中國(guó)人民解放軍第一零二醫(yī)院 信息科，江蘇 常州 213003

臨床信息系統(tǒng)架構(gòu)虛擬化技術(shù)初探

黃清，楊杰，陳紅

中國(guó)人民解放軍第一零二醫(yī)院 信息科，江蘇 常州 213003

本文從服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、桌面虛擬化、應(yīng)用虛擬化五個(gè)方面介紹了臨床信息系統(tǒng)架構(gòu)虛擬化技術(shù)，旨在為醫(yī)療云的實(shí)現(xiàn)提供相關(guān)信息。

臨床信息系統(tǒng)；服務(wù)器虛擬化；存儲(chǔ)虛擬化；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；桌面虛擬化；應(yīng)用虛擬化

0 前言

云計(jì)算能夠?qū)⒂?jì)算任務(wù)分布在大量的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)，已成為IT業(yè)的一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)[1]。虛擬化技術(shù)是云計(jì)算在基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層次上的核心技術(shù)，快速部署和資源調(diào)度都是建立在虛擬化技術(shù)之上的[2]。醫(yī)療云是在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域采用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)，使用“云計(jì)算”的理念來構(gòu)建醫(yī)療保健服務(wù)系統(tǒng)。這種醫(yī)療保健服務(wù)系統(tǒng)能有效地提高醫(yī)療保健的質(zhì)量、控制成本、便捷訪問醫(yī)療保健服務(wù)。本文通過查閱相關(guān)資料對(duì)臨床信息系統(tǒng)架構(gòu)的核心技術(shù)，即虛擬化技術(shù)進(jìn)行了介紹，以期為醫(yī)療云的實(shí)現(xiàn)提供相關(guān)信息。

1 臨床信息系統(tǒng)架構(gòu)

廣義上的臨床信息系統(tǒng)包括醫(yī)生工作站系統(tǒng)、護(hù)理信息系統(tǒng)、檢驗(yàn)信息系統(tǒng)（LIS）、放射信息系統(tǒng)（RIS）、醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（PACS）、臨床路徑（CP）管理系統(tǒng)[3]、辦公自動(dòng)化（OA）系統(tǒng)[4]、手術(shù)麻醉[4]、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)[4]以及電子病歷（EMR）系統(tǒng)等。隨著醫(yī)院新應(yīng)用系統(tǒng)地不斷上線，醫(yī)療信息數(shù)據(jù)呈級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，原有的系統(tǒng)迫切需要擴(kuò)容升級(jí)。但醫(yī)院內(nèi)在不同時(shí)期分批建成的HIS、PACS和EMR等系統(tǒng)使得這些數(shù)據(jù)處于分散存儲(chǔ)狀態(tài)，每個(gè)系統(tǒng)所采取的存儲(chǔ)方式與存儲(chǔ)介質(zhì)也各不相同，且有些存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需要。

上述系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其在數(shù)據(jù)管理方面的問題日益凸顯出來，主要表現(xiàn)為：容量不足，數(shù)據(jù)調(diào)用不便；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)落后，系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提高；分散存儲(chǔ)的模式，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)資產(chǎn)的管理效率。

虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)使得數(shù)據(jù)間的交換、傳遞等功能安全可靠地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，為臨床信息系統(tǒng)的不斷完善提供了明確的方向。

2 虛擬化技術(shù)

2.1 服務(wù)器虛擬化[5]

服務(wù)器虛擬化就是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器，讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，不再受限于物理上的界限，從而提高資源的利用率、降低能耗[6]、簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理、實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合，讓IT對(duì)業(yè)務(wù)的變化更具適應(yīng)力。

虛擬服務(wù)器的虛擬機(jī)文件保存在系統(tǒng)文件中，通過快速轉(zhuǎn)移和復(fù)制可快速的完成災(zāi)難恢復(fù)[7]。因此，在容災(zāi)中心建立虛擬化服務(wù)器系統(tǒng)，有助于快速恢復(fù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、降減少系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間、降低容災(zāi)中心建設(shè)成本。

虛擬技術(shù)的VMotion（虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移）[8]和高可用性集群系統(tǒng)（HA）[9]能夠提供業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行級(jí)別和資源利用率。VMotion功能不僅大大減低了計(jì)劃內(nèi)及計(jì)劃外的宕機(jī)時(shí)間，而且減少了系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間；HA功能確保各節(jié)點(diǎn)合理有效地利用資源，提高應(yīng)用程序的可用性和系統(tǒng)的整體性能。

