超融合技術在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設中的應用價值

李薇，趙瑞興，陳倩文，鄭文俊

江門市中心醫(yī)院 網(wǎng)絡信息科，廣東 江門 529000

0 引言

伴隨大數(shù)據(jù)時代的到來，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，對醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的運作、維護等管理要求更高[3]。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心肩負著醫(yī)院的信息技術支持，是醫(yī)院病案系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、醫(yī)學影像系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的核心力量，同時為醫(yī)院生產(chǎn)系統(tǒng)存儲并運算數(shù)據(jù)。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設自單臺物理服務器獨自承擔服務、存儲及計算過渡到以存儲局域網(wǎng)絡為構架的虛擬化平臺，醫(yī)療資源的存儲及計算率得到大幅提升，然而虛擬化平臺主要依賴于服務器集群、小型計算機及交換機系統(tǒng)接口存儲組合，若物理服務器發(fā)生故障，則不可避免的是虛擬服務器也受到損傷，甚至導致系統(tǒng)崩潰，從而無法徹底解決醫(yī)療資源信息共享問題[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個階段：①物理架構階段：將不同生產(chǎn)廠商及集成商的服務器、集中式網(wǎng)絡、存儲、大型數(shù)據(jù)庫、管理軟件等進行集合組成的復雜系統(tǒng)架構。該種架構模式滿足早期數(shù)據(jù)集中的需求，然后隨著信息技術發(fā)展，應用于數(shù)據(jù)不斷增多，該種架構模式出現(xiàn)了各系統(tǒng)無法整合、可用性低、底層物理設備利用率低、系統(tǒng)升級困難等問題；②服務器虛擬化階段：該架構模式以一個物理服務器為中心，在改該物理服務器上同時運作一定數(shù)量可移動的虛擬機，共享同一個底層硬件，包括計算、存儲、內(nèi)存等虛擬資源；虛擬機可有效提高物理服務器的可利用率，可備份操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)，提升了操作靈活性；但該種架構模式僅實現(xiàn)了計算資源虛擬化，存儲方式仍使用共享的方式，如存儲區(qū)域網(wǎng)絡等，使分開采購的物理服務器與部署存儲變的復雜，運作難度提升；加以虛擬機數(shù)量不斷增加加大了存儲陣列的讀寫壓力，進而出現(xiàn)存儲設備性能不足的情況，無法滿足業(yè)務增長的需求；③以軟件定義為IT基礎架構的數(shù)據(jù)中心：通過軟件定義的方式實現(xiàn)存儲結構分散，具有部署自動化、安全可靠、資源彈性化等優(yōu)勢，能滿足日漸增加的業(yè)務量[5]。

2 超融合技術的概念

超融合技術不同于傳統(tǒng)以硬件定義為IT基礎架構，是一種將軟件定義作為IT基礎架構的新型技術，可將傳統(tǒng)硬件定義系統(tǒng)的元素全部虛擬化，實現(xiàn)了各元素的橫向擴展，為數(shù)據(jù)中心建設帶來更高的效率，節(jié)約更多的成本并對數(shù)據(jù)進行保護。超融合技術打破了傳統(tǒng)固有的服務器-網(wǎng)絡-存儲模式，將計算、存儲、網(wǎng)絡等資源均放于同一臺物理服務器上，使每一臺物理服務器都可被視為一個單元節(jié)點，將多個節(jié)點借助網(wǎng)絡聚集實現(xiàn)模塊化的并聯(lián)擴展，生成了包括所有服務器元素的資源池[6-7]。

3 超融合技術的特點及優(yōu)勢

3.1 數(shù)據(jù)服務

超融合技術其本質(zhì)在于融合，最重要的特點即為軟件定義存儲。超融合技術的服務器在存儲區(qū)域網(wǎng)絡的服務基礎上另提供了應用計算的服務，降低了架構對硬件的依賴性，實現(xiàn)由軟件控制存儲、計算、網(wǎng)絡的邏輯上的虛擬化。

3.2 簡單性

通過分析超融合技術發(fā)現(xiàn)，虛擬化融合部署使超融合技術在應用端更具敏捷性，該項技術擺脫了傳統(tǒng)基礎架構的存儲支撐，將存儲資源納入服務器中，簡化了設備安裝調(diào)試程序，使系統(tǒng)便于預先配置、測試及安全集成，有利于系統(tǒng)的維護；同時超融合技術使系統(tǒng)具備更為強大的資源橫向擴展能力，加強超融合一體機與整個架構的無縫集成能力，促進整個架構更類似于扁平化的彈性部署[8]。

