大型医院基础网络解决方案

1 1 1 导言导言 医疗行业从总体分为公共卫生管理机构与医疗机构 前者包括各级 卫生主管部门 如卫生部 各省卫生厅 各县市卫生局及其附属机 构等 后者包括各级医院 卫生院 社区卫生服务中心 卫生服务 站等 改革开放以来 我国医疗行业高速发展 截至 2012 年底 各 级别医院总数约 2 3 万 其中三级医院约 2000 所 二级医院约 9000 所 其他中小医院约 12000 所 其中 大型三级医院信息化建设起步早 随着业务的的发展 原有 信息化基础设施面临日益增长的业务负荷 已渐渐支撑乏力 面临 升级改造 同时 很多的大型医院随着业务的发展 需要建设新的 医院来满足居民的诊疗需求 新医院配套的信息化建设则必须考虑 到当前业务需求及未来业务扩张 这些都成为了大型医院信息化发 展的主要推动力量 医疗信息化是将先进的网络及数字技术应用于医疗工作 实现各种 医疗信息的数字化采集 转换 存储 传输及后处理 以及各项业 务流程数字化运作的医疗信息体系 是由数字化医疗设备 计算机 网络平台和数字医疗软件所组成的三位一体的综合信息系统 同时 随着 IT 及通信技术的发展 除了医疗业务本身的信息化以外 医院 朝着更智能化的方向不断发展 如通过远程医疗系统建优质服务延 2 伸到偏远地区 通过远程探视避免探访者与病患的直接接触 杜绝 疾病蔓延 缩短恢复进程 通过 ICU 监护自动报警对病患的生命体 征数据进行监控 降低重症护理成本 通过无线医院各种应用 如 移动查房 进一步提升医护工作效率 改善服务质量等 整个医疗 服务的信息化已经成为国际发展趋势 1 1 我国医疗信息化发展状况 随着信息技术和我国医疗卫生事业的发展以及国家 金卫 工程的 深入展开 我国医疗信息化正如火如荼地展开 越来越多的医院正 加速实施基于信息化平台 HIS 系统的整体建设 政府宏观政策 中共中央国务院关于深化医药卫生体制改革的意见 和 医药 卫生体制改革近期重点实施方案 上支持加快信息步伐 医疗信息化建设是比较复杂的系统工程 其核心是病人信息的共享 包括医院各个科室之间 医院之间 医疗保险 卫生行政部门等的 信息共享 信息化大致要经历三个阶段 以财务核算为中心的医院管理信息化阶段 HIS 3 以医生工作站和电子病历为核心的临床管理信息化阶段 CIS 以信息资源共享为基础的区域医疗卫生服务阶段 GIS 目前 我国医疗机构信息化建设的重点开始从以财务管理为主的第 一阶段过渡到以临床信息系统支持为主的第二阶段 并逐步实现 以收费为中心 向 以病人为中心 的数字化医院转变 从医院 信息化的应用来看 级别高的医院平均 IT 应用水平高于级别低的 医院 大部分三级医院及部分先行的二级医院 已基本完成第一轮 HIS PACS RIS LIS 系统建设 而当前实践表明 除此以外医院还必 须借助先进的技术手段向更智能化的方向发展 以进一步提升医疗 服务质量 完成大型医院所承担的社会责任 1 2 大型医院信息化应用及趋势 近年来 医院信息化在我国取得了快速发展 门急诊划价收费 门 急诊药房管理 药库管理 住院病人费用 床位管理 住院药房管 理等系统是应用普及最广泛的内容 其中以收费和住院病人管理最 为核心 我国大型医院已基本完成上述系统建设 并且逐步从最初 的 以财务为中心 的医院信息系统向 以病人为中心 的医院信 息系统转 临床信息化获得了快速发展 PACS LIS EMR 图像处 4 理和诊断等软件应用迅速发展 同时健康档案 远程医疗 移动医 疗新概念也已经成为今后明确发展的领域 整体来看 目前我国医院信息化的发展也存在区域发展不平衡的特 点 大医院信息化水平远远高于基层医院 而在大医院 信息化部 门也始终很少真正被纳入医院管理核心团队范围 主要作为配合职 能 不能对医院运营决策产生足够的影响 基于上述各方面的综合影响 目前国家正在重新组织医院等级评审 对医院信息化的相关标准也提出了 10 条内容 涉及医院信息化管理 组织 计划 制度标准 软硬件等方面 包含对系统网络的管理维 护 对人员的管理维护 