医疗超融合解决方案

医疗行业数据中心设计方案

目录

1. 建设背景 (1)

1.1 行业概述 (1)

1.2 行业背景 (1)

2. 总体架构设计 (2)

2.1 设计思路 (2)

2.2 设计原则 (3)

2.3总体逻辑架构 (3)

2.4总体物理架构 (4)

3. 基础设施设计 (6)

3.1互联网接入区设计 (6)

3.2 核心交换区设计 (6)

3.3 存储设计 (9)

4. 云资源池设计 (10)

4.1 计算资源池规划 (10)

4.1.1 资源评估原则 (10)

4.1.2 集群设计 (10)

4.1.3 可靠性设计 (11)

4.2 存储资源池设计 (12)

4.2.1 评估原则 (12)

4.2.2 资源池设计 (13)

4.2.3 可靠性设计 (14)

4.2.4 备份存储设计 (14)

4.3 虚拟网络设计 (15)

5.业务系统设计 (16)

5.1 整体可靠性指导 (16)

5.2整体备份设计 (16)

5.2.1 虚拟机备份 (16)

5.2.2 应用层备份 (17)

5.3 医院信息系统（HIS） (17)

5.3.1 虚拟机配置设计 (17)

5.3.2 虚拟机备份设计 (18)

5.3.3迁移设计 (18)

5.4电子病历系统（EMR） (19)

5.4.1 虚拟机配置设计 (19)

5.4.2 虚拟机备份设计 (20)

5.4.3 迁移设计 (20)

5.5 检验科信息系统（LIS） (21)

5.5.1 虚拟机配置设计 (21)

5.5.2 虚拟机备份设计 (22)

5.5.3 迁移设计 (22)

5.6 影像存档和通信系统（PACS） (23)

5.6.1 虚拟机配置设计 (23)

5.6.2 虚拟机备份设计 (24)

5.6.3 迁移设计 (24)

1.建设背景

1.1 行业概述

医院是指以向人提供医疗护理服务为主要目的医疗机构。其服务对象不仅包括患者和伤员，也包括处于特定生理状态的健康人（如孕妇、产妇、新生儿）以及完全健康的人（如来医院进行体格检查或口腔清洁的人）。

截至2017年11月底，全国医疗卫生机构数达99.3万个。医院3.0万个，基层医疗卫生机构93.8万个，专业公共卫生机构2.2万个，其中：疾病预防控制中心3488个，卫生监督所（中心）3134个。其他机构0.3万个。

各医院由于自身条件的不同，在信息化建设投入方面存在很大差异，即使是属于同一等级的医院之间，也存在很大的差距。目前我国大中型医疗机构已经建成了具备基本功能的HIS系统和PACS、RIS、LIS等基础CIS系统，临床医疗管理信息系统建设开始向手术室和ICU等诊疗行为更为密集科室延伸。

1.2 行业背景

在医疗行业信息化建设逐步深化的大背景下，各项IT 应用系统不断的加入到医院信息化建设的队伍中来，一般的数据中心已有服务器数量已有数十台，未来仍有新的业务系统不断上线，数据中心的服务器数量、网络设备、存储系统数量会变的非常惊人，因此如何实现数据中心的高效运转，成为困扰医院信息化建设者的一个难题。

在医疗行业对信息化要求越来越高的时候，更凸显出信息服务稳定性的重要性，试想一下，突然出现核心系统服务器当机，所有部门的工作无法正常开展，

那将会给医院形象带来多么严重的影响，给各个部门带来严重的损失；因此，服务器系统的高可用性和数据的可靠性一定要纳入新数据中心的核心要求中来.。

数据安全对于医疗行业来讲是重中之重的，这就要求在云计算时代，新的数据中心要能够保障数据安全、消除病毒攻击，要提出更加安全、效率更高的安全解决方案，能够为业务系统提供安全可靠的信息服务。?

