浅析基于云计算技术构建医院私有云

黄浩

摘 要：云计算技术特点非常适合医院信息化平台建设，随着医疗信息化建设的发展，医院需要一种能高效调配各类系统资源的服务平台，以应对日益提高的医疗业务与医院管理的信息需求，在大数据技术、医改背景下，医疗机构间数据共享是大势所趋，基于云计算技术构建医院私有云是发展的未雨绸缪之举。本文基于云计算技术的特点结合医院信息化发展实际提出了构建医院私有云的几点想法。

關键词：云计算技术；医院私有云；虚拟化

中图分类号：R197.324 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0046-03

PC时代把只在特定行业中应用的大型电脑主机变成每人都负担起的个人电脑，大幅度提高了个人和单位的生产效率。互联网时代将数以万计的信息孤岛汇聚成庞大的信息网络，极大提高了人类沟通、共享和协作的效率，丰富了生活。云计算时代基于互联网让数据中心变为IT资源和服务的提供者，将极大节约IT建设成本、打通数据壁垒、实现行业间数据共享。

随着医疗信息化建设的发展，医院需要一种平台以应对日益提高的医疗业务与医院管理的信息需求。在大数据技术、医改背景下，医疗机构间数据共享是大势所趋，建议地方龙头医院把“建设自己的数据中心、搭建私有云平台，成为区域医疗数据中心”当做信息化发展目标。

1 我院信息中心现状分析、存在问题和解决办法

1.1 现状分析

我院信息中心主机房主要包含医院全部业务系统服务器、核心交换机、存储、部分汇聚层交换机及信息安全硬件。灾备机房主要包含HIS/LIS应急服务器、数据灾备服务器、部分汇聚层交换机。网络拓扑见图1。

1.2 存在问题和解决办法

我院医院核心业务HIS、PACS、LIS、EMR及几十个小业务模块，各自独立，每年都投入大量的资金用于购买和维护硬件设备。没有实现服务器虚拟化，没有统一的存储平台实现存储资源池化，硬件资源浪费严重，各业务间数据不在同一存储数据备份、数据恢复复杂，新信息系统上线对现有系统带来风险。解决以上问题的方案之一就是建设自己的数据中心、搭建私有云平台，即云数据中心。

云数据中心的基础设备更加规模化、标准化、智能化。阿里巴巴集团如此规模庞大的设备基于统一的IP标准协同集中工作，其根源在于充分利用了云数据中心。各种虚拟化技术使得云数据中心建设成本更低、承载的业务更多。其中有“一虚多”指一台服务器虚拟成多台服务器、有“多虚一”指多台服务器处理同一个业务，更多的是“多虚多”指多个业务在多台虚拟服务器上运行。除了上文提到的高度的虚拟化等特征，还包括了新技术和新硬件产品的采用，如低功耗CPU，固态硬盘等。数据中心可以实现管理的高度自动化，在云数据中心，海量业务的迁移、设备的统一配置、故障的及时检查排除、流程跟踪等凭借自动化的管理技术，实现了不同设备的统一管理和节能，高效的管理。

2 基于云计算技术建设医院私有云

2.1 云计算分类及基础设施层建设

用户体验的角度来讲，云计算可以分为三种交付模式，IaaS基础设施即服务、PaaS平台即服务以及SaaS软件即服务。IaaS的作用是提供虚拟机或者其他资源作为服务提供给用户。PaaS的作用是将一个开发平台作为服务提供给用户。SaaS的作用是将应用作为服务提供给客户。此外还有云计算的其它业务形式，目前在理论研究阶段，通讯即服务CaaS和物联网即服务MaaS。

它们之间的关系主要可以从两个角度进行分析：一是用户体验角度，从这个角度而言，它们之间关系是独立的，因为它们面对不同类型的用户。二是技术角度，从这个角度而言，它们并不是简单的继承关系，SaaS基于PaaS，而PaaS基于IaaS，因为首先SaaS可以是基于PaaS或者直接部署于IaaS之上，其次PaaS可以构建于IaaS之上，也可以直接构建在物理资源之上。

建设私有云即建设医院数据中心，首步要进行基础设施层IaaS建设。基础设施层将经过虚拟化的计算资源、存储资源和网络资源以基础设施即服务的方式通过网络提供给用户使用和管理。数据中心的设计和构建是一项系统工程，虚拟化技术在基础设施层建设中发挥巨大作用，建议采用全虚拟化模式来构建数据中心，包括服务器虚拟化（代表产品VMware、Virtual PC、Xen等）、桌面虚拟化、网络虚拟化以及存储虚拟化。如果所有的物理设备都支持虚拟化技术，也就实现了真正的云计算。

2.1.1 服务器虚拟化

受于早期技术限制、系统安全等方面的影响，少有医院将主要业务系统应用于服务器虚拟化上。通过基础虚拟化平台部署HA模式，HA（High Availability）为虚拟机中运行的应用程序提供了易于使用、经济高效的可用性，由硬件故障导致的主机缺失不再是灾难性事件，而只意味着群集可以使用的资源池缩减了，HA会在其它主机上为故障主机虚拟机重新分配资源并重启这些虚拟机，对于大多数应用程序而言，及其短暂的中断是可以接受的。随着部分医院的尝试及应用调研发现，将医院所有的业务系统迁移到服务器虚拟化中并不存在额外的风险，相反，这样实施以后能够最大程度的享受到虚拟化带来的便利。

