超融合技術(shù)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值

李薇，趙瑞興，陳倩文，鄭文俊

江門(mén)市中心醫(yī)院 網(wǎng)絡(luò)信息科，廣東 江門(mén) 529000

0 引言

伴隨大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，醫(yī)療信息化也踏入新的發(fā)展階段，加之醫(yī)療改革及配套信息化政策的出現(xiàn)，醫(yī)療管理逐步從“以治療為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙曰颊摺?shù)據(jù)為中心”[1-2]。“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展對(duì)醫(yī)療信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、互聯(lián)互通需求逐漸增加，對(duì)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的運(yùn)作、維護(hù)等管理要求更高[3]。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心肩負(fù)著醫(yī)院的信息技術(shù)支持，是醫(yī)院病案系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的核心力量，同時(shí)為醫(yī)院生產(chǎn)系統(tǒng)存儲(chǔ)并運(yùn)算數(shù)據(jù)。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)自單臺(tái)物理服務(wù)器獨(dú)自承擔(dān)服務(wù)、存儲(chǔ)及計(jì)算過(guò)渡到以存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)為構(gòu)架的虛擬化平臺(tái)，醫(yī)療資源的存儲(chǔ)及計(jì)算率得到大幅提升，然而虛擬化平臺(tái)主要依賴(lài)于服務(wù)器集群、小型計(jì)算機(jī)及交換機(jī)系統(tǒng)接口存儲(chǔ)組合，若物理服務(wù)器發(fā)生故障，則不可避免的是虛擬服務(wù)器也受到損傷，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，從而無(wú)法徹底解決醫(yī)療資源信息共享問(wèn)題[4]。

1 數(shù)據(jù)中心的發(fā)展

數(shù)據(jù)中心的發(fā)展主要經(jīng)歷3個(gè)階段：①物理架構(gòu)階段：將不同生產(chǎn)廠商及集成商的服務(wù)器、集中式網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、管理軟件等進(jìn)行集合組成的復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)。該種架構(gòu)模式滿足早期數(shù)據(jù)集中的需求，然后隨著信息技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用于數(shù)據(jù)不斷增多，該種架構(gòu)模式出現(xiàn)了各系統(tǒng)無(wú)法整合、可用性低、底層物理設(shè)備利用率低、系統(tǒng)升級(jí)困難等問(wèn)題；②服務(wù)器虛擬化階段：該架構(gòu)模式以一個(gè)物理服務(wù)器為中心，在改該物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)作一定數(shù)量可移動(dòng)的虛擬機(jī)，共享同一個(gè)底層硬件，包括計(jì)算、存儲(chǔ)、內(nèi)存等虛擬資源；虛擬機(jī)可有效提高物理服務(wù)器的可利用率，可備份操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)，提升了操作靈活性；但該種架構(gòu)模式僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源虛擬化，存儲(chǔ)方式仍使用共享的方式，如存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等，使分開(kāi)采購(gòu)的物理服務(wù)器與部署存儲(chǔ)變的復(fù)雜，運(yùn)作難度提升；加以虛擬機(jī)數(shù)量不斷增加加大了存儲(chǔ)陣列的讀寫(xiě)壓力，進(jìn)而出現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備性能不足的情況，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需求；③以軟件定義為IT基礎(chǔ)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心：通過(guò)軟件定義的方式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分散，具有部署自動(dòng)化、安全可靠、資源彈性化等優(yōu)勢(shì)，能滿足日漸增加的業(yè)務(wù)量[5]。

2 超融合技術(shù)的概念

超融合技術(shù)不同于傳統(tǒng)以硬件定義為IT基礎(chǔ)架構(gòu)，是一種將軟件定義作為IT基礎(chǔ)架構(gòu)的新型技術(shù)，可將傳統(tǒng)硬件定義系統(tǒng)的元素全部虛擬化，實(shí)現(xiàn)了各元素的橫向擴(kuò)展，為數(shù)據(jù)中心建設(shè)帶來(lái)更高的效率，節(jié)約更多的成本并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。超融合技術(shù)打破了傳統(tǒng)固有的服務(wù)器-網(wǎng)絡(luò)-存儲(chǔ)模式，將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源均放于同一臺(tái)物理服務(wù)器上，使每一臺(tái)物理服務(wù)器都可被視為一個(gè)單元節(jié)點(diǎn)，將多個(gè)節(jié)點(diǎn)借助網(wǎng)絡(luò)聚集實(shí)現(xiàn)模塊化的并聯(lián)擴(kuò)展，生成了包括所有服務(wù)器元素的資源池[6-7]。

