龐子軒，嚴武俊，韓 俗

（四川大學華西第四醫(yī)院/華西公共衛(wèi)生學院信息化建設部，四川 成都 610041）

隨著醫(yī)院信息化的發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療體系對信息化的依賴程度逐漸增大，信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是醫(yī)院的信息化建設的首要任務，醫(yī)院常見業(yè)務系統(tǒng)包括HIS、LIS、PACS、電子病歷、移動醫(yī)護、HERP 等眾多系統(tǒng)[1]。這些醫(yī)院核心業(yè)務系統(tǒng)有三個顯著特征：①業(yè)務連續(xù)性要求高，以HIS 系統(tǒng)為例，嚴格意義上不允許有停機風險；②數(shù)據(jù)增長迅速，相關數(shù)據(jù)的完整性和可使用性要求越來越高，數(shù)據(jù)不允許丟失，并且可以快速進行查詢和“還原”[2]；③隨著醫(yī)院的發(fā)展，對于后臺數(shù)據(jù)庫支撐平臺的訪問量也直線上升，對整個業(yè)務系統(tǒng)性能和擴展性要求越來越高，直接影響業(yè)務系統(tǒng)運行效率。《醫(yī)院信息互聯(lián)互通標準化成熟度測評指標體系》《信息安全技術網絡安全等級保護基本要求》《電子病歷系統(tǒng)應用水平分級評價標準》《四川省數(shù)字化醫(yī)院評審標準》與《衛(wèi)生健康行業(yè)信息安全工作實施方案》對數(shù)據(jù)保護、容災備份及虛擬化（服務器、存儲、網絡）都有對應要求[3]。其中，互聯(lián)互通標準化評測、電子病歷分級評價與等保測評更是對系統(tǒng)災難恢復體系、醫(yī)院業(yè)務系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性、業(yè)務數(shù)據(jù)的高安全性和可靠性等維度有明確的評測內容[4]。因此，建設雙活數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)業(yè)務高可用，避免單點故障導致的業(yè)務停機，保證多份數(shù)據(jù)可用副本[5]，最大程度的保證數(shù)據(jù)完整性和可恢復性，是醫(yī)院信息化發(fā)展過程中的必然需求[6]。另外，“兩地三中心”已成為醫(yī)院信息化IT 架構發(fā)展的必然趨勢[7]，即同城“雙數(shù)據(jù)中心”和異地”災備中心”模式，以“雙活”方式建設同城雙中心，將為“兩地三中心”打下夯實基礎，為業(yè)務的保護及擴展提供有力保障[8]。采用雙活數(shù)據(jù)中心模式搭建醫(yī)院信息化基礎架構，將極大地增強醫(yī)院信息化的可靠性和安全性，同時提高IT 資源利用率，為醫(yī)院業(yè)務應用的發(fā)展提供彈性擴展資源。為此，本文通過分析建設雙活數(shù)據(jù)中心的實踐經驗，深入闡述實踐過程中對當前信息化困局的解決思路，旨在為醫(yī)院信息化的發(fā)展提供借鑒。