对信息化项目的管理控制 与相关部门的 互联互通 应急管理等内容 可见 信息化建设在医院未来的发展 中将担当更加重要的角色 从信息化现状看 目前我国大型医院已基本完成 HIS PACS RIS LIS 系统建设 但是普遍面临以下一些挑战 缺乏统一规划 存在信息孤岛 需要避免 N 个系统通过 N N 1 2 个接口进行互通 5 充分有效的数据利用 对积累了多年医疗数据 进行充分的挖 掘利用 进一步向服务型医疗转变 实现真正的以病人为中心的医疗体 系 由于大型医院的资源优势 越来越多的居民期望得到大型医院 的医疗服务 卫生部统计信息中心发布的 2011 年我国卫生事业发 展情况简报 显示 2011 年医院医疗服务量增速呈下滑趋势 基层 医疗卫生机构门诊量所占比重略有下降 医疗卫生资源利用和病人 就医流向不合理状况无明显改善 仍主要流向城市大医院 因此 对于我国大型医院的信息化建设而言 目前主要存在着以下 的建设热点 医院集成信息平台 系统整合医院分散的各个烟囱系统 实现 各系统的有机融合 医疗数据的深度挖掘分析 通过商业智能 BI 大数据分析 等技术对医院积累的数据进行分析利用 辅助决策 服务提升 效率提升 如通过临床路径优化 医院客户关系管 理系统等进一步提升医疗服务质量 远程医疗 大型医院通过远程医疗方式向所辐射的区域提供医 疗服务 缓解医疗资源分布不均衡问题 6 医院持续创新 近年来医疗信息化技术发展迅速 很多心技术 成功应用于医疗服务并取得了非常理想的效果 引领着各医院持续 创新的方向 其中主要有医疗云以及无线医院应用 通过医疗云实 现医疗数据的充分共享 打造安全绿色的医疗环境 通过无线医院 丰富的应用进一步提升效率 改善医护诊疗 患者就医体验等 整体规模扩张 随着社会对大型医院的认可和依赖越来越高 大型医院也越来越难以满足居民的诊疗需求 因此近年来医院的规 模扩张也是一个热点 就信息化而言 这些扩展的医院都需要进行 整体信息化建设 无论如何 随着医院信息化的不断深入 中国医院的信息化建设也 已经从简单的数据业务应用逐步发展到数据 语音 视讯等多业务 统一承载 并且引入了云 无线等先进的信息化技术 而作为这些 信息化系统的运行基础网络 多数已无法满足这些新业务的需求 主要问题包括 1 现有网络资源很难通过灵活有效的策略调整实现业务与网络的充 分融合 例如早期医院网络已经很难支撑门诊系统对可靠性 PACS 系统对高性能的要求 医院用户对新业务部署的体验感不佳 新业 务的部署面临巨大管理压力 7 2 网络平台缺乏智能性 无业务识别能力 不能对关键业务应用提 供端到端的高质量数据传输的有效保证 医院通常采用的设备升级 链路带宽升级等简单方式使得网络建设 运营 管理成本大幅度上 升 而网络资源的利用率却在大幅度下降 3 医院网络中的安全设备组件多且庞杂 但各组件孤军作战 传输 安全 网络安全 数据安全 业务安全层面相互分离 难以有效兼 顾 随着电子病例应用越来越广泛 一旦电子病例出现泄密或者被 恶意篡改 都会给医院带来严重的医患纠纷甚至法律纠纷 网络安 全已经成为医院新一代网络建设的关注重点 而且医院的信息安全 等级保护认证已经列为医院等级评定的重要指标 4 网络的管理控制功能薄弱 单纯设备级的网络管理已经不能满足 医院用户对业务可靠性要求 业务的可靠性除了要求网络稳定 还 依赖于服务器可靠和数据存储可靠等多种技术组合 2 2 大型医院基础网络解决方案大型医院基础网络解决方案 随着医院信息化的不断深入 各信息系统融会贯通 网络承载由单 业务承载转化多业务统一承载 医院各种核心业务应用系统都运行 8 在同一张 IP 基础网络上 如 医院管理信息系统 HMIS 临床信 息系统 CIS 等 这些关键业务系统涉及患者的生命 健康和财产 安全 影响医院的核心竞争力和收入 因此 网络的可靠性和安全 性尤为重要 2012 年发生数起大型医院因网络引起系统瘫痪的事故 给医院和社会均造成了极大的不良影响 一家大型三甲医院 每天 的门诊量接近万人 信息系统一旦出现问题 就医秩序影响巨大 