3 超融合技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)服務(wù)

超融合技術(shù)其本質(zhì)在于融合，最重要的特點(diǎn)即為軟件定義存儲(chǔ)。超融合技術(shù)的服務(wù)器在存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)基礎(chǔ)上另提供了應(yīng)用計(jì)算的服務(wù)，降低了架構(gòu)對(duì)硬件的依賴(lài)性，實(shí)現(xiàn)由軟件控制存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)的邏輯上的虛擬化。

3.2 簡(jiǎn)單性

通過(guò)分析超融合技術(shù)發(fā)現(xiàn)，虛擬化融合部署使超融合技術(shù)在應(yīng)用端更具敏捷性，該項(xiàng)技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的存儲(chǔ)支撐，將存儲(chǔ)資源納入服務(wù)器中，簡(jiǎn)化了設(shè)備安裝調(diào)試程序，使系統(tǒng)便于預(yù)先配置、測(cè)試及安全集成，有利于系統(tǒng)的維護(hù)；同時(shí)超融合技術(shù)使系統(tǒng)具備更為強(qiáng)大的資源橫向擴(kuò)展能力，加強(qiáng)超融合一體機(jī)與整個(gè)架構(gòu)的無(wú)縫集成能力，促進(jìn)整個(gè)架構(gòu)更類(lèi)似于扁平化的彈性部署[8]。

3.3 可擴(kuò)展性

超融合技術(shù)具有較高安全性，而其安全性來(lái)源于多維軟件。傳統(tǒng)的硬件定義采用集中式存儲(chǔ)方式使存儲(chǔ)安全負(fù)擔(dān)加重，需要一份配置更為完善的備份機(jī)制以保障系統(tǒng)安全。超融合技術(shù)使用分布式存儲(chǔ)及虛擬化資源，使其自帶若干份保障策略，即同一份數(shù)據(jù)可保存多份副本。同時(shí)超融合技術(shù)可通過(guò)添加單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行橫向擴(kuò)展，資源池可根據(jù)工作負(fù)載狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的工作分配，減輕了應(yīng)用端的負(fù)荷[9]。

4 超融合技術(shù)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

4.1 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的需求

①高可用性：醫(yī)療體系系統(tǒng)被納入到國(guó)家等級(jí)保護(hù)需求中，明確要求醫(yī)院使用的系統(tǒng)需具有較高可用性。《醫(yī)院信息系統(tǒng)軟件基本功能規(guī)范》中指出，醫(yī)院核心門(mén)診信息系統(tǒng)故障時(shí)間需控制在10min以?xún)?nèi)，數(shù)據(jù)保護(hù)及業(yè)務(wù)連續(xù)性要實(shí)現(xiàn)全天保障。但是醫(yī)院數(shù)據(jù)中心使用的傳統(tǒng)架構(gòu)的物理服務(wù)器、存儲(chǔ)資源等利用率已接近極限，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)量增加的需求，服務(wù)器故障升高，存儲(chǔ)資源可利用率降低，醫(yī)院系統(tǒng)可隨時(shí)因?yàn)橛布收隙霈F(xiàn)宕機(jī)的現(xiàn)象，進(jìn)而易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。②數(shù)據(jù)安全性：《衛(wèi)生行業(yè)信息安全等級(jí)保護(hù)工作指導(dǎo)意見(jiàn)》指出，衛(wèi)生信息系統(tǒng)安全等級(jí)需高于三級(jí)，其中醫(yī)院數(shù)據(jù)中心需全面保障診療數(shù)據(jù)的安全。傳統(tǒng)架構(gòu)采用集中式的存儲(chǔ)方式，一旦出現(xiàn)硬件故障等狀況，極易導(dǎo)致診療數(shù)據(jù)丟失，無(wú)法保障醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的安全性。③部署迅速：為實(shí)現(xiàn)醫(yī)院智慧化、智能化建設(shè)，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)需配備快速購(gòu)置、快速支付、快速部署、快速應(yīng)用的信息化系統(tǒng)。傳統(tǒng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心因服務(wù)器配置不合理，各系統(tǒng)之間資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效共享，使醫(yī)院診療系統(tǒng)部署敏捷性下降，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)的需求[10-12]。

