CC BY
13
УДК 004.428.4
DOI: 10.15587/2313-8416.2016.71122
ЗАСТОСУВАННЯ ХМАРНИХ СИСТЕМ ЗБЕР1ГАННЯ ДАНИХ В МЕДИЧНИХ 1НФОРМАЦ1ЙНИХ СИСТЕМАХ
© Ю. В. Антонова-Рафi, М. Ю. Шилов
Метою роботи було встановлення актуальност1 використання хмарних систем для розробки i створен-ня медичних шформацшних систем виршення комплексу лiкувальних i управлтських завдань, що стоять перед сучасною пол^Шкою та стацюнаром. У результатi роботи були сформульоваш основнi переваги використання хмарних технологт у порiвняннi з класичним тдходом створення медичних тформацшних систем та можливi труднощi, пов'язанi з впровадженням «хмар» у медицину Ключовi слова: медичнi тформацшт системи, автоматизацiя, хмарш системи, сучаснi технолога, збе-рiгання даних
The aim of the work was to determine applicability of the cloud systems for development and creation of the medical information systems, solution of the medical and management tasks and challenges, which are being faced by the present-day policlinic and inpatient hospital. The result of the work is that the main advantages of use of the cloud technologies have been defined in comparison with the classic approach of the creation of the medical information systems and possible problems connected with the implementation of the clouds in medicine Keywords: medical information systems, automation, cloud systems, present-day technologies, data storage
1. Вступ
Сьогодш при юнуючо! шлькосп лiкарiв (ввд 2 до 3 на 1 тис. oci6) неможливо надавати високояшсш медичш послуги в рамках системи, орiентованоl на стацюнарне лжування. Перехвд до AieBOl повсюдно1 медициш можливий пльки в тому випадку, коли медичш послуги стануть доступш широкому колу людей при одночасному перенесенш акценту з клшчно1 медицини на превентивш методи та ранню дiагнос-тику. Крiм того, висока яшсть можлива лише в умо-вах конкуренци, хоча i конкурентне середовище, на жаль, не гарантуе високо! якостi послуг - це необхвд-на, але не достатня умова.
Якщо ранiше в £врош на електроннi послуги ввдводилося в середньому близько 2 % загальних ви-трат на пащента, то сьогоднi рiзнi кра!ни £вросоюзу пiдходять до розвитку електронно! охорони здоров'я по^зному [1]. У деяких норма «електрошзацп» охорони здоров'я навпъ знижуеться, що в основному пов'язано iз збiльшенням загальних затрат.
Хмарш обчислення - одна з найб№ш обгово-рюваних i активно зростаючих у планi розвитку 1Т-концепцiй останнього часу [2]. За даними аналггачнох компани Gartner, в 2010 рощ свиовий дохвд ринку сервiсiв cloud computing зросте на 16,6 % в порiвнян-m з попереднiм роком — до $68,3 млрд [3].
Зпдно з дослщженням вiце-президента Gartner group Марка Макдоналда, частка 1Т-директорiв, зацiкавлених в хмарних обчисленнях, зросла з 5 % у 2009 р. до 37 % в 2010 р. Разом з цим, розумшня ба-зових принцитв «хмар» залишае бажати кращого -близько половини опитаних зводять хмарш обчислення виключно до вiртуалiзацil, з чого видно, що багато керiвникiв володшть неповною iнформацiею про цю технологiю обробки даних.
2. Обгрунтування дослiдження
Як показуе досввд захгдноевропейських кра1н, ефект ввд використання 1Т у медицин досить ввдчут-
ний. Дюча у Великобритани програма Wireless Home Care з надання медичних послуг на дому дозволила скоротити щотижневi витрати на медичш послуги на 85 % [4]. Дослвдження фшансового ефекту 1КТ в №ме-ччинi показало, що використання 1Т для надання послуг пацiентовi в режимi вщдаленого доступу скорочуе що-рiчнi витрати на охорону здоров'я на 1,5 млрд евро.
Хмарш обчислення сьогодш застосовуються в медициш для виршення завдань, що не е критично важливими, але перехщ на хмари затримуеться через сумнiвiв у можливостi забезпечити !х вiдповiднiсть вимогам HIPAA [5]. Однак по мiрi розвитку хмарно1 шдустри та вдосконалення стандартiв безпеки в медичних установах все бшьше i бiльше систем буде переноситися в хмару, щоб можна було зосередитися на основних завданнях медицини.
3. Мета дослвдження
Проаналiзувати актуальнiсть використання хмарних систем для розробки i створення медичних шформацшних систем вирiшення комплексу л^ва-льних i управлiнських завдань, що стоять перед сучасною полшлшжою та стацюнаром.
