Компьютерные сети в медицине

Понятие компьютерных сетей

Объединение двух и более компьютеров для решения общих задач называется компьютерной сетью. Для создания компьютерных сетей необходимы три составляющих: аппаратная часть – компьютер, принтер, сканер и др., сетевые средства – модемы, сетевые карты, кабели (телефонные, витые пары, коаксиальные, оптоволоконные) и программные средства. В некоторых сетях может быть использовано беспроводное соединение аппаратной части – по инфракрасному, радиочастотным или СВЧ-каналам: Bluetooth, Wi-Fi и др. Обязательным компонентом компьютерных сетей достаточной сложности являются так называемые сетевые службы:

· авторизации пользователей,

· службы файлов,

· электронной почты,

· печати,

· доступа в Интернет и к сетевым базам данных.

Сетевые службы управляются специально выделенным персоналом – администраторами сети.

Общей задачей всех компьютерных сетей любой сложности, в том числе используемых в лечебных учреждениях и организациях управления здравоохранением, является совместное использование ресурсов – аппаратных, программных и информационных. В зависимости от зоны охвата компьютерные сети, в том числе используемые в медицине, подразделяются так:

· локальные, обслуживающие одно лечебное учреждение или другое медицинское учреждение,

· корпоративные, предназначенные для охвата нескольких лечебных учреждений, например, медицинских корпоративных центров,

· региональные, действующие в пределах одного региона – области, края,

· федеральные,

· глобальные, в частности Интернет.

Совместимость различных аппаратных средств, функционирующих в компьютерной сети, обеспечивается специальными сетевыми протоколами – LAN – Local Area Network для локальных сетей и WAN – Wide Area Network для корпоративных, а также для региональных и глобальных сетей. Проблема взаимодействия различных аппаратных компьютерных средств относится к области стандартизации и регулируется Международным институтом стандартизации ISO (International Standards Organization).

Пропускная способность компьютерных сетей, а следовательно, и комфортность работы в них определяется в единицах бод (число тактов модуляции сигнала в 1 секунду) и бит в секунду (число информационных разрядов, переданных в 1 секунду).

 

 

Локальные компьютерные сети

 

Локальные компьютерные сети относятся к наиболее распространенным сетям, используемым в медицине. В настоящее время во всех компьютерных сетях общепринята «модель взаимодействия открытых систем OSI – Model of Open System Interconnection», разработанная Международным институтом ISO. В соответствии с этой моделью архитектура компьютерных сетей подразделяется на 7 уровней, каждый из которых требует соблюдения определенных правил и приобретенных навыков работы в сети. Самый верхний уровень – прикладной. Ниже следуют уровни представления данных, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический.

· Физический уровень. Обеспечивает физическую связь и передачу сигнала между компьютерными устройствами.

· Канальный уровень. На немпроисходит модуляция сигналов, соответствующих передаваемым данным.

· Сетевой уровень – управление маршрутом передачи данных (маршрутизация связи). При этом используются два адреса – логический сетевой и адрес сервера. Первый из них указывает на адрес сети в сетевой ассоциации (корпоративной, глобальной), второй адрес идентифицирует компьютер пользователя или периферийное устройство.

· Транспортный уровень. На нем пользователь запрашивает требуемый сервис и ресурсы сети, а поставщик этих услуг сообщает пользователю о возможности их предоставления. В некоторых случаях сам поставщик может инициализировать поставляемые услуги и доступные ресурсы, информируя об этом всех пользователей сети.

· С еансовый уровень. Обеспечивает администрирование связи между компьютерами и периферийными устройствами, маршрутизацию сообщений внутри сети и связь между различными сетями. При этом проверяются имеющиеся права пользователя на работу с теми или иными ресурсами, право выхода в Интернет или к корпоративным базам данных. Здесь же происходит также преобразование (форматирование) созданного документа соответственно требованиям сети. В задачу сеансового уровня входит также администрирование сети, т.е. управление ею. Обмен информацией между участниками сети может происходить в трех режимах: симплекса – односторонней передачи данных, полудуплекса – обмена данными между участниками сети по очереди и дуплекса – двустороннего одновременного обмена данными.

· Уровень представления данных. На нем производится преобразование и шифрование сообщений, пользователь получает информацию о том, где находится его сообщение – в оперативной памяти, на жестком диске и т.п.

· Прикладной уровень – наиболее высокий. На нем обеспечивается общение пользователя с компьютером. Осуществляется это с помощью пакетов прикладных программ как специализированных, в частности медицинских, так и общего назначения – офисных, статистических и пр.

