臨床信息系統架構虛擬化技術初探

中國人民解放軍第一零二醫院 信息科，江蘇 常州 213003

臨床信息系統架構虛擬化技術初探

黃清，楊杰，陳紅

中國人民解放軍第一零二醫院 信息科，江蘇 常州 213003

本文從服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、桌面虛擬化、應用虛擬化五個方面介紹了臨床信息系統架構虛擬化技術，旨在為醫療云的實現提供相關信息。

臨床信息系統；服務器虛擬化；存儲虛擬化；網絡虛擬化；桌面虛擬化；應用虛擬化

0 前言

云計算能夠將計算任務分布在大量的資源池上，使各種應用系統能夠通過網絡根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務，已成為IT業的一個新的發展趨勢[1]。虛擬化技術是云計算在基礎設施服務層次上的核心技術，快速部署和資源調度都是建立在虛擬化技術之上的[2]。醫療云是在醫療護理領域采用現代計算技術，使用“云計算”的理念來構建醫療保健服務系統。這種醫療保健服務系統能有效地提高醫療保健的質量、控制成本、便捷訪問醫療保健服務。本文通過查閱相關資料對臨床信息系統架構的核心技術，即虛擬化技術進行了介紹，以期為醫療云的實現提供相關信息。

1 臨床信息系統架構

廣義上的臨床信息系統包括醫生工作站系統、護理信息系統、檢驗信息系統（LIS）、放射信息系統（RIS）、醫學影像存儲與傳輸系統（PACS）、臨床路徑（CP）管理系統[3]、辦公自動化（OA）系統[4]、手術麻醉[4]、遠程監護[4]以及電子病歷（EMR）系統等。隨著醫院新應用系統地不斷上線，醫療信息數據呈級數增長，原有的系統迫切需要擴容升級。但醫院內在不同時期分批建成的HIS、PACS和EMR等系統使得這些數據處于分散存儲狀態，每個系統所采取的存儲方式與存儲介質也各不相同，且有些存儲系統已經無法滿足業務不斷發展的需要。

上述系統應用規模的不斷擴大，其在數據管理方面的問題日益凸顯出來，主要表現為：容量不足，數據調用不便；系統結構相對落后，系統穩定性有待提高；分散存儲的模式，嚴重影響數據資產的管理效率。

虛擬化技術的出現使得數據間的交換、傳遞等功能安全可靠地通過網絡進行，為臨床信息系統的不斷完善提供了明確的方向。

2 虛擬化技術

2.1 服務器虛擬化[5]

服務器虛擬化就是將服務器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器，讓CPU、內存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態管理的“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]、簡化系統管理、實現服務器整合，讓IT對業務的變化更具適應力。

虛擬服務器的虛擬機文件保存在系統文件中，通過快速轉移和復制可快速的完成災難恢復[7]。因此，在容災中心建立虛擬化服務器系統，有助于快速恢復業務系統、降減少系統恢復時間、降低容災中心建設成本。

虛擬技術的VMotion（虛擬機動態遷移）[8]和高可用性集群系統（HA）[9]能夠提供業務系統的安全運行級別和資源利用率。VMotion功能不僅大大減低了計劃內及計劃外的宕機時間，而且減少了系統恢復的時間；HA功能確保各節點合理有效地利用資源，提高應用程序的可用性和系統的整體性能。

虛擬化能極大降低醫院信息中心服務器系統的結構復雜度，降低管理難度和運營成本，簡化了管理并確保了業務的連續性。

2.2 存儲虛擬化

存儲虛擬化就是對存儲硬件資源進行抽象化表現，其核心是虛擬存儲結構[10]，可將不同的物理存儲設備（如RAID、JBOD、磁帶庫等）通過不同的接口協議（如SCSI、ISCSI、IFCP等）[11]整合成一個虛擬的存儲池。存儲虛擬化通過將一個（或多個）目標（Target）的服務或功能與其他附加的功能進行集成來提供全面的功能服務。虛擬化作用在一個或者多個實體上，而這些實體則是用來提供存儲資源及服務的。

存儲虛擬化的思想是將許多零散的存儲資源（各種品牌的存儲子系統）整合起來，將資源的邏輯映像與物理存儲分開，在單一的控制界面動態地管理和分配存儲資源。對于用戶來說，虛擬化的存儲資源就像是一個巨大的“存儲池”（存儲池可跨多個存儲系統）[12]，不必關心自己的數據經過哪一條路徑，通往哪一個具體的存儲設備。虛擬化技術能夠幫助醫院建立雙活數據中心，確保醫院業務系統實現真正的無中斷業務系統連續性。雙活存儲虛擬化結構圖，見圖1。

圖1 雙活存儲虛擬化結構

2.3 網絡虛擬化

最早的網絡多虛一技術代表是交換機集群（Cluster）技術，多以盒式小交換機為主，將多臺設備連接整合起來組成一個“聯合設備”，虛擬整合成一個邏輯設備[13]，該模式較為古老，當前數據中心里面已經很少見了。而新的技術則主要分為兩個方向：控制平面虛擬化與數據平面虛擬化。

控制平面虛擬化帶來的規模限制問題短時間內沒有辦法解決，那么能不能只做數據平面的虛擬化呢？于是出現了TRILL（TRansparent Interconnect of Lots of Links）和SPB（Shortest Path Bridging）技術。他們都是用L2 ISIS作為控制協議在所有設備上進行拓撲路徑計算，轉發的時候會對原始報文進行外層封裝，以不同的目的Tag在TRILL/SPB區域內部進行轉發。對外界來說，可以認為TRILL/SPB區域網絡就是一個大的虛擬交換機，Ethernet報文從入口進去后，完整地從出口吐出來，內部轉發過程對外是不可見且無意義的。