4. Матер1али i методи дослщження
Зпдно класично1 моделi реалiзацil репональ-них проекпв у сферi охорони здоров'я, кожен лжува-льно-профшактичний заклад (ЛПЗ) окремо закуповуе i встановлюе у себе все необхвдне обладнання:
- сервери, системи збертання даних;
- лiцензiйне програмне забезпечення;
- загальносистемнi та медичнi шформацшш системи.
Найчастiше цi витрати доповнюються послу-гами по шсталяцп медичних шформацшних систем (М1С) у кожному ЛПЗ, !х настроюванням, навчанням користувачiв, тощо.
Попм в мiстi, областi, райош створюеться внутрiшня мережа (1нтранет або захищене викорис-
тання вщкритих канал1в 1нтернет), за допомогою яко! окрем1 шсталяци об'еднуються в загальний шформа-цшний проспр. Завершальним трепм етапом стае встановлення централ1зованого ршення, за допомогою якого здшснюеться зб1р та обробка зведено! аналогично! шформаци вщ р1зних ЛПУ, використання загальних шформацшних ресурав, наприклад, единого реестру застрахованих або едино! бази даних нормативно-доввдково! шформаци.
Хмарш технологи е новим альтернативним способом ютотно спростити та шдвищити ефектив-шсть управлшня та обслуговування таких проекпв. Враховуючи особливосп укра!нського законодавст-ва, чинно! нормативно! бази i особливу специфшу роботи вiтчизняно! охорони здоров'я, найб№ш iмо-вiрною моделлю застосування хмарних обчислень для регюнальних проектiв автоматизаци охорони здоров'я е «приватна хмара», створена державним замовником, наприклад, регюнальним комiтетом з охорони здоров'я.
Регiональний проект автоматизаци ЛПЗ на базi приватно! хмари реалiзуеться за наступною схемою. Спочатку створюеться единий центр обробки даних (ЦОД) для розгортання приватно! хмари. Попм у кожному ЛПЗ створюеться своя мшмально-необх1дна iнфраструктура, що включае тiльки внут-рiшню мережу i комп'ютерну технiку робочих мюць користувачiв. Сервери, системи зберiгання даних, системи резервного котювання, обладнання сервер-них комнат - все це в ЛПУ не передбачаеться, оскшь-ки все це буде розмщено в «хмарЬ».
Вiд кожного ЛПЗ до «хмари» створюеться ви-сокошвидшсний видiлений канал зв'язку або викори-стовуеться захищене з'еднання через ввдкрип мереж1, зокрема 1нтернет. В «хмарЬ» розгортаеться необхвдне загальносистемне ПЗ, a також медична iнформацiйна система, яка здатна працювати та обслуговувати вс ЛПЗ з вiдповiдним логiчним подшом даних всерединi бази даних М1С.
5. Результати дослiдження
Порiвнюючи класичну i «хмарну» модель реа-лiзацi!' проектiв автоматизацi! закладiв охорони здоров'я, a також проаналiзувавши рiзнi публiкацi! з цiе!' теми, можна сформулювати основнi переваги, як1 можна очiкувати.:
1. Зменшення початкових витрат на придбання комп'ютерного обладнання, оскшьки ввдпадае необ-хiднiсть купувати безлiч серверiв, систем зберiгання даних, обладнання для серверних шмнат в кожну установу.
2. Спрощення i здешевлення обслуговування iнфраструктури за рахунок ввдмови вiд розподiлено! системи серверiв за всiм органiзацiям, консолiдацi!' серверних потужностей в единому регiональному ЦОД, вщсутнють необхiдностi навчання i змюту гра-мотних IТ-адмiнiстраторiв для обслуговування ш-фраструктурних компонентiв у кожному закладi i т. д. Скорочуеться час обслуговування i реакцi! на про-блеми з додатками, тому що ввдсутш втрати часу на по!здки фахiвцiв технiчно! пiдтримки - вс роботи можна виконувати централiзовано в ЦОД.
