医疗行业虚拟化解决方案SAN.docx
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医疗行业虚拟化解决方案SAN
医疗信息化建设解决方案
2016年7月12日
联想云服务
1摘要
2009年4月国务院正式公布新医改方案，提出3年内各级政府预计投入8500亿元用于医疗改革。
自新医改方案公布以来，各地党委、政府均把医改工作纳入重要工作日程，全面动员部署新一轮医疗改革工作。
信息系统作为“四梁八柱”中的一柱，在新医改中占据重要地位。
新医改目标的实现离不开信息化的支持。
可以确信，信息化作为支撑新一轮医疗改革的支柱，在有利政策驱动下，必将迎来更大的发展。
在当前医院信息化发展历程中，数字化医院系统的平台化融合遇到了巨大的困难，各大国际、国内厂商都想在新的医改政策的巨大利益圈中，建立自己的势力范围；都在探索医院信息化融合的方法。
从业务、架构上改变当前医院信息系统，从而符合新医改中的政策要求，以及医院自身的利益需求。
2009年医疗卫生行业的硬件投入在整体投入中所占的比重继续减少，软件和服务的投入力度进一步加大，软硬件投资比重趋于合理。
随着医疗卫生行业的硬件投资逐步到位，未来对软件和服务的投资必将逐渐超过硬件的投资比例，以解决方案带动硬、软件的采购已成为医疗机构信息化投资的主导模式。
2010年，随着政府医疗改革资金投入的逐步落实，大型IT项目的不断上线，医疗卫生行业IT投资增速还将大幅提升。
2医疗行业信息化系统现状分析
当前，医疗行业的典型应用系统及其特点如下：
通过调查了解，数据安全、管理敏捷性、业务流程优化被医疗行业信息系统的建设者们作为最先考虑的因素，我们还发现医疗行业在信息化建设过程中都存在如下困惑：
2-1医疗行业数据中心建设
Ø投资成本高、运行效率低
随着新业务的不断产生，在传统的一台服务器安装一个操作系统、运行一个应用、为每个应用配置独立的存储设备的部署模式下，IT人员不停地在规划设备采购、新业务上线等一系列工作。
整个信息系统拥有的X86服务器和桌面设备的数量每年都在以惊人的数量增加，与之形成鲜明对比的是服务器的利用率却很低，而随着服务器技术的进步，服务器的利用率每年都还在持续下降；存储设备的数量在不断增加，但存储设备的性能和容量切没有被充分利用。
另外，医院的生产经营越来越依赖信息系统，随着重要生产系统的部署上线，应用的可用性要求越来越高，每一次停机都会带来损失，因此IT管理员都希望将计划内和计划外的停机降低到最低限度。
如何提高应用系统的业务连续性、可靠性及可扩展性，是摆在用户面前的一大难题。
而基于传统技术实现的高可靠性，往往会大大增加成本和系统复杂度。
从4个9至5个9的高可用性背后是巨大的IT投资，企业必须在IT成本与高可用性方面找到一个最佳的平衡点。
Ø管理复杂、效率低。
随着服务器的数量的不断增加，IT部门往往需要管理多种设备、多种操作系统平台和多种应用。
维护已有应用系统平台，是一个重大挑战。
如何保护好我们在硬件设备、操作系统、应用软件的重大投资，以及在人员培训方面的投资，都是需要仔细考虑的问题。
另外，每上线一个新业务，都要走一遍相对应的流程，对于IT部门来说，有超过50%的时间用在硬件采购、服务器部署等重复任务上，使得数据中心的工作效率低，而成本切不断上升。
Ø维护难度大
医院的运营环境系统需要经常性的系统维护，但是由于运营需要连续不间断的运行，只有很少的时间留给IT管理人员来进行设备维护和升级。
此外，运营系统需要对数据实施定期备份，随着数据量的增长，如何实现快速备份和恢复，成为一个困扰IT管理人员的难题。
这些都使得IT系统的维护难度越来越大。
同时随着设备的和系统的不断上线，所需要的人力成本也将不断增多。
Ø运行成本高
对医院来说，不断增加的x86服务器和存储设备，除硬件采购成本增加外，包括机房空间、散热、电源等在内的其他资源的运行管理成本也在大幅增加。
