三甲医院超融合IaaS私有云方案.docx
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1、 三甲医院超融合IaaS 私有云方案 【摘要】随着国家医疗改革继续深入,医疗信息化建设的发展也在从数字化医院向智慧医院升级。实现全数字化医疗的智慧医院,支撑医疗业务模式转型,建设私有云是基础架构的必然趋势。提高资源可扩展性和灵活度,以及从利旧角度尽可能提高医院现有数据中心资源利用率是当前很多医院在私有云建设中的挑战。本文主要介绍了杭州市第一人民医院基于超融合建设IaaS私有云的实践经验,包括私有云方案设计、设备利旧与升级、管理与运维等,自2019年到如今已经形成了超过200个虚拟机业务应用系统规模,承载了承载重要的医疗服务应用系统包括HIS、EMR、LIS等关键应用。1 引言杭州市第一人民医院
2、(以下简称杭州市一医院)创建于1923年,核定床位1200张,拥有分布杭州市区及周边区县的10个院区,是杭州地区融医疗、教学、科研、预防和社会保健于一体的市属最大综合性三级甲等医院,是浙江省首批通过三甲评审的四家医院之一。现为 “浙江大学医学院附属杭州市第一人民医院”、“浙江中医药大学第四临床医学院”。随着医疗卫生体制改革的逐步推进,在市委、市政府统一部署,上级卫生行政主管部门领导下,以杭州市一医院为核心,稳步踏上紧密型医院集团发展的新历程,以建设“学习型”、“研究型”医院为着力点,不断创新,勇于突破,实现医院可持续、健康发展。随着医院规模和服务能力的不断扩大,杭州市一医院的信息化建设近年来也
3、经历了前所未有的高速发展,特别是经历了2010年的HIS建设高潮和2018年的电子病历评级,越来越多的医疗服务业务系统和医疗服务设施陆续投入使用。2020年,国家卫生健康委医院管理研究所组织专家对我院进行了电子病历系统功能应用水平分级评价连线审查。国家卫生健康委医院管理研究所信息标准化研究部几位专家对我院中心机房、安全应急、住院护士站、医生站的闭环监控、知识库推荐诊疗等功能,以及门诊挂号、收费、就诊、门诊医生站、检查系统等患者就诊环节进行了功能点的校验,还根据之前上报的资料对我院进行了数据质量的查验工作。我院信息化水平得到专家组认可,成为全国19家六级及以上高等级电子病历医院之一。2021年,
4、我院根据互联互通五级要求,不断加强数据资源标准化、互联互通标准化、互联互通基础设施与应用效果建设。在原有四级的基础上进一步完善信息集成平台与数据中心,集成分散业务,生成标准化共享文档。顺利通过国家医疗健康信息互联互通标准化成熟度测评,获得五级乙等。该等级也是目前全国各家医院在该项目中获得过的最高等级。如何利用当前先进的信息技术,满足医院高速发展的业务需要,为不断新增的医疗服务业务系统提供稳定、可靠、高效的信息基础支撑平台和服务平台,成为至关重要的问题,云计算相关技术自然而然地进入到杭州市一医院信息口的视野中。2 私有云平台建设2.1 云计算服务概述云计算可以提供可用的、便捷的、按需的资源提供,
5、成为当前医疗行业IT架构建设的主流形态,很多新建系统都是使用云模式进行构建,同时还有大量的现有业务系统,不断向云计算环境进行迁移。在云计算环境中,服务器虚拟化是基本的云计算技术之一。基于服务器虚拟化的云计算技术虽然有效降低了硬件采购成本,缓解了IT建设面临的诸多压力。但是其基础架构并没有发生变化,一直到超融合基础架构(简称“HCI”)的出现。超融合架构在数据中心中承担着计算资源池和分布式存储资源池的作用,极大地简化了数据中心的基础架构,而且通过软件定义的计算资源虚拟化和分布式存储架构实现无单点故障、无单点瓶颈、弹性扩展、性能线性增长等能力。杭州市一医院本着务实原则,兼顾医疗数据信息安全监管和医
6、疗服务的稳定可靠要求,通过谨慎地比较和试用,最终选择使用业界领先的英特尔、VMware、H3C等公司最新技术,以保证核心医疗服务的业务连续性为目标,构建医院私有云平台,优先提供基于超融合架构的IaaS服务能力。2.2 基于超融合的私有云平台杭州市一医院希望医院信息化系统的建设能成为医院发展的”助推器”和”倍增器”,云计算和大数据和人工智能成为当前医院信息系统建设的代表方向和潮流,从早期比较尝试使用中,切身体会到虚拟化技术和产品优势、超融合技术,就能提供媲美传统存储的几万IOPS的高性能能力,特别吸引杭州市一医院的注意。所以杭州市一医院选择升级改造现有虚拟化服务器为超融合节点并新增节点,基于vS
7、AN软件定义存储和服务器虚拟化结合,充分利用现有双活FC-SAN存储,建设基于超融合的私有云IaaS基础架构平台,帮助杭州市一医院实现医院IT技术平台从以硬件为中心转向以核心医疗服务应用为中心,从专业硬件转向行业标准硬件,从封闭走向开放,从硬件驱动转向软件定义,在实现关键业务可用性、稳定性的同时实现性能快速提升、存储架构的模块化扩展。2.3 私有云平台设计方案2.3.1 基于超融合的部署方案在数据中心新建一套超融合系统集群,并对医院现有的业务系统进行评估,按照评估结果,将适合的业务系统和数据迁移至超融合平台,打破原有竖井式的纵向扩展架构。1、数据库服务器HIS/PACS等核心业务数据库系统对物