3. Пiдвищення економiчно! ефективностi ш-вестицiй у серверне обладнання, тому що як у ви-падку застосування хмарних обчислень сервер ЦОД автоматично оптимально розподшяе наванта-ження на сво! внутршш компоненти в залежностi вiд активносп користувачiв, при необхiдностi шд-ключаючи обчислювальнi потужностi на тимчасо-вш основi (тобто фактично перемикаючи просто-юючi потужностi вiд вiртуального сервера туди, де навантаження несподiвано зростае). Ведомо, що в разi використання видшених серверiв !х технiчна характеристика визначаеться таким чином, щоб за-безпечувати необхiдний запас потужностi на кшька рокiв вперед. Таким чином, у первшному етапi експлуатацi! бшьшють серверiв використовуються на 10-15 % ввд сво!х потужностей, a це означае, що витрати на щ потужносп е невиправданими. Засто-совуючи технолопю вiртуалiзацi!, можна шдвищи-ти ефектившсть використання апаратних засобiв до 60-80 %, тому що у разi застосування хмарних обчислень обладнання ЦОД за «потужносп» буде не таким, як сумарна обчислювальна потужшсть вах розподiлених серверiв, але при цьому загальна продуктившсть такого ЦОД повинна бути цшком достатньою.
4. Полшшення екологiчностi IТ-проектiв. Bi-домо, що в даний момент дата-центри споживають 1,5 % всiе! вироблено! в США електроенерги (порiв-няно з 0,6 % у 2000 р. в свт). В масштабах вае! пла-нети 1Т-сфера вiдповiдальна за 2 % ввд усiх викидiв CO2. При цьому число серверiв в традицiйних дата-центрах США з 2001 по 2006 рш подво!лося, a витрати енергп зросли в 4 рази, незважаючи на те, що сер-вери в середньому використовують лише 15 % свое! потужносп. Використання хмарних обчислень може зменшити екологiчне навантаження. По-перше, коли одним сервером стануть користуватися калька ком-панiй, менше машин буде працювати даремно. Подруге, запитуючи обчислювальш потужносп з поточно! потреби, оргашзащя знижуе час роботи серверiв вхолосту i при цьому шчого не втрачае з точки зору ефективностг
5. Полiпшення захисту та безпеки вiртуальних серверiв, тому що вони опиняються пiд захистом единого, централiзованого, керованого файрвола. Важливо те, що заходи з захисту персональних даних необхщно органiзувати на базi одного ЦОД, a не за вама розподiленими серверами.
Незважаючи на незаперечш переваги «хмарних» технологш, реалiзацiю таких проекпв чекають рiзнi труднощi, як1 вже досить добре вивчеш i описа-нi експертами [6, 7]. Деяк1 захiднi дослщники навiть говорять про те, що хоча хмарш обчислення стрiмко розвиваються, попереду ще багато проблем. Так, на думку вще-президента Gartner group Марка Макдо-налда, едностi думок немае навиъ в питаннi про принципи хмарних обчислень - не кажучи вже про !х реалiзацiю.
Причина цього, найiмовiрнiше, просто в тому, що «хмарш» технологи пльки-тшьки починають роз-виватися, i тому достатнього та однозначного досввду !х застосування накопичено ще мало.
73
n
15
7 11
H »
Перспективы "облаков" Распространение ПО как SaaS
Только положительно Позитивно, нос оговорками Негативно ■ Не смогли оценить
Рис. 1. Експертна оцшка перспектив використання «хмар» в охорош здоров'я
Наприклад, за даними IDC [8, 9], «хмарний» ринок в Укра1ш сьогоднi знаходиться в самому заро-дковому станi. У масштабах вае1 впчизнянох 1Т-iндустрil (IDC прогнозуе обсяг в 2016 р. на рiвнi $34,9 млрд) хмарш послуги складуть 0,4-0,5 %. Екс-перти наголошують [10], що сьогодш вся проблематика «хмар» знаходиться в стади формування i тому ll склад i обриси поки незрозумiлi навiть у коротко-строковш перспективi.
6. Висновки
Впровадження «хмарних» технологiй сприяе зростанню продуктивностi обм^ мiж установами, тому що фактично вiдсутня необхiднiсть передачi даних мгж окремими органiзацiями по каналах зв'яз-ку. Весь iнформацiйний обмiн здшснюеться по внут-рiшнiй мережi хмари (LAN). Шдвищуються можли-востi резервного котювання i ввдновлення за раху-нок централiзацil процесу, забезпечення он-лайн котювання вбудованими засобами хмарно1 програмно1 системи, скорочення вартостi оргашзацп центру резервного кошювання (обладнання, обслуговування, витратнi стрiчки тощо).
Вщбуваеться спрощення тестування i розроб-ки - вiртуалiзацiя дае змогу швидше провести пере-вiрку i налагодження i прискорити впровадження нових сервгав. Спрощуеться видiлення пiдтримки персоналу i його робота з розгортання та управлшня системами. Знижуеться ступiнь дублювання досввд-чених ка^в. З'являеться можливють використання стандартних конфiгурацiй i процеав упрaвлiння за рахунок центрaлiзaцil i оперативно1 зaмiни версiй додaткiв та/або серверiв додатк1в - запускаеться но-вий сервер, у рaзi виникнення проблем, можливий миттевий перехiд на стару версш.
