基于混合云架構(gòu)的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的建設(shè)

馬軍，閆若玉，王斌，杜偉南，趙志遠，楊發(fā)軍

玉溪市人民醫(yī)院 a. 信息與網(wǎng)絡(luò)管理科；b. 人力資源科，云南 玉溪 653100

引言

伴隨醫(yī)院信息化、醫(yī)療數(shù)字化的迅猛發(fā)展趨勢，醫(yī)院傳統(tǒng)的IT架構(gòu)面臨著諸多方面的挑戰(zhàn)，就醫(yī)院內(nèi)部而言，醫(yī)院信息化建設(shè)經(jīng)歷了較長的周期，不同廠商、不同功能的信息系統(tǒng)較為分散，形成大量、多樣、易變、快速、復雜的海量數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，就醫(yī)院外部而言，移動支付、遠程醫(yī)療、分級診療等需求對數(shù)據(jù)整合、信息共享和流程協(xié)同提出了更高的要求，要實現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)的整合、共享、挖掘，亟待轉(zhuǎn)變以往的管理形式，混合云架構(gòu)下的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心不失為一個解決內(nèi)外部數(shù)據(jù)需求的有效渠道[1-4]。本文就我院初步建立混合云架構(gòu)下的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的實踐進行了總結(jié)。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的問題

1.1 管理復雜

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心管理復雜，設(shè)備廠商多樣，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復雜，數(shù)據(jù)備份技術(shù)繁多。醫(yī)院信息化建設(shè)實踐中，大多已經(jīng)建成HIS、LIS、PACS、EMR等信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)較好地支持醫(yī)院基本診療流程，但這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存放大多處于分散存儲的方式（即采用上一套系統(tǒng)增加一套服務(wù)器和存儲的建設(shè)模式），基于這種模式導致數(shù)據(jù)中心需要進行維護的硬件設(shè)施在不斷地增加，而且由于歷史原因呈現(xiàn)硬件品牌多樣（包括主流服務(wù)器IBM、HP、DELL和聯(lián)想等，存儲IBM、HP、EMC、HDS等），網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復雜（包括單服務(wù)器、單服務(wù)器帶單存儲、雙服務(wù)器帶單存儲和雙服務(wù)器帶雙存儲等），數(shù)據(jù)備份技術(shù)繁多（包括冷備、熱備和雙活等），給管理科室?guī)砹司S護成本高、管理復雜等問題。

以我院為例，醫(yī)院信息化建設(shè)始于1998年，經(jīng)過20年的發(fā)展，目前已經(jīng)初步建成了以應(yīng)用為核心的醫(yī)院信息系統(tǒng)，終端應(yīng)用規(guī)模已經(jīng)超過1500個終端，服務(wù)器和存儲數(shù)量已經(jīng)超過40多臺，硬件品牌數(shù)量接近10個，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)備份技術(shù)也達到6～7種，面對如此復雜數(shù)據(jù)中心組成，以及每天不斷產(chǎn)生大數(shù)據(jù)和不同層級醫(yī)院互聯(lián)互通的對于系統(tǒng)硬件增加的需求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式和有限的運維人員已不能適應(yīng)醫(yī)院信息化管理和運營的新形勢，顯現(xiàn)出多方面弊端。

1.2 效率低下

隨著醫(yī)院信息化進程的不斷深化，醫(yī)院信息系統(tǒng)逐步成為支撐醫(yī)院業(yè)務(wù)運行的重要平臺，大部分業(yè)務(wù)流程都依賴于信息系統(tǒng)提供的服務(wù)來運作，為保證信息系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、有效的運行，對于支撐業(yè)務(wù)的信息系統(tǒng)也提出更高的RPO/RTO需求，為滿足需求醫(yī)院需要購買不同廠家的專業(yè)服務(wù)并配備專業(yè)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫管理員，不僅增加醫(yī)院的維護成本，而且運維起來相當費時費力，存在人財物高投入、低產(chǎn)出的問題。