数据中心的能耗逐渐成为IT成本中的一个重头，企业需要控制数据中心的空间使用，需要降低数据中心的能耗，或者抑制数据中心对能耗需求的急剧增加。
Ø数据安全无法得到保障
因为病患健康数据被泄漏导致的医患纠纷越来越困恼医疗行业的决策者们，随着未来在电子病例和区域医疗中，病患信息需要进行共享。
由此导致的各种问题如果得不到很好的解决将严重影响到一家医院的医疗信誉。
期间将导致无法估量的损失。
医院需要建立一个对数据高度安全可控的系统。
2-2医疗行业桌面应用
Ø桌面应用环境复杂
随着医疗行业的快速发展，和国家政策的倾斜，医疗行业的规模快速扩大，许多大型医院还在各地建设分支机构，随着医院规模的不断扩大，桌面终端数量和类型迅速增加，另外，医疗行业的桌面应用涉及RIS系统、CIS系统、PACS系统、CMS系统、OA系统，电子病历、LIS系统等。
每个系统的应用需求与应用环境存在较大的差异，如HIS系统中的医生、护士工作站就对终端的可靠性、适用性等提出了更高的要求，因此应用环境变得更加复杂。
Ø医院IT运维的人员相对较少，但工作量巨大
和其他行业不一样的是，医疗行业的医院有非常多的院内系统需要维护。
作为医院信息化的核心--HIS系统更是每一家医院IT的主抓工作，其维护工作在医院的IT运维中占在最重要的地位。
目前我国大多医院的HIS系统采用的是PB＋Oracle开发的C/S架构，传统C/S两层架构由于其技术成熟、稳定可靠，依然在大量使用，但C/S架构也给IT运维带来挑战。
医院的IT人员维护HIS系统一般有两方面：
其一是后台HIS核心，包括数据库、后台应用、服务器自身硬件、操作系统；其二是前台HIS工作站，包括普通PC、打印设备、医疗外设等。
医院的IT管理员很难有时间和精力兼顾两方面的管理工作，而C/S结构下，一些基础硬件的日常维护工作量非常大。
很多医院每天光是处理HIS工作站的电脑及打印机的一些小故障就得花去很多人力和时间，且大多数问题都是由于操作系统不稳定或自身安全问题引起的，管理人员的大量时间和精力都消耗在事务性工作上，没办法花更多时间在后台核心系统上。
Ø医疗系统繁多，需要更高效的部署维护手段
医疗系统大部分由几家不同的软件开发商设计，很多医院都会有多家长期在院内服务的供应商，这也意味着不同的系统会有各自独立的部署和维护手段。
同时，随着医疗系统软件的不断开发、不断升级，其中包括版本更新、功能升级，基本上每年都会有很多大大小小的升级版本出现，管理员进行软件系统部署升级时工作变得越来越复杂。
有的医院单是安装一个基础的医生工作站软件就要花费20分钟以上时间--因为所开发的软件不是一键傻瓜安装方式，而是需要进行复杂的手工操作。
如果平均每台电脑都安装3~4个基本医疗应用，安装软件的时间就已经非常长，甚至超过安装一个基本的操作系统。
所以说，如何简化现有复杂的医疗软件部署和升级工作，是医院IT管理的重中之重。
Ø多医师、护士共用一机，需要配合桌面标准化策略增强安全
一般医生或护士工作站都是多人共享一台主机工作的，因为当班的门诊医生可能每天都不同，专家门诊更是一周才工作1~2次，护士也是早中晚轮班。
这些医院特有的工作制对IT管理提出了更高的要求。
对于不同的使用者，策略太松容易引发安全问题，策略太紧又会影响医生、护士们的正常使用。
因此，医院的IT管理者需要能够灵活定制的桌面标准化策略，既能保证多人使用同台主机的安全问题，又能给使用者带来便捷的使用感受。
而且，轮换的使用者使得主机的在线时间不定，有的主机一周只开机几次，一次才1～2小时。
对于这样的情况，需要有强制手段同步安全策略，自动在机器上线时进行同步管理。
Ø需要适合医疗行业的远程管理平台来提高支持效率
国内的医院目前发展得很快，经常会看到医院扩容或者建立分院。
作为医院的组成部分，分院的IT通常是采用总院集中式管理，也就是说，医院的IT人员通常要兼顾多个分院的IT运维工作。