因此当前医院当前的IT建设的当务之急是建设一个简单、稳定和安全的数据中心。

2.总体架构设计

2.1 设计思路

医疗云数据中心采用了面向云计算的设计思想，使用“池”的概念设计整个信息系统，将云数据中心中分为四个资源池：计算池、存储池、网络池和安全优化池，每个池均可实现动态的资源调整，扩大或缩小。?根据不同的业务系统的的使用对象及安全性要求不同，可以将云数据中心划分不同的安全区域，根据不同的业务系统类型（对性能、存储容量等要求不同）可以将云数据中心划分为不同的业务区域。

在客户预算充足的情况下建议将内网核心区域划分为三个资源池：高性能区域资源池、大容量区域资源池和其他常规区域资源池，以便能够针对不同类型的业务系统选配不同配置的物理服务器。

2.2 设计原则

?可靠性高：设备独立，冗余设计，避免单点敀障。

?易于扩展：易于模块化设计，汇聚区间相对独立，易于业务扩展，故障隔离和故障定位。

?方便管理：便于部署路由，安全控制策略。

2.3总体逻辑架构

2.4总体物理架构

根据数据中心网络架构设计原则，将数据中心分为互联网接入区、互联网业

务区、外联中间区、内网业务区和安全管理区。

....存储私网交换机VXLAN 交换机堆叠堆叠 ....存储私网交换机VXLAN 交换机堆叠堆叠业务交换机业务交换机管理网交换机核心业务区大存储容量区管理网交换机上网行为管理

下一代防火墙

负载均衡

....

VXLAN 交换机

堆叠堆叠

业务交换机

管理网交换机普通业务区

核心交换机

互联网接入区

互联网接入区主要提供互联网的接入服务，供内网用户访问外网和互联网用

户访问内网业务系统。

核心交换区

核心交换区的功能主要是完成各服务功能分区之间数据流量的高速交换，是

数据中心南北向流量和东西向流量的交汇点。为此，核心交换区必须具备高速转

发的能力，同时还需要有很强的扩展能力，满足业务未来快速发展的需求。

外联中间区

外出于监管和接入社保等需要，卫计委和社保需要访问内网业务区。为了实现这样的需求，医院数据中心需要部署前置机进行数据交换，这些前置机就部署在外置中间区。外联中间区域透明部署两台主备下一代防火墙，开启应用防护及IPS 功能，仅允许访问固定IP的固定端口，保障业务系统的安全。

内网业务区

内网业务区域是只供内网访问的业务区域，包括HIS、PACS、EMR等业务系统，这些业务系统只提供给内网的用户使用。为了保障内网区域的安全，在内网区域透明部署两台主备下一代防火墙，开启应用防护、IPS和waf功能。同时按需部署应用交付产品，实现业务系统的应用负载。

安全管理区

安全管理区提供数据中心统一的安全、运营运维、灾备等管理系统。在安全管理区域部署两台透明的主备防火墙，开启防病毒，IPS和应用控制功能，对安全管理区域进行安全防护。

3.基础设施设计

3.1互联网接入区设计

部署丰富的安全控制机制，防范网络攻击，实现Internet高风险区域客户的应用访问。

AD链路负载设备实现ISP线路的链路负载，提高用户体验。防火墙串行接入，双机热备部署，开启IPS、实时漏洞分析、防病毒等功能实现内外网的隔离。流量控制设备串行接入，双机热备部署，开启流量控制及审计功能，对整体网络带宽提供高效利用，同时对上网内容实现审计，避免法律风险。

3.2 核心交换区设计

核心交换区采用层次化的架构，在典型的数据中心网络架构设计中，分为三层架构设计和二层架构设计。

三层的网络架构设计中有：核心层、汇聚层和接入层。核心层是交换的核心、采用冗余设计保证高可靠性，支持无阻塞数据交换。汇聚层汇聚来自接入层的流量，作为服务器网关。实现分区内服务器分组间的互通，实现出区域的业务流量转发。路由汇聚及路由负载均衡、快速收敛。接入层：服务器、主机、存储设施接入、网络智能服务器初始分类，如QOS、ACL。部署模式分别为TOR、EOR/MOR。