1.3 技術(shù)滯后

數(shù)據(jù)管理中心滯后的技術(shù)與新的醫(yī)療模式不相適應(yīng)。面對深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革、落實全國衛(wèi)生與健康大會部署和“進一步改善醫(yī)療服務(wù)行動計劃（2018～2020）”等一系列優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)流程、創(chuàng)新醫(yī)療服務(wù)模式、提升醫(yī)療質(zhì)量安全、改善群眾就醫(yī)感受的政策方針，決定信息化建設(shè)需要有不同類型應(yīng)用、服務(wù)接入，采用相對主流、開放的硬件架構(gòu)、操作系統(tǒng)就顯得尤為重要，這些恰恰是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心不具備的[5]。

2 建設(shè)目標

為滿足醫(yī)院內(nèi)外部業(yè)務(wù)對于數(shù)據(jù)中心的要求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心僅依托于傳統(tǒng)的計算機技術(shù)已經(jīng)不能很好解決該項問題，只有引入最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并結(jié)合傳統(tǒng)計算機技術(shù)才能從根本上進行解決，而云計算技術(shù)作為傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物恰好為我們提供另外一種解決問題的思路，按照美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互[6-7]。

本方案旨在依托于云計算技術(shù)的背景，通過構(gòu)建新的數(shù)據(jù)中心，整合現(xiàn)有的硬件資源，探索“高性能、高可用、高可擴展性、高可維護性、低成本”的有效運維模式。

3 方案架構(gòu)及實施

結(jié)合本院需求，我們根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)安全性和網(wǎng)絡(luò)性能的需求差異，大致將業(yè)務(wù)系統(tǒng)分為兩類，一類是20%核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，要求環(huán)境具備較高的數(shù)據(jù)安全性和較好的網(wǎng)絡(luò)性能，仍然部署在醫(yī)院的私有云上，充分利用虛擬化、超融合和雙活等先進信息技術(shù)[8-9]；另一類是80%次重要和非重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)，逐步過渡到公有云上，整體架構(gòu)見圖1。

3.1 20%核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)

3.1.1 HIS系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)的重要性核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)需求災難恢復時間目標（RTO）3 min及災難恢復點目標（RPO）零數(shù)據(jù)丟失，考慮到HIS系統(tǒng)設(shè)計基于OLTP傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的主要應(yīng)用，前臺接收的用戶數(shù)據(jù)可以立即傳送到計算中心進行處理，并在很短的時間內(nèi)給出處理結(jié)果，并且存在高并發(fā)的情況，所以將HIS系統(tǒng)部署在獨立的服務(wù)器和存儲上滿足性能方面的需求；同時配置雙活，利用了雙重在線存儲和完全的網(wǎng)絡(luò)切換能力，不僅保證數(shù)據(jù)的完全一致性，而且存儲和網(wǎng)絡(luò)等環(huán)境具備了應(yīng)用的自動切換能力，一旦發(fā)生災難，備份站點不僅有全部的數(shù)據(jù)，而且應(yīng)用可以自動接管，實現(xiàn)零數(shù)據(jù)丟失的備份[10-11]，目前實施方案見圖2。

圖2 HIS系統(tǒng)容災備份方案拓撲圖

3.1.2 LIS、PACS系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)的重要性重要系統(tǒng)和業(yè)務(wù)需求災難恢復時間目標（RTO）1 h及災難恢復點目標（RPO）1 h，將該類系統(tǒng)部署在基于虛擬化的私有云上。由于現(xiàn)如今的x86服務(wù)器的設(shè)計存在局限性，每次只能運行一個操作系統(tǒng)和應(yīng)用，導致數(shù)據(jù)中心必須部署大量服務(wù)器，而每臺服務(wù)器的容量利用率只有5%到15%，無論以哪種標準來衡量，都十分低效。基于醫(yī)院現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，利用虛擬化技術(shù)使用軟件來模擬硬件并創(chuàng)建虛擬計算機系統(tǒng)，便可以在單臺服務(wù)器上運行多個虛擬系統(tǒng)，也就是運行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用，從而實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟并提高效益[12-13]。基于這樣的改造，醫(yī)院現(xiàn)有的服務(wù)器和存儲減少一半以上的配置，降低資金成本和運維成本；虛擬化支持最大限度地減少或消除停機、更快地調(diào)配應(yīng)用和資源，提高IT部門的工作效率、效益、敏捷性和響應(yīng)能力；虛擬化支持業(yè)務(wù)連續(xù)性與災難恢復，能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。