Лiтература
1. Weiss, A. Computing in the clouds [Text] / A. Weiss // netWorker. - 2007. - Vol. 11, Issue 4. - P. 16-25. doi: 10.1145/ 1327512.1327513
2. Bateman, A. Cloud computing [Text] / A. Bateman, M. Wood // Bioinformatics. - 2009. - Vol. 25, Issue 12. -P. 1475-1475. doi: 10.1093/bioinformatics/btp274
3. Halligan, B. D. Low Cost, Scalable Proteomics Data Analysis Using Amazon's Cloud Computing Services and Open Source Search Algorithms [Text] / B. D. Halligan, J. F. Geiger, A. K. Vallejos, A. S. Greene, S. N. Twigger // Journal of Proteome Research. - 2009. - Vol. 8, Issue 6. -P. 3148-3153. doi: 10.1021/pr800970z
4. Doukas, C. Mobile healthcare information management utilizing Cloud Computing and Android OS [Text] / C. Doukas, T. Pliakas, I. Maglogiannis // 2010 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology. - 2010. doi: 10.1109/iembs.2010.5628061
5. Гимадеев, Ш. М. «Облачные» вычисления в решении задач классификации на примере мужского бесплодия: новый источник медицинских данных [Текст] / Ш. М. Гимадеев, А. И. Латыпов, О. Р. Радченко, С. В. Рад-ченко // Вестник современной клинической медицины. -2011. - Т. 4, № 3. - С. 64-71.
6. Гусев, А. В. Перспективы облачных вычислений и информатизация учреждений здравоохранения [Текст] / А. В. Гусев // Врач и информационные технологии. - 2011. -№ 2. - С. 6-17.
7. Оленева, И. В. Современное состояние проблемы внедрения электронных медицинских карт в единой государственной информационной системе [Текст] / И. В. Оле-нева // Медицинский алфавит. - 2011. - № 4 (20). - С. 8-10.
8. Cloud Computing. Computer Communications and Networks [Text] / N. Antonopoulos, L. Gillam (Eds.). -Springer London, 2010. - 379 р. doi: 10.1007/978-184996-241-4
9. Mell, P. M. The NIST Definition of Cloud Computing [Text] / P. M. Mell, T. Grance // Recommendations of the National Institute of Standards and Technology. NIST. -2011. doi: 10.6028/nist.sp.800-145
10. Ahuja, S. P. A Survey of the State of Cloud Computing in Healthcare [Text] / S. P. Ahuja, S. Mani, J. Zam-brano // Network and Communication Technologies. - 2012. -Vol. 1, Issue 2. doi: 10.5539/nct.v1n2p12
References
1. Weiss, A. (2007). Computing in the clouds. netWorker, 11 (4), 16-25. doi: 10.1145/1327512.1327513
2. Bateman, A., Wood, M. (2009). Cloud computing. Bioinformatics, 25 (12), 1475-1475. doi: 10.1093/bioinforma-tics/btp274
3. Halligan, B. D., Geiger, J. F., Vallejos, A. K., Greene, A. S., Twigger, S. N. (2009). Low Cost, Scalable Proteomics Data Analysis Using Amazon's Cloud Comp u-ting Services and Open Source Search Algorithms. Journal of Proteome Research, 8 (6), 3148-3153. doi: 10.1021/ pr800970z
4. Doukas, C., Pliakas, T., Maglogiannis, I. (2010). Mobile healthcare information management utilizing Cloud Computing and Android OS. 2010 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology. doi: 10.1109/iembs.2010.5628061
5. Gimadeev, M., Latypov, A., Radchenko, O., Rad-chenko, S. (2011). Cloud computing in the solution of classification problems on the example of male infertility: a new source of medical data. Bulletin of contemporary clinical medicine, 4 (3), 64-71.
6. Gusev, A. (2011). Prospects of cloud computing and Informatization of healthcare institutions. Doctor and information technology, 2, 6-17.
7. Oleneva, V. I. (2011). Modern state of the problem of introduction of electronic medical records in the unified state informational system. Medical alphabet, 4 (20), 8-10.
8. Antonopoulos, N., Gillam, L. (Eds.) (2010). Cloud Computing. Computer Communications and Networks. Springer London, 379. doi: 10.1007/978-1-84996-241-4
9. Mell, P. M., Grance, T. (2011). The NIST Definition of Cloud Computing. Recommendations of the National Institute of Standards and Technology. NIST. doi: 10.6028/ nist.sp.800-145
10. Ahuja, S. P., Mani, S., Zambrano, J. (2012). A Survey of the State of Cloud Computing in Healthcare. Network and Communication Technologies, 1 (2). doi: 10.5539/ nct.v1n2p12
Рекомендовано до публжацп д-р техн. наук Лебедэв О. В.
