1，16(6):14-18.3王闯，蒋丽.信息领域核心技术产品安全可控浅析J.网络空间安全，2 0 18，9（12）：6 3-6 5.4陈远平，周小军，何鹏电子政务国产化应用探索及实践 J.数据与计算发展前沿，2 0 2 1，3（2）：8 6-92.5陈卫.金融行业高性能亿级交易支付系统设计J.信息与电脑，2 0 2 1(11)：16 0-16 2.6 谢振华.基于分布式的数据库分库与分表策略研究J.电脑知识与技术，2 0 2 0，16（14）：6 0.（收稿日期：2 0 2 1-11-10）微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期14596633101000平均响应时间/ms参考文献23222000300018