3.3 可擴展性

超融合技術具有較高安全性，而其安全性來源于多維軟件。傳統(tǒng)的硬件定義采用集中式存儲方式使存儲安全負擔加重，需要一份配置更為完善的備份機制以保障系統(tǒng)安全。超融合技術使用分布式存儲及虛擬化資源，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。同時超融合技術可通過添加單元節(jié)點進行橫向擴展，資源池可根據(jù)工作負載狀況進行動態(tài)的工作分配，減輕了應用端的負荷[9]。

4 超融合技術在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的應用

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)被納入到國家等級保護需求中，明確要求醫(yī)院使用的系統(tǒng)需具有較高可用性?！夺t(yī)院信息系統(tǒng)軟件基本功能規(guī)范》中指出，醫(yī)院核心門診信息系統(tǒng)故障時間需控制在10min以內(nèi)，數(shù)據(jù)保護及業(yè)務連續(xù)性要實現(xiàn)全天保障。但是醫(yī)院數(shù)據(jù)中心使用的傳統(tǒng)架構的物理服務器、存儲資源等利用率已接近極限，無法滿足業(yè)務量增加的需求，服務器故障升高，存儲資源可利用率降低，醫(yī)院系統(tǒng)可隨時因為硬件故障而出現(xiàn)宕機的現(xiàn)象，進而易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。②數(shù)據(jù)安全性：《衛(wèi)生行業(yè)信息安全等級保護工作指導意見》指出，衛(wèi)生信息系統(tǒng)安全等級需高于三級，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)架構采用集中式的存儲方式，一旦出現(xiàn)硬件故障等狀況，極易導致診療數(shù)據(jù)丟失，無法保障醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的安全性。③部署迅速：為實現(xiàn)醫(yī)院智慧化、智能化建設，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設需配備快速購置、快速支付、快速部署、快速應用的信息化系統(tǒng)。傳統(tǒng)架構的數(shù)據(jù)中心因服務器配置不合理，各系統(tǒng)之間資源無法實現(xiàn)有效共享，使醫(yī)院診療系統(tǒng)部署敏捷性下降，無法滿足業(yè)務量快速增長的需求[10-12]。

4.2 超融合技術的應用

將超融合套件運行于服務器上，在可運行多個瀏覽器的Web控制臺上運行基礎設施套件以實現(xiàn)抽取物理資源信息，并打包硬盤、中央處理器計算資源、內(nèi)存等物理資源，將其設為一組邏輯資源。該邏輯資源經(jīng)套件進行處理后需遵守套件的調(diào)度、管理及分配原則，從而實現(xiàn)資源的高利用率，降低系統(tǒng)管理的復雜性，加快對業(yè)務需求的反應速度，提供可靠的應用端[13]。應用超融合套件聚集個單元節(jié)點物理服務器中的存儲資源，建立一個可以分配、共享的存儲資源池，所有單元節(jié)點的存儲資源在資源池中被統(tǒng)一管理、分配[14]。

5 超融合技術在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設的應用效果

5.1 簡化基礎架構

傳統(tǒng)的硬件定義為三層式基礎架構，可擴展能力較低，實用性較差，無法使用醫(yī)院數(shù)據(jù)中心快速增長的診療業(yè)務。超融合技術將存儲進行虛擬化使醫(yī)院數(shù)據(jù)中心可以通過增加服務器數(shù)量（橫向擴展）、增加服務器數(shù)量（縱向擴展）等方式實現(xiàn)存儲空間擴展，同時使存儲性能也得到同步擴展，可以快速、無縫、彈性的承擔醫(yī)院診療業(yè)務，因此超融合系統(tǒng)進行部署時無需考慮過多因素，以近期需求為主要考慮對象即可[15-16]。