虛擬化能極大降低醫(yī)院信息中心服務(wù)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，降低管理難度和運(yùn)營(yíng)成本，簡(jiǎn)化了管理并確保了業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

2.2 存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化就是對(duì)存儲(chǔ)硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)，其核心是虛擬存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)[10]，可將不同的物理存儲(chǔ)設(shè)備（如RAID、JBOD、磁帶庫(kù)等）通過不同的接口協(xié)議（如SCSI、ISCSI、IFCP等）[11]整合成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)池。存儲(chǔ)虛擬化通過將一個(gè)（或多個(gè)）目標(biāo)（Target）的服務(wù)或功能與其他附加的功能進(jìn)行集成來提供全面的功能服務(wù)。虛擬化作用在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)體上，而這些實(shí)體則是用來提供存儲(chǔ)資源及服務(wù)的。

存儲(chǔ)虛擬化的思想是將許多零散的存儲(chǔ)資源（各種品牌的存儲(chǔ)子系統(tǒng)）整合起來，將資源的邏輯映像與物理存儲(chǔ)分開，在單一的控制界面動(dòng)態(tài)地管理和分配存儲(chǔ)資源。對(duì)于用戶來說，虛擬化的存儲(chǔ)資源就像是一個(gè)巨大的“存儲(chǔ)池”（存儲(chǔ)池可跨多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)）[12]，不必關(guān)心自己的數(shù)據(jù)經(jīng)過哪一條路徑，通往哪一個(gè)具體的存儲(chǔ)設(shè)備。虛擬化技術(shù)能夠幫助醫(yī)院建立雙活數(shù)據(jù)中心，確保醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)中斷業(yè)務(wù)系統(tǒng)連續(xù)性。雙活存儲(chǔ)虛擬化結(jié)構(gòu)圖，見圖1。

圖1 雙活存儲(chǔ)虛擬化結(jié)構(gòu)

2.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

最早的網(wǎng)絡(luò)多虛一技術(shù)代表是交換機(jī)集群（Cluster）技術(shù)，多以盒式小交換機(jī)為主，將多臺(tái)設(shè)備連接整合起來組成一個(gè)“聯(lián)合設(shè)備”，虛擬整合成一個(gè)邏輯設(shè)備[13]，該模式較為古老，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心里面已經(jīng)很少見了。而新的技術(shù)則主要分為兩個(gè)方向：控制平面虛擬化與數(shù)據(jù)平面虛擬化。

控制平面虛擬化帶來的規(guī)模限制問題短時(shí)間內(nèi)沒有辦法解決，那么能不能只做數(shù)據(jù)平面的虛擬化呢？于是出現(xiàn)了TRILL（TRansparent Interconnect of Lots of Links）和SPB（Shortest Path Bridging）技術(shù)。他們都是用L2 ISIS作為控制協(xié)議在所有設(shè)備上進(jìn)行拓?fù)渎窂接?jì)算，轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候會(huì)對(duì)原始報(bào)文進(jìn)行外層封裝，以不同的目的Tag在TRILL/SPB區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)外界來說，可以認(rèn)為TRILL/SPB區(qū)域網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的虛擬交換機(jī)，Ethernet報(bào)文從入口進(jìn)去后，完整地從出口吐出來，內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)過程對(duì)外是不可見且無(wú)意義的。

從數(shù)據(jù)中心當(dāng)前發(fā)展來看，規(guī)模擴(kuò)充是首位的，帶寬增長(zhǎng)也是不可動(dòng)搖的，因此在網(wǎng)絡(luò)多虛一方面，控制平面多虛一的各種技術(shù)除非能夠突破控制層多機(jī)協(xié)調(diào)工作的技術(shù)枷鎖，否則只能夠在中小型數(shù)據(jù)中心里面使用，后期真正的大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心勢(shì)必是屬于TRILL/SPB等平面多虛一技術(shù)的天地。

