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超融合技术在医院数据中心建设中的应用价值

2022-11-25李薇赵瑞兴陈倩文郑文俊

智慧健康 2022年23期
关键词:虚拟化数据中心架构

李薇,赵瑞兴,陈倩文,郑文俊

江门市中心医院 网络信息科,广东 江门 529000

0 引言

伴随大数据时代的到来,医疗信息化也踏入新的发展阶段,加之医疗改革及配套信息化政策的出现,医疗管理逐步从“以治疗为中心”转变为“以患者、数据为中心”[1-2]。“互联网+”的发展对医疗信息系统的数据共享、互联互通需求逐渐增加,对医院数据中心的运作、维护等管理要求更高[3]。医院数据中心肩负着医院的信息技术支持,是医院病案系统、信息系统、医学影像系统等多个系统的核心力量,同时为医院生产系统存储并运算数据。医院数据中心建设自单台物理服务器独自承担服务、存储及计算过渡到以存储局域网络为构架的虚拟化平台,医疗资源的存储及计算率得到大幅提升,然而虚拟化平台主要依赖于服务器集群、小型计算机及交换机系统接口存储组合,若物理服务器发生故障,则不可避免的是虚拟服务器也受到损伤,甚至导致系统崩溃,从而无法彻底解决医疗资源信息共享问题[4]。

1 数据中心的发展

数据中心的发展主要经历3个阶段:①物理架构阶段:将不同生产厂商及集成商的服务器、集中式网络、存储、大型数据库、管理软件等进行集合组成的复杂系统架构。该种架构模式满足早期数据集中的需求,然后随着信息技术发展,应用于数据不断增多,该种架构模式出现了各系统无法整合、可用性低、底层物理设备利用率低、系统升级困难等问题;②服务器虚拟化阶段:该架构模式以一个物理服务器为中心,在改该物理服务器上同时运作一定数量可移动的虚拟机,共享同一个底层硬件,包括计算、存储、内存等虚拟资源;虚拟机可有效提高物理服务器的可利用率,可备份操作系统及数据,提升了操作灵活性;但该种架构模式仅实现了计算资源虚拟化,存储方式仍使用共享的方式,如存储区域网络等,使分开采购的物理服务器与部署存储变的复杂,运作难度提升;加以虚拟机数量不断增加加大了存储阵列的读写压力,进而出现存储设备性能不足的情况,无法满足业务增长的需求;③以软件定义为IT基础架构的数据中心:通过软件定义的方式实现存储结构分散,具有部署自动化、安全可靠、资源弹性化等优势,能满足日渐增加的业务量[5]。

2 超融合技术的概念

超融合技术不同于传统以硬件定义为IT基础架构,是一种将软件定义作为IT基础架构的新型技术,可将传统硬件定义系统的元素全部虚拟化,实现了各元素的横向扩展,为数据中心建设带来更高的效率,节约更多的成本并对数据进行保护。超融合技术打破了传统固有的服务器-网络-存储模式,将计算、存储、网络等资源均放于同一台物理服务器上,使每一台物理服务器都可被视为一个单元节点,将多个节点借助网络聚集实现模块化的并联扩展,生成了包括所有服务器元素的资源池[6-7]。

3 超融合技术的特点及优势

3.1 数据服务

超融合技术其本质在于融合,最重要的特点即为软件定义存储。超融合技术的服务器在存储区域网络的服务基础上另提供了应用计算的服务,降低了架构对硬件的依赖性,实现由软件控制存储、计算、网络的逻辑上的虚拟化。

3.2 简单性

通过分析超融合技术发现,虚拟化融合部署使超融合技术在应用端更具敏捷性,该项技术摆脱了传统基础架构的存储支撑,将存储资源纳入服务器中,简化了设备安装调试程序,使系统便于预先配置、测试及安全集成,有利于系统的维护;同时超融合技术使系统具备更为强大的资源横向扩展能力,加强超融合一体机与整个架构的无缝集成能力,促进整个架构更类似于扁平化的弹性部署[8]。

3.3 可扩展性

超融合技术具有较高安全性,而其安全性来源于多维软件。传统的硬件定义采用集中式存储方式使存储安全负担加重,需要一份配置更为完善的备份机制以保障系统安全。超融合技术使用分布式存储及虚拟化资源,使其自带若干份保障策略,即同一份数据可保存多份副本。同时超融合技术可通过添加单元节点进行横向扩展,资源池可根据工作负载状况进行动态的工作分配,减轻了应用端的负荷[9]。

4 超融合技术在医院数据中心的应用

4.1 医院数据中心的需求

①高可用性:医疗体系系统被纳入到国家等级保护需求中,明确要求医院使用的系统需具有较高可用性。《医院信息系统软件基本功能规范》中指出,医院核心门诊信息系统故障时间需控制在10min以内,数据保护及业务连续性要实现全天保障。但是医院数据中心使用的传统架构的物理服务器、存储资源等利用率已接近极限,无法满足业务量增加的需求,服务器故障升高,存储资源可利用率降低,医院系统可随时因为硬件故障而出现宕机的现象,进而易出现数据丢失。②数据安全性:《卫生行业信息安全等级保护工作指导意见》指出,卫生信息系统安全等级需高于三级,其中医院数据中心需全面保障诊疗数据的安全。传统架构采用集中式的存储方式,一旦出现硬件故障等状况,极易导致诊疗数据丢失,无法保障医院数据中心的安全性。③部署迅速:为实现医院智慧化、智能化建设,医院数据中心建设需配备快速购置、快速支付、快速部署、快速应用的信息化系统。传统架构的数据中心因服务器配置不合理,各系统之间资源无法实现有效共享,使医院诊疗系统部署敏捷性下降,无法满足业务量快速增长的需求[10-12]。