因此医院网络建设中要在控制成本的同时 重点考虑可靠性 安全 性 扩展性等关键指标 2 1 大型医院的网络需求分析 什么样的网络才能满足各大医院各种业务信息系统的需求呢 1 融合多业务承载的网络 几乎所有信息化设备的最终发展趋势都是 IP 化 因此 IP 网络几乎 承载了医院的所有信息化业务 目前阶段至少包含 各大楼及楼层的固定网络覆盖 各大楼及楼层的无线 WiFi 网络覆盖 9 医疗核心业务系统间互连互通 包括 HIS LIS PACS 药品 管理系统等 各辅助办公应用系统及对应的终端接入 包括 各 办公桌面云终端 VoIP 系统及各电话终端 视频系统及呈现终端 含会诊中心 会议中心 培训中心 领导办公室等 无线定位 系统以及对应的电子标签 IPTV 系统及各电视机顶盒 信息发布系 统及信息发布终端 安防监控系统及 IP 摄像头等 医疗门户网络的外部访问以及与卫生部 其它医院远程互通 以实现远程医疗 健康档案上传 疫情上报等功能 2 业务连续性需求 可靠 稳定 医疗行业信息系统的稳定性 关系到医疗业务的正常开展及医疗安 全 作为信息系统基础平台的医疗网络 网络的可靠 稳定是最为 基本的需求 按 医院信息系统基本功能规范 规定 在门诊医生工作站产生的 各种医嘱信息是门诊药房 检验检查 门诊收费等系统的基本数据 来源 在联网运行中 要求数据准确可靠 速度快 保密性强 系 统要求具有软 硬件应急方案 发生故障时 应急方案的启动时间 应少于 5 10 分钟 10 特别是大型医院的门急诊划价收费系统 其可靠性要求很高 需要 充分考虑网络的冗余备份建设 保证单个设备故障后 5 分钟内恢 复业务故障 3 安全需求 医院网络安全面临诸多挑战 既要保障各系统的连通性 医生 护士 移动于医院各地的方便接入办公性 也要实现严格的安全防范 包 括 避免非授权的人员使用终端 如收费系统 医生工作站 防止信息泄露 如医院的关键资产 防统方 及病人隐私数据 确保网络能避免来自网络的各种攻击 如黑客 病毒等 整体满足等保三级对网络的要求 包括网络结构安全 访问控 制 安全审计 边界完整性检查 入侵防范 恶意代码方法 网络 设备防护等内容 4 高速 高性能需求 11 一般医院信息化落后于 IT 行业的信息化几年以上 但近年来医疗行 业信息化发展迅速 各种医疗业务也不断开展 早期医疗需要简单 的文本数据 交互消息的传递 因此一般对网络性能要求不高 而 当前 随着 IT 技术助力现代化医院的发展 各种新技术不断在医院 涌现 比如传统的 PACS 系统 CT MRI CR DR PET 超声等 新兴的视频会议 远程会诊 ICU 探视 视频监控等 以及药店 社保等丰富的区域卫生信息化应用也在逐步发展 都对通信网络的 带宽都提出了更高的要求 随着这种技术发展的趋势 一张高带宽 满足未来业务发展的可扩 展网络已经成为现代化医院的发展诉求 整体而言 随着医院发展 以及技术的发展 现代大中型医院网络建设的基本诉求是万兆骨干 千兆级接入 5 易于运维需求 因医院的 IT 人员编制较少 常常是几个人就需要维持几千人的医院 信息网络 7 24 小时正常运行 因此网络的可管理 易维护非常重要 不仅是减轻运维人员压力 更重要的是保障网络及各应用系统的稳 定可靠 安全的运行 12 2 2 大型医院基础网络解决方案 如前所述 网络的可用性和可靠性是医院网络建设首要关注点 公 司凭借强大的技术积累 结合多年医疗行业组网经验 针对大型医 院网络特点和应用需求 设计出满足大型医院未来业务发展 安全 可靠高速的有线无线融合网络 图 1 大型医院组网图 大型医院组网逻辑架构整体设计为一张物理网络 虚拟隔离为内部 办公网络 数据中心网络以及外网 Internet 访问网络 13 用户接入部分采用接入 汇聚 核心三层网络设计 易于业务扩展 数据中心部分采用接入 核心二层网络 便于数据的高效传输 该网络设计为有线无线统一接入 根据用户需求 有线接入 部分 仅供医生访问内网进行办公 即 有线接入 与数据中心网络互通 同一个 AP 可同时提供内网接入和外网接入 