馬錫坤，于京杰

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院信息科，南京 210002

加強信息化建設(shè)是醫(yī)院科學發(fā)展必由之路［1-2］。建設(shè)優(yōu)質(zhì)、高效、安全的信息平臺是醫(yī)院信息化建設(shè)的核心內(nèi)容［3］。而數(shù)據(jù)中心是醫(yī)院信息平臺的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其建設(shè)質(zhì)量直接影響應(yīng)用系統(tǒng)效能的發(fā)揮和運維管理水平的提升。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心在醫(yī)院信息化發(fā)展中發(fā)揮了非常重要的作用，但還存在著一些問題和可以改進的地方。針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足，構(gòu)建云計算數(shù)據(jù)中心已成為一種趨勢。

1 存在的問題

近年來，醫(yī)院在信息化建設(shè)和應(yīng)用方面發(fā)展迅速，醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用需求日益增長。多年的信息化建設(shè)，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心已積累了大量的IT基礎(chǔ)設(shè)施。而隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的逐步深入，各應(yīng)用系統(tǒng)不斷上線和完善，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)量隨之不斷增加，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和終端數(shù)量不斷擴大。而核心系統(tǒng)一般為雙機環(huán)境，數(shù)據(jù)存儲在統(tǒng)一的共享磁盤陣列中，其他系統(tǒng)一般均為單機運行，數(shù)據(jù)基本都是在服務(wù)器的內(nèi)置硬盤存放，一個應(yīng)用系統(tǒng)對應(yīng)一臺物理服務(wù)器［4］。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心保障醫(yī)院業(yè)務(wù)正常運營，但其存在的問題也很明顯，具體表現(xiàn)為:

一是服務(wù)器利用率不高，系統(tǒng)運行可用性低。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心有各種各樣的服務(wù)器，數(shù)量眾多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)在運行，但是單服務(wù)器單應(yīng)用的部署模式，導致大部分服務(wù)器在大部分工作時間，其系統(tǒng)資源利用率都在10%以下，資源浪費嚴重。并且應(yīng)用系統(tǒng)單機運行，單點故障隱患嚴重，其可用性、安全性較低。為了實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性，需投入成倍的服務(wù)器，造成投資成本加大，且資源得不到充分利用。

二是數(shù)據(jù)存放較為分散，安全保護可靠性弱。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器及應(yīng)用系統(tǒng)分布較廣，數(shù)據(jù)存放較為分散，存儲設(shè)備沒有得到充分利用，數(shù)據(jù)不能在存儲系統(tǒng)或者不同磁盤之間自由流動，同時缺乏科學合理的備份恢復機制，數(shù)據(jù)安全保護可靠性較弱。一些數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器本機磁盤，一旦設(shè)備出現(xiàn)損壞，數(shù)據(jù)都有可能被破壞，從而造成不可挽回的損失。如果數(shù)據(jù)遭到病毒破壞，或者被誤操作刪除，同樣會造成巨大的數(shù)據(jù)災(zāi)難。

三是數(shù)據(jù)中心運維困難，平臺可服務(wù)性較差。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心設(shè)備大量增加使得對設(shè)備的運行、監(jiān)控和管理變得日益復雜，對機房空間布局、設(shè)備能源消耗、日常管理維護無疑是個挑戰(zhàn)，運行和維護成本較高。各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)形成了獨立的平臺，不能靈活地相互調(diào)整資源、相互切換，可服務(wù)性較差。硬件故障維護、升級或者擴容時需要停機進行操作，影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常使用。在新業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線時，需要做大量重復的工作，實施周期較長。

2 主要對策

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心包括服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、交換設(shè)備等內(nèi)容，對整個信息平臺具有支撐作用?；谠朴嬎愕臄?shù)據(jù)中心使用“池”的概念，把各種IT資源都放在云計算平臺中統(tǒng)一管理，將各種資源實現(xiàn)整合，通過虛擬化技術(shù)形成標準化的虛擬計算池、存儲池、網(wǎng)絡(luò)池等資源池，每個池均可實現(xiàn)動態(tài)的資源調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬資源池中資源的動態(tài)調(diào)度，以達到調(diào)度過程中充分利用資源的能力，徹底消除了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足。