1 建設需求

1.1 現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)現(xiàn)狀 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心主要由HIS、LIS、電子病歷、體檢、PACS、移動醫(yī)護等業(yè)務子系統(tǒng)構成，由于各系統(tǒng)建成時間不同，往往存在以下問題：①應用和數(shù)據(jù)未分離：除了HIS、PACS 有獨立的存儲設備外，電子病歷、移動醫(yī)護等業(yè)務應用產生的數(shù)據(jù)均保存在服務器本地硬盤上，完全依賴于服務器本身的安全性，一旦設備故障均會面臨數(shù)據(jù)丟失的風險，而且服務器本身對于容量和磁盤性能擴展上存在瓶頸，應用和數(shù)據(jù)應該分離進行保存；②系統(tǒng)性能無法整合優(yōu)化：整個系統(tǒng)當中，HIS、PACS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過獨立的磁盤陣列來承擔對應業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀取和寫入，當業(yè)務系統(tǒng)發(fā)展到一定規(guī)模后，現(xiàn)有存儲處理業(yè)務承壓能力有限，可能造成處理延時，影響系統(tǒng)的正常運行，需要對現(xiàn)有存儲資源進行整合和優(yōu)化，提升整個業(yè)務系統(tǒng)的存儲性能[9]；③缺乏完善高效的數(shù)據(jù)保護手段：一旦業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)遭受邏輯錯誤或者物理故障風險，數(shù)據(jù)完整性無法保障，缺乏恢復手段，造成核心數(shù)據(jù)的丟失是醫(yī)院無法承受的，需要完善數(shù)據(jù)保護手段；④服務器的利用率低：由于一臺服務器只能有一個操作系統(tǒng)，受系統(tǒng)和軟件開發(fā)平臺的限制，目前的CPU、內存、硬盤空間的資源利用率都很低，大量的系統(tǒng)資源被閑置；⑤抗風險能力低：醫(yī)院核心服務器所承載的業(yè)務壓力較大，如果某臺服務器出現(xiàn)故障，相對應的業(yè)務也將中斷，造成重大損失;⑥可管理性不高：現(xiàn)有IT 體系架構無法根據(jù)業(yè)務量的增減及時調整資源配置，硬件資源缺乏靈活應對業(yè)務壓力的能力。雙活數(shù)據(jù)中心的建設可以有效解決應用系統(tǒng)數(shù)量增加和數(shù)據(jù)容量迅速增長帶來的硬件利用率降低、成本增加、統(tǒng)一管理困難等問題，滿足關鍵應用系統(tǒng)的業(yè)務連續(xù)性、高可用性要求，使關鍵服務不停頓、關鍵數(shù)據(jù)不丟失[10]。

1.2 建設需求

1.2.1 基礎架構需求 醫(yī)院以前信息化系統(tǒng)主要按照傳統(tǒng)的煙囪式物理機部署，服務器種類多，配置不統(tǒng)一，存儲也沒有做冗余，一旦出現(xiàn)故障，輕則業(yè)務應用受到影響不能提供服務，重則數(shù)據(jù)丟失，發(fā)生重大公共事件?，F(xiàn)階段醫(yī)院的信息化系統(tǒng)已經開始做了一些虛擬化的嘗試，將部分業(yè)務系統(tǒng)遷移到虛擬化平臺上。但是在運行過程中依然存在缺乏整體管理能力、資源全局分配能力弱、業(yè)務整體保護水平不夠等問題，迫使整個信息化系統(tǒng)需要向一個整體的雙活云平臺架構轉型。

1.2.2 數(shù)據(jù)整合需求 醫(yī)院涉及數(shù)據(jù)資源的主要業(yè)務系統(tǒng)有HIS、LIS、PACS 等十余種，涉及Windows、Linux 等操作系統(tǒng)，SQL 和Oracle 等數(shù)據(jù)庫類型，需要有效地匹配各類數(shù)據(jù)特點，提供高效的數(shù)據(jù)服務。

1.2.3 數(shù)據(jù)存儲需求 數(shù)據(jù)業(yè)務平臺的數(shù)據(jù)關系到整個醫(yī)院業(yè)務運行，有三個顯著的特征：①業(yè)務的連續(xù)性：醫(yī)院業(yè)務連續(xù)性要求非常高，原則上不允許有停機風險，我院為三甲醫(yī)院，停機5 min 就要上報衛(wèi)生主管單位，超過30 min 就屬于醫(yī)療事故。②數(shù)據(jù)需長期保存：根據(jù)規(guī)定醫(yī)院所有數(shù)據(jù)均需要保存一定年限，同時需要利用這些業(yè)務數(shù)據(jù)進行二次挖掘，是提高整個醫(yī)院服務水平和未來醫(yī)院建設方向的決策基礎。相關數(shù)據(jù)的完整性和可使用性要求越來越高，數(shù)據(jù)必須保證完整，并且可以快速進行查詢和恢復。③性能需求高：我院逐步朝著綜合性醫(yī)院發(fā)展，業(yè)務逐漸增加，相關終端數(shù)也在增加，對于后臺數(shù)據(jù)庫支撐平臺的訪問量也在增加，平臺性能直接影響業(yè)務系統(tǒng)效率，必須保證整個業(yè)務系統(tǒng)性能和擴展性能夠滿足現(xiàn)有業(yè)務壓力以及未來3～5 年的業(yè)務發(fā)展要求。