在人手紧张的情况下，他们需要便捷高效的远程维护平台。
同时，考虑到管理员通常要同时兼顾几个地方的系统运维，使得他们在远程支持的需求上，除了要满足远程桌面维护的需要，还要满足远程多主机同时维护的需要，在一个界面中展现多个被管理界面，以便管理员主动对客户端发生的异常状态及时响应。
ØIT发展水平不一，需要整体多层次安全管理
医院IT信息化发展的重心一直以来都以HIS等为主，而对安全考虑得不够全面，特别是系统补丁管理以及计算机接口管理，这却困扰着医院的IT管理员：
系统补丁多而繁琐，人工维护工作量巨大，且无法进行有效的全局统一部署。
特别是医疗行业拥有众多的医疗系统，这些系统对补丁更新后的兼容性有待考证，经常会遇到由于误升级IE而致医疗软件无法正常显示的情况--因为开发商的软件版本往往不支持最新版的浏览器，所以医院的补丁管理不能简单的以修补为主，而要重视兼容性、稳定性、分发的及时和高效性。
此外，一般的医院都已实现医疗系统的内外网隔离，但由于计算机接口是通用的，USB等外设端口往往成为安全短板，一些病毒通过USB的使用交叉传播，成为医院内网与外网的间接接口，也就成为安全隐患。
虚拟化与云计算技术是近几年来业界最具创新的IT技术，完全可以解决上述问题，数据中心资源整合与桌面虚拟化技术已经在医疗行业得到了广泛的应用。
2009年中国医疗行业虚拟化市场规模为2500万元人民币，占中国虚拟化市场整体规模的3.5%，相对2008年1500万元的市场规模增长66.7%；从虚拟化投入情况看，2010-2011年维持60%增长率，到2012年市场规模将达到10240万元人民币。
Ø软件承载平台的异构，需要开发相应的软件版本
先前的医疗软件产品都是基于windowsxp和windows2000，甚至window98等平台开发的，在当前这些平台逐渐退出市场，缺乏相应的补丁升级机制，会给应用带来安全威胁。
如何将现有的软件迁移到新的平台上呢，如果开发基于新的平台的软件，可能存在周期长，软件源代码和开发人员流失等情况。
而且重新开发需要相当大的人力、物力、财力投入。
3医疗行业用户需求分析
基于对客户的需求调研所获取的数据来看，当前客户面临以下方面的需求：
1）改进其查房业务流程中，对于病患综合信息获取不畅，无法实时录入病患医嘱信息，减少医嘱、病程在转抄录入过程中引发的医患纠纷。
2）弱化医护人员对于终端设备、桌面的可操作性。
减少因为终端设备、桌面故障引起的业务持续性中断问题。
3）提高单点的高管理性，优化其IT架构的运维管理。
4）量化的IT运维管理架构、业务执行架构的最大可拥有成本。
4建议方案
医疗虚拟化方案产品由两个部分组成，数据中心平台的建设和规划、医院桌面应用的建设和规划。
Ø数据中心平台的建设和规划：
1）基于医院数据中心关键业务服务器规划与整合
2）基于医院数据中心关键业务服务器的存储规划与整合
3）基于医院数据中心关键业务可靠性和可用性的规划
4）基于医院数据中心关键业务数据备份与恢复规划
Ø医院桌面应用的建设和规划：
针对医院中的临床诊疗应用、医院管理应用、综合管理应用和医护岗位、行政管理岗位、后勤维护岗位等不同业务特性和岗位工作特性，设计合适的桌面应用解决方案。
1）大幅改善传统桌面的管理难题
2）精确控制桌面应用的数据安全
3）大幅提升桌面灵活性，随处可以接入到自己的专用桌面
4）大幅降低总体成本，提升管理效率
4-1关键业务服务器资源整合
4-1-1概述
针对医疗行业的IT现状，对于还未启动数据中心资源虚拟化整合的医院，我们建议先从两个方面对IT基础架构进行虚拟化整合，分别为：
1）存储整合；
2）
服务器整合。
在对服务器与存储进行整合时，建议采用就近原则将医院总部及各分支医院的服务器、存储整合到一个或两个集中的位置，在可能的情况下建立两个数据中心，实现两个数据中心间的异地灾备。
4-1-2存储整合
●按照集中、整合的方式统一构建医院信息系统需要的存储资源；