2.1 構(gòu)建虛擬計算池，提高服務(wù)器利用率

通過服務(wù)器虛擬化，把物理服務(wù)器的資源抽象成邏輯資源，構(gòu)建虛擬計算池，進而把服務(wù)器虛擬成多臺相互隔離的虛擬服務(wù)器即虛擬機。虛擬機并不是真正的機器，但它能像真正的機器一樣工作，每個虛擬機就像一臺獨立運行的服務(wù)器，有自己的一套虛擬硬件，在上層操作系統(tǒng)和軟件看來，它們就是一臺臺相對獨立的服務(wù)器。不同的虛擬機可以運行相同或不同類型的操作系統(tǒng)，作為不同業(yè)務(wù)的支撐平臺［5］。服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以更加合理地分配資源，提高服務(wù)器的利用率，其數(shù)量的減少節(jié)省對空間的占用。

2.2 構(gòu)建虛擬存儲池，減少數(shù)據(jù)安全隱患

通過存儲虛擬化，將實際的物理存儲實體與存儲的邏輯表示分離開，建立一個虛擬抽象層，將多種或多個物理存儲設(shè)備映射到一個單一邏輯資源池中，構(gòu)建虛擬存儲池。這個虛擬層向用戶提供了一個統(tǒng)一的接口，向下隱藏了存儲的物理實現(xiàn)。用戶可隨意使用存儲空間而不用關(guān)注底層物理設(shè)備的類型和特性。通過構(gòu)建存儲虛擬化平臺，整合和充分合理利用存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲和保護，減少數(shù)據(jù)安全隱患;能夠在不影響應(yīng)用系統(tǒng)正常運行的情況下，實現(xiàn)存儲系統(tǒng)遷移，保證前端業(yè)務(wù)不會受到任何影響［6］。

2.3 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)池，提升網(wǎng)絡(luò)運行性能

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是使用基于軟件的抽象，從物理網(wǎng)絡(luò)元素中分離網(wǎng)絡(luò)流量的一種方式。對網(wǎng)絡(luò)虛擬化來說，抽象隔離了網(wǎng)絡(luò)中的交換機、網(wǎng)絡(luò)端口、路由器以及其他物理元素的網(wǎng)絡(luò)流量。每個物理元素被網(wǎng)絡(luò)元素的虛擬表示形式所取代，能夠?qū)μ摂M網(wǎng)絡(luò)元素進行配置以滿足其獨特的需求。將網(wǎng)絡(luò)整合成按需調(diào)度的大型虛擬資源池，提高交換能力，消除虛擬化部署所擔心的I/O瓶頸問題，靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)邊界，從容面對云計算應(yīng)用引起的突發(fā)流量問題，保障業(yè)務(wù)無間斷運行，滿足業(yè)務(wù)和服務(wù)器虛擬化對網(wǎng)絡(luò)的需求。

3 應(yīng)用案例

經(jīng)過充分調(diào)研論證，我們采用VMware vSphere服務(wù)器虛擬化軟件、Cisco UCS統(tǒng)一計算系統(tǒng)、EMC存儲設(shè)備以及Vplex存儲虛擬化設(shè)備、F5負載均衡器、Deep Security趨勢服務(wù)器深度安全防護系統(tǒng)，構(gòu)建了一個全冗余架構(gòu)的醫(yī)院云計算數(shù)據(jù)中心，把8個刀片服務(wù)器整合成一個虛擬計算池，把3臺存儲設(shè)備整合成一個虛擬存儲池，新增了一個虛擬網(wǎng)絡(luò)池。采用基于云計算技術(shù)架構(gòu)的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心(其結(jié)構(gòu)如圖1所示)，高度共享計算和存儲資源，把虛擬化的資源以一種動態(tài)的最優(yōu)化方式由系統(tǒng)自動根據(jù)業(yè)務(wù)需求來調(diào)用，以靈活安全的方式達到快速擴展和縮減的效果，提高了服務(wù)質(zhì)量［7-8］。除了提高服務(wù)器利用率、減少數(shù)據(jù)安全隱患、提升網(wǎng)絡(luò)運行性能以外，還實現(xiàn)了以下目標:

圖1 基于云計算技術(shù)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)

一是充分滿足醫(yī)院各類應(yīng)用系統(tǒng)的資源需求。醫(yī)院信息系統(tǒng)中各種應(yīng)用一天會有很大變化。例如:上午8:00到10:00，電子病歷系統(tǒng)(EMR)等應(yīng)用負載較高;10:00到12:00，影像存儲和傳輸系統(tǒng)(PACS)等應(yīng)用負載較高;白天，檢驗信息系統(tǒng)(LIS)等應(yīng)用負載較高，晚上則負載下降;把它們放置在同一硬件平臺的多個虛擬機中，實時監(jiān)控它們的負載、動態(tài)調(diào)度資源，實現(xiàn)IT資源與工作負載的一致性，無需增加資源、即能同時滿足這些信息系統(tǒng)的資源需求，確保系統(tǒng)高效運行，避免了以往由于資源的缺乏和不合理分配而造成各類業(yè)務(wù)高峰時出現(xiàn)系統(tǒng)運行速度緩慢的問題。

二是有效保障醫(yī)院所有應(yīng)用系統(tǒng)的安全運行。醫(yī)院服務(wù)中斷往往會造成許多的負面影響，因此醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)不論規(guī)模大小，絕大部分都要求7×24 h不間斷運行。利用虛擬機構(gòu)建虛擬服務(wù)器集群，能夠有效地實現(xiàn)醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性，排除設(shè)備的單點故障，保障系統(tǒng)安全運行［9-10］。當物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時，高可用集群自動切換服務(wù)，使故障服務(wù)器的業(yè)務(wù)迅速平穩(wěn)地遷移到虛擬機，實現(xiàn)服務(wù)不中斷，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性，并且顯著降低實施成本。

三是大大簡化了管理程序并且減少了運維成本。云計算數(shù)據(jù)中心具有很好的可服務(wù)性，虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)簡化了數(shù)據(jù)中心的管理，消除了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運維和管理的復雜性，降低了系統(tǒng)維護和管理的技術(shù)要求，使維護管理的難度和成本大大降低;減輕了醫(yī)院信息技術(shù)人員的工作壓力，克服了人員緊張的問題，提高了運行維護的效率。服務(wù)器虛擬化減緩了服務(wù)器數(shù)量的增速，在顯著節(jié)約能源的同時，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的高效運作，實現(xiàn)可持續(xù)的節(jié)能增效和綠色環(huán)保。

［1］易學明，胡新勇，楊國斌，等.以信息化平臺推進數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)［J］.解放軍醫(yī)院管理雜志，2010，17(7):616-618

［2］姚國慶，黃正東，郭雪清，等.加強醫(yī)院數(shù)字化建設(shè) 推進醫(yī)院又好又快發(fā)展［J］.中國醫(yī)學教育技術(shù)，2012，26(2):194-196

［3］馬錫坤，楊國斌，袁波.構(gòu)筑信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺 保障人財物科學管理［J］.中國數(shù)字醫(yī)學，2010，5(8):20-22

［4］李先鋒，王凱蕓，呂強，等.三甲醫(yī)院虛擬化技術(shù)的研究與實踐［J］.中國醫(yī)院，2012，16(2):12-14

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［7］周迎，曾凡，黃昊.淺談云計算在醫(yī)療衛(wèi)生信息化建設(shè)中的應(yīng)用前景［J］.中國醫(yī)學教育技術(shù)，2010，24(4):350-353

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［9］趙志云，楊宏橋，劉震.基于VMware的高可用集群在HIS中的應(yīng)用研究［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008，29(6):37-38

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