1.2.4 傳統(tǒng)架構向醫(yī)療私有云平滑過渡 為適應新的信息化需求，我院將逐步建立起適應我院業(yè)務特點的醫(yī)療私有云架構，需求如下：①架構上應用與數(shù)據(jù)庫分離：前端業(yè)務應用不涉及業(yè)務數(shù)據(jù)，通過應用集群實現(xiàn)高可用與負載均衡，后端的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過組建數(shù)據(jù)庫集群來保護數(shù)據(jù)，提升后端的業(yè)務支撐能力;②服務器系統(tǒng)的利舊，并實現(xiàn)統(tǒng)一管理；③提升業(yè)務的高可用性和敏捷性，簡化管理員工作，實現(xiàn)自動化運維管理。

2 建設規(guī)劃

根據(jù)上述需求，通過虛擬化、RAC、雙活等技術，解決業(yè)務系統(tǒng)對計算資源、存儲資源、網絡資源的要求。通過虛擬化技術對計算、存儲、網絡資源進行池化，使這些資源能夠彈性地為業(yè)務提供服務，同時具備自身高可用能力，滿足業(yè)務不中斷的需求[11]。

對于HIS 系統(tǒng)而言，系統(tǒng)壓力主要在于結構化的Oracle 數(shù)據(jù)庫，雖然容量不大，但隨機讀寫頻繁，屬于性能要求大于容量需求的應用，因此對于這類數(shù)據(jù)的存儲，優(yōu)先考慮存儲的讀寫性能。同時通過RAC 技術，提供強大的數(shù)據(jù)庫處理能力和數(shù)據(jù)高可用能力。

對于PACS 系統(tǒng)的非結構化數(shù)據(jù)，通常會保存長達15 年甚至更長時間，面對大量的醫(yī)學影像資料，優(yōu)先考慮存儲吞吐性能，利用原有存儲，通過存儲分層的方式保證性能，并對這些數(shù)據(jù)進行有效的保護，提供快速的數(shù)據(jù)檢索能力。

總之，雙活中心的建設規(guī)劃不僅可以解決業(yè)務和數(shù)據(jù)雙活高可用性，還能實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無縫遷移和搬遷[12]，同時也為今后的“兩地三中心”的建設打下堅實可靠的基礎。

3 整體設計

雙活數(shù)據(jù)中心分為生產區(qū)和災備區(qū)，以服務器虛擬化實現(xiàn)計算資源池化，以存儲虛擬網關實現(xiàn)存儲資源池化，以IP 交換機和FC 交換機級聯(lián)部署實現(xiàn)網絡冗余，從而實現(xiàn)計算、網絡、存儲資源的高可用和業(yè)務的彈性部署。

3.1 計算和網絡資源部署 在生產區(qū)和災備區(qū)分別部署兩臺光纖交換機互為冗余，生產區(qū)和災備區(qū)通過兩條裸纖互連，雙鏈路互為冗余，保障網絡高可用；同時在生產區(qū)和災備區(qū)部署服務器虛擬化系統(tǒng)，服務器虛擬化使所有計算、存儲、網絡資源變得可動態(tài)管理，提高資源利用率，同時對原有老舊服務器資源進行虛擬化整合，增加業(yè)務高可用性[13]。

3.2 核心數(shù)據(jù)庫部署 對于Oracle 核心數(shù)據(jù)庫，可以采用基于RAC 的雙機部署，將數(shù)據(jù)庫和操作系統(tǒng)直接形成業(yè)務雙活關系，任何系統(tǒng)的破壞都可以保障數(shù)據(jù)中心業(yè)務不停機[14]。其他業(yè)務部署于虛擬化系統(tǒng)，結合RAC 雙機系統(tǒng)，實現(xiàn)全業(yè)務高可用。

3.3 存儲虛擬化網關部署

3.3.1 數(shù)據(jù)物理保護 將存儲虛擬化網關部署在生產區(qū)和災備區(qū)的環(huán)境中，把不同廠家不同品牌不同型號的盤陣虛擬成一個大的資源池，開啟同步鏡像功能，系統(tǒng)會將核心數(shù)據(jù)中心磁盤陣列上的數(shù)據(jù)同步到災備機房數(shù)據(jù)中心的磁盤陣列當中，存儲虛擬化網關可采用窄帶寬復制技術，有效節(jié)省帶寬、存儲容量和成本。

