澎湖健保IC卡系统区域连线整合架构方案之探讨

第二屆離島資訊技術與應用研討會，2002年6月
澎湖健保IC卡系統區域連線整合架構方案之探討
--以衛生署澎湖醫院為例
The Local Centralize Communication Architecture of Penghu
Healthcare IC Card System
– The Penghu Hospital, Department of Health, Experiment
侯廷偉
Ting-Wei Hou
國立成功大學工程科學系
Department of Engineering Science
National Cheng Kung University
E-mail: hou@.tw
黃志文
Jyh-Win Huang
國立澎湖技術學院資訊管理系
Department of Information Management
National Penghu Institute of Technology
E-mail:pigeon@.tw
洪世厚陳惠玲
Shih-Hou Hung Hui-Lin Chen
中央健保局高屏分局
Kao-Ping Branch of Bureau of National Health Insurance
摘要
截至2001年六月底止，全民健康保險特約醫事服務機構有1萬6,383家，占全國所有相關醫事服務機構總數的92%；若以醫療層級別區分，雖然醫學中心、地區教學醫院、區域醫院及地區醫院的家數合計只有584家，佔所有特約家數的
3.64%；但因其挾帶龐大的醫療資源與地區整合的規模，使得其就診率佔用高達
27 %[附表一]。

(以澎湖為例，兩所地區醫院(衛生署澎湖醫院及國軍澎湖醫院)，
佔澎湖所有70健保特約家數的2.85%；但其申報健保醫療件數約佔澎湖地區總申報件數的18%)，所以在『澎湖健保IC卡實驗計劃』中特別選定該區最具規模的衛生署澎湖醫院，作為多卡機掛號門診集中上傳處理(亦即做區域整合Local Centralize)的實驗目標，提供一個整合環境的通信解決方案。

本文的主要目的，即針對於衛生署澎湖醫院所採用的架構說明並與原分散式撥接處理架構的成效比較，新架構系統負載預估及其他可能通訊架構的成效評估，做一處理報告與施行建議。

關鍵詞: 健保IC卡、IC卡讀卡機、通訊資料彙整機、通訊前端處理器
1.背景說明
在2001年五月所採方便性隨機抽樣方式以當面訪查及電話訪問澎湖地區各特約醫療院所就醫之民眾，在良好的適合度檢定(Goodness-of-fittest)母體與適配情形的統計結果分析，覺得使用健保IC卡的優點有就醫流程方便迅速
(99.2%)、一卡到底不必換卡(98.9%)、比紙卡美觀耐用(98%)、掛號不必另外
攜帶身分證明文件(99.5%)，而在不滿意的主要原因中因在台灣無法使用者即佔58.8%，顯示出雖然澎湖地區民眾已經適應且成功接受健保IC卡醫療體制，全國案的推廣已是順應而行必然的走向。

另外在整個系統需全力配合的全縣六十七家健保簽約醫療院所滿意度為87.5%(主要原因為可促使醫療人力及時間上精簡)，其不滿意原因以讀卡機不穩定常故障(44.7%)及IC卡片內就診資料上傳更新耗時，甚或連線失敗(31.9%)為主因。

診所業務能正常運作誠為專案實驗的首要需求，澎湖雖地處離島，但其所有醫療就診資料之勾稽與管理必須與所屬轄區—健保高屏分局(Kao-Ping Branch of National Health Insurance Bureau)做同步連結方能正確運作；由於海纜及衛星通訊易受天候影響，加上通訊線路老舊、鹽化問題嚴重等先天不良的通訊環境，使得實驗初期只得以分段方式，將上傳資料先儲存於澎湖IC卡服務中心的MIS資料庫系統，再以數據專線連接送至健保高屏分局端。

後來為實際模擬全國案在離島偏遠地區的即時線上使用狀況，方改變上傳地點，直接上傳至健保高屏分局，在歷經多年的問題發現與改進之後，目前整體通訊系統已可成熟且穩定的運作，其相關測量數據如下：
⏹卡機連線方式(含撥接、資料上傳及勾稽)
撥接電話線(Dial-up turn-around time) ≒30sec
(上傳至健保高屏分局通訊前端處理器經LAN至健保MIS資料庫
主系統)
數據專線(Leased line turn-around time) ≒10sec
(上傳至澎湖IC卡服務中心通訊前端處理器經LAN至健保備份
MIS資料庫系統)
⏹通訊前端處理器(含檢查負面名單) < 1sec
隨著時代潮流的進步，順應世界脈動，健保卡的改革乃是勢在必行。

