健康云平台服务优化研究

摘 要

　　近几年，随着大数据、云计算、物联网等信息技术兴起，大健康产业已经和这些新兴的互联网技术打的火热。信息通讯技术的高速发展让医疗界呈现出智慧转型加速的趋势，移动互联网和健康大数据正在引发医疗健康管理产业发生颠覆性变革。

　　各级代理商着力构建形成一套基于“互联网+物联网+医疗服务”技术的以 O2O商业模式为主的云端健康管理系统平台。“中科慧康”云健康平台是由中科院所属企业--中科政平公司及中科院沈阳计算所联合研发。该平台融合物联网、云计算、移动互联等前沿技术, 打通线上与线下资源。由本地化社区健康服务机构入手，通过平台连接,实现一站式日常健康管理-诊疗-康复维护-日常健康管理的 O2O 闭环。达到移动互联的便捷性、及时性和本地化健康服务的极致体验有机结合。

　　本课题从系统的难点和需求出发，首先详细阐述了中科慧康云健康系统总体设计方案和系统的架构设计，然后对云平台进行模块划分和模块实现，再次在 android系统上开发出中科慧康移动客户端，最后对系统进行整体性能优化，从负载均衡，分布式缓存，数据库优化，socket 转发服务器等方面优化，设计并实现了中科慧康云平台健康管理系统。

　　完成设计和优化工作后，对系统进行了功能测试和性能测试，实验结果证明，该系统架构可以满足百万级别的数据量转发和用户访问，平台各项功能稳定，用户体验良好，目前系统已上线运行 1 年，验证了该方案的可用性。

　　【关键词】移动医疗 系统架构 Web 系统优化 负载均衡 分布式缓存

ABSTRACT

　　In recent years, with the rise of big data, cloud computing, Internet of things and other information technology, the health industry has a large and emerging Internet technologies play hot. The rapid development of information and communication technologies allow the medical community to accelerate the transition of wisdom trend, mobile Internet and health big data is causing healthcare management industry occur disruptive change。

　　Agents at all levels focused on building a formation based on the "Internet + Internet of things + medical care" technology to cloud-based business model O2O health management system platform. "Zhong Ke Hui Kang" health cloud platform CAS-owned enterprises - ZhongKe Zhengping Company and SICT joint research. The platform fusion of Things, cloud computing, mobile Internet and other cutting-edge technology, open up the online and offline resources. Starting from the localization community health services, through internet connection, daily one-stop health management - treatment - rehabilitation maintenance - daily health management O2O closed loop. Achieve mobile Internet convenience, timeliness and ultimate experience localized health services combine.

　　This paper from the difficulties and needs of the system, firstly elaborated architecture design Zhong Ke Hui Kang cloud healthy overall system design and system, and then to divide and cloud platform module module, again on the android system developed in the Zhong Ke Hui Kang mobile client, and finally for overall system performance optimization, from the load balancing, distributed caching, database optimization, optimization socket forwarding servers, designed and implemented Zhong Ke Hui Kang cloud internet health management system.

　　After the completion of the design and optimization of the system for functional testing and performance testing, the experimental results show that the system architecture to meet the data forwarding and one million level of user access, the platform is stable, the user experience is good, the current system has been 1 year on-line operation, to verify the availability of the program.

　　【Key Words】 Mobile medical System architecture Web system optimization Load balancing Distributed cache

　　当今社会，越来越多的人开始重视自己的健康状况，随着互联网飞速发展以及中国逐渐进入老龄化社会，移动医疗正在为人们提供更加全面快捷丰富的健康服务和健康信息。移动互联网和健康大数据正在引发医疗健康管理产业发生颠覆性变革。

　　虽然移动医疗依托互联网技术和健康大数据已经爆发出巨大的潜力，但是其发展仍然存在一些问题。移动智能设备存储能力，计算能力局限。如何更加系统的整合线上和线下的资源，将患者和医院，健康理疗机构等健康机构通过互联网技术更好连接起来，实现一站式日常健康管理-诊疗-康复维护-日常健康管理，使得人们可以得到个性化的健康服务是移动医疗建设中面临的巨大挑战。