●将存储资源划分为业务数据存储区、桌面端备份区；
●使用SAN方式构建核心存储网络；
●满足异构基础架构的存储整合需求；
●提供数据级和关键业务应用系统级备份；
●各个存储区域内，允许设备的增加和调整；
●由整合的架构向容灾的平滑过渡。
为了避免存储设备相互独立，不可共享等问题，建议将现有的存储集中到数据中心后，为了实现存储的共享，建议对新增的存储采用SAN存储架构，如上图所示，组建SAN后，所有存储被整合成一个存储池，服务层中的物理和虚拟服务器可同时访问不同阵列上的磁盘空间。
考虑对医院的各种存储的有效整合，通过对医院存储的合理整合，解决以往存储设备孤立、利用率低、扩展难、建设周期长、管理复杂等问题。
对医院的LIS系统、PACS系统、电子病历系统、综合管理系统、医生护士工作站系统、财务管理系统、OA系统等核心业务系统的特点及数据读写，分析其对存储的压力，并针对各种不同应用的特性与压力设计能满足当前需求且能满足医院规模扩大需求的方案。
另外，借助下文介绍的“服务器整合”，还可实现将分散在不同阵列上的存储空间整合后提供给同一台虚拟服务器使用，实现存储级别的整合。
对于已有的非SAN架构的存储，则可通过下文介绍的服务器整合方案共享给同一物理服务器群上的虚拟服务器。
4-1-3服务器整合
方案主要考虑X86服务器平台的建设，解决以往服务器“以应用为单位”建设所存在的服务器孤立、利用率低、扩展难、建设周期长以及管理复杂等问题，除考虑对现有服务器的合理利用与整合外，还要为将来扩展的应用提供一致的平台。
通过对医疗应用中的EMR电子病历系统、LIS实验室信息系统、医生护士工作站系统、财务管理系统、医院综合管理系统、OA系统、商业智能分析系统等核心业务系统的分析，提出可行的方案，如对系统的数据库服务器、中间件服务器、WEB服务器等服务器的特性与压力分析，并针对各种不同角色服务器的压力情况设计能满足当前需求且能满足企业规模扩大需求的方案。
服务器按照角色分主要有：
IT基础服务器：
如活动目录服务器、文件和打印服务器、WEB服务器、DHCP服务器等；
应用服务器：
医院主中心由核心主机处理群（PACS主机群、HIS主机群、RIS主机群、LIS主机群、办公自动化主机、Web主机、安全控制主机、管理服务器群（备份管理服务器、网络管理服务器等）、ERP主机、CRM主机等。
ØIT基础服务器整合
调查结果显示，当前运行IT基础应用的服务器大多数是X86构架的服务器，虽然大多数服务器系统资源的利用率不到10%-15%，但是构架、安全和兼容性方面的问题且使用多个应用不能运行在同一台物理服务器上，只能在不同的物理平台来运行它们。
这使得IT管理人员需要花费大量的时间来管理、安装补丁和添加安全策略等。
另外还导致设备、人力和散热方面的成本上升。
因此，利用率低的IT基础服务器是进行虚拟化整合的首选候选者。
Ø应用服务器整合
当前，医疗行业中的应用服务器大部分为X86构架的服务器，虽然这部分服务器的资源利用率较IT基础服务器高，但同样存在资源利用率不足等问题，因此已经有相当一部分的企业通过服务器虚拟化整合来降低建设和运营成本。
在虚拟化整合过程中，建议在将物理服务器集中到数据中心后，先对现有物理服务器进行分类整理，并充分利用现有的较高档次的服务器作为虚拟平台服务器，在每台基础平台服务器上安装配置虚拟架构套件，实现在单台物理服务器上虚拟出多台相互独立的虚拟服务器，利用物理服务器强大的处理能力，为每一台虚拟服务器提供计算资源，并利用与物理服务器连接的SAN存储为每一台虚拟服务器提供存储资源。
从功能、性能和操作方式上，每台虚拟服务器都等同于传统的单台物理服务器。
在每台虚拟服务器上，都可以安装配置Windows、Linux操作系统，安装各种应用软件，这样就可以充分利用现有服务器资源，可以将现有X86物理服务器上应用迁移到虚拟化平台上，在服务器层面实现业务系统整合。