4.2 超融合技術(shù)的應(yīng)用

將超融合套件運(yùn)行于服務(wù)器上，在可運(yùn)行多個(gè)瀏覽器的Web控制臺(tái)上運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)施套件以實(shí)現(xiàn)抽取物理資源信息，并打包硬盤(pán)、中央處理器計(jì)算資源、內(nèi)存等物理資源，將其設(shè)為一組邏輯資源。該邏輯資源經(jīng)套件進(jìn)行處理后需遵守套件的調(diào)度、管理及分配原則，從而實(shí)現(xiàn)資源的高利用率，降低系統(tǒng)管理的復(fù)雜性，加快對(duì)業(yè)務(wù)需求的反應(yīng)速度，提供可靠的應(yīng)用端[13]。應(yīng)用超融合套件聚集個(gè)單元節(jié)點(diǎn)物理服務(wù)器中的存儲(chǔ)資源，建立一個(gè)可以分配、共享的存儲(chǔ)資源池，所有單元節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)資源在資源池中被統(tǒng)一管理、分配[14]。

5 超融合技術(shù)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)的應(yīng)用效果

5.1 簡(jiǎn)化基礎(chǔ)架構(gòu)

傳統(tǒng)的硬件定義為三層式基礎(chǔ)架構(gòu)，可擴(kuò)展能力較低，實(shí)用性較差，無(wú)法使用醫(yī)院數(shù)據(jù)中心快速增長(zhǎng)的診療業(yè)務(wù)。超融合技術(shù)將存儲(chǔ)進(jìn)行虛擬化使醫(yī)院數(shù)據(jù)中心可以通過(guò)增加服務(wù)器數(shù)量（橫向擴(kuò)展）、增加服務(wù)器數(shù)量（縱向擴(kuò)展）等方式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間擴(kuò)展，同時(shí)使存儲(chǔ)性能也得到同步擴(kuò)展，可以快速、無(wú)縫、彈性的承擔(dān)醫(yī)院診療業(yè)務(wù)，因此超融合系統(tǒng)進(jìn)行部署時(shí)無(wú)需考慮過(guò)多因素，以近期需求為主要考慮對(duì)象即可[15-16]。

5.2 節(jié)約成本

①節(jié)約基礎(chǔ)架構(gòu)成本：超融合技術(shù)通常使用X86服務(wù)器等低單價(jià)企業(yè)服務(wù)器為基礎(chǔ)且其組件相對(duì)廉價(jià)，使運(yùn)行成本相對(duì)減少；②按需置辦：HCI具有橫向擴(kuò)展的靈活性，可隨時(shí)納入新的單元節(jié)點(diǎn)至資源池中，醫(yī)院可依據(jù)自身業(yè)務(wù)增長(zhǎng)需求進(jìn)行設(shè)備的置辦，從而有效控制成本的消耗；③管理程序的簡(jiǎn)化：物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常為各種路由器、交換機(jī)連接而成，超融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化更注重?cái)?shù)據(jù)中心、主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，有效節(jié)省了物理主機(jī)需置入的設(shè)備。同時(shí)，超融合技術(shù)通過(guò)靈活分配路由、安全、交換等各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，擺脫傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理、運(yùn)維難題的同時(shí)為醫(yī)院數(shù)據(jù)中心提供了一個(gè)全新網(wǎng)絡(luò)連接運(yùn)作維護(hù)模式，從而大幅度降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。另一方面超融合技術(shù)將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，降低了運(yùn)行難度，節(jié)約了各系統(tǒng)的運(yùn)作維護(hù)成本[17-18]。