而如何將澎湖健保ＩＣ卡經驗去蕪存菁，擴大至全國被保險人正是計劃最終的目的。

2.區域連線整合架構說明
此架構適用於地區級以上醫院，為應付大量的門診量，所以櫃檯設備有
多部掛號讀卡機，讀卡機與通訊前端處理器之間加入一部通訊資料彙整機
(Multi Thread Communication Processor ，運作剖析圖如圖2.1所示)，將原本的撥接電話線換成數據專線線路取代，藉由多埠型RS-232通訊介面(MOXA
Multi RS-232 Interface)與多部讀卡機之間的連結(距離小於50 呎者直接以
RS-232介面連接，大於50 呎者，中間必須轉換為RS-485介面訊號，延長
有效通信距離)，將其通訊上傳資料整合並轉碼成特定格式後，經由數據專線上傳至通訊前端處理器；因為省去撥接線路的應答與載波建立(V .25 Linking Sequence)時間，如此一來通訊速度加快，且節省多條的電話線路，可以減少通訊傳輸的複雜度，並且提昇傳輸穩定度。

卡機
卡機
卡機
卡機
卡機
卡機
3. 成效分析 『澎湖健保IC 卡實驗計劃』為提昇讀卡機資料上傳通訊效能，早在2000
年12月即選定區內何家庭醫學診所及高植澎診所，採19.2K bps 數據專線的連線測試醫療院所，配合修改讀卡機程式及澎湖健保IC 卡服務中心通訊前端處理器架構，期間除因線路鹽化及地線隔離不良所造成的傳輸不穩定外，一
般狀況下，可將平均上傳時間縮短至10秒內順利完成。

以衛生署澎湖醫院平均一個月的就診量約有12,000筆(以90年1至10月份統計)，0800受話方付費電話在不同長途區間之通話按一般時段0.035元/秒計收。

每通撥接30秒內(含) (佔撥接數98.7%)的連線時間可完成資料上傳，每通撥接金額1.05元計算，依全國案的要求，每一筆就診掛號資料都必須做立即線上驗證，原架構通訊成本每月須12,600元，若以通訊資料彙整新架構，以19.2K bps數據專線連接至通訊前端處理器做線上連接，依據中華電信公司係將長途數據電路月租費採全區三級計費，澎湖本地屬第一級，64Kbps(含)以下，每月線路租費僅有1,600元(含數據線路1,300元及專線數據機300元)；一部通訊資料彙整機器(加Multi RS-232 port card)約40,000元，若以每月12,000筆通訊資料量做五年(一般資訊硬體報廢壽命年限)估算，與原撥接架構相比較可節省約620,000元。

4.負載燒機測試
通訊資料彙整機器以衛生署澎湖地區醫院的服務櫃檯6個掛號窗口數為基準，模擬測試主機程式每隔30 秒鐘，即由各掛號讀卡機送出健保IC卡上傳資料經模擬數據專線至通訊前端處理器在連續三週24小時通訊資料彙整機器的燒機測試中，雖偶爾有處理不及造成通信錯誤，無發法將資料上傳的狀況(約0.1%，其模擬的資料量，為每日17,280筆的就診掛號量，遠超過衛生署澎湖醫院正常就診期間每日約500筆的需求量)，但卻不影響下一筆模擬資料的重送，通訊資料彙整機器程式均依然能繼續正確執行。

5.預估負載
依目前架構分析，對整個多卡機區域整合系統負載的影響因素，可歸納為下列三項：
1.數據專線頻寬(Bandwidth)：
決定整個院所區域所有掛號卡機的資料上傳總量，各層級醫院可依各自門診量多寡，選擇租用所需的數據專線頻寬，可對成本效率做更高的利用。

2.讀卡機對合法卡片的驗證(Authentication)：
在ISO 7816 Part 4中對T = 1卡片(Asynchronous, Half-duplex, Block-oriented,為目前『澎湖健保IC卡實驗計劃』所使用的卡片種類)，從卡片插入讀卡機就定位(Card Detect Sensor 啟動)、Answer To Reset卡片啟用、APDU(Application Protocol Data Unit) Command及卡片與卡機之間的認證均有詳盡規範，而除了非同步通訊格式的資料傳輸延遲外，尚需加上卡片處理器(Smart Card micro-controller) 做DES編解碼的運算時間，此部份主要反映
民眾在掛號櫃檯必要的等待流程上，若所花費時間愈短，則相對在通訊資料彙整機的處理時間必須亦要縮短，否則通信整合即成為整個傳輸流程的瓶頸。

3.通訊資料彙整機處理效能：
通訊資料彙整機主要是由兩個程式所組成，一個是多執行緒(Multi Thread )的前端通訊資料的傳輸處理，負責將所有RS-232介面傳送之讀卡機資料儲存與內容格式正確性檢測；另一個Dispatch Process 則專門對各個執行緒所對應固定位置的資料記憶體內容做整合與上傳通訊前端處理器。

因為藉由指定記憶體區塊做相互溝通，所以兩支程式雖然同時啟動運作，卻不構成相互影響，且因為各個讀卡機所對應的執行緒係獨立運作，並行處理，所以任何一個通信埠的阻塞或不順，絕不會對整體運作效能產生影響；就上所述，通訊資料彙整機在以多工Multiplexing Linux的作業系統環境下，只要其硬體架構效能許可，幾乎對系統不會產生任何延遲。