4-2桌面交付
4-2-1概述
医疗行业的桌面应用涉及临床医疗应用、医疗管理应用、综合管理应用以及决策支持应用等，在每个应用中又包含众多厂商提供的应用系统。
如临床医疗应用中的，CIS系统、电子病历系统、LIS系统、PASC系统等。
医疗管理中的门急诊管理、住院管理应用等系统，每个系统的应用需求与应用环境存在较大的差异，而且对于门诊量巨大的医院来说，如何保证作为与病患直接接触的终端环境的高可用运行，是当前面临的比较大的问题。
另外，分支机构还对远程接入访问各系统提出了更高的要求。
该方案产品适用于医院中的不同岗位、不同应用场景，对医院业务进行流程再造、优化、提高和对IT环境架构敏捷高效的运维管理。
●临床医疗应用
以医生、护士工作站和电子病历为中心的应用。
●综合管理应用
以医疗管理（门诊管理、住院管理、药品管理）、财务、行政管理、后勤管理为中心的应用。
●移动医疗应用
以移动查房、移动护理、社区农村移动医疗为中心的应用；
基于上述要求，这里针对不同应用类型需求提出有针对性的解决方案
方案基于VMware桌面虚拟化技术方案构建，VMware桌面虚拟化方案构建在vSphere之上，VMwarevSpherer允许多个用户桌面以虚拟机的形式独立运行，同时共享CPU、内存、网络连接和存储器等底层物理硬件资源。
这种架构将用户彼此隔离开来，使每位用户都拥有自己的操作系统，同时可以实现精确的资源分配。
方案中，虚拟桌面环境由虚拟化基础平台（共享前文提到的服务器虚拟化基础平台，但需要增加部分物理服务器）、企业存储（共享前文提到的存储资源，需要为桌面用户预留一定的存储资源）、网络、DDC、用户桌面设备（联想云终端）、数据库及AD/DNS服务器等组成。
在医院中，同一部门的员工通常较多，其所需的应用相近，因此可以利用这一特点为相同类型的用户创建标准的虚拟桌面模板，并利用此模板为相同类型的用户置备虚拟桌面。
4-2-2按需应用交付
4-2-2-1现状描述
医疗行业现有的临床诊疗应用中，基本上是通过PC、笔记本电脑作为访问PACS、LIS、RIS、EMR等应用系统的客户端。
随着医疗信息化系统的建设，终端设备上需要承载的应用越来越多，由于终端设备老化导致的各种系统问题。
本就处于人力资源不足的医院IT机构，每天需要奔波与各个业务科室、甚至于分支机构去处理应用软件、操作系统等软硬件问题。
这不仅增加了IT人员的维护困难，更重要的是，对于医院来说，时间就是生命，医护人员是无法接受作为应用访问客户端的终端设备频繁的出现问题和在出现问题后长时间的等待问题的修复。
特别是需要保持全天候运作的医生工作站、护士工作站，每一次的计划外的停机，都有可能带来无法估量的损失。
作为院内最重要的访问业务系统客户端的医生工作站、护士工作站存在多医师、护士共用一机的情况，如何既能保证多人使用同台终端主机的安全问题，又能给使用者带来便捷的使用感受。
PACS、EMR、RIS、LIS等系统上保存的大量病患的信息，如何保证这些隐私信息的在终端设备的使用安全和数据在从数据中心流向终端设备端时的安全呢，传统模式下会对终端设备进行各种各样的安全策略配置，但往往效果不甚理想。
PACS系统保存的病患影像资料，CT/MRI单幅图像大小一般在0.5~1M之间；CR/DR一般10M左右，每例的图片数量都在数十幅左右，因此每例总量比较大；需要通过局域网网络传输到医生工作站，再通过相应的DICOM软件打开。
在这个过程中由于图像大小较大，导致传输时间长，特别是在网络应用高峰期时，更是会因为图像传输时间的长，影响医生工作效率。
4-2-2-2建议方案
方案建议对临床诊疗应用中的医生、护士工作站采用VMware桌面虚拟化解决方案，对于每一个医护人员都共同只用一台终端设备，但是每个人都拥有独立的桌面。
对拥有的桌面的任何操作都不会影响到他人。
可以对不同的桌面进行不同的安全配置，这样不仅保证了终端主机的使用安全，又能给医护人员带来良好的使用感受。