5.3 提升運(yùn)維管理效率

傳統(tǒng)硬件定義的架構(gòu)需要技術(shù)人員學(xué)習(xí)、掌握多種硬件及軟件的操作性能，且學(xué)習(xí)周期較長(zhǎng)，消耗大量人力資源及時(shí)間成本，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)容易牽涉多個(gè)應(yīng)用端，技術(shù)人員需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的篩查、定位并對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)，進(jìn)而影響醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理。超融合技術(shù)使用的X86服務(wù)器及套件可實(shí)現(xiàn)對(duì)超融合的全面管理及運(yùn)作，加之專(zhuān)業(yè)化軟件顯示為可視化圖形交互頁(yè)面，降低了專(zhuān)業(yè)難度，有利于技術(shù)人員快速學(xué)習(xí)；同時(shí)超融合服務(wù)器一旦發(fā)生故障，其本身可進(jìn)行自愈、數(shù)據(jù)自動(dòng)均衡、單元節(jié)點(diǎn)自動(dòng)擴(kuò)容的特點(diǎn)，減輕了維護(hù)人員的工作量，提升其精準(zhǔn)定位故障的準(zhǔn)確性。另一方面，超融合部署迅速、彈性擴(kuò)展的能力，能伴隨不斷增長(zhǎng)的診療業(yè)務(wù)進(jìn)行自我調(diào)整，增加了基礎(chǔ)架構(gòu)的使用周期，提升運(yùn)維管理效率[19-20]。

5.4 高安全性

醫(yī)院使用的傳統(tǒng)硬件定義的架構(gòu)模式使機(jī)柜空間利用率逐漸接近飽和，面對(duì)日漸增長(zhǎng)的診療業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)架構(gòu)模式無(wú)法滿足其需求，加上高發(fā)的服務(wù)器及存儲(chǔ)故障，數(shù)據(jù)中心隨時(shí)可能因硬件故障而出現(xiàn)宕機(jī)而造成數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)而影響醫(yī)院數(shù)據(jù)的安全，加上大部分極其老舊，難以購(gòu)買(mǎi)，易出現(xiàn)維保困難、配件缺貨等現(xiàn)象。超融合技術(shù)建設(shè)的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心，當(dāng)硬件出現(xiàn)故障時(shí)，可以借助系統(tǒng)請(qǐng)求分散至其他節(jié)點(diǎn)副本上，保障數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，進(jìn)而保證了一份數(shù)據(jù)具有多份備份。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新時(shí)，超融合技術(shù)可經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)同步技術(shù)將所有備份進(jìn)行更新。超融合技術(shù)自帶的多副本機(jī)制最大限度的保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高安全性[21]。

5.5 服務(wù)器性能較高

傳統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu)易受到硬盤(pán)參數(shù)影響，當(dāng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)量過(guò)高使極易出現(xiàn)服務(wù)器卡頓的情況，超融合技術(shù)特有的多個(gè)單元節(jié)點(diǎn)并發(fā)、固態(tài)硬盤(pán)緩存加速等特點(diǎn)是傳統(tǒng)中、高端硬盤(pán)參數(shù)性能的三倍，超融合技術(shù)將存儲(chǔ)軟件定義為“計(jì)算+server存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”的形式，大幅度提升了服務(wù)器硬盤(pán)性能[22]。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)信息化的快速發(fā)展，必然會(huì)導(dǎo)致超融合技術(shù)的出現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)可以滿足日漸增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)于硬件可靠性、安全性、可擴(kuò)展能力的多方面的需求，其發(fā)展速度取代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心已成為必然趨勢(shì)[23]。超融合技術(shù)滿足當(dāng)今信息化發(fā)展的兩大重要特征：顯著的性能提升及更為緊湊的結(jié)構(gòu)，其具備更多的服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)共享，具有更強(qiáng)的橫向擴(kuò)展能力，借助對(duì)單元節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)聚集，形成了統(tǒng)一的資源池，從而為醫(yī)院數(shù)據(jù)中心帶去更高的效率及數(shù)據(jù)保護(hù)，有效整合醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的資源，減少服務(wù)器數(shù)及運(yùn)維成本，節(jié)省機(jī)房空間，降低系統(tǒng)宕機(jī)產(chǎn)生的危險(xiǎn)，能夠滿足醫(yī)院數(shù)據(jù)建設(shè)中心的需求，為醫(yī)院數(shù)字化建設(shè)提供了強(qiáng)有力的保障，保證醫(yī)院日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)連續(xù)性，取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)收益。