建設醫療私有云促進信息化發展

李瑞瑤，鮑 瀛，朱卓謹，張曉平

由于醫院業務的不斷增加，早期硬件環境中每個業務系統硬件資源自成一體、無法進行統一調配與管理的情況已不能滿足當前的業務要求，給信息中心的維護帶來了巨大成本與困難［1］。南京鼓樓醫院著手啟動智慧醫院信息集成平臺項目，借此機會建設基于南京鼓樓醫院信息中心的私有醫療云，對院內硬件基礎環境進行整合再造，做到合理設計、充分利舊［2］。通過網絡的整體規劃和改造，集成化、系統化、信息化、便捷化地對醫療服務和管理信息進行采集、整理、分析、優化、控制和交互，實現醫院各項業務的信息化運行和智能化管理。

1 原有網絡架構及其功能瓶頸

我院醫療數據中心自1998年就已投入使用，早期的數據中心架構如圖1所示。存儲通過FC網絡搭建，服務器與數據中心核心交換機通過千兆以太網連接，數據中心核心交換機和內網核心交換機之間為萬兆以太網，并通過防火墻進行數據過濾和保護。

隨著近20年來的不斷發展演變，我院已經改變了最初的架構，形成了現在的具備一定抗風險能力的數據中心架構，如圖2所示。目前，已建成院內兩個數據中心，分別位于新大樓主機房和2號樓容災機房。SAN存儲區域網絡仍采用FC網絡，主機房服務器區分為物理刀片和虛擬化資源池，容災機房為虛擬化資源池。此架構從2012年運行至今，能夠快速定位問題點，極少發生災難性網絡事故。

如今，面對智慧醫院信息集成平臺項目要求的龐大的數據傳輸量和網絡魯棒性，現有數據中心架構已不能滿足平臺上線后的業務需求。現有數據中心交換機沒有富余的萬兆接口，無法實現擴展；數據傳輸壓力集中于內網核心交換機，在數據遷移、服務器擴展時影響業務運行；所有數據均通過防火墻過濾，易形成傳輸瓶頸。針對以上問題，重新架構數據中心勢在必行。

圖1 早期數據中心架構

2 以集成平臺為核心的私有云架構

我院從2015年啟動建設集成平臺項目，實現全院數據互通，消除信息孤島，同時保證可擴展性，增加網絡魯棒性［3，4］。

圖2 現有數據中心架構

為滿足集成平臺的業務需求，改造方案為：新購物理機用于平臺業務，保證平臺業務安全暢通；根據現有設備，充分利舊，將數據庫資源采用虛擬機的方式進行整合與設計，通過此次整合實現所有業務系統的數據庫統一管理與容災備份；由于病患信息敏感性，我院仍采用私有云模式建設數據中心。綜上，我們設計了能夠滿足本次業務要求、并保證未來3～5年可擴展性的數據中心網絡架構，如圖3所示。

我們以全閃存陣列作為主存儲，為物理化、虛擬化架構業務的企業級Oracle、SQLServer等數據庫和需要高可靠性的集群應用提供高性能IO，提高數據處理能力，滿足集成平臺大數據量交互和處理所需的存儲和計算資源，提升應用訪問性能，外聯主機協議采用FCP。利用存儲級快照為備份加速，提升備份還原效率。

圖3 新數據中心架構

擴展虛擬化存儲，接入FC和萬兆以太網，解決當前虛擬化場景可用空間不足的問題，同時安裝VSC插件，優化VMware vSphere服務器虛擬化場景使用。計算資源虛擬化將與原有的VMware虛擬化計算資源進行有效整合，本次新采購的新硬件將注入到原有虛擬化計算資源中，與原有虛擬化計算資源合二為一，從而滿足1+1＞2的設計理念，組建成1套高彈性的虛擬化存儲以滿足未為5年內存儲資源的橫向擴展。

3 優化與改進

此次數據中心硬件改造完成了現有數據網絡的改進和優化：打通了跨中心的二層網絡，實現了虛擬機在不同數據中心不間斷業務的可遷移性；實現了雙活存儲；將防火墻旁掛既保證了數據流量監控，也避免了由于防火墻引起的數據傳輸瓶頸；并且將數據中心傳輸壓力下發、服務器網關下移，減輕了內網核心交換機的壓力。