Дата надходження рукопису 18.05.2016
Шилов Микита Юршович, кафедра бюмедично! кибернетики, Нацюнальний техшчний ушверситет Украши «Кшвський полггехшчний шститут», пр. Перемоги, 37, м. Кшв, Укра!на, 03056 E-mail: [email protected]
Антонова-Рафi Юлiя Валеривна, кандидат техничних наук, доцент, кафедра бюмедично! кибернетики, Нацiональний технiчний ушверситет Украши «Кшвський полтгехшчний iнститут», пр. Перемоги, 37, м. Кшв, Украша, 03056 E-mail: [email protected]
УДК 536.24:533.6.011
DOI: 10.15587/2313-8416.2016.71691
АЕРОДИНАМ1ЧНИЙ ОП1Р ДВОХ ПОРУЧ РОЗТАШОВАНИХ ТРУБ Р1ЗНО1 ФОРМИ
© О. М. Терех, О. I. Руденко, Ю. В. Жукова, В. А. Рогачов, О. В. Баранюк
npueedeHi результати експериментального до^дження аеродинамiчного опору двох поруч розташова-них труб р1зно'1 форми поперечного пeрeрiзу в дiапазонi змти чисел Рейнольдса eid 4000 до 16000. Вико-нано порiвняння отриманих даних. Встановлено, що труби краплeподiбноi форми мають менший опiр, а труби плоскоовльно'1' i гантeлeподiбноi форми мають бшьший опiр в порiвняннi з опором труб круглого поперечного пeрeрiзу
Ключовi слова: труба, круглий, краплeподiбний, плоскоовальний, гантeлeподiбний, аэродинамика, отр, дослiджeння, порiвняння
Experimental investigations of aerodynamic drag from two tubes in side-by-side arrangement for different tube shapes in the range of Reynolds numbers from 4000 to16000 are performed. Comparison of experimental data is executed. It is set, that the tubes of drop-shaped form have less aerodynamic drag and the tubes offlat-oval and dumb-bell forms have greater drag as compared to drag of circular tubes
Keywords: tube, circular, drop-shaped, flat-oval, dumb-bell, aerodynamics, drag, investigation, comparison
1. Вступ
Рекуперативш трубчасп теплообмшш апарати, яш виконаш з круглих труб знайшли свое широке застосування в рiзних галузях промисловостг Це по-верхш на^ву котлоагрегапв (повпрона^вач^ ка-лорифери, паропере^вач^, елементи теплообмшни-шв АЕС, регенераторiв-повiтронагрiвачiв ГТУ i ш. Але, практика використання круглих труб показала, що труби круглого перерiзу з точки зору полшшення !х теплоаеродинашчних характеристик, на сьогодш-шнш день себе вичерпали i не дозволяють збшьшити теплову ефектившсть i зменшити масо- габаритш показники теплообмшного устаткування. В той же час результати дослвджень профшьованих труб (пло-скоовальних, краплеподiбних, елiптичних) [1-5] свь дчать про те, що так! труби мають в 1,5...2 рази менший аеродинамiчний опiр шж труби кругло! фо-рми при близьких теплопередавальних характеристиках ^ вiдповiдно, бiльш високу теплоаеродинамiчну ефектившсть, що дозволяе досягти високо! компакт-ностi i зменшення металоемностi теплообмшного
устаткування.
Проте одшею з головних причин, яка стримуе використання профiльованих труб в конструкщях теплообмiнних поверхонь - це ввдсутшсть напрацю-вань в обласп вивчення особливостей процесiв теп-лообмiну i аеродинамiки, особливо труб краплеподь бного i двох кутового профiлю, i найголовнiше - ввд-сутнiсть критерiальних рiвнянь для визначення кое-фiцiентiв теплообмiну i аеродинашчного опору таких поверхонь.
Дана робота присвячена експериментальному дослвдженню аеродинамiчного опору двох труб рiз-ного поперечного перерiзу, встановлених поруч у вузькому закритому канал при !х кутi атаки повиря-ним потоком 0°.
2. Мета i задачi досл1дження
Мета роботи - отримання нових експеримента-льних даних по впливу на аеродинашчний опiр двох труб рiзного профiлю, розташованих поруч у вузькому каналi при кутi атаки !х повiтряним потоком 0°.