内外网安全隔离 经过 授权认证的终端可接入内网进行访问 也可按需访问 Internet 而 非内部授权的终端仅能访问 Internet 系统可限制是否允许非 授权终端接入网络 图 2 大型医院组网物理架构 14 图 3 大型医院组网设备选型及连接图 网络设计为 万兆到接入 千兆到桌面 满足大数据量访问及交 换需求 其中网络核心交换机以及数据中心核心 接入交换机均部署 在信息中心机房 主干万兆光纤网络分别连接到个医院大楼的汇聚 交换机 各大楼的汇聚交换机再通过万兆光纤连接到各楼层的接入 交换机 考虑到业务的冗余可靠性要求 每个接入层交换机通过冗余光缆上 联到 2 台汇聚交换机 汇聚交换机冗余连接到核心交换机 构成全 院可靠冗余的网络架构 满足医院高可靠性网络的需求 15 内外与外网 Internet 网络物理设备合一 采用 VPN 技术进行业 务隔离 无线 AP 同时提供内外及外网的业务接入 对内外流量和外 网流量分别分流到不同的 VPN 管道进行隔离 核心层核心层 网络核心层部署在医院中心机房 承接医院网络上所有业务流量 提供线速交换 路由转发等功能 考虑到大型医院数据中心服务器 较多 并且未来业务发展迅速 因此推荐采用数据中心核心和内网 网络核心分离的双核心设计 对于数据中心采用核心 接入二层网络 设计 对于医院内网网络接入访问 采用核心 汇聚 接入三层网络 设计 无论是数据中心还是内网网络核心 各个业务汇聚点和服务 器群都依靠核心层提供连接和业务交换 因此核心网络必须具备以 下特征 网络冗余保证高可靠性 兼备多业务高速处理转发能力 支持高密 10G GE 接口卡 便于后续网络扩容 路由收敛快 避免因链路故障导致路由震荡影响正常业务 支持大容量堆叠组网 简化网络 降低配置复杂性 智能流量负载均衡 提升服务器利用率 保证业务不中断 16 网络核心层推荐选用 S9700 万兆 T 比特以太框式核心路由交换机 采用双机负载分担方式组网 充分发挥设备性能 S9700 系列交换 机采用先进的多层交换架构 提供持续的带宽升级能力 支持 40GE 和 100GE 以太网标准 该产品基于公司自主研发的通用路由平台 VRP 开发 在提供高性能的 L2 L3 层交换服务基础上 进一步融合 了 MPLS VPN 硬件 IPV6 桌面云 视频会议 无线等多种网络业务 提供不间断升级 不间断转发 硬件 OAM BFD 环网保护等多种高 可靠技术 在提高用户生产效率的同时 保证了网络最大正常运行 时间 该核心交换机可提供大量万兆千兆的光接口 且可配不同传 输距离的光模块 用于各汇聚点到核心的高速连接 支持多业务插 卡 如防火墙 NAT IPSEC 无线控制器 AC 负载均衡器 一机多能 简化网络结构 满足业务的进一步发展需要 节省用户投资 S9700 采用业界首创 CSS 交换网集群技术 克服了业界普遍采用的 线卡集群跨框多次交换 交换效率低下的架构难题 面向十万兆平 台设计 区别于业界接口板集群技术 S9700 交换网集群技术有诸 多优点 下图显示这两种集群技术的实现方法 17 图 4 CSS 交换网集群技术示意图 交换网集群技术应用于医院核心网络有三大优势 1 减化管理和配置 集群后需要管理的设备节点减少一半以上 其次 组网变得简洁 不需要配置复杂的协议 包括 STP SmartLink VRRP 等 2 快速的故障收敛 故障收敛时间可控制在 1ms 大大降低网络链路 节点的故障 对 业务的影响 18 3 集群带宽高且不占用业务接口资源 S9700 无阻塞 CSS 集群 消除 二次交换 集群卡不占用宝贵的 业务板槽位 支持高达 256G 集群带宽 汇聚层汇聚层 汇聚层是本地接入层的逻辑中心 汇聚所有本地接入网络流量 为 本地提供不同 VLAN 间路由交换功能 因此 汇聚层设备的性能和稳 定性要比接入层设备更高 作为逻辑中心也起到隔离接入层与核心 层作用 避免接入层网络故障对核心层产生直接影响 汇聚交换机需要实现接入交换机之间的数据高速转发 为保证数据 的快速转发 减少网络瓶颈 