范年豐 銀琳 吳龍強(qiáng) 黃凌云 中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院信息科 （廣東 廣州 510630）

內(nèi)容提要： 在IT技術(shù)飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，“云”模式被逐步應(yīng)用在醫(yī)療信息系統(tǒng)中。醫(yī)療云平臺(tái)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是醫(yī)療云平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行的基石。以某三甲醫(yī)院建設(shè)醫(yī)療云為實(shí)例，探討云平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的可行性。

在IT技術(shù)飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，“云”模式被逐步應(yīng)用在各行各業(yè)。“云”中的資源是無(wú)限擴(kuò)展的，當(dāng)前各行各業(yè)都按需逐步建立自己的“云”。而“醫(yī)療云”是指為醫(yī)療信息系統(tǒng)提供資源的主機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、軟件等的各項(xiàng)基礎(chǔ)服務(wù)，它幫助醫(yī)療機(jī)構(gòu)構(gòu)建信息化軟硬件環(huán)境，共享醫(yī)療數(shù)據(jù)資料，促進(jìn)醫(yī)護(hù)人員高級(jí)思維能力和群體智慧的發(fā)展[1]。醫(yī)療云的發(fā)展與其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的發(fā)展彼此影響并緊密聯(lián)系，云平臺(tái)的多數(shù)據(jù)中心對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出巨大挑戰(zhàn)[2]。本文以某三甲醫(yī)院建設(shè)醫(yī)療云為實(shí)例，探討云平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中的多數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的可行性。

1.醫(yī)療云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的總體需求

本院作為國(guó)家衛(wèi)健委部屬直管的一家有四個(gè)院區(qū)的綜合性三級(jí)甲等醫(yī)院，其中市內(nèi)兩個(gè)院區(qū)統(tǒng)一信息系統(tǒng)共數(shù)據(jù)中心，異市一個(gè)院區(qū)獨(dú)立信息系統(tǒng)，另一個(gè)異市院區(qū)仍在籌建中。根據(jù)醫(yī)院的信息化發(fā)展需求，云平臺(tái)總體架構(gòu)規(guī)劃從網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源、存儲(chǔ)和云平臺(tái)安全四個(gè)層面進(jìn)行規(guī)劃，四個(gè)層面的相互有效耦合實(shí)現(xiàn)整個(gè)醫(yī)院云平臺(tái)的兩地三數(shù)據(jù)中心的項(xiàng)目需求。多數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，本文結(jié)合本院建醫(yī)療云的實(shí)際情況，探討基于醫(yī)療云運(yùn)營(yíng)模式下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的可行性。

2.醫(yī)療云的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 醫(yī)院整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本次方案中采用云服務(wù)商在本市云機(jī)房作為生產(chǎn)中心，作為主用生產(chǎn)機(jī)房；另采用另一本省異市機(jī)房作為云災(zāi)備機(jī)房，云災(zāi)備數(shù)據(jù)中心通用VMware虛擬化平臺(tái)的VR+SRM技術(shù)實(shí)現(xiàn)異地災(zāi)備。另外同時(shí)舊改造醫(yī)院原有機(jī)房，重新搭建一個(gè)災(zāi)備資源池，再采用CDP技術(shù)在醫(yī)院本地再做災(zāi)備，形成兩地三中心架構(gòu)。其中主用系統(tǒng)用于承載醫(yī)院主要運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，主要系統(tǒng)資源配置滿(mǎn)足現(xiàn)有系統(tǒng)高效運(yùn)行要求，并充分保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全。備份系統(tǒng)分別部署在云災(zāi)備數(shù)據(jù)中心和醫(yī)院本地?cái)?shù)據(jù)中心，用于實(shí)時(shí)備份系統(tǒng)的應(yīng)用及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，三個(gè)數(shù)據(jù)中心均可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用級(jí)災(zāi)備。