2.4 桌面虛擬化

桌面虛擬化（又稱桌面云化或云桌面）是指將計(jì)算機(jī)的桌面進(jìn)行虛擬化，既保持了桌面使用的靈活性，也提高了業(yè)務(wù)靈敏性、安全性（所有數(shù)據(jù)存放于服務(wù)器端，防止敏感數(shù)據(jù)的泄露）[14]；還運(yùn)用系統(tǒng)鏡像、模板、鏈接克隆等功能使桌面與應(yīng)用的部署更靈活、快速、有彈性，桌面部署時(shí)間從天、小時(shí)級(jí)縮短到分鐘級(jí)，實(shí)現(xiàn)了集中管理和維護(hù)，大大減輕了IT部門部署應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)和維護(hù)終端的壓力。

很多桌面虛擬化均是一種基于云計(jì)算的模型，并且與服務(wù)器虛擬化結(jié)合，借用了各類終端接入云端，在提高自身管理能力的同時(shí)還提供類似非虛擬化環(huán)境下的用戶體驗(yàn)[15]?？蛻舳丝梢酝ㄟ^任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間訪問在網(wǎng)絡(luò)上的屬于我們個(gè)人的桌面系統(tǒng)。桌面虛擬化結(jié)構(gòu)圖，見圖2。

圖2 桌面虛擬化架構(gòu)

2.5 應(yīng)用虛擬化

應(yīng)用虛擬化可在數(shù)據(jù)中心對(duì)任何應(yīng)用進(jìn)行虛擬化、集中保存和管理，然后隨時(shí)隨地通過任何設(shè)備按需交付給用戶；可將各種應(yīng)用作為集中服務(wù)按需交付，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用部署方式的革命性轉(zhuǎn)變。應(yīng)用虛擬化通過集中化應(yīng)用和管理來降低應(yīng)用管理成本，可將應(yīng)用及時(shí)交付給任何地點(diǎn)的用戶，并且能夠幫助IT人員更加快速和準(zhǔn)確地解決問題，利用集中化控制和安全訪問增強(qiáng)安全性。移動(dòng)醫(yī)護(hù)工作站可以在移動(dòng)終端上通過虛擬桌面實(shí)現(xiàn)所有醫(yī)囑及病歷等醫(yī)療數(shù)據(jù)的提取，而不需要引進(jìn)任何移動(dòng)推車及移動(dòng)查房等軟件。

3 虛擬化技術(shù)在臨床信息系統(tǒng)架構(gòu)中的運(yùn)用

通過對(duì)服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、桌面虛擬化的研究我院設(shè)計(jì)了雙活的臨床信息系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，通過服務(wù)器的虛擬化保證兩地的服務(wù)器異地的負(fù)載均衡和高可用性，通過網(wǎng)絡(luò)的虛擬化使數(shù)據(jù)鏈路可以雙向達(dá)到不同的存儲(chǔ)池，通過桌面虛擬化使用戶可以使用任何設(shè)備，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行辦公，并保證數(shù)據(jù)的安全，真正達(dá)到了高可靠性、高安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

虛擬化技術(shù)的發(fā)展，改變了臨床信息系統(tǒng)的整個(gè)戰(zhàn)略架構(gòu)，為醫(yī)療云的整個(gè)架構(gòu)、醫(yī)療數(shù)據(jù)中心私有云建設(shè)、基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IAAS）[16]、軟件即服務(wù)（SaaS）[16]和平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）[16]的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來還有更多的信息虛擬技術(shù)需要納入到醫(yī)療云的整個(gè)架構(gòu)建設(shè)當(dāng)中，如云安全、云監(jiān)控、數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟等，我們需要整體規(guī)劃，一步步的去實(shí)現(xiàn)醫(yī)療云。

[1] 馬錫坤,楊國(guó)斌,于京杰．基于虛擬化的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心整體解決方案[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2012,27(12):62-64．

[2] 陳碩．企業(yè)云計(jì)算構(gòu)架中的虛擬化技術(shù)[J]．計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2011,(24):37．

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Brief Analysis of Virtualization Technologies of Clinical Information System Architecture

HUANG Qing, YANG Jie, CHEN Hong
Department of Information, The 102thHospital of PLA, Changzhou Jiangsu 213003, China

This paper describes the virtualization technologies of clinical information system architecture in the aspects of server virtualization, storage virtualization, network virtualization, desktop virtualization and application virtualization in order to provide relevant information for the implementation of medical cloud.

clinical information system; server virtualization; storage virtualization; network virtualization; desktop virtualization; application virtualization

TP393.03; R197.324

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.09.024

1674-1633(2013)09-0069-03

2013-03-16

2013-04-13

作者郵箱：9493523@qq．com