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  • ·: HIS硬件配置建议方案
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系统现状

随着医院业务的不断扩张,医疗水平的不断提升,采用高效的信息化管理工具将是任何一家医疗机构的必经之路,医疗信息化能从本质上改变当前整体医疗机构效率地下的问题。当前某医院的信息化状态还处于相对初级阶段,距离当前国家信息化示范医院的水平还相差甚多,这就需要某医院从管理思路、管理流程、管理工具等方面进行全新的提升。

服务器系统平台部署建议

某医院平台系统,根据新业务需求,主要包括以下服务器平台的建设:

HIS业务系统

EMR业务系统

其它管理系统服务器

。。。

其中关键点是HIS业务系统建设,以下结合各个业务系统的负载和终端数量,分别给出详细的设计方案

服务器系统设计需要考虑的因素

作为整个系统运行的核心,服务器系统需要有足够强大的数据处理能力,提供并行处理功能,满足大量的医院终端对服务器的访问,当多个用户同时访问核心业务时,保证系统能够高效、安全运行;而且,当系统未来的业务量增加时,应通过系统升级平滑地适应用户的要求。作为系统的核心处理部件,服务器系统应能够提供海量级存储能力和数据备份/恢复工具以及强大的处理能力;而且,服务器系统应具有高可靠性,保证系统能够长时间无故障运行。

对服务器系统设计应着重考虑以下几个方面的因素:

(1)、技术先进性与成熟性之间的平衡

先进代表创新,率先采用意味风险的存在。成熟代表经验,或许也隐含某种落伍成份。科技“可行性”的探讨,就是对先进科技做风险评估,以避免将整个系统建筑在不成熟的科技基础上。HIS系统应采取先进、稳定和成熟的科技,以服务方面的创新思维来增强竞争实力,并寻求业务发展的新突破。

(2)、系统的灵活性

系统的灵活性是方案中很重要的一环节,其目的在于在最短的时间内,开发、投产、维护及扩充新的应用系统,而不影响原有应用的服务及完整性。

灵活性涉及以下几点:

系统结构的开放性

数据库设计的兼容性

应用系统的可移植性

系统整体的可扩充性

(3)、系统整体的均衡性(无“瓶颈”系统)

在系统设计时,我们要全局考虑所有因素,包括服务器性能、网络带宽、多个用户同时访问时的峰值效应等。

在集中解决实时联机交易处理的同时,不应忽视系统的分批批量处理能力。无疑,在市场策略上,实时作业对客户及内部的运作是最重要的环节。

除了处理功能的均衡外,整个系统架构的任何部件都不能成为系统业务处理的“瓶颈”,以致影响整体运作。这些部件包括:

数据处理硬件平台、操作系统及管理环境

计算机网络架构及管理环境

应用系统及管理环境

数据库系统

开发工具及测试环境

客户终端机及结构

(4)、系统功能上的“完美”追求

联机交易处理(OLTP)的基本要求如下:

在多个用户并发访问时不显著增加响应时间

系统的高可用性,令服务不会中断

系统的高可靠性,确保每个信息记录是完整的

系统的高度安全性,不容非法侵入应用系统和数据档案

系统容易线性扩充,保护原有投资

(5)提供安全、可靠的解决方案

作为系统的核心数据库服务器部分的设计,一定要考虑服务器系统的安全和可靠性,要在服务器设备本身、操作系统、双机集群几个方面设计系统的安全可靠性。

在本方案中,硬件/软件是建立在广泛的可升级基础上,另外,计算机集群体系结构和优良的可扩充性使得投标方可以灵活方便地构建和扩充新系统。

服务器的高可用设计思路

集群(Cluster)技术是近几年兴起的发展高性能计算机的一项技术。它是一组相互独立的计算机,利用高速通信网络组成一个单一的计算机系统,并以单一系统的模式加以管理。其出发点是提供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。一个集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器,各服务器通过内部局域网相互通信。当一台服务器发生故障时,它所运行的应用程序将由其他服务器自动接管。在大多数模式下,集群中所有的计算机拥有一个共同的名称,集群内的任一系统上运行的服务都可被所有的网络客户使用。采用集群系统通常是为了提高系统的稳定性和网络中心的数据处理能力及服务能力。

多机并行处理技术的发展历经三代:

第一代:两台服务器物理地连接起来,分别各装一套数据库,但只有一台工作,另一台平时不启动,完全作为主服务器的备份机,这种模式称为冷备份。

第二代:两台服务器物理地连接起来,分别各装一套数据库,两台都启动,其中一台负担整个业务处理任务,另一台作为备份服务机。当主服务器出现故障时,备份服务器接管主服务器的硬盘,重新启动数据库,继续处理整个业务过程。这种模式称为热备份。

