基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)學(xué)影像服務(wù)系統(tǒng)通訊平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：通過(guò)建立醫(yī)學(xué)影像時(shí)等網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)，以便于研究對(duì)等網(wǎng)絡(luò)在各醫(yī)學(xué)影像服務(wù)中的應(yīng)用，描述了其組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)管理，闡述了對(duì)等節(jié)點(diǎn)間在不同區(qū)域建立通訊連接的方法，通過(guò)遠(yuǎn)程在線會(huì)診為實(shí)例，把醫(yī)學(xué)影像對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)的使用方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)影像；對(duì)等網(wǎng)絡(luò)；通訊平臺(tái)；設(shè)計(jì)；傳輸；計(jì)算

醫(yī)學(xué)影像服務(wù)系統(tǒng)擁有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，并能滿足社會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用的不同需求，由于醫(yī)學(xué)影像的數(shù)據(jù)量大，計(jì)算量也很大，因此醫(yī)學(xué)影像要建立高性能服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵是提高醫(yī)學(xué)影像的計(jì)算速度與傳輸速度。但是投資高性能的計(jì)算機(jī)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不但要投入大量的資金，同時(shí)也會(huì)引起資源浪費(fèi)。然而對(duì)等兩絡(luò)的建立，不但能把網(wǎng)絡(luò)中閑置的資源進(jìn)行有效的利用和組織，還能很好的應(yīng)用共享計(jì)算，搜索引擎，分布式存儲(chǔ)等。因此文中為了便于研究對(duì)等網(wǎng)絡(luò)在各種醫(yī)學(xué)影像服務(wù)中的應(yīng)用，特建立了一個(gè)醫(yī)學(xué)影像對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)。以便運(yùn)用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決在醫(yī)學(xué)影像服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中所遇到的各種問(wèn)題。

1 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
醫(yī)學(xué)影像網(wǎng)絡(luò)建設(shè)首先要考慮其安全性、可靠性和穩(wěn)定性。由于它是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)。它連接著各個(gè)醫(yī)院的影像系統(tǒng)，各醫(yī)院內(nèi)部有很多獨(dú)立的子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它在網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)用都與醫(yī)學(xué)相關(guān)。按照網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和分類可以看出：純分散式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然能滿足安全性和穩(wěn)定性的要求，但是不能滿足其可靠性的要求。因其在節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與管理方面還有很大的難度，集中目錄式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著使用范圍的不同其在穩(wěn)定性、可靠性和安全性方面也不一樣。當(dāng)把醫(yī)學(xué)影像服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍縮小到一個(gè)醫(yī)院時(shí)，隨著節(jié)點(diǎn)規(guī)模的縮小，不但容易發(fā)現(xiàn)和管理節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還能滿足安全性、可靠性與穩(wěn)定性的需要，當(dāng)把應(yīng)用范圍擴(kuò)大到多個(gè)醫(yī)院時(shí)，集中目錄式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)因其節(jié)點(diǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，中心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)增加而受到嚴(yán)重的影響。文中通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和分類的分折引入了超級(jí)節(jié)點(diǎn)，提出了混合式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，以便減輕中心服務(wù)器負(fù)擔(dān)，從而大大提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

圖1是對(duì)醫(yī)學(xué)影像對(duì)等網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)的描述，由圖可知，對(duì)節(jié)點(diǎn)的管理除了中心服務(wù)器以外，各醫(yī)院內(nèi)部也有一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)節(jié)點(diǎn)的管理。也可由超級(jí)節(jié)點(diǎn)組織產(chǎn)生集中目錄式的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，而不需要外部中心服務(wù)器的參與。因此，除了在醫(yī)院間建立對(duì)等通訊，需要中心服務(wù)器的參與外；若只是組建院內(nèi)的對(duì)等通訊時(shí)，可直接由超級(jí)節(jié)點(diǎn)建立連接即可，而不需要中心服務(wù)器的參與。由此可知，醫(yī)學(xué)影像對(duì)等網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)不但提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，通過(guò)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的建立既能有效降低服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，還保持了容易管理和發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，滿足了醫(yī)學(xué)影像對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的需求。