Обмен сообщениями между компьютерами и периферийными устройствами происходит по протоколу.

Протокол – это совокупность правил и программ формирования и обмена данными.

Медицинский пользователь должен быть знаком с терминологией, используемой системой OSI/ISO. На прикладном уровне пользователи взаимодействуют сообщениями, на транспортном – дейтаграммами и сегментами (пакетами), на канальном – фреймами (логическими группами информации ), на физическом – битами (единицами информации).

Совокупность пользователей, работающих в одной сети (или ее части) называется рабочей группой. Существует также понятие «политика сети». Это – набор приемов и правил работы в сети. За соблюдением политики сети обычно наблюдают системный администратор и специальное сетевое программное обеспечение. Совокупность рабочих групп пользователей и аппаратного обеспечения сети (системных блоков, рабочих станций, сканеров, принтеров и др.) носит название домена.

Таким образом, в лечебном учреждении существует только один домен. В его составе может быть несколько рабочих групп: электронного документооборота, формирования и поддержки медицинских диагностических изображений, финансово-хозяйственного направления и др. Создание домена в лечебном учреждении позволяет оптимизировать работу всей компьютерной сети, в частности упростить авторизацию пользователя, работу с общим хранилищем файлов. Оптимизируется использование общих программных и аппаратных ресурсов.

Объединение компьютеров в локальную сеть может осуществляться в виде трех вариантов или видов сетевой топологии (архитектуры): «шина», «звезда», «иерархическая звезда» и «кольцо». Каждый из вариантов имеет свои преимущества и недостатки.

При объединении компьютеров по топологии «шина» все компьютеры подключаются к одному кабелю – каналу связи (рис.6.1). Подобная архитектура сети обеспечивает ее бесперебойную работу при выходе из строя одного или нескольких компьютеров. Однако неисправность канала связи выводит из строя всю сеть.

Рис.6.1. Топология сети «шина»

 

Рис. 6.2. Топология «звезда»

 

Топология «звезда» – одна из самых распространенных, в том числе в медицинских учреждениях. Она предусматривает соединение всех компьютеров через центральный узел (рис.6.2) и обладает наибольшей пропускной способностью. Однако построение и обслуживание подобной конфигурации более сложно. Каждый компьютер подсоединяется к узлу отдельным кабелем (обычно это «витая пара»). В качестве узла используется специальное электронное устройство, называемое концентратором, или хабом (от англ. hub – центр внимания, интереса, деятельности). Концентратор работает довольно примитивно. Он не сортирует сигналы, а просто отправляет на все подключенные к нему компьютеры и периферийные устройства. Поэтому концентраторы применяются в небольших сетях – до 30 устройств – и при невысокой интенсивности работы сети.

Более сложным узловым устройством является коммутатор, или свитч (от англ. switch – выключатель). Коммутатор анализирует приходящие к нему сигналы и далее адресует их тому устройству или компьютеру, для которого они предназначены. Если сеть очень большая – более 100 компьютеров, а это уже не редкость в современных лечебных учреждениях, то компьютеры соединяют через концентраторы по иерархическому принципу (рис.6.3).

 

 

 

Рис.6.3. Топология сети «иерархическая звезда»

Рис.6.4. Топология сети «кольцо»

При топологии «кольцо» все компьютеры объединены между собою по замкнутому кругу (рис.6.4). Понятно, что выход из строя даже одного компьютера «обваливает» всю локальную сеть. Кроме того, при большом числе компьютеров в сети значительно снижается скорость обмена информацией.

В составе локальной компьютерной сети имеются компьютеры, с которыми работает пользователь и с которых запрашиваются определенные ресурсы сети. Такие компьютеры называются клиент. Аналогичным термином обозначают также и сетевые программы, которыми оснащают эти компьютеры.

Другие компьютеры, которые обрабатывают запросы пользователей и предоставляют им разнообразные ресурсы – программные, аппаратные, носят название серверов. Соответственно на них устанавливается специальное сетево е программное обеспечение, которое носит аналогичное название – сервер. Обычно в качестве сервера используется мощный компьютер с развитой аппаратной частью и соответствующим ей программным обеспечением. Таким образом, мы видим, что терминами «клиент» и «сервер» обозначают как компьютеры, так и соответствующие им программные модули.

В составе локальной компьютерной сети, в том числе функционирующей в лечебном учреждении, должен поддерживаться определенный ассортимент сервисных служб. Главными из них являются:

· Файловая служба. Она предназначена для совместного использования дискового пространства на компьютерах клиент и сервер. В некоторых организациях для поддержки файловой службы выделяют специальный сервер.