3.3.2 存儲資源分層 通過存儲虛擬化網關將生產區(qū)原有存儲設備資源整合到存儲資源池中，進行統(tǒng)一管理，并把高速盤陣和低速盤陣區(qū)分開，生成一個個不同性能的邏輯卷，滿足不同的應用需要，使盤陣資源做到對不同應用的按需分配。也可以把高速盤陣和低速盤陣混合，形成性能均勻的邏輯卷，以提高低速盤陣的性能，避免浪費寶貴的盤陣資源。再配備上存儲虛擬化網關的SSD 加速功能，更能全面的提升所有盤陣的性能。

3.3.3 數(shù)據(jù)邏輯保護 通過存儲虛擬化網關提供多種形式的數(shù)據(jù)保護功能，讓數(shù)據(jù)中心更輕易的進行存儲資源調配，并提供數(shù)據(jù)高可用、數(shù)據(jù)備份、容災能力，使存儲系統(tǒng)能夠更好的為業(yè)務系統(tǒng)提供服務。

3.4 生產區(qū)和災備區(qū)實現(xiàn)實時雙活 兩中心完成數(shù)據(jù)遷移以后，生產區(qū)和災備區(qū)之間采用同步鏡像模式來保證數(shù)據(jù)的一致性，當其中一個數(shù)據(jù)中心由于某種原因不能提供業(yè)務支撐時，另一個數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)自動接管，實現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的雙活高可用。

4 應用效果

我院雙活數(shù)據(jù)中心于2018 年4 月完成建設并投入運行，此后醫(yī)院云上業(yè)務系統(tǒng)未出現(xiàn)過中斷，已不間斷運行12000 小時，實施雙活數(shù)據(jù)中心的建設給數(shù)據(jù)中心帶來以下主要價值：①充分利舊：通過構建雙活數(shù)據(jù)中心，對不同時期的存儲設備和服務器資源進行接入管理，提升整體性能，并且無需進行架構改動。②高可用性：在生產區(qū)和災備區(qū)的服務器進行虛擬化整合，建立兩組應用層的高可用，避免單設備故障和單虛擬機故障導致的業(yè)務中斷。通過雙活高可用構建的在線數(shù)據(jù)存儲池，可以在數(shù)據(jù)業(yè)務底層有至少兩組在線數(shù)據(jù)副本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高可用性，避免單點故障導致的業(yè)務中斷。③計算存儲資源動態(tài)調配：存儲虛擬化中虛擬化網關兼容所有主流品牌的磁盤陣列，可以根據(jù)業(yè)務不同進行存儲資源的整合、分配，根據(jù)業(yè)務資源要求按需供給；服務器虛擬化中，可以通過因需供給動態(tài)調整業(yè)務對于服務器硬件的資源需要，提高服務器資源利用率和便于維護管理[15]。④數(shù)據(jù)保護：基于獨特的分組快照技術和CDP 保護技術，可以直接進行數(shù)據(jù)的在線保護，系統(tǒng)資源占用性低，并且效率非常高，CDP 保護周期無時間限制。分組快照和CDP 可以隨時通過其他服務器終端進行數(shù)據(jù)恢復驗證，數(shù)據(jù)可驗證性強，充分保證數(shù)據(jù)可用性，同時對醫(yī)院未來業(yè)務數(shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)資源。⑤統(tǒng)一管理：存儲虛擬化網關和服務器虛擬化平臺可以分別在同一個界面中對所有存儲資源和服務器資源進行分配和管理，提高管理效率和減低人為操作過多導致的風險。

5 總結

醫(yī)院信息化系統(tǒng)穩(wěn)定運行是保障醫(yī)療機構醫(yī)療服務質量和效率的重要基礎，這決定了兩地三中心遠程容災架構是醫(yī)院信息化發(fā)展必然趨勢。經過對業(yè)務系統(tǒng)細致的調研分析，結合醫(yī)院IT 環(huán)境，利用目前穩(wěn)定可靠的新技術，完成雙活數(shù)據(jù)中心建設方案的設計。在低投入的前提下，對醫(yī)院整體IT 架構進行了更加科學合理的規(guī)劃，實現(xiàn)了對核心業(yè)務及數(shù)據(jù)的保護及高可用，為兩地三中心建設奠定了堅實的基礎。