二层网络架构设计中有：核心层和接入层。核心层作为交换核心，采用冗余设计保证高可靠性，支持无阻塞数据交换，同时汇聚接入层的流量，作为服务器网关，

部署策略。接入层：服务器、主机、存储设施接入、网络智能服务器初始分类，如QOS、ACL。部署模式分别为TOR、EOR/MOR。

根据医院数据中心的特点及企业级云的特点（扁平化及大二层），推荐医院数据中心的网络架构设计采用二层架构设计。具体交换区网络架构设计细节如下：

核心交换区的功能主要是完成各服务功能分区之间数据流量的高速交换，是数据中心南北向流量和东西向流量的交汇点。为此，核心交换区必须具备高速转发的能力，同时还需要有很强的扩展能力，满足业务未来快速发展的需求。3.3 存储设计

存储通信网络

包括虚拟存储的主机间存储数据同步，以及外置iSCSI存储的IO数据传输。如果存储通信网络不稳定，可能会导致存储IO性能下降，甚至数据不一致。存储私网

为了避免存储网络的单点故障，对业务系统的影响。存储私网规划为双交换机链路聚合。两台存储私网交换机分别进行单独部署。每台主机用作存储私网的两

个万兆网口分别连接到两台存储私网交换机上，保障一台交换机宕机不影响业务系统的正常运行。

4.云资源池设计

4.1 计算资源池规划

4.1.1 资源评估原则

CPU，同一台主机上的多个虚拟机之间共享该主机的CPU资源，容易出现CPU资源竞争，可以通过指定虚拟机CPU核心数，限制虚拟机使用多少个CPU 核心。即虚拟机分配CPU资源的最小粒度为1个CPU核心。通常将CPU频率作为CPU资源容量的计算参数，即CPU资源容量= CPU颗数* CPU核心数* 单核心主频。但是虚拟机的CPU资源使用率通常在20%左右，为了充分利用物理主机的CPU资源，主机的CPU超配比例为2：1，即虚拟机配置的CPU总资源容量为实际物理CPU总资源容量的2倍。

内存，虚拟机对内存的需求通常是长期分配占用的，即使有内存合并、SWAP 等内存优化技术，但为了保证内存读写效率，实际计算内存资源容量时，主机的内存不建议超配比例；

4.1.2 集群设计

云资源池的划分需要依据以下几个方面进行考量：

1.安全性原则：按照安全等级不同，划分为不同分区。例如，为互联网用户、

合作伙伴服务的服务器单独分区；

2.可以按照应用类型和应用特点等方式划分：比如IO密集性、计算密集性和

需要大容量存储类型的服务器单独分区；

3.业务系统之间相互访问的情况；

根据以上设计原则，可以将内网区域按照以下方案进行资源池的划分：

1.将内网业务区域划分为大容量区域、高性能区域和其他常规区域。三个区域

分别采用单独的aCloud集群进行部署。最后用aCMP云管平台进行集中管理；

2.将内网业务区域划分为大容量区域、高性能区域和其他常规区域。其中高性

能区域采用单独的aCloud集群进行部署，大容量区域和其他常规区域合并到一个aCloud集群进行部署，最后两个集群采用aCMP云管平台进行集中管理；

3.将内网业务区域划分为大容量区域、高性能区域和其他常规区域。三个区域

采用一个aCloud集群进行部署。

针对重点城市三甲及三乙医院预算比较充足，业务系统的要求也比较高，建议采用第1中方案进行部署；针对区县三甲、三乙以及重点城市二甲医院，建议采用第2中方案进行部署；针对区县二甲及以下的医院，建议采用第3种方案进行部署。

4.1.3 可靠性设计

集群资源调度：

用户在集群内创建资源时不规则的分布在不同的主机上，造成集群内各主机CPU、内存资源利用率不平衡。负载过轻的主机资源利用率低，造成浪费；负载

过重的主机容易出现资源超配，会降低虚拟机的性能和稳定性，从而影响业务的正常运行。

DRS（Dynamic Resource Scheduler，动态资源调度）能够持续监控当前集群中各主机节点的CPU、内存的使用情况和虚拟机的主机分布情况，并自动生成虚拟机在线主机迁移调整计划，动态调整虚拟机的运行位置，使集群的计算资源达到均衡使用的效果。

