医院信息基础架构建设方案 PACS.docx
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医院信息基础架构建设方案PACS
医院
信息基础架构建设方案
美国EMC公司武汉分公司
医院信息基础架构建设方案
1.当前医院业务系统现状
医院目前的业务系统是按照传统的应用部署方式，各个业务系统分别部署在单独的PC服务器上，架构简单；但是随着业务系统逐渐增多，服务器数量增加，数据中心会面临如下问题：
1.1整体成本高企
（1）硬件成本较高
目前除了HIS采用双机保护的冗余设计，其余主要的业务系统都没有采用冗余性设计，都是单机运行；考虑医院业务系统安全性，应用系统需要配置两台服务器做双机热备以提高可靠性；同时，双机保护也需要共享存储，随着后期EMR、LIS、PACS等系统的增加会带来更多的采购成本。
（2）运营和维护成本高
随着应用系统以及服务器、存储资源的增加，会带来包括数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本的增加等。
1.2系统可用性低
因为每台服务器上存储的数据都是独立运行，是一个个存储孤岛，会面临以下四个问题：
（1）当服务器出现故障时，该服务器的数据无法访问，且有丢失数据的风险；
（2）每个应用系统使用的存储资源是固定的，会存在分配不均衡，存储资源浪费的问题；
（3）IT管理人员需要维护的存储资源设备很多，工作量大；
（4）当系统维护和升级或者扩容时候需要停机进行，会造成医院业务中断。
1.3扩展缺乏弹性
随着新业务（LIS、EMR、PACS等）的开展，服务器数据会急剧增多，而新购服务器面临着规划、采购到设备到货、操作系统安装、应用部署等大量工作，大大增加了业务上线的复杂性。
此外，硬件维护也需要数天/周的变更管理准备和数小时的维护窗口。
1.4平台兼容性差
随着硬件的不断升级以及操作系统、数据库的日新月异，基于早期硬件平台和操作系统开发的应用程序在新的硬件平台、操作系统平台、新数据库上会出现不可预知的问题。
1.5缺乏数据备份
医院目前只对关键的HIS应用通过手工或脚本进行备份，整个信息基础架构没有完善的数据备份保护措施，更没有预防数据中心灾难性事故的远程备份保护方案。
如发生不可预测的硬件、软件故障以及灾难性事故，会对医院造成难以估量的经济损失和恶劣的社会影响。
2.信息基础架构建设目标
2.1服务器整合
通过服务器虚拟化技术，将医院目前的业务系统整合到数台高性能虚拟服务器中，通过虚拟化技术的高可用保护功能，实现多台机器的互相备份、动态资源调度，能够灵活的进行管理，提高整体应用平台的弹性。
2.2存储整合
将原有分散独立的各个服务器上的数据集中存放到专业的、可靠的存储系统中，实现存储资源的集中管理、分配，提高存储利用率；
应用服务器通过高性能FC光纤接口实现对存储的高效访问，通过集中存储的方式提高数据的安全性和可管理性；同时可以考虑利用存储的高可用技术提高医院业务系统数据存储、访问的可靠性，保障医院业务系统的稳定运行。
2.2统一数据备份
通过配置业内最领先的备份一体化设备，制定全面备份策略，实现医院HIS、LIS、EMR等业务系统和关键数据库系统的快速定时备份和恢复，提高数据安全性。
3.医院信息基础架构建设方案
3.1方案概述
对于HIS、LIS、EMR、PACS以及OA、决策管理等应用系统的建设，采用云计算架构方式，搭建一个动态的、可伸缩的计算资源池，既能够满足目前就诊人数对信息中心IT资源的要求，又能够快速无缝的扩展整个IT架构；新业务的部署可直接在计算资源池中进行调配，节省大量的上线时间，而且可以随时分配资源搭建测试环境来测试新业务系统的开发。
整个信息基础建设方案可以实现如下几点：
Ø35%-75%TCO（总体拥有成本）节省
Ø通过将整合多个物理服务器到一个物理服务器降低40％软件硬件成本；
Ø整合比：
生产环境10-15:
1，开发测试环境15-20:
1；