結合上述因數，依目前所使用的架構，可以評估各個可能的瓶頸點，推論出一個簡易數學式，做為總就診掛號量的預估值。

假設通訊資料彙整機連接了L部讀卡機，每次讀卡機上傳資料區塊為M Bytes/Second，而由通訊前端處理器回應及設定的訊息區塊為N
Bytes/Second，數據專線頻寬為K bps(bits per second) ，讀卡機與通訊資料彙整機的RS-232序列埠速率為P bps，讀卡機對合法卡片的驗證須費時T a，通訊資料彙整機每個Process所分配的時間為T p，而每個執行緒需花費T t的時間處理完成讀卡機上傳資料的比對及驗證。

●對通信頻寬的限制：
a.因Multi Thread程式所內建儲存的記憶體區塊暫存區(程式設定
為4K Bytes)，遠大於max(M,N) = 103(含資料上傳與讀卡機參數
設定)值，所以可將資料在讀卡機與通訊資料彙整的的RS-232
序列埠速率P可忽略。

b.C total = (K/(8×L×(M+N)))
●對資料處理的限制：
a.Tp相對於Ta、Tt，成等級化量差，故可忽略不計。

b.P total = 1/(L×(T a+T t))
，則總就診掛號量預估值為：
F total= min(C total, P total) ×6
(比照健保紙卡，每就診滿6次的卡片才須將資料上傳)
6.全國案其他通訊架構可行性評估
1.ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,非對稱性數位用戶迴路)架構：
依醫療院所需求，可以按照掛號門診量彈性區分為五種傳輸速率等級，主要係藉由網際網路為傳輸路徑，對較敏感資料可直接以現行網路交易安全機制之SSL(Secure Socket Layer)或SET(Secure Electronic Transactions)做編密傳輸，以防止資料被竊取。

以目前現存的電信架構，經ADSL將資料上傳至ISP(Internet Service Provider)，其後端連結均以ATM之光纖網路為主幹線(Back Bone)，即可以穩定的頻寬與可靠服務品質(QoS)做傳輸管道；ADSL其另一優點在於其頻寬涵蓋音頻與載頻，在網路結點故障或阻塞時，可改採撥接方式上傳，亦可達成非常時期資料傳輸的目的。

其必須特別修改之處為讀卡機的通訊結構由OSI layer 2 (Data link layer)提昇至TCP/IP OSI layer 4 (Transmission Layer)，使得輸出介面由RS-232序列傳輸埠改為IEEE 802.3 區域乙太網路MAC port。

2.改良式數據專線架構：
平時看診時間資料量大時，以數據專線上傳連結，在非看診時間資料量較少時，改採撥接方式連結；因為要減少數據專線承租費用必須避開長途線路，採以區域性為主；但一旦以區域專線連接則必須在各區架設類似通訊前端處理器的系統，才能將整體速率提昇，則將顯現相關資料庫同步與通訊前端處理器架設維修問題。

但是如果層級醫院有空間及人員的協助，而將通訊前端處理器直接裝設於院內，則不僅簡化通信傳輸問題，且能加速區域讀卡機的傳輸效率。

相關運作的同步資料庫可以更高頻寬、更高效率的方式自健保局對主要局點(地區醫院以上層級)作定點定時的負面名單更新與就診資料收集整合即可。

甚者可擴及到鄰近基層的醫療院所以此通訊前端處理器為基準，做診掛號的依據，達到確實區域整合，層級整合的目標。

7.結論
地區級以上醫院使用區域連線整合架構在運作效率與建設成本上均比原施行的分散式撥接方式更具有市場競爭性。

尤其藉由通訊資料彙整機可將所有掛號窗口資料做立即上傳整合，可直接與醫院資訊系統(HIS)做同步處理，更可省卻中間一道資料收集比對手續。

8.參考文獻
[1]中央健康保險局高屏分局『澎湖地區使用健保IC卡滿意度調查研究』
2001年4月
[2]侯廷偉、黃志文、趙健明『澎湖地區健保IC卡第四期實驗計劃』期末報
告2001年4月
[3]衛生署中央健保局『IC卡實施計劃』.tw
[4]Ting-Wei Hou, Jyh-Win Huang, Chien-Ming Chao 『The Outline and Aspect of
Taiwan Pilot Health IC Card Project -- The Penghu (Pescadores) Experiment』
METMBS'2001 The 2001 International Conference on Mathematics and
Engineering Techniques in Medicine and Biological Sciences
附表一：健康保險特約醫事服務機構層級統計表
註：中央健康保險局88年12月醫療費用受理資料，其中基層醫療院所涵蓋衛生所306家、基層西醫8,024家、基層牙醫5,068家及基層中醫2,061家。