DRS技术采用的是“虚拟机在线主机迁移”的方式，只调整虚拟机的主机运行位置，不会改变存储运行位置，迁移过程不会对虚拟机上的业务造成影响。

推荐动态资源调度开启手动模式，系统根据资源负载的规则，给出调度建议，管理员可以手动执行调度建议。用户可以在业务空闲时间手动DRS，减少对运行业务的影响。

4.2 存储资源池设计

4.2.1评估原则

磁盘容量、IOPS，根据实际应用系统的磁盘读写需求，计算总体的容量和IOPS需求。同时考虑未来5年的增量数据，最总确定每个存储资源池的IOS及容量的需求。

根据不同类型的业务系统，比如IO密集型或大存储容量型的应用进行分开部署，保证不同特点的业务系统存储在合适的资源池中。

4.2.2资源池设计

本方案使用深信服虚拟存储作为虚拟机的存储位置，使用SSD作为缓存盘用以提升存储的IO效率。使用虚拟存储双副本实现数据的冗余，可以避免单个磁盘故障或单台主机故障导致数据丢失的风险。

针对业务系统的类型和硬件资源的不同，建议虚拟存储可以按照如下方案进行部署：

1.将内网业务区域划分为大容量区域、高性能区域和其他常规区域。三个区域

分别采用单独的aCloud集群进行部署。将性能较好的磁盘分配到高性能区域集群，容量较大的磁盘分配到大容量区域集群，其他一般的磁盘分配到其他常规区域集群；

2.将内网业务区域划分为大容量区域、高性能区域和其他常规区域。其中高性

能区域采用单独的aCloud集群进行部署，大容量区域和其他常规区域合并到一个aCloud集群进行部署，将性能较好的磁盘分配到高性能区域集群，其他磁盘分配到其他区域集群，另一个集群的虚拟存储分为两个卷，存储容量较大的磁盘分配为一个卷用于存储PACS等存储容量较大的业务系统，其他磁盘分配到另一个卷，用于存储其他业务系统。

3.将内网业务区域划分为大容量区域、高性能区域和其他常规区域。三个区域

采用一个aCloud集群进行部署。将性能较好的磁盘分配到高性能卷，用于存储高性能区域的应用；将存储容量较大的磁盘分配到大容量卷，用于存储大容量区域的应用；将其他磁盘分配到其他卷，用于存储其他常规区域的应用。

针对重点城市三甲及三乙医院预算比较充足，业务系统的要求也比较高，建议采用第1中方案进行部署；针对区县三甲、三乙以及重点城市二甲医院，建议采用第2中方案进行部署；针对区县二甲及以下的医院，建议采用第3种方案进行部署。

4.2.3 可靠性设计

为了避免因为主机或者磁盘故障导致数据丢失，虚拟存储采用两副本，将存储在虚拟存储的数据都在不同主机的上存储两份。

热备盘是被指定用于替代分布式存储中损坏数据盘的硬盘，用于承载损坏硬盘中的数据，当硬盘损坏时，热备盘会自动替换原有的损坏的硬盘。在分布式存储aSAN自动使用热备盘替换故障磁盘后，页面上依然会显示原来的故障磁盘损坏，此时用户可以通过更换磁盘，将新替换的硬盘会作为热备盘使用。

为保证存储系统的可靠性，建议在创建分布式存储时创建热备盘。热备盘的类型、容量建议与分布式存储数据盘的类型、容量保持一致。

推荐aSAN 在初始化阶段配置不小于集群副本数个磁盘作为集群全局热备盘。例如客户采用三台主机组成企业级云集群，分布式存储aSAN采用双副本技术，则平台至少需要配置两块热备盘，并分布在不同的主机上。