第三代:多台计算机物理地连接起来,只装一套数据库,多台服务器可同时对此数据库进行操作,在多服务器、多CPU之间均分负载。当其中一台服务机发生故障时,其他的服务器立即自动接管这台服务器的处理进程,应用系统可以不间断地正常运行。

多服务器集群的Cluster结构,因其具有高可靠性、大容量共享磁盘支持、以及无断点的故障恢复,越来越受到用户的关注,越来越多的硬件厂商都相继推出自己的Cluster机种和机型,它已经成为硬件平台的一个新的发展方向。

在群集(Cluster)等多机系统平台上,目前常用的高可用性技术有两种:双机热备和并行服务器。这两种方式采用的机制不同,实现的效果也不同。

而在并行处理模式下,并行的服务器节点都运行同一各数据库系统,负载均衡,充分利用并行系统中所有节点的资源,当并行服务器中某节点失效,透明的应用程序容错能够把用户自动转接到另一节点上继续运行,应用程序在用户没有察觉的情况下继续执行。这使周期性和非周期性发生故障的系统增大了连续可用性。进程的失效可以完全透明地转移到另一节点上去,通过适当地配置,可以指定所有查询都在客户端进行缓存,这样它们便可以在转移后的节点上重新设置。同时,还可以在没有失效时预先与容错节点建立一个连接,这样可以减少容错时在连接所花的时间。

双机热备技术与双机并行技术各自具有如下的共性和区别:

共享:双机热备技术与并行技术都可以避免核心业务服务器系统的单点故障,避免因为机器故障导致业务处理的瘫痪;

区别:双机热备技术最大的缺点是备份机空闲时资源浪费,而并行技术可以很好的进行负载均衡,避免这一点,但是技术的先进必然带来实现的复杂性,并行技术在实现上需要数据库软件系统、应用软件系统的支持。

在某医院HIS业务系统服务器的设计中,对于核心HIS数据库服务器建议采用双机并行技术实现。

服务器整体架构

在本次医院信息系统建设中,核心系统有HIS、EMR等,对于这些服务器选择的主要考虑是可靠性和可用性,其次是高性能、安全性和可管理性,还要考虑可扩展性和开放性。由于HIS服务器是管理和处理大量关键业务数据的平台,不但要保证数据可用而且需要保证数据能够被准确及时的处理,必需提供一个尽可能连续运行的服务器平台。因此,建议采用双机群集系统署方案。

 

核心业务HIS、ERM(电子病历)的服务器均采用双机热备方式,如果一台服务器出现故障,另外一台服务器自动实现接管。对防病毒和网管服务器可以采用现有的替换下来的设备,合理的保护投资。

 

存储系统建议方案

需求分析

随着信息化建设在我国医疗行业掀起一波又一波的热潮,国内的医疗行业已经出现了信息化建设的热潮,大型城区特别是沿海大城区的医疗机构纷纷规划和建设自己的SAN网络,政府部门和大企业纷纷规划和建设自己的新一代的SAN网络。

通过研究技术需求及与某医院的初步交流,我们对此次项目对信息系统部分的整合以及存储需求有了一个初步的了解,系统建设的目标是构建一个“集中存储,集中备份,异地容灾(建议放在二期进行建设),高效安全,弹性扩展”的高可用系统架构。

1)   多服务器平台共享且灵活可扩展的存储结构。系统的存储现状为分布式独立的存储架构,多个应用的多个服务器系统分别配置独立的存储系统系,一般为服务器配置HBA卡接入SAN网络。随着应用类型的增加及规模的扩展,给系统的维护及数据安全性的管理带来了很大的难度,从而给业务的顺利发展及降低成本等方面造成阻力。规划存储架构需要能够灵活扩展且能为多种应用服务器平台所共享。

2)   提供海量存储空间。大量资料存储和发布是某医院应用的核心内容之一,拥有一套或多套大容量的存储系统是保证数据安全性和服务连续性的关键,尤其是PACS数据,不仅要求存储系统具有超大容量,而且硬件的可靠性、容量的灵活扩展、简便的安装维护管理也会提高应用的效率。

3)   满足今后高速发展对存储扩展能力的需求。存储设备的扩展灵活性对业务的变化速度的影响也不可低估。如果存储设备在扩展容量或性能时对业务造成影响(需要业务停顿),那么可以说这种存储的可扩展性局限性很大。