2.1.2 桌面虚拟化

桌面虚拟化依赖于服务器虚拟化，在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化，生成大量的独立虚拟桌面，同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备。用户终端通过以太网登陆到虚拟主机上，只需要记住用户名和密码及网关信息，即可随时随地的通过网络访问自己的桌面系统。对于每一个医护人员来说，每个人都有自己专属的独立桌面，给医护人员带来良好的使用感受，解决了单机多用户的使用需求。

2.1.3 存储虚拟化

传统的SAN、NAS存储系统在解决虚拟机存储问题上都存在诸多的局限性，越来越多的用户选择使用集群存储产品来构建其云平台的存储系统，比如EMC VPLEX两款产品Local和MetroEMC（VPLEX技术打破了数据中心间的物理壁垒，Local我们称之为单集群，可以实现N+1性能，N-1缓存，有8000个虚拟化LUN，采用缓存直写以保留阵列功能性，支持的阵列包括EMC、HDS、IBM等一些主流平台。在数据中心内或跨数据中心转移、共享，同步距离，支持主流的主机技术）实现了跨主机、跨集群、跨数据中心的访问和共享数据，结合VMware虚拟化技术及Cisco OTV网络扩展技术，能够实现业务及数据在站点间的透明在线移动，使信息系统数据能够在两个站点间动态平衡业务负载，最大限度利用资源，并提供接近于零RTO的高可用能力。

2.1.4 网络虚拟化

从网络虚拟化角度可以分为纵向网络分割和横向网络分割，纵向网络分割即1：N的网络虚拟化，如VLAN、VPN技术。横向网络虚拟化即N：1网络虚拟化，通过路由器集群技术和交换机堆叠技术将多台物理机合并成一台虚拟机，实现跨设备链路聚合，消除网络环路。

数据中心网络包括连接服务器、存储和4-7层服务器如防火墙、负载均衡、IDS/IPS等）的数据中心局域网，以及边缘虚拟网络，即主机虚拟化之后，虚拟机之间的多虚拟网络交换网络，包括分布式虚拟交换机、虚拟桥接等。它可以分为三个方面：（1）核心层网络虚拟化，即核心网络设备的虚拟化。其中VPC技术（virtual port-channel）可以实现跨交换机的端口捆绑，这样在下级交换机连属于不同机箱的虚拟交换机时，可以把分别连向不同机箱的万兆链路用IEEE802.3ad兼容的技术实现以太网链路捆绑，简化网络维护。（2）接入层虚拟化可以实现数据中心接入层分级设计。根据数据中心走线要求，接入层交换机要求能够支持各种灵活的部署方式和新的以太网技术。（3）虚拟机网络交换，包括物理网卡虚拟化和虚拟网络交换机，在服务器内部虚拟出相应的交换机和网卡功能。虚拟交换机在主机内部提供了多个网卡的互联以及为不同的网卡流量设定不同的VLAN标签功能。让主机内部如同存在一台交换机，可以方便将不同网卡连接到不同的端口。虚拟网卡是在一个物理网卡上虚拟出多个逻辑独立的网卡，使得每个虚拟网卡具有独立MAC地址、IP地址。

2.2 平台层和应用层建设浅析

平台层概念示意图如图2。

所谓平台层实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以应用层的模式提交给用户。通过基础设施层提供的API调用硬件资源，向上提供业务调度中心服务，实时监控平台的各种资源，并将这些资源通过API开放给应用层用户。对于私有云的平台层构建，不能简单的从传统的成本降低资源节约化和业务敏捷性增强来谈，更多的我们应该考虑两个问题，即当前的IT架构和信息化建设模式，能否解决业务5到10年甚至更长时间下，业务高速发展下IT应用高伸缩扩展性和高可用性问题；其二在大量IT建设外包的模式下，如何真正的增强医院自身对IT研发，过程，核心资产的管控能力和力度。医院私有云平台层已经不再单单是一个纯技术平台云化，更多的是设计到云化模式下全新的信息化建设模式，管控方法，业务能力共享等。

在构成云计算的层中，应用层非常重要而且常常被遗漏，这个层对于创建一个标准的、跨平台的、可管理的应用程序环境是非常重要的。这个层实际上是应用程序本身与云计算基础设施之間的连接。这个应用程序层在提供运行时间环境的云计算基础设施上运行，从而允许使用开放和管理工具。只有通过使用这个应用层，才能为开发云计算应用程序提供一个标准的范例。创建的应用程序能够在不同的云计算平台运行和管理或者跨平台运行和管理都需要这个应用层。

3 结语

私有云建设建设周期长，一定要在考虑医院软硬件现状，需要将医院各业务系统的应用和数据统一规划和存储。医院业务的连续运转持续保驾护航。本文抛砖引玉，希望医院私有云蓬勃发展，为医疗大数据和智慧医疗做好基础准备。

参考文献

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[2]梁景雯.基于云计算技术的医院信息系统[D].山东大学，2012.

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