· Служба авторизации пользователей. Ее задача – идентифицировать пользователя, определить его права к доступу тех или иных ресурсов сети. Обычно авторизация производится на основании двух идентификаторов – имени пользователя (login) и его пароля (password). В последнее время набирают темпы новые приемы идентификации – по отпечаткам пальцев, параметрам голоса и др.

· Служба архивирования и сетевых баз данных. Предназначена для хранения медицинских и других данных на дисковом пространстве сервера и специальных архивных магнитных накопителях (стримерах). Чаще всего в лечебных учреждениях и организациях управления здравоохранением выделяют три уровня хранения данных: оперативный, краткосрочного и долговременного хранения.

· Служба электронной почты.

· Служба печати. Предназначенна для оптимизации работы принтеров и мультиформатных камер.

· Служба доступа в Интернет. В ее функцию входит не только организация выхода во Всемирную глобальную сеть, но и защита собственной сети от несанкционированного доступа в нее посторонних лиц.

· Служба поддержки электронных медицинских данных. Предназначена контролировать правильность ведения всей медицинской документации, созданной компьютерными средствами: электронная история болезни, амбулаторная карта, медицинские диагностические изображения и др.

· Служба компьютерной поддержки менеджмента. В ее компетенцию входит поддержка компьютерных технологий, обеспечивающих управленческие функции в организации, правовые вопросы медицинской практики, взаимоотношение с внешними учреждениями – медицинскими, юридическими, административными, страховыми и пр.

· Служба технической поддержки компьютерной сети. В ее состав входят системные администраторы, специалисты по техническому и программному обслуживанию компьютеров и периферийных устройств.

· Служба сетевой безопасности. Обеспечивает сохранность данных, циркулирующих внутри сети, от несанкционированного доступа посторонних лиц, что особенно важно при соединении локальной сети с глобальной сетью, а также ограничивает выход за пределы сети и обращение к внутрисетевым ресурсам тем сотрудникам организации, которые не имеют на это соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетями устанавливается специальный компьютер, оснащенный также специальным программным обеспечением. Такое устройство называется брандмауэр.

Внутри локальной компьютерной сети, установленной в лечебном учреждении, возможен обмен документами, сообщениями, а также различными диагностическими изображениями – рентгенологическими, ультразвуковыми и пр. Электронный документооборот является в настоящее время эффективным средством общения сотрудников лечебного учреждения. Для организации службы электронного документооборота обычно применяются две серверные программы: почтовый сервер – он предназначен для соединения локальной сети с глобальной компьютерной сетью (Интернет) и сервер обмена – его задача состоит в организации различных служб внутри локальной компьютерной сети. В качестве почтового сервера чаще всего используется программа UNIX-sendmail, а в качестве сервера обмена – программы Microsoft Exchange Server или Lotus Notes.

Несколько локальных сетей, которые функционируют внутри одного лечебного учреждения или в рамках корпоративной компьютерной сети, могут быть связаны между собой специальными аппаратными и программными средствами. Эти средства в совокупности называются шлюзами. В некоторых случаях для обеспечения надежной связи и эффективности использования ресурсов в сети выделяется специальный компьютер – шлюзовой сервер.

Обмен электронными документами и сообщениями осуществляется на сервере обмена на основании списка адресов сотрудников учреждения. Там же производится учетная запись пользователей сети. При необходимости отправить документ в глобальную сеть его посылают на почтовый сервер, где производится авторизация пользователя, сверяется его право выхода во внешнюю сеть и регистрируется учетная запись обращения к ресурсу.

На каждом компьютере пользователя локальной сети должна быть установлена почтовая программа – почтовый клиент. При работе в операционной среде Windows чаще всего в качестве программы клиент использует Microsoft Outlook. Этот клиент очень удобен в текущей работе: он сортирует почту в зависимости от заданных параметров, хранит необходимые почтовые адреса в удобном виде и – что очень важно – шифрует почту и защищает ее паролем пользователя, он же содержит также дополнительные программные модули, помогающие планировать офисную работу, т.е. является своего рода компьютерным органайзером.

Удобным коммуникационным программным модулем, часто используемым в медицинской практике, является программный пакет BitWare Fax/Data. В его структуре имеется большой выбор сервисных услуг. Так, в нем предусмотрены следующие разделы: передача (менеджер передачи данных), прием (менеджер приема факсов), журнал учетных записей (переданных и полученных факсах), телефонная книга, модуль установки программы (Setup), просмотр файлов, печать, прием и передача данных (BitCom) и наконец - помощь.