考慮到醫(yī)院本地不再保留業(yè)務(wù)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境，后端運(yùn)行環(huán)境的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施資源完全采用第三方云服務(wù)商的托管模式。醫(yī)院云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)嚴(yán)格按醫(yī)院多數(shù)據(jù)中心高性能不間斷的客觀需求，提供不同物理路由的4條鏈路，實(shí)現(xiàn)環(huán)路保護(hù)，由云服務(wù)商提供接入設(shè)備以及使用雙路由調(diào)通院內(nèi)客戶(hù)端到云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)，和醫(yī)院本地機(jī)房接入到云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)。為了保證醫(yī)院與云平臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)暢通，云平臺(tái)與醫(yī)院之間通過(guò)2條不同物理路由的1條裸纖和1條1G帶寬的MSTP傳輸電路，并在本院核心交換機(jī)上做鏈路聚合，實(shí)現(xiàn)互為主備、相互負(fù)載，從而提高鏈路的高可靠性和利用效率。另為災(zāi)備考慮，采用1條1G帶寬的MSTP專(zhuān)線(xiàn)，將醫(yī)院本地與云服務(wù)災(zāi)備數(shù)據(jù)中心進(jìn)行連接，將醫(yī)院、云平臺(tái)及云災(zāi)備中心形成環(huán)路保護(hù)。另在醫(yī)院另一院區(qū)在已有光纖互聯(lián)的基礎(chǔ)上，新增一條500M帶寬的MSTP專(zhuān)線(xiàn)，將本省異地院區(qū)直接連接到云服務(wù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，充分保障另一院區(qū)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的接入。對(duì)于重要核心節(jié)點(diǎn)（本院區(qū)LAN網(wǎng)、分院區(qū)LAN網(wǎng)），醫(yī)院核心交換機(jī)使用光端接接入，光端機(jī)雙光路上行局端MSTP設(shè)備，光端機(jī)下行提供以太網(wǎng)光口（帶寬高于100M則用光口）或電口（帶寬低于100M則客戶(hù)端安裝光電轉(zhuǎn)換器，提供RJ45電口）連接用戶(hù)路由器或交換機(jī)，數(shù)據(jù)信息通過(guò)MSTP網(wǎng)絡(luò)匯聚至主點(diǎn)。

主要鏈路選擇MSTP專(zhuān)線(xiàn)的方式，主要具有如下優(yōu)勢(shì)：MSTP具備的動(dòng)態(tài)帶寬分配功能，可以保證醫(yī)院的核心業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)高優(yōu)先級(jí)傳輸質(zhì)量；MSTP強(qiáng)大的保護(hù)糾錯(cuò)功能，可以極短的時(shí)間從失效故障中自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，前端業(yè)務(wù)感覺(jué)不到網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)出了故障，具備自愈性，形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)保護(hù)；MSTP的剛性管道誤碼檢測(cè)精度可達(dá)到10-9bit/s，而且可以根據(jù)場(chǎng)景設(shè)置不同等級(jí)的誤碼檢測(cè)率觸發(fā)保護(hù)倒換，保證業(yè)務(wù)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行；MSTP剛性管道支持前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)，可以在因線(xiàn)路質(zhì)量不佳導(dǎo)致誤碼時(shí)提供誤碼糾錯(cuò)恢復(fù)。

除了醫(yī)院接入云網(wǎng)絡(luò)之外，本次醫(yī)療云平臺(tái)內(nèi)部組網(wǎng)也按照面向云計(jì)算應(yīng)用敏捷性的資源池化、快速?gòu)椥?、按需自助的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)原則。本期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層面虛擬化，再依托SDN 部署網(wǎng)絡(luò)控制器，數(shù)據(jù)層面與控制層面的完全分離，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的跨數(shù)據(jù)中心漂移以及網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維自動(dòng)化管理。整體邏輯拓?fù)鋱D見(jiàn)圖1。

2.2 醫(yī)療云的大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及虛擬化技術(shù)