4.2.4 备份存储设计

为了避免集群环境发生灾难性故障，我们设计将虚拟机的备份位置设置为外置的FC或ISCSI存储，同时为了避免备份对其他业务系统造成的影响，我们提前将备份的存储池大小设置为2TB。

4.3 虚拟网络设计

物理出口：作为物理网络与虚拟网络的桥梁，对外连接主机的物理网卡，用于外部通信，对内通过端口组连接到虚拟机或其他虚拟网络设备，端口组可以划分VLAN，实现业务网络的逻辑隔离。物理出口的设计遵循以下原则：

●每一个物理出口必须连接到每一台主机的一个物理网卡，一个物理网卡

只能连接一个物理出口，不能复用；

●业务系统产生的实际流量较大的，物理出口需要使用聚合方式，对应交

换机需要配置相应的聚合算法；

●业务系统之间需要物理隔离的，应当创建多个物理出口，分别进行连接；

虚拟路由器，如果虚拟网络中有跨网段通信的需求，则需要通过虚拟路由器进行连接。

●对于业务可用性要求较高的应用，需要启用路由器“高可用HA”功能；

●每个路由接口均需要配置IP地址，有多层网络的还需要配置相应的静态

路由，确保网络连通性。

虚拟交换机，虚拟网络内多个同网段的虚拟机之间使用虚拟交换机进行连接。

●如果有虚拟机之间交互流量较大，则数据通信口（VXLAN）应当配置使

用聚合口；

5.业务系统设计

5.1 整体可靠性指导

针对部署在企业级云上的业务系统，高可用性分为三个层级：

1.平台层面：平台中虚拟存储采用采用两副本，管理网络、vxlan网络、存储私网和业务网络四个网络平面均采用双链路，杜绝单点故障的问题；

2.虚拟机层面：虚拟机使用HA功能，保障在一台主机出现故障时业务系统能够在另外的主机上拉起来，

3.应用层面：数据库采用Oracle RAC或SQL Server alwayson技术来做数据端的双活，保障业务系统的可靠性。

可需要根据客户对系统的要求不同，选择采用不同的高可用方案。

5.2整体备份设计

5.2.1 虚拟机备份

aCloud平台可以对虚拟机使用快速备份功能，快备功能可以指定备份的策略和备份计划，在业务的低峰期进行业务数据的备份，备份可以使用第三方存储也可以使用超融合自带的虚拟存储。在出现意外故障的情况下可以快速恢复业务。对于备份的频率我们提供最小粒度1小时的备份，最大粒度1周备份一次。并可以设定备份的保留时间，超过时间后自动删除之前的备份数据，减少备份空间的浪费。

在客户实际场景中，通过传统的备份手段，大部分只能做到小时级别的备份，即RPO为1小时，这意味着一旦发生数据存储故障，将会丢失小时级的数据量，这对用户的一些关键业务而言是不可接受的，这些业务系统需要实现更细粒度的RPO备份，为了满足这种需求，就需要对业务系统进行CDP保护。使用CDP 可以做到RPO≈0，真正实现关键业务数据的安全防护。

5.2.2 应用层备份

1、对于客户数据量小于200G的客户建议使用导入导出（expdp\impdp）的方式进行数据的备份。

2、对于数据量超过200G的客户建议使用RMAN进行备份，每周一个全备，每天做一个增量数据备份。

5.3 医院信息系统（HIS）

5.3.1 虚拟机配置设计

CPU、内存和磁盘的配置按照虚拟机资源评估指导的方法计算出来的资源数量进行配置。由于HIS系统属于IO密集性的核心业务系统，因此HIS系统的数据盘磁盘需要勾选预分配。为了更好的提升数据库的性能，oracle数据库必须使用ASM来提升IO性能。如果是sqlserver请使用文件组的方式来提升数据库的性能。为了保证HIS系统的性能，建议虚拟机和数据库都开启大页内存。同时HIS系统作为核心业务系统，建议勾选标记为重要虚拟机、虚拟机异常重启，不要勾选启用内存回收机制。