8、理机性能要求比较高,而且有数据一致性要求。如果部署在基于超融合架构的私有云平台上,需要高性能的数据支撑。2、应用服务器对于HIS/PACS等核心业务系统应用服务器和其他非核心应用系统,完全可以部署在超融合系统架构平台上,利用一套平私有云平台解决应用部署问题,在提高系统利用率的同时可以做到灵活管理和运维。2.3.2 超融合方案建设思路我院现有的私有云环境是基于VMware的虚拟化,但是随着业务系统数量的增加和资源扩展的需求,现有架构的扩展灵活性比较受限。服务器资源无法被充分的利用起来,集中式存储存在性能下降,扩容停机维护时间过长等问题。继续对现有基础架构进行改造,真正适合云环境的建设和需求。利旧
9、是医院信息化建设必须考虑的重要方面,以充分利用已有的资源基础,降低TCO。基于以下几个方面的优势,准备将现有架构改造成超融合架构再提供给云环境使用:1、从改造后的医院数据中心基础架构来看,只需要采购服务器+网络设备即可。不再需要为云环境购买或升级独立的SAN集中存储。网络方面可以让数据中心的架构由三层转变为二层,降低复杂度,降低采购和运维成本。2、超融合架构可以实现完全的资源整合、统一管理、调配和统一存储功能。在扩展性上可以做好按需线性的横向扩展,采用的是分布式的自治系统。由于计算与存储资源的深度融合,在对系统进行扩容时,只需要扩展超融合服务器的节点即可,不需要提前对设备进行选型、设计、系统集
10、成和长时间的系统调试,通常一个三节点的扩容,一小时之内就可以完成,深度软硬件集成的超融合系统甚至可以做到开箱即用。3、软件定义的基础架构,可以满足未来医院对业务系统的扩展需求。通过软件定义,能够让医疗数据中心在一个简单的基础架构下升级成为一个智能化、自动化、高效化的数据中心。在设备改造方面,服役超过5年以上的服务器,将不再继续使用,进行淘汰处理,避免潜在的安全隐患。利旧后的设备建设两个资源池,一套用于生产环境,一套用于开发测试环境,不和生产资源混合在一个资源池里,做好安全隔离,避免互相影响。选择部分性能比较好,未过保修期(三年内)且具有整合价值的服务器,通过升级改造(例如:增加SSD固态硬盘,
11、对内存进行扩容)后加入到超融合系统群集当中。需要注意的是个别老旧的服务器,即使部署了相同超融合系统软件,由于其CPU型号不统一,很难组建一套超融合系统,需要创建不同的资源池。2.3.3 硬件设备利旧和升级主要利旧的设备和架构如下图所示:1、服务器设备利旧超过质保期的服务器不利旧,避免出现潜在的安全隐患。不同架构的服务器不利旧,例如AMD架构的服务器和英特尔架构的服务器就无法在一套超融合架构进行不同,因为CPU架构不同,无法进行虚拟机的迁移和资源共享。因我院大部分利旧的服务器都基于英特尔至强可扩展处理器的X86服务器,所以可以完全利旧使用。2、服务器和网络设备升级由于超融合架构对网络要求比较高,
12、原有二层接入交换机为千兆交换机,需要使用万兆光网络的交换机进行设备连接,保证超融合架构系统网络的畅通,避免出现计算流量和数据流量的拥挤和堵塞。利旧的服务器原配置不是为了虚拟化做的设计,普遍配置较低,特别是内存资源和硬盘资源比较匮乏,如果组建超融合架构系统,单个节点的资源利用率不高,无法提供更有效率的计算资源和存储资源,需要对部分配置进行升级。在内存方案,未来考虑英特尔傲腾持久内存。可以经济地为单个超融合节点提供更多的内存,其PMEM MM模式配合vSphere 7.0U3 vMMR功能可以提供更多的内存,让VMware单节点创建更多虚拟机,优化TCO,提高单个节点的资源利用率。在硬盘方面,由于
13、原有单节点服务器磁盘容量小,速度低,需要进行扩容。考虑采用SSD固态盘+HDD SAS盘的组合,利用SSD固态盘为超融合分布式存储系统做高速缓存性能加速。当高速缓存位于低延迟、高耐用性的快速固态盘时,VMware vSAN 能发挥最佳性能。如果在高速缓存层采用最高性能的固态盘,将获得性价比高的性能提升。在本次利旧方案中,选用了英特尔固态盘,可以提供高IOPS和每日30次硬盘写入的高耐用性,非常适合支持写入密集型数高速缓存功能,提供在性能、数据完整性、性能一致性和硬盘可靠性方面的保障。在未来有更多高性能、低延迟要求的场景,可考虑采用最新的英特尔傲腾固态盘,延迟不会因负载增加而增加,而且有很高的耐
14、用性,例如英特尔傲腾DC P4800X的耐久性能达60 DWPD1,每天全盘写入擦除60次。因此,在vSAN中使用英特尔傲腾固态盘,当云平台有更多工作负载时,能够保持稳定的高性能和高耐久性。3、存储设备利旧原有FC-SAN存储架构保持不变,仍采用EMC和DELL存储的集中存储解决方案。但是在使用上有所不同。原集中式存储架构主要为核心HIS/PACS系统的数据库提供数据存储服务。存储系统利旧后仍保留原数据,作为备库数据进行使用。其次,原有FC-SAN存储还可以用于存储部分虚拟机数据库系统结构化数据文件,虚拟机自身的数据文件和非结构化数据文件将使用基于超融合的存储系统。2.3.4 私有云管理和运维
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