4)   建设完善的数据备份机制,提高数据安全性及可靠性。数据高可用性是业务系统正常运行的保障,在数据集中及整合完成后,如何对数据进行更好的保护,确保数据完整性、可用性是企业发展及提高生产力及基本条件。根据某医院的规划,山东盛世博威提供多种高效能的数据备份以及远程容灾的解决方案,帮助用户实现完善的数据存储和备份体系,提高数据备份及恢复的效率。

系统设计目标

根据前一章节的分析,现阶段存储系统建设硬件平台的总体目标如下:

1)   建设数据中心的主存储网络系统,实现HIS、EMR核心业务数据及非关键应用数据的集中存储和管理;

2)   建设HISEMR系统的备份系统,同时安装备份软件调度备份策略,避免关键数据的丢失

3)   在二期建设HIS、EMR核心业务容灾系统,实现异地数据实时同步复制,保证业务应用系统的连续性、可靠性和数据层的高可用性和完整性。

存储系统规划方案

山东盛世博威公司本着“总体规划,构建最合适IT架构”的原则为某医院构建整体存储系统架构,视情况可以分部实施。根据目前的系统现状及对软件系统对存储的需求,建设目标是将现有业务处理服务器上的关键数据集中存储在新的网络存储设备之中,并支持关键应用服务器利用该共享磁盘阵列构建可用集群。

随着医院信息化建设的不断深入,根据各业务系统的特点与需求不同,山东盛世博威公司的方案设计对本院的信息化建设做了整体规划与新技术的运用。其中HIS系统是医院最为重要的业务系统,对可靠性和可用性的要求极高。HIS系统和EMR系统一天的数据量为200多M,其中HIS系统的数据量为40MB左右,EMR系统的数据量占全院信息量的30%。因此,实施EMR系统,对计算机网络的速度、可靠性、可用性、扩展性、服务质量、存储容量等方面都有着极高的要求。

根据某医院本次数据中心的存储系统要求,建议新购1套高性能光纤存储系统构建SAN/IP SAN存储系统。存储设备采用结构先进、安全度高的全8Gbps光纤通道。医院的系统按照年限为3年规划,那么医院最重要的HIS和EMR系统所需存储的总容量为:200MB/每天×365天×3年,约需1TB数据。考虑冗余特性,目前初步规划主存储系统裸容量为3TB。存储阵列的核心关键部件,如控制器、电源、风扇等均需热备冗余;数据中心的光纤交换机也需两台互为冗余,完全根除存储系统的单点故障。存储方案充分考虑了存取的速度和效率、技术的先进性和可扩展性、运行可靠性和安全性、性价比等指标。

 方案说明:

1)   采购1套高性能支持SAN架构的存储设备建设存储容灾系统,保障应用系统的业务连续性和数据的完整性。

2)   数据全部采用RAID5保护,并在每个磁盘扩展柜分别保留1块磁盘做热备盘。

3)   新购2台光纤交换机组成SAN网络,采用8GB技术的16口以上Switch,是为了配合主存储系统更好的发挥其优越的性能,避免在Switch上产生数据读写瓶颈。根据目前应用,可以考虑本期中心存储光纤交换机激活16口,未来可以根据应用的增加扩展端口;这样配置既可保护用户投资,有保证了未来的扩展性。

4)   存储系统到服务器所有通道均采用双链路的结构,核心应用服务器配置2块4GB 光纤通道适配卡(HBA卡),通过与两台光纤通道协议交换机连接接入存储系统,同时服务器上安装链路管理软件实现链路负载均衡和故障切换。

5)   配置1台备份服务器,在备份服务器上安装专用的备份软件来执行备份策略,对HIS、EMR、数据库服务器进行数据在线备份,当系统出现故障、数据出现错误或数据误删除丢失时,可以通过备份软件及时恢复至需要的时间点上的数据,保证数据的完整性。一般推荐在晚上访问量少的时间执行备份调度,达到备份效果。备份服务器放置在中心机房,直接将数据备份到备份服务器的本地硬盘上或存储设备或磁带库上。本期可以考虑采用原有的存储设备连接备份服务器进行数据备份,采用磁盘的备份方式,可以保证数据的备份恢复的快速有效,同时易于管理。

存储设备及软件的选型建议

本次项目中存储系统建议采用国际主流厂商自主研发的支持SAN/IP SAN架构的光纤存储系统软硬件平台。要求存储设备具备强健的冗余体系架构设计,无论控制器、电源、风扇还是磁盘通道都采用冗余设计,从而实现了整个信息系统应用和存储系统的无单点故障。