Ø每个服务器的平均利用率从5％-15%提高到60%-80%；
Ø存储的利用率也能够提高50%以上；
Ø降低70-80%运营成本，包括数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本。
Ø提高运营效率
Ø部署时间从小时级到分钟级，服务器重建和应用加载时间从20-40hrs=>15-30min，每年节省10,000人/小时（以300台服务器计算）；
Ø以前硬件维护需要之前的数天/周的变更管理准备和1-3小时维护窗口，现在可以进行零宕机硬件维护和升级。
Ø提高服务水平
Ø帮助您的企业建立业务和IT资源之间的关系，使IT和业务优先级对应；
Ø将所有的计算、存储系统作为大的资源统一进行管理，并按需自动进行动态资源调配；
Ø无中断的按需扩容
Ø旧硬件和操作系统的投资保护；
Ø不再担心旧系统的兼容性，维护和升级等一系列问题。
3.2虚拟化计算平台设计
通过虚拟化计算平台能够充分满足医院各个业务系统的性能及可靠性要求，并且能够充分实现计算资源的充分利用。
（1）性能方面：
我们以负载压力最大同时也是最为关键的医院HIS系统计算：
假设医院每天门诊病人5000人次，住院病人2000人次；以每个人分别进行了挂号、诊断、检测、划价、收费、治疗等过程，需要处理4.2万笔业务/天；同时考虑HIS系统与其他业务系统（LIS、EMR、PACS、OA等）的相互访问，同样按照4.2万笔业务/天计算，HIS系统每天需要处理的业务笔数达到8.4万笔/天；
假设80%的业务是在业务高峰期的9点～11点两个小时完成，每分钟HIS系统需要处理84000/120=700笔/分钟；
同时考虑主机的负载能力在50%以下时，业务响应时间比较快，所以HIS系统的处理能力需要达到1400笔业务/分钟；
以每笔交易在数据库中处理的事务（transaction）为20计算（属于比较复杂的交易类型），可以得出我们HIS系统对于服务器计算能力的要求为：
1400笔/分钟×20=28000TpmC
目前主流厂商的两路PC服务器的处理能力非常强大，已经达到了百万级的TpmC的性能，超过绝大多数的中高端小型机的处理能力；所以对于医院HIS系统所需要的28000TpmC的性能要求，一个配置两路6核至强处理器的机架式服务器的性能将远远超过需求。
（2）可靠性方面：
通过虚拟软件的HA、FT等高可用特性能够实现多台物理服务器的相互备份，任何一台服务器发生故障，该服务器上的虚拟机将会平滑迁移到其他物理服务器，保障业务系统的连续性。
（3）资源整合方面：
通过在这些机架式服务器上部署虚拟化平台，装载HIS、LIS、EMR、OA等不同业务系统，可以实现计算资源的充分利用，同时也将避免独立部署各个LIS、EMR、PACS等业务系统带来的资源浪费；而且利用虚拟化平台的动态资源调度功能（DRS）实现计算、存储资源的动态调配，保障关键业务系统始终享有最优资源，业务响应及时。
虚拟化平台的高性能、高可靠性及资源整合等特性将极大的保障医院业务系统的稳定运行。
3.3存储交换机设计
为了提高数据中心的可靠性，配置两台存储光纤交换机，实现冗余SAN网络架构，服务器和存储系统都冗余连接到存储交换机中，无单点故障。
存储光纤交换机采用模块化配置，可以支持8/16/24个8Gb光纤接口；标配8个8Gb接口，支持通过升级8端口扩展到24端口，满足未来数据中心的发展需要。
3.4核心存储设计
对于整个数据中心最关键的核心存储系统，由于整个医院的数据均保存到存储系统，存储的可靠性以及性能优劣直接关系到医院业务系统是否能够正常、高速运行。
在存储体系的设计中，充分考虑到数据的存放安全性，通过云存储引擎的Active-Active双活架构来构建信息基础架构的存储资源池，避免任何一台存储发生故障导致数据的丢失，或者业务系统不能正常工作对医院经济方面和社会声誉方面的影响；
通过云存储引擎实现数据中心两台存储系统的“双写”，任何一个业务系统对数据的读写都是通过两条链路对两台存储进行操作，任何一台存储发生故障，业务系统没有中断，仍然能够保障医院正常业务的开展。