　　为解决上述问题，目前涌现出了一批移动医疗健康服务提供商，旨在为健康人群、亚健康人群和慢病人群、疾病人群提供全过程服务，其便捷性、高效性、实时性极大满足了大众健康管理需求。纵观国内外健康服务提供商，在国内包括春雨医生，福满多，开云健康，小云健康等，在国外比较知名健康服务提供商比如WellDoc，俄罗斯的 ZocDoc 公司。这些提供商主要提供健康数据管理，患者辅助，决策支持，专家系统，提供预约和挂号服务，医生在线给予健康干预和就诊建议等功能。

　　本文以中国科学院沈阳计算技术研究所与中科院所属企业--中科政平公司合作开发的中科慧康健康监护系统为课题研究基础，结合国内外在该领域研究现状，以自身的需求为出发点，设计了系统的整体架构，实现了中科慧康系统后台各个模块功能和手机客户端中科慧康 APP。中科慧康云健康系统主要包括以下几个方面：

　　1．系统整体架构的设计，依托于阿里云服务器，设计出功能方面可扩展，存储方面可伸缩，组件可重用，同时支持高并发和高灵活性的良好架构，以支持十万到百万级别用户的使用。

　　2．系统具体实现，基于开源的 J2EE 框架 Spring MVC+Hibernate，从需求分析到数据库设计，功能模块划分，功能模块具体实现，到模块功能测试，实现了后台的所有功能。

　　3．后台服务优化，将分布式缓存系统 Memcached 开源框架应用到系统，使得网站访问速度大大提升。将反向代理 nginx 技术应用到系统，使得系统更容易扩展，将访问量均摊到分布式服务器中，提高整体网络性能。引入数据库连接池技术，使得数据库读写速度提升。将接收数据的服务行程序部署到单个服务器，与中科慧康后台应用程序分离，并且引入多线程接收和转发数据，提高了系统整体性能。

　　4．设计和实现了移动客户端 APP，APP 通过低功耗蓝牙 4.0 与中断设备连接得到测量数据，实现了包括与后台交互接口，功能模块的实现和简洁大方的 UI 风格设计与实现。

　　5．系统测试，包括对系统进行性能测试和压力测试，证明了系统的可行性与稳定性。

　　如今互联网技术和云计算[1]在如火如荼的发展，随着3g，4g业务的高速发展，智能手机已经完全普及，各式各样的网络媒体和互联网应用相继出现。人们开始越来越重视自身健康状况，通过移动互联网，人们可以在手机得到更加快捷，全面的医疗信息和医疗服务[2]。移动互联网和健康大数据正在引发健康管理产业的颠覆性变革，移动医疗[3]产业正在成为社会新的焦点。现代社会发达的医疗科技使得人的寿命大大延长，但是同时也在给医疗服务行业带来一定负担。中国60岁以上老年人口约为2.1亿[4]，到2050年左右，老年人口将达到全国人口的三分之一。如图1-1所示，国际联盟对世界人口老龄化的统计。

　　目前全球老年人口超过1亿的国家只有中国一个。因此，如何有效地分配医疗资源，并且使得人们得到更加个性化的医疗服务成为未来世界各国面临的问题。

　　在用户端，用户利用血压计，血糖仪，体重秤等采集终端设备将健康信息通过通讯模块，比如 USB 或蓝牙 4.0 将数据发送到手机，手机的接受模块收到数据后，存储到手机。用户可以通过手机 APP 进行数据管理，查询，也可以将采集到的健康数据通过无线传输网络方式传输到代理商建立的健康业务管理平台，业务平台提供健康大数据管理，挂号服务，预约医生服务，专家系统，决策支持，轻问诊等功能，使得用户可以更有效的得到便捷的医疗资源。

　　目前各级代理商着力构建形成一套基于“互联网+物联网+医疗服务”技术的以O2O 商业模式为主的云端健康管理系统平台[5]，采用个人用户终端采集及信息无线传输技术，建立在大数据及云平台技术基础上，实现企业和个人用户全健康管理服务的科学化、智能化、远程化，通过网络、电话、移动平台等多个终端，为客户提供持续、规范、科学的检测数据存储、远程医疗咨询、就医分诊服务、健康行为干预等[6]。云健康业内典型代表：开云健康，福满多，小云健康等。