圖1 數(shù)據(jù)中心架構(gòu)方案

3.2 80%次重要和非重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)（包括感染管理、停車管理等系統(tǒng)）的重要性次要系統(tǒng)和業(yè)務(wù)需求災難恢復時間目標（RTO）1天及災難恢復點目標（RPO）1天，將該類系統(tǒng)逐步過渡到公有云上[14]。目前本地區(qū)建立有專門的華為云數(shù)據(jù)中心，通過專線能夠方便獲取云計算服務(wù)，通過測試能夠滿足醫(yī)院對于該部分系統(tǒng)的應(yīng)用需求，且經(jīng)過測算與自建相關(guān)成本比較低廉（比如以一套50 T存儲為例，醫(yī)院自行建設(shè)需要一次性投入至少50萬元，但采用云計算服務(wù)模式只需要每年投入不到10萬元，且可以節(jié)省設(shè)備電力、空調(diào)和專業(yè)維護人員的成本支出），另外云計算服務(wù)還提供專門的數(shù)據(jù)備份功能，為醫(yī)院節(jié)省業(yè)務(wù)系統(tǒng)備份配置的投入。

4 應(yīng)用效果

4.1 簡化數(shù)據(jù)中心管理

通過新數(shù)據(jù)中心改造，有效簡化數(shù)據(jù)中心的管理[15]。從需要維護的服務(wù)器和存儲數(shù)量來看，醫(yī)院通過整合減少將近一半的設(shè)備；從需要維護的硬件品牌數(shù)量來看，也從之前的10種減少到5種以內(nèi)；從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)備份技術(shù)來看，通過引入新技術(shù)，整合多種數(shù)據(jù)保障技術(shù)，滿足OLTP和OLAP不同類型事物處理系統(tǒng)的要求，相關(guān)技術(shù)從之前6～7種減少到3種；從運維工作量來看，由于需要醫(yī)院進行溝通的公司數(shù)量也大幅減少，運維人員的工作量得到有效減少，另外由于醫(yī)院設(shè)備品牌相當統(tǒng)一，也方便醫(yī)院向公司申請更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

4.2 降低資金成本和運維成本

由于醫(yī)院使用設(shè)備品牌逐步趨于統(tǒng)一和設(shè)備數(shù)量的減少，設(shè)備所需能耗得到有效地控制，另外基于服務(wù)支持方面，需要購買的專業(yè)公司服務(wù)也在逐漸減少，同時運維人員需要掌握的維護技能趨于統(tǒng)一，醫(yī)院可以通過培養(yǎng)自己運維人員來逐步減少對專業(yè)公司過分依賴，有效地減低資金成本。

4.3 適應(yīng)醫(yī)療模式轉(zhuǎn)變的需要

面對醫(yī)院面臨的各種政策調(diào)整的需求，運用云計算技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心并提供開放的硬件架構(gòu)，具有較好的業(yè)務(wù)擴展靈活性，能夠高效地滿足各種新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

5 討論與總結(jié)

在新數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中醫(yī)院得到很多專家和專業(yè)公司的支持和幫助，方案充分考慮等級保護對于數(shù)據(jù)安全的要求，采取重點系統(tǒng)優(yōu)先部署、其他系統(tǒng)逐步推進的方式，依托于云計算技術(shù)對醫(yī)院的現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施重新進行整合，目前項目已經(jīng)基本完成部署，初步實現(xiàn)簡化數(shù)據(jù)中心的管理，提升IT運維的效率，降低投入資產(chǎn)成本的效果，并為醫(yī)院未來新業(yè)務(wù)的發(fā)展提供可擴展性。

另外該數(shù)據(jù)中心雖然在一定程度上能夠滿足醫(yī)院目前和未來幾年業(yè)務(wù)發(fā)展的需求,但是伴隨醫(yī)院信息化發(fā)展的日新月異，后續(xù)還需要持續(xù)進行完善。利用公有云提供商在大數(shù)據(jù)分析方面的優(yōu)勢來深化對醫(yī)院數(shù)據(jù)的利用等問題是下一步研究工作的目標[16]。