2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的管理
對(duì)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理是建設(shè)醫(yī)學(xué)影像對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。它的好壞將會(huì)影響對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的可靠性，它包括節(jié)點(diǎn)的加入處理、退出處理與相互發(fā)現(xiàn)處理。
2．1 節(jié)點(diǎn)的加入
節(jié)點(diǎn)加入是在網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程，主要包括節(jié)點(diǎn)的索引列表更新、接入請(qǐng)求和新節(jié)點(diǎn)的加入通知3個(gè)方面。
1)節(jié)點(diǎn)的接入請(qǐng)求方面，新的節(jié)點(diǎn)應(yīng)和哪一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)相連是首先要確定的，本文采用的做法是：
①節(jié)點(diǎn)首次連接上網(wǎng)絡(luò)的情況下，中心服務(wù)器首先連接上節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)通過(guò)中心服務(wù)器的選擇作用而轉(zhuǎn)接到最理想的超級(jí)節(jié)點(diǎn)上(大多是在相同的醫(yī)院內(nèi))，節(jié)點(diǎn)成功連接上超級(jí)節(jié)點(diǎn)以后，節(jié)點(diǎn)就可以把超級(jí)節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)信息記錄下來(lái)。
②再次當(dāng)節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，中心服務(wù)器將不再參與，而是直接連到最近一次連接的超級(jí)節(jié)點(diǎn)。
③采用人為的方法以保證其有效性和穩(wěn)定性，既保證該節(jié)點(diǎn)在線，同時(shí)還有不變的IP地址，通訊端口等網(wǎng)絡(luò)信息。
2)節(jié)點(diǎn)在索引列表更新和新節(jié)點(diǎn)的加入通知方面主要的處理內(nèi)容有：
①若對(duì)等通訊只在院內(nèi)使用時(shí)，只要把超級(jí)節(jié)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)索引列表進(jìn)行更新即可，若收到新節(jié)點(diǎn)的連接請(qǐng)求時(shí)，把新節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)信息加入到節(jié)點(diǎn)的索引列表中，并把新節(jié)點(diǎn)的加入通知發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。
②若醫(yī)院之間發(fā)生對(duì)等通訊時(shí)，不僅要更新本院的超級(jí)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)列表，還要把節(jié)點(diǎn)的加入通知發(fā)送到中心服務(wù)器，并由它發(fā)送給參與對(duì)等通訊的其他各個(gè)醫(yī)院的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的加入任務(wù)由各個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行處理。
2. 2 點(diǎn)退出
節(jié)點(diǎn)的退出包含兩個(gè)方面：即正常退出與異常退出。在節(jié)點(diǎn)正常退出時(shí)，它是由節(jié)點(diǎn)自身送退出通知到超級(jí)節(jié)點(diǎn)，并由超級(jí)節(jié)點(diǎn)實(shí)施節(jié)點(diǎn)退出任務(wù)；若異常退出時(shí)，在節(jié)點(diǎn)還未發(fā)出退出通知時(shí)就已經(jīng)失效了，這時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)由超級(jí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)進(jìn)行檢測(cè)。
不管節(jié)點(diǎn)是異常退出還是正常退出，節(jié)點(diǎn)的退出處理都是由超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行的，主要有：
1)若只是在院內(nèi)進(jìn)行對(duì)等通訊的話，僅僅將超級(jí)節(jié)點(diǎn)里的索引列表做更新就可以了，在檢測(cè)到有節(jié)點(diǎn)退出的情況下，只需要移除節(jié)點(diǎn)索引列表中的該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)信息，并把節(jié)點(diǎn)的退出通知發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。
2)若醫(yī)院間發(fā)生對(duì)等通訊的話，不但需要對(duì)本院的超級(jí)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)連接做出更新，與此同時(shí)還需要保證中心服務(wù)器能夠接收到節(jié)點(diǎn)的退出通知，并由它發(fā)送給參與對(duì)等通訊的其他各個(gè)醫(yī)院的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的退出任務(wù)由各個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行處理。
2．3 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)
當(dāng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行對(duì)等傳輸任務(wù)或者執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的情況下節(jié)點(diǎn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)里另外的可以使用的對(duì)等節(jié)點(diǎn)做的搜索過(guò)程稱為節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)。
因?yàn)檫\(yùn)用混合式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的管理與維護(hù)是由超級(jí)節(jié)點(diǎn)與中心服務(wù)器來(lái)執(zhí)行的，所以節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)就比較容易，它有只執(zhí)行醫(yī)院內(nèi)和只執(zhí)行醫(yī)院間對(duì)等任務(wù)兩種情況。

3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的直接通訊方法
因IPv4地址的空間有限，為解決這一問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)中采用了NAT的設(shè)備，它是通過(guò)共享少數(shù)的公網(wǎng)IP地址把私網(wǎng)IP地址的主機(jī)連接到公共網(wǎng)絡(luò)，但這也大大增加了對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通訊的難度，容易引起處在不同區(qū)域的主機(jī)不能直接通訊。實(shí)際上目前大多數(shù)的NAT設(shè)備不但兼容了隔離與保護(hù)的防火墻的作用，還有地址轉(zhuǎn)換的作用。
3．1 常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的區(qū)域關(guān)系
網(wǎng)絡(luò)里兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于NAI設(shè)備的通訊關(guān)系就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的區(qū)域關(guān)系，一般有下面5種情況：
1)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都有公網(wǎng)的IP地址：它們可通過(guò)各自的端口和公網(wǎng)IP直接進(jìn)行相互訪問(wèn)，兩節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有任何NAT設(shè)備。
2)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中一個(gè)有公網(wǎng)的IP地址，另一個(gè)在NAT后面，peer1節(jié)點(diǎn)有公網(wǎng)的端口與IP，Peer2節(jié)點(diǎn)擁有私網(wǎng)的端口和IP，它在NAT之后，若Peer2訪同公網(wǎng)時(shí)，則由NAT轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)的端口與IP。因?yàn)镹AT擁有保護(hù)隔離的作用，因此peer2可直接訪問(wèn)Peer1，但是Peer1不能直接訪問(wèn)Peer2。
3)兩節(jié)點(diǎn)在不同NAT的后面，其中NATI在Peer1的前面，Peer2在NAT2的后面，在訪問(wèn)公網(wǎng)時(shí)，它們都是經(jīng)過(guò)NAT來(lái)轉(zhuǎn)換端口和IP地址的，并受NAT的保護(hù)與隔離，所以兩者之間不能直接相互訪問(wèn)。
4)兩節(jié)點(diǎn)在相同的NAT的后面。IP地址與端口則由同一個(gè)NAT進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后雖然它們的端口不一樣，但是它們擁有相同的公網(wǎng)IP。NAT如果支持回環(huán)映射的話，那么通過(guò)NAT轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)端口與IP兩節(jié)點(diǎn)可互相訪問(wèn)。實(shí)際上，由于兩節(jié)點(diǎn)處在相同的內(nèi)網(wǎng)，它們不需要NAT的參與，通過(guò)各自的私網(wǎng)端口與IP可直接進(jìn)行訪問(wèn)。