云存储引擎自身采用全冗余架构设计，无单点故障，而且可以横向扩展为4个引擎，既能够实现数据访问性能的扩展，而且能够实现高可用性，任何一个引擎发生故障，服务器仍然能够通过其他引擎实现数据的正常访问，实现数据的高可用性和高速访问。
在存储系统的选型上，需要充分考虑医院各个业务系统的特性，充分满足医院各个业务系统对于性能以及安全性等方面的要求：
（1）对于虚拟化平台以及HIS业务系统的高并发特性，需要采用更高通道带宽的8Gb或10Gb接口；对于存储硬盘，需要能够配置高性能的15K硬盘和SSD固态硬盘实现更高速的访问。
（2）随着医院HIS、LIS、PACS、EMR、决策分析等业务系统的部署，以及医院就诊人数的急剧上升，需要存储系统能够扩展整体性能满足医院应用平台的发展需求。
（3）需要满足各个业务系统的高可用特性，提高数据和业务平台的安全性。
存储系统建议配置业内最领先的存储厂商EMC的VNX系列存储系统，EMC已经连续14年排名全球存储厂商销量第一，而且针对医院业务系统对于存储系统的要求，EMC的VNX存储具有如下特点：
（1）满足医院业务系统的高并发特性：
EMC的VNX系列存储系统可以通过8～24个8Gb光纤接口、10Gb以太网接口以及10Gb的FCoE接口为医院整个应用平台、计算资源池提供集中的数据存储，在通道的带宽以及数量上能够充分满足医院业务系统对于信息基础架构的需要。
（2）满足医院业务系统的扩展需求：
在性能方面，EMC的VNX系列存储的缓存可以配置8GB~240GB，而且支持扩展缓存最高达到2000GB，充分满足医院应用平台的性能需求；同时EMCVNX系列存储的硬盘数可以配置75块～1000块，支持最高性能的SSD固态硬盘、15000转速的SAS硬盘和7200转的近线SAS硬盘，满足医院业务系统对于数据库的最高性能要求、对于应用平台的高性能要求以及对于文件类数据的大容量要求，支持医院未来的极速发展需求。
（3）满足医院数据的安全需求：
EMC的VNX统一存储提供了高达5个9的高可用性，结合云存储引擎的Active-Active双活技术，充分满足医院业务系统对存储的可靠性的要求。
3.5PACS存储设计
随着医院的逐渐发展，就诊、住院人数越来越多，医院业务系统的逐渐完善，全院PACS系统的建设对存储的要求越来越高。
PACS影像系统的特点是：
（1）对存储空间要求高：
影像分辨率高，单个文件尺寸大；每次检查生成的影像数量多（尤其是心血管影像），且对于这些影像数据，国家要求门诊数据至少保存15年，住院数据需要至少保存30年；这对存储空间的要求很高，从上百TB至几百TB不等。
（2）对并行访问要求高：
PACS影像数据需要能够支持多个医生并行访问同一个数据片，需要医院数据中心提供共享的文件系统支持共享访问；而且为了简化PACS应用系统访问方式以及对几百TB数据空间的管理，应该在单一文件系统内存储所有的PACS影像数据，对于存储系统的处理功能提出了高的要求。
（3）对读取性能要求高：
随着PACS数据量的极大扩展，医院所有基于图像工作的医疗业务科室，如肿瘤科、骨科、整形科、神经外科、心血管科和病理科等对于这些PACS影像数据的读取性能要求也更高，这就要求存储能够随着容量的增加同时实现性能的提升。
在医院PACS影像存储的选型上，EMC集群NAS存储系统Isilon能够满足医院目前以及未来对大量PACS影像数据的存储、访问以及归档的需求：
（1）Isilon存储采用集群NAS方式，通过横向添加节点的方式实现灵活的扩展，最多可以支持144个节点，单个文件系统最大支持15000TB；在扩充容量的时候同时能够实现性能的线性扩展；而且Isilon存储能够通过自动分层技术将不活跃的影像数据放入容量大，性能稍低的节点中，减少成本投入，提高TCO。
（2）Isilon存储通过NAS方式可以实现多个医生的同时访问；通过单一的一个文件系统支持最大15000TB的文件空间，PACS应用程序不需要频繁调整PACS影像存储的位置，简化PACS应用软件和数据中心系统管理人员的管理。