　　在此背景下，本文设计并且实现了“中科慧康”云健康系统[7]，中科慧康云健康管理平台是国家级慢病管理课题的阶段性成果，由中科院所属企业--中科政平公司及中科院沈阳计算所联合研发。该平台融合物联网、云计算[8]、移动互联等前沿技术, 打通线上与线下资源。由本地化社区健康服务机构入手，通过平台连接,实现一站式日常健康管理-诊疗-康复维护-日常健康管理的 O2O 闭环。达到移动互联的便捷性、及时性和本地化健康服务的极致体验有机结合。

　　该平台由信息采集端（硬件端）、手机客户端（手机 APP）、云服务平台、本地化健康服务机构、诊疗资源（轻问诊、挂号、医生、医学专家、就医绿色通道等五大模块构成。用户测量健康数据直接上传至云服务端，并下发至各手机客户端。数据无限存储并由内置医学模型做出预判，本地社区健康服务人员实时监控并提供远程指导互动，辅以医生、医学专家对预判结果风险评估并作出预警提示，即时发送至电脑、手机 APP 等显示终端，社区健康服务人员上门服务或引导顾客到店调理，按需分层，协助导入到诊疗阶段。为健康人群、亚健康人群和慢病人群、疾病人群提供全过程服务，其便捷性、高效性、实时性极大满足了大众健康管理需求。

　　健康云平台服务优化系统实现：

门户信息界面

门户信息界面 2

登录界面

个人账号登录成功界面

代理商帐号管理界面

单次入库功能

批量入库

目 录

　　摘 要
　　ABSTRACT
　　引 言
　　第一章 绪论
　　　　1.1 课题研究的背景和意义
　　　　1.2 主要研究内容，目标，以及研究成果
　　　　　　1.2.1 主要研究内容
　　　　　　1.2.2 云平台架构达到的目标
　　　　　　1.2.3 本文的研究成果
　　　　1.3 本论文的结构
　　第二章 系统开发环境与关键技术
　　　　2.1 系统开发环境
　　　　2.2 Memcached 技术
　　　　2.3 Nginx
　　　　2.4 数据库连接池技术
　　　　2.5 蓝牙 4.0
　　　　2.6 Spring MVC + Hibernate 开发框架
　　　　2.7 本章小结
　　第三章 系统需求分析
　　　　3.1 中科慧康云平台系统功能概述
　　　　3.2 中科慧康健康服务业务需求分析
　　　　3.3 本章小结13
　　第四章 系统设计
　　　　4.1 系统总体架构设计
　　　　4.2 系统业务架构设计
　　　　4.3 中科慧康云平台总体功能设计
　　　　4.4 中科慧康健康服务系统中的关键模块的功能设计
　　　　4.5 数据存储设计
　　　　　　4.5.1 数据设计
　　　　　　4.5.2 系统 E-R 图
　　　　　　4.5.3 数据表及数据项设计
　　　　4.6 安全保密设计
　　第五章 系统实现
　　　　5.1 信息门户
　　　　　　5.1.1 功能描述
　　　　　　5.1.2 核心算法
　　　　　　5.1.3系统界面展示
　　　　5.2 中科慧康重要模块功能实现
　　　　　　5.2.1 账号管理模块实现
　　　　　　5.2.2 设备管理模块功能实现
　　　　　　5.2.3 用户管理模块功能实现
　　　　　　5.2.4 健康管理模块功能实现
　　　　　　5.2.5 绿色通道管理模块实现
　　　　　　5.2.6 健康知识管理模块功能实现
　　　　　　5.2.7 信息管理模块功能实现
　　　　　　5.2.8 测量数据显示模块功能实现
　　　　　　5.2.9 平台分析统计模块功能实现
　　　　　　5.2.10 APP 蓝牙交互模块功能实现
　　　　　　5.2.11 APP 数据统计模块功能实现
　　　　　　5.2.12 APP UI 风格展示
　　　　5.3 系统优化
　　　　　　5.3.1 socket 转发服务代码实现
　　　　　　5.3.2 采用 nginx 反向代理服务器做负载均衡
　　　　　　5.3.3 Memcached 应用到系统中的实现
　　　　　　5.3.4 数据库连接池的实现
　　　　5.4 本章小结
　　第六章 系统测试
　　　　6.1 系统测试内容
　　　　6.2 测试方案与结果分析
　　　　　　6.2.1 socket 程序测试实验
　　　　　　6.2.2 网站后台性能测试实验
　　结束语
　　参考文献
　　发表文章
　　致谢

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