对于需要进行移动查房、移动护理的医护人员同样采用虚拟化方案，通过移动终端设备，连接托管在后台服务器上的虚拟桌面，进行常规医护操作。
对于终端上的数据使用安全和传输过程中的安全，通过该方案，所有的数据都只是在数据中心内部流动，传输到终端设备上的只是屏幕和键盘的变化数据，对于数据的安全起到了很好的保障作用。
涉及到的终端设备上的外设使用，通过该方案可以很好的满足各种不同规格、不同型号的多外设使用。
由于所有的信息流都只是在数据中心内流通，PACS影像资料不需要从数据中心到医生工作站桌面的传输，在传输时间上比之前快数倍。
4-2-3统一管理运维
4-2-3-1现状描述
医疗管理以费用管理及医疗服务为主线，包括门急诊管理、住院管理、手术管理、医技管理、体检管理、药品管理、血库管理、输液管理、病案管理、院内感染风险管理、电子病历管理和归档、客户关系管理等。
门诊管理部分以门诊病人就诊活动为主线，经历挂号、分诊、医生站、收费、门诊药房、PACS、手术、检验等子系统完成数据的采集、加工过程。
住院管理部分的数据流以住院病人在院活动过程为主线，经历入院登记、护士站、医生站、住院药房、PACS、手术、检验等子系统完成数据的采集、加工过程，最终产生完整的住院业务信息，供管理层进行统计分析。
药品管理的数据流有两条线，一条线是病人，沿此线进行摆药处理；二是药品流动，沿此线对药品库存进行管理。
当前在医院的管理中，最迫切也最难解决的问题是如何减少病患在挂号、拿药、付费以及住院等流程冗长的问题。
包括使用导诊系统、派专门的导诊护士协助病患挂号、拿药等一些旨在简化流程冗长的方法，但是效果不甚理想。
更可怕的是在门诊量高峰期的时候，往往由于终端设备的问题，导致无法正常的为病患办理相关手续，这是当前以PC为主的IT模式下都会出现的问题。
如何保证该类情形不会出现而影响到病患的正常手续办理而引发患者的不满情绪呢。
4-2-3-2方案建议
在医疗管理应用中，大部分都是职能型办公为主，该类客户如果需要追求较高的体验的话，可以采用与临床诊疗应用解决方案中医生、护士工作站相当的桌面虚拟化方案，为每个职能型办公的医职人员分配一台独立的虚拟桌面。
方案建议同样采用VMware桌面虚拟化方案，通过云终端设备，连接托管在后台服务器上的虚拟桌面，进行常规医护操作。
5服务器虚拟化解决方案
虚拟化技术的引入，不会对现有的网络架构做本质上的颠覆，原先的架构仍然是延续的，只是在数据中心的基础设施方面，大大减少了需要维护和管理的设备，如服务器、交换机、机架、网线、UPS、空调等等。
原先设备可以根据制度进行折旧报废、或者利旧更新，使得IT管理人员有了更多的选择。
下图是虚拟化整合之后的IT架构：
网络拓扑图
可以看出来，并没有对原有的网络结构做什么改变。
对于虚拟化服务器，搭建了虚拟化集群，并进行统一管理。
原有的服务器设备仍可以正常运行，并且与虚拟化服务器融合在一起，从网络层面构建VLAN、数据共享、业务隔离等，都可以延续原来的网络管理模式。
随着虚拟化的不断应用，可以不断动态地增加虚拟化集群的规模，搭建更健康的IT体系架构。
客户端方面，延续了原先的访问模式，对于虚拟服务器的数据交互等操作，等同于原先传统物理服务器的的访问模式，不会对业务系统造成任何不利影响。
5-1方案构成说明
该部分主要介绍涉及到的硬件、软件与专业服务的情况：
硬件部分：
利旧或新购的用于服务器整合的高性能服务器。
双路4核至强CPU，至少256GBmemory，4块以上千兆网卡，2块万兆网卡，2块HBA卡。
更高的配置才会获得更好的整合比，同时可以更好地应用vSphere的高级功能。
运行VMwarevCenterserver的硬件配置建议如下：
一台双路CPU的PC机，至少2GBmemory，2块千兆网卡，预装Windows2003。
为了避免影响，不能安装其它管理软件
升级会员 