（3）Isilon存储通过分布式的访问，所有的数据访问均衡到多个存储单元，可以实现最高45GB/s的访问速度；满足未来医院PACS影像数据量极大的情况下的快速访问。
3.6备份方案设计
医院信息基础架构的安全设计，除了提高服务器、存储等硬件设备的安全性以外，还需要充分考虑到操作系统蓝屏、数据库文件损坏、病毒破坏以及人为操作错误等各种情况带来的数据丢失；对于医院信息基础架构平台各种数据类型：
主机操作系统、各类应用系统（HIS、LIS、PACS）的程序和安装目录以及各个数据库（HIS数据库、PACS数据库等），需要采用统一的备份方式实现集中备份保护，同时要求既能够快速恢复，又对整个业务网络不会造成压力，不影响业务系统的正常运行。
EMC的Avamar备份一体化设备能够实现对医院基础架构平台的虚拟机系统、应用系统以及数据库数据的统一备份、集中保护需求。
具体特性如下：
（1）轻松实现全面备份需求：
Avamar备份一体化设备能够全面完成整个虚拟机操作系统的完整备份，也能够对各类Oracle、DB2、SQL数据库系统进行在线备份，还能够对操作系统中的各类文件进行统一备份，满足医院数据备份全面化的需求；
（2）业务网络压力最小：
Avamar备份一体化设备通过特有的源端重复数据删除技术，传输时将需要备份的数据中的重复数据段去除，只传输唯一不重复的数据段，极大的减少了对业务网络的压力，同时还极大的节省了备份空间；
（3）备份空间极度节省：
传统的备份方式是通过全备份+增量备份的方式来实现，按照传统备份策略保存三个月的备份数据，采用全备份+增量备份（周末全备份，周一～周六增量备份），如果信息中心数据为2TB，每天增量50GB，三个月的备份需要30TB以上的备份空间，如果采用每天全备份方式将需要180TB以上的备份空间；而采用Avamar备份一体化设备，由于采用源端重复数据删除技术，在以上条件下备份三个月，最多需要1～2个TB的空间就能够满足要求，极大的节省了备份空间；
（4）数据恢复速度快：
传统方式恢复数据采用先恢复全备份，再一个一个恢复每天的增量备份，恢复时间很长；而Avamar备份一体化设备在备份策略上则采用每次全备份的方式进行数据保护，在恢复数据的时候只需要恢复一次全备份数据就能满足要求，恢复速度快；
（5）完美实现远程数据保护：
相比传统上的运送磁带或手工拷贝的方式实现远程数据保护，Avamar备份一体化设备可以在低带宽（如1Mb、2Mb）的条件下完美的自动定时实现数据远程保护，拓扑图如下：
推荐方案配置：
产品名称
配置描述
数量
机架式服务器
每台服务器配置两个6核至强CPU，32GB内存，2个8Gb光纤卡，4个千兆以太网口；可以虚拟10台左右的虚拟机。
6
Vmware虚拟化软件
按照服务器CPU数量配置相应的企业版授权
12
云存储引擎
EMCVplex云存储引擎，配置冗余控制器，72GB缓存，16个8GbFC接口，可实现本地存储双活和同城双活中心
1
EMC核心存储
EMCVNX5500存储系统，全冗余架构；配置24GB~1000GB缓存；配置40块300GB15K6Gb接口SAS硬盘和10块2TB硬盘，5块100GBSSD固态硬盘
2
光纤存储交换机
根据目前数据中心的交换机情况，配置两台24端口模块化交换机，每台标配16或24个8Gb端口，满足全冗余架构的设计。
2
EMC备份一体机
含EMC备份硬件及软件，全面解决客户数据中心的数据备份问题，能够实现35～70TB逻辑备份容量，不限客户端授权。
1/2台远程复制
EMCIsilon集群NAS
配置N个节点的IsilonX200集群NAS，每个节点配置12个1TB硬盘，6GB内存，4个千兆网络接口，通过集群NAS的数据保护功能，提供30TB以上的存储空间用于存储PACS数据；最大支持扩展144个集群节点，最大实现15000TB的存储空间
4
升级会员 