2.2.1 大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在云環(huán)境下，最大的好處在于計(jì)算資源能夠隨需移動(dòng)，計(jì)算資源通過(guò)計(jì)算虛擬化可以實(shí)現(xiàn)在單臺(tái)的物理機(jī)下虛擬化成多個(gè)虛機(jī)，為了保障醫(yī)療業(yè)務(wù)的快速部署與穩(wěn)定運(yùn)行，各虛機(jī)需要在各業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行遷移，或在醫(yī)療云兩站點(diǎn)之間進(jìn)行跨集群虛機(jī)遷移，其IP地址和IP網(wǎng)關(guān)本身不會(huì)變化，所以從整個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，多個(gè)數(shù)據(jù)中心需要部署在一個(gè)大二層網(wǎng)絡(luò)，所有虛機(jī)集群保持在一個(gè)網(wǎng)段之內(nèi)。則醫(yī)療云兩主站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接均采用“核心+接入”的兩層架構(gòu)，每個(gè)站點(diǎn)采用2臺(tái)高端的核心交換機(jī)，能實(shí)現(xiàn)大吞吐的線(xiàn)速轉(zhuǎn)發(fā)能力（可以和原來(lái)或者新規(guī)劃的核心交換機(jī)共用），另外每個(gè)站點(diǎn)配置2臺(tái)萬(wàn)兆交換機(jī)作為云計(jì)算資源池的匯聚/接入交換機(jī)，充分滿(mǎn)足資源池節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)發(fā)。業(yè)務(wù)網(wǎng)核心與各接入設(shè)備的對(duì)接均采用萬(wàn)兆雙鏈路，管理網(wǎng)接入交換機(jī)通過(guò)千兆電口下連所有服務(wù)器及存儲(chǔ)等硬件設(shè)備的管理口，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的遠(yuǎn)程集中管控。

圖1.整體邏輯拓?fù)鋱D

圖2.網(wǎng)絡(luò)虛擬化構(gòu)造圖

當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)由核心層（兩臺(tái)萬(wàn)兆核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、兩臺(tái)核心路由器）和接入層（兩臺(tái)萬(wàn)兆接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組成，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療云平臺(tái)的業(yè)務(wù)、存儲(chǔ)、管理的互聯(lián)互通。在醫(yī)院醫(yī)療云平臺(tái)環(huán)境中，物理服務(wù)器和虛擬機(jī)都使用生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，按照醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)要求，可劃分一個(gè)專(zhuān)屬的網(wǎng)段內(nèi)，以保證各網(wǎng)絡(luò)安全。醫(yī)院之間的業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)交換，使用云平臺(tái)中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通；另外在云平臺(tái)環(huán)境中，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)主要用于訪(fǎng)問(wèn)FC-SAN 存儲(chǔ)及分布式存儲(chǔ)。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

在醫(yī)療云網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，引入網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，即可使得云平臺(tái)中由于虛擬機(jī)部署、遷移以及安全策略實(shí)施對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出的靈活性、安全性的要求，又可解決備用中心接管業(yè)務(wù)時(shí)，在數(shù)秒內(nèi)自動(dòng)調(diào)整，無(wú)需花費(fèi)10min手動(dòng)配置網(wǎng)絡(luò)和安全策略，迅速接管業(yè)務(wù)，降低運(yùn)維難度，極大程度上降低RTO[3]。網(wǎng)絡(luò)虛擬化通常是對(duì)路由器、交換機(jī)等組件進(jìn)行抽象分離出網(wǎng)絡(luò)流量的手段，通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒁粋€(gè)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分割或者對(duì)多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象并可以形成一個(gè)完整的虛擬網(wǎng)絡(luò)[4]。它主要功能是在數(shù)據(jù)中心的交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)，在服務(wù)器接入層、網(wǎng)絡(luò)匯聚層和核心層分別進(jìn)行部署。云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的核心是支持多個(gè)數(shù)據(jù)中心選項(xiàng)，而不是強(qiáng)迫降低可能會(huì)限制其他基礎(chǔ)設(shè)施選擇的專(zhuān)有路徑[5]。網(wǎng)絡(luò)虛擬化構(gòu)造圖見(jiàn)圖2。

3.小結(jié)

在整個(gè)醫(yī)院云網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中其重要要素包括：大二層網(wǎng)絡(luò)、高性能交換、虛擬化技術(shù)應(yīng)用等。本院醫(yī)療云網(wǎng)絡(luò)采用基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)構(gòu)建醫(yī)院醫(yī)療云災(zāi)備中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)資源池，醫(yī)療云兩站點(diǎn)之間部署了大二層網(wǎng)絡(luò)的方案，此方案既方便了業(yè)務(wù)故障雙活遷移，又能保證了業(yè)務(wù)可靠性。同時(shí)醫(yī)院需根據(jù)自身業(yè)務(wù)多場(chǎng)景的需求，合理規(guī)劃云網(wǎng)絡(luò)服務(wù)內(nèi)容，不要片面追求上云帶來(lái)的成本下降，需從長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)營(yíng)角度來(lái)甄別成本是否下降。