從數據中心當前發展來看，規模擴充是首位的，帶寬增長也是不可動搖的，因此在網絡多虛一方面，控制平面多虛一的各種技術除非能夠突破控制層多機協調工作的技術枷鎖，否則只能夠在中小型數據中心里面使用，后期真正的大型云計算數據中心勢必是屬于TRILL/SPB等平面多虛一技術的天地。

2.4 桌面虛擬化

桌面虛擬化（又稱桌面云化或云桌面）是指將計算機的桌面進行虛擬化，既保持了桌面使用的靈活性，也提高了業務靈敏性、安全性（所有數據存放于服務器端，防止敏感數據的泄露）[14]；還運用系統鏡像、模板、鏈接克隆等功能使桌面與應用的部署更靈活、快速、有彈性，桌面部署時間從天、小時級縮短到分鐘級，實現了集中管理和維護，大大減輕了IT部門部署應用程序的負擔和維護終端的壓力。

很多桌面虛擬化均是一種基于云計算的模型，并且與服務器虛擬化結合，借用了各類終端接入云端，在提高自身管理能力的同時還提供類似非虛擬化環境下的用戶體驗[15]。客戶端可以通過任何設備，在任何地點、任何時間訪問在網絡上的屬于我們個人的桌面系統。桌面虛擬化結構圖，見圖2。

圖2 桌面虛擬化架構

2.5 應用虛擬化

應用虛擬化可在數據中心對任何應用進行虛擬化、集中保存和管理，然后隨時隨地通過任何設備按需交付給用戶；可將各種應用作為集中服務按需交付，實現了應用部署方式的革命性轉變。應用虛擬化通過集中化應用和管理來降低應用管理成本，可將應用及時交付給任何地點的用戶，并且能夠幫助IT人員更加快速和準確地解決問題，利用集中化控制和安全訪問增強安全性。移動醫護工作站可以在移動終端上通過虛擬桌面實現所有醫囑及病歷等醫療數據的提取，而不需要引進任何移動推車及移動查房等軟件。

3 虛擬化技術在臨床信息系統架構中的運用

通過對服務器虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化的研究我院設計了雙活的臨床信息系統的系統架構，通過服務器的虛擬化保證兩地的服務器異地的負載均衡和高可用性，通過網絡的虛擬化使數據鏈路可以雙向達到不同的存儲池，通過桌面虛擬化使用戶可以使用任何設備，在任何時間、任何地點進行辦公，并保證數據的安全，真正達到了高可靠性、高安全性。

4 結束語

虛擬化技術的發展，改變了臨床信息系統的整個戰略架構，為醫療云的整個架構、醫療數據中心私有云建設、基礎架構即服務（IAAS）[16]、軟件即服務（SaaS）[16]和平臺即服務（PaaS）[16]的實現打下了堅實的基礎。未來還有更多的信息虛擬技術需要納入到醫療云的整個架構建設當中，如云安全、云監控、數據中心聯盟等，我們需要整體規劃，一步步的去實現醫療云。

[1] 馬錫坤,楊國斌,于京杰．基于虛擬化的云計算數據中心整體解決方案[J]．中國醫療設備,2012,27(12):62-64．

[2] 陳碩．企業云計算構架中的虛擬化技術[J]．計算機光盤軟件與應用,2011,(24):37．

[3] 朱立峰,索仲良,崔潔,等．醫院信息系統建設軟件配置研究[J]．醫學信息:上旬刊,2012,25(10):4-5．

[4] 曹茂誠,陳旭,何及夫,等．服務器虛擬化技術在構建數字化醫院中的應用[J]．中國衛生質量管理,2012,19(5):79-81．

[5] 何毅．基于Hyper-V的虛擬化技術在醫院的應用[J]．中國數字醫學,2011,6(3):63-64．

[6] 戴聲,艾育華,陳芳炯．服務器虛擬化技術在醫院信息系統中的應用[J]．中國數字醫學,2012,7(10):101-103．

[7] 李波．服務器的虛擬化技術在醫院信息系統中的應用[J]．醫療裝備,2010,23(12):15-16．

[8] 丁佐杉,滿喜東,許新房．服務器虛擬化部署研究與分析[J]．計算機光盤軟件與應用,2012,(5):43-44．

[9] 趙君,孫宏國,郝雁罡,等．利用虛擬化技術整合醫院信息系統平臺[J]．中國病案,2011,12(12):49-50．

[10] 康瓊．存儲虛擬化技術探討[J]．長江大學學報:理工卷,2010, (3):594-595．

[11] 馬錫坤,于京杰,楊國斌．存儲虛擬化技術在醫院信息系統平臺中的作用[J]．中國醫療設備,2011,26(10):39-40．

[12] 黃達文．存儲虛擬化技術在電力企業的應用[J]．數字技術與應用,2010,(8):115-116．

[13] 蔡苗土．網絡虛擬化技術在醫院IT基礎架構中的應用[J]．中國信息化,2012,(8):64-65．

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

[15] 鐘約夫,王瑞勛．桌面虛擬化應用中虛擬環境評估與規劃的研究[J]．自動化與儀器儀表,2011,(1):15-16．

[16] 馬曉亭．面向云計算的數字圖書館動態遷移關鍵問題及優化[J]．高校圖書館工作,2012,(6):69-71．

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