3.1 跨數據中心二層網絡

二層網絡是針對當前最火熱的虛擬化數據中心的虛擬機動態遷移這一特定需求而提出的概念。在虛擬化數據中心里，一臺物理服務器被虛擬化為多臺邏輯服務器，被稱為虛擬機，每個虛擬機都可以獨立運行，有自己的操作系統和業務系統。而虛擬機動態遷移是指將虛擬機從一個物理服務器遷移到另一個物理服務器，并且要保證在遷移過程中，業務不能中斷，這就要求遷移的起始和目標位置必須在同一個二層網絡域之中。本次數據中心設計改造將主數據中心新購匯聚交換機與災備機房匯聚交換機二層網絡打通，形成了二層通道，使得虛擬機可以在兩個數據中心之間漂移。

3.2 實現雙活存儲

根據我院兩數據中心互為主備的設計要求，對主數據中心和容災中心的存儲系統設計如圖4所示拓撲。構建了虛擬化平臺存儲資源池分配給虛擬化平臺使用，容災存儲資源池配置容災備份策略實現遠程容災，以及MCC存儲雙活資源池供核心應用平臺使用。

此設計通過利舊與新購設備有效整合虛擬化計算資源，從而達到了1+1＞2的設計理念，并組成了1套高彈性的虛擬化存儲以滿足未來5年內存儲資源的橫向擴展。通過主數據中心和災備中心保證了業務系統連續不間斷運行，當個別服務出現故障時可以及時自動切換，實現雙機高可用性。利用MetroCluster技術，實現了分開部署的兩個機房能夠相互保護的雙活數據中心架構，結合了數據鏡像功能、數據快照功能、陣列雙控制器雙活和故障切換保護功能，實現了提供存儲系統高可靠性保證和數據訪問雙活架構的存儲功能。

3.3 防火墻旁掛

我院數據中心服務器區域的安全防護方面，目前部署有兩臺防火墻，采用Active/Passive部署方式。考慮到設備老舊問題，本次網絡升級將對兩臺防火墻進行重新配置，更改為旁掛方式進行部署，針對特定流量進行訪問策略控制，后期針對不同業務流量進行訪問策略的添加，以降低網絡風險，提高網絡靈活性。

3.4 數據中心核心壓力下發

此次數據中心架構升級將目前網絡配置不合理之處進行了改造，原有的數據中心服務器匯聚交換機由于板卡上的萬兆光口以占用，無法提供新購設備的相應接口，同時以二層（非Trunk）方式接入內網核心交換機，所有網關配置均在核心，導致服務器區域所有設備均在同一網段，新增網段困難，二層廣播域越來越大。

為此，我們更換了當前的數據中心服務器匯聚交換機，服務器區域網關下移至新增匯聚交換機，與備份機房華為交換機二層互通，形成相互備份，原有匯聚交換機作為普通機架式服務器的接入路由器。實現了數據中心核心交換機壓力下發，服務器網關下移，滿足了新增業務需求，同時方便了后期管理。

4 小結

隨著醫院信息化建設的高速發展，信息化業務已從原有的滿足收費、電子醫囑等簡單功能轉變成為實現各業務系統互聯互通、高效共享等一系列閉環需求，為適應業務發展，硬件技術建設也不斷升級，從僅使用物理服務器發展成物理、虛擬資源并存，甚至多中心雙活數據存儲。新技術的成熟為醫療信息化建設邁向更高層次奠定了基礎也帶來了挑戰，例如如何利用虛擬化技術、超融合技術與傳統架構結合，構建服務于千萬級消息隊列級別業務的硬件構架。除此以外，網絡安全的重要性也不斷凸顯，如何避免局域網內易大規模暴發的病毒攻擊、實現患者信息安全，如何架設基于端口的精細化防火墻安全措施等將是我們未來的研究內容。我們會以此次改造過程中的方法為基礎和藍本，建設更先進的信息硬件架構，更好地服務于醫院管理，使醫院管理更加現代化、科學化。

［1］陸兆輝，何 毅，巨華寧，等.醫院臨床數據中心（CDR）及應用的建設體會［J］.中國數字醫學，2016，11（3）：116-118.

［2］朱卓謹，趙 勰，李瑞瑤，等.加強網絡基礎建設提高帶寬利用效率防范安全風險［J］.江蘇衛生事業管理，2017，28（1）：73-75.

［3］李玉杰.基于集成平臺的臨床數據中心［J］.中國數字醫學，2014，9（8）：23-25.

［4］楊志玲，韓榮華，王 超.基于大數據的醫院數據中心建設思考［J］.中國數字醫學，2015，10（4）：77-80.