4.2 超融合技术的应用

将超融合套件运行于服务器上,在可运行多个浏览器的Web控制台上运行基础设施套件以实现抽取物理资源信息,并打包硬盘、中央处理器计算资源、内存等物理资源,将其设为一组逻辑资源。该逻辑资源经套件进行处理后需遵守套件的调度、管理及分配原则,从而实现资源的高利用率,降低系统管理的复杂性,加快对业务需求的反应速度,提供可靠的应用端[13]。应用超融合套件聚集个单元节点物理服务器中的存储资源,建立一个可以分配、共享的存储资源池,所有单元节点的存储资源在资源池中被统一管理、分配[14]。

5 超融合技术在医院数据中心建设的应用效果

5.1 简化基础架构

传统的硬件定义为三层式基础架构,可扩展能力较低,实用性较差,无法使用医院数据中心快速增长的诊疗业务。超融合技术将存储进行虚拟化使医院数据中心可以通过增加服务器数量(横向扩展)、增加服务器数量(纵向扩展)等方式实现存储空间扩展,同时使存储性能也得到同步扩展,可以快速、无缝、弹性的承担医院诊疗业务,因此超融合系统进行部署时无需考虑过多因素,以近期需求为主要考虑对象即可[15-16]。

5.2 节约成本

①节约基础架构成本:超融合技术通常使用X86服务器等低单价企业服务器为基础且其组件相对廉价,使运行成本相对减少;②按需置办:HCI具有横向扩展的灵活性,可随时纳入新的单元节点至资源池中,医院可依据自身业务增长需求进行设备的置办,从而有效控制成本的消耗;③管理程序的简化:物理网络设备通常为各种路由器、交换机连接而成,超融合技术实现的网络虚拟化更注重数据中心、主机的网络,有效节省了物理主机需置入的设备。同时,超融合技术通过灵活分配路由、安全、交换等各项网络连接服务,摆脱传统网络设备管理、运维难题的同时为医院数据中心提供了一个全新网络连接运作维护模式,从而大幅度降低网络复杂性,简化网络配置,降低网络建设成本。另一方面超融合技术将计算、网络、存储三层结构进行融合,降低了运行难度,节约了各系统的运作维护成本[17-18]。

5.3 提升运维管理效率

传统硬件定义的架构需要技术人员学习、掌握多种硬件及软件的操作性能,且学习周期较长,消耗大量人力资源及时间成本,当系统出现故障时容易牵涉多个应用端,技术人员需进行长时间的筛查、定位并对故障进行修复,进而影响医院数据中心的运维管理。超融合技术使用的X86服务器及套件可实现对超融合的全面管理及运作,加之专业化软件显示为可视化图形交互页面,降低了专业难度,有利于技术人员快速学习;同时超融合服务器一旦发生故障,其本身可进行自愈、数据自动均衡、单元节点自动扩容的特点,减轻了维护人员的工作量,提升其精准定位故障的准确性。另一方面,超融合部署迅速、弹性扩展的能力,能伴随不断增长的诊疗业务进行自我调整,增加了基础架构的使用周期,提升运维管理效率[19-20]。

5.4 高安全性

医院使用的传统硬件定义的架构模式使机柜空间利用率逐渐接近饱和,面对日渐增长的诊疗业务,传统架构模式无法满足其需求,加上高发的服务器及存储故障,数据中心随时可能因硬件故障而出现宕机而造成数据丢失,进而影响医院数据的安全,加上大部分极其老旧,难以购买,易出现维保困难、配件缺货等现象。超融合技术建设的医院数据中心,当硬件出现故障时,可以借助系统请求分散至其他节点副本上,保障数据不会丢失,进而保证了一份数据具有多份备份。当数据进行更新时,超融合技术可经过数据同步技术将所有备份进行更新。超融合技术自带的多副本机制最大限度的保证数据存储的高安全性[21]。

5.5 服务器性能较高

传统的存储区域网络存储架构易受到硬盘参数影响,当数据访问量过高使极易出现服务器卡顿的情况,超融合技术特有的多个单元节点并发、固态硬盘缓存加速等特点是传统中、高端硬盘参数性能的三倍,超融合技术将存储软件定义为“计算+server存储区域网络”的形式,大幅度提升了服务器硬盘性能[22]。

6 结语

当今社会信息化的快速发展,必然会导致超融合技术的出现,该项技术可以满足日渐增长的业务数据对于硬件可靠性、安全性、可扩展能力的多方面的需求,其发展速度取代传统数据中心已成为必然趋势[23]。超融合技术满足当今信息化发展的两大重要特征:显著的性能提升及更为紧凑的结构,其具备更多的服务器用于实现数据、网络共享,具有更强的横向扩展能力,借助对单元节点将网络聚集,形成了统一的资源池,从而为医院数据中心带去更高的效率及数据保护,有效整合医院数据中心的资源,减少服务器数及运维成本,节省机房空间,降低系统宕机产生的危险,能够满足医院数据建设中心的需求,为医院数字化建设提供了强有力的保障,保证医院日益增长的业务连续性,取得了较好的经济与社会收益。

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