5.2 節(jié)約成本

①節(jié)約基礎架構成本：超融合技術通常使用X86服務器等低單價企業(yè)服務器為基礎且其組件相對廉價，使運行成本相對減少；②按需置辦：HCI具有橫向擴展的靈活性，可隨時納入新的單元節(jié)點至資源池中，醫(yī)院可依據(jù)自身業(yè)務增長需求進行設備的置辦，從而有效控制成本的消耗；③管理程序的簡化：物理網(wǎng)絡設備通常為各種路由器、交換機連接而成，超融合技術實現(xiàn)的網(wǎng)絡虛擬化更注重數(shù)據(jù)中心、主機的網(wǎng)絡，有效節(jié)省了物理主機需置入的設備。同時，超融合技術通過靈活分配路由、安全、交換等各項網(wǎng)絡連接服務，擺脫傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備管理、運維難題的同時為醫(yī)院數(shù)據(jù)中心提供了一個全新網(wǎng)絡連接運作維護模式，從而大幅度降低網(wǎng)絡復雜性，簡化網(wǎng)絡配置，降低網(wǎng)絡建設成本。另一方面超融合技術將計算、網(wǎng)絡、存儲三層結構進行融合，降低了運行難度，節(jié)約了各系統(tǒng)的運作維護成本[17-18]。

5.3 提升運維管理效率

傳統(tǒng)硬件定義的架構需要技術人員學習、掌握多種硬件及軟件的操作性能，且學習周期較長，消耗大量人力資源及時間成本，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時容易牽涉多個應用端，技術人員需進行長時間的篩查、定位并對故障進行修復，進而影響醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的運維管理。超融合技術使用的X86服務器及套件可實現(xiàn)對超融合的全面管理及運作，加之專業(yè)化軟件顯示為可視化圖形交互頁面，降低了專業(yè)難度，有利于技術人員快速學習；同時超融合服務器一旦發(fā)生故障，其本身可進行自愈、數(shù)據(jù)自動均衡、單元節(jié)點自動擴容的特點，減輕了維護人員的工作量，提升其精準定位故障的準確性。另一方面，超融合部署迅速、彈性擴展的能力，能伴隨不斷增長的診療業(yè)務進行自我調(diào)整，增加了基礎架構的使用周期，提升運維管理效率[19-20]。

5.4 高安全性

醫(yī)院使用的傳統(tǒng)硬件定義的架構模式使機柜空間利用率逐漸接近飽和，面對日漸增長的診療業(yè)務，傳統(tǒng)架構模式無法滿足其需求，加上高發(fā)的服務器及存儲故障，數(shù)據(jù)中心隨時可能因硬件故障而出現(xiàn)宕機而造成數(shù)據(jù)丟失，進而影響醫(yī)院數(shù)據(jù)的安全，加上大部分極其老舊，難以購買，易出現(xiàn)維保困難、配件缺貨等現(xiàn)象。超融合技術建設的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心，當硬件出現(xiàn)故障時，可以借助系統(tǒng)請求分散至其他節(jié)點副本上，保障數(shù)據(jù)不會丟失，進而保證了一份數(shù)據(jù)具有多份備份。當數(shù)據(jù)進行更新時，超融合技術可經(jīng)過數(shù)據(jù)同步技術將所有備份進行更新。超融合技術自帶的多副本機制最大限度的保證數(shù)據(jù)存儲的高安全性[21]。

5.5 服務器性能較高

傳統(tǒng)的存儲區(qū)域網(wǎng)絡存儲架構易受到硬盤參數(shù)影響，當數(shù)據(jù)訪問量過高使極易出現(xiàn)服務器卡頓的情況，超融合技術特有的多個單元節(jié)點并發(fā)、固態(tài)硬盤緩存加速等特點是傳統(tǒng)中、高端硬盤參數(shù)性能的三倍，超融合技術將存儲軟件定義為“計算+server存儲區(qū)域網(wǎng)絡”的形式，大幅度提升了服務器硬盤性能[22]。

6 結語

當今社會信息化的快速發(fā)展，必然會導致超融合技術的出現(xiàn)，該項技術可以滿足日漸增長的業(yè)務數(shù)據(jù)對于硬件可靠性、安全性、可擴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[23]。超融合技術滿足當今信息化發(fā)展的兩大重要特征：顯著的性能提升及更為緊湊的結構，其具備更多的服務器用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡共享，具有更強的橫向擴展能力，借助對單元節(jié)點將網(wǎng)絡聚集，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，有效整合醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的資源，減少服務器數(shù)及運維成本，節(jié)省機房空間，降低系統(tǒng)宕機產(chǎn)生的危險，能夠滿足醫(yī)院數(shù)據(jù)建設中心的需求，為醫(yī)院數(shù)字化建設提供了強有力的保障，保證醫(yī)院日益增長的業(yè)務連續(xù)性，取得了較好的經(jīng)濟與社會收益。