在软件配置方面,建议增加路径冗余软件以实现FC 8Gb环境下的路径冗余和负载均衡(服务器端需要配置2块HBA卡),同时通过统一的存储管理软件提供直观的图形用户界面,可对磁盘阵列实现全面、灵活的配置与管理,支持多种数据应用功能。同时存储设备必须具备在线式存储扩展、在线式动态RAID级别迁移、动态碎片整理等高级功能,可以在不中断业务的前提下实现对存储空间的动态调优。如果有需要,系统通过快照软件可升级支持基于磁盘柜的数据快照,保护关键数据。

备份系统建议方案

随着医疗信息化建设的逐步发展,医院业务系统的数据处理量和数据存储量越来越大。数据存储系统是信息系统的核心组成部分,担负着业务处理等极其重要的工作,而系统中的数据,更是核心中的核心,数据的安全性关系到整个系统能否正常的运行,最终关系到能否提供正常的服务。所以对数据做好数据保护是至关重要的,是保证提供正常服务的最后一道防线。

备份技术的选择

传统的磁带库进行数据备份和恢复的方法主要有两种:网络备份和直接连接备份。

网络备份模式需要使用一个专用的备份服务器,数据从目标主机通过网络移到备份服务器然后再到和备份服务器直接相连的磁带库和磁带驱动器。这种方法的主要缺陷是网络带宽经常会成为系统容量和性能的瓶颈;而且通过主局域网进行备份往往也会给网络性能带来负面影响。

在直接连接备份模式中,磁带驱动器是直接连到要备份的每一个服务器,这种方法虽然提供了高性能的磁带存储,但磁带库中所能有的磁带驱动器的数目是有限的,这就限制了所能备份的服务器的数量;而且因为每个磁带驱动器是专门配属给某一个服务器的,当那个服务器不使用其专用磁带驱动器时,其他服务器也不能使用,这也造成了大量的资源浪费。

SAN备份是从前面两种模式演化而来的。它充分结合了网络备份模式共享磁带启动器和磁带库以及直接连接模式高速访问的优点。在SAN备份模式中,磁带驱动器和磁带库通过光纤交换机通道连到各个主机。每个主机可以看到一个似乎是其专用的磁带启动器。安装在每个主机上的备份软件管理着对磁带驱动器的访问,将来自多个主机的备份任务按顺序放入可用的磁带驱动器池。

SAN备份解决方案支持异构平台的磁带共享。它支持包括HP-UX、AIX、SUN Solaris和Windows2003、Windows2008在内的一系列操作系统。所有平台可以通过一个或多个交换机连到磁带库。这些交换机不需要按操作系统类型分开,也不需要为每一个操作系统配置独立的分区。

备份产品的选择

备份系统能够顺利实施的关键在于备份软件的选择,好的备份软件可以具有非常强大的功能,帮助用户顺利实施备份系统,对重要数据进行快速、安全、可靠的备份,并当由于任何原因发生数据丢失时,能迅速通过备份系统对数据进行恢复。

所以,对一个备份软件的要求就是对备份和恢复的要求。

对备份软件的功能要求

扩展性:支持所有主流的操作系统和数据库,支持所有主流的磁带机和磁带库设备。

数据备份要能在线完成,在备份过程中不影响业务系统的正常运行。

要求能够支持在一个CLIENT端上启动并发数据流,加速备份过程,充分利用多磁带机的磁带库设备。

要求能实现全图形化管理,可对设备、作业进行监控。

在SAN结构下,允许不同操作系统共享磁带库设备,并且同一磁带驱动器可被同一或不同操作系统的主机动态共享。

支持远程分发式的CLIENT端软件安装。

除文件系统外,可对裸设备进行备份,对大量的小文件备份时可通过磁盘物理数据块进行,以提高性能,但要求能恢复单个文件。

图形化管理所有备份设备、备份策略及备份作业的监控、日志,可远程集中化管理多个备份环境。

对恢复的功能要求

总体要求:在发生数据丢失后能通过前期的数据备份进行有效的数据恢复。

对于文件系统恢复的技术要求:要求能恢复到最后一次备份的时刻。

对于数据库的支持

能应对各种数据库损坏,包括DATA FILE、REDO LOG等文件。

能支持数据库的完全恢复。

在必要的情形下,能支持数据库的各种形式的不完全恢复(通常用于挽回用户误操作),包括TIME-BASED,CHANGE-BASE,CANCEL-BASE。

通常情况下,可以确保数据库恢复至发生数据灾难前的一瞬间。

仅在理论中的个别极端情况下,才有可能出现数据丢失(如尚未备份的ARCHIVED REDO LOG就已丢失,或ACTIVE状态的REDO LOG丢失),但这些情况只要通过正确的数据库配置是绝对不会发生的。

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