接入交换机与汇聚交换机之间使用万 兆光纤互联 需要此设备能够提供大量的万兆接口 并保证未来的 扩容需求 推荐选择 S7700 框式交换机作为万兆汇聚交换机 S7700 系列基于公司智能多层交换的技术理念 在提供稳定 可靠 安全 的高性能 L2 L4 层交换服务基础上 进一步提供 MPLS VPN 业务流 分析 完善的 QOS 策略 可控组播 资源负载均衡 一体化安全等 智能业务优化手段 同时具备超强扩展性和可靠性 19 S7700 系列汇聚交换机也支持 CSS 框式集群技术 与 S9700 一起构 成高可靠性的医院网络 接入层接入层 接入层为边缘设备 为各种用户终端提供网络接入与控制 并根据 业务特征执行相应 QoS 策略 随着诸如 IP 电话 无线 AP 的广泛应 用 PoE 特性是接入交换机不可缺少的功能 同时 服务器接入层需要为各服务器提供高可靠性 大带宽的接入 能力 要求至少支持千兆接入和千兆上行 最好是万兆上行 并且 能支持各业务的逻辑安全隔离等 整体而言 无论是用户接入层还是服务器接入层 一般要规划 VLAN 使用 VLAN 的目的在于 1 隔离广播域 没有 VLAN 的二层网络是一个大的广播域 广播报文会发送到域内每 个端口 二层网络越大广播报文越多 带宽占用越严重 利用 VLAN 20 可以把广播域缩小到 VLAN 内 即一个 VLAN 是一个广播域 有效 地把广播信息控制在 VLAN 内 提高链路的利用率和网络安全的同时 简化了网络管理 2 业务和用户的隔离 使用 VLAN 后 属于不同 VLAN 的用户和业务的数据流是隔离的 不 可互访 提高了业务和网络的安全性 3 VLAN 可以提高用户接入的灵活性 VLAN 通常是在一个局域网中的多台交换机上规划和配置的 用户的 接入不局限于某台交换机 无论用户接入到哪台交换机 只要属于 原来同一个 VLAN 则相应的应用不发生变化 提高了用户移动接入 的灵活性 随着信息技术的发展 目前千兆接入也已成为医院信息化发展的主 流 以便未来业务扩展 因此推荐接入层采用 S5700 千兆接入交换 机 S5700 系列全千兆企业交换机 是公司为满足大带宽接入和以 太多业务汇聚而推出的新一代绿色节能的全千兆高性能以太交换机 21 它基于新一代高性能硬件和公司统一的 VRP 平台 具备大容量 高 密度千兆端口 可提供万兆上行 POE 供电 充分满足医院多业务 接入需求 该系列交换机融合了可靠 安全 绿色环保等先进技术 采用简单便利的安装维护手段 帮助医院减轻网络规划 建设和维 护的压力 助力医院搭建面向未来的 IT 网络 网络边界网络边界 网络出口边界的主要功能是提供外部的互访 包括对接社保 医卫 出差员工 居民的一般访问等 边界路由器需要具备丰富的接口类 型 10GE LAN WAN STM E1 T1 等 以及协议对接能力 BGP OSPF ISIS RIP 静态路由 MPLS TE VPN VPLS IPv4 IPv6 互通等 以满足各种对接需求和业务 发展 推荐选 NE40E X3 作为边界路由器 NE40E X3 采用热备双路 由器设计 提供业界领先的 400G 交换平台 业界第一个支持端到端 200ms 倒换保护功能 以及 BFD OAM 等多种网络保护手段 特别适 合应用于大型医院等机构的 IP 网络的边缘位置 NE40E 基于分布式 的硬件转发和无阻塞交换技术 具有良好的线速转发性能 优异的 扩展能力 完善的 QoS 机制和强大的业务处理能力 可以灵活部署 L2VPN L3VPN 组播 组播 VPN MPLS TE QoS 等 实现业务运营 级的可靠承载 同时 NE40E 全面支持 IPv6 可以实现 IPv4 到 22 IPv6 的平滑过渡 因此 NE40E 应用于医院网络边缘可提供丰富的 业务类型和可靠的服务质量 是医院网络向宽带化 安全化 业务 化 智能化发展的重要源动力 eSighteSight 网管网管 eSight 网络管理系统是为各企业用户专门定制的网络管理系统 能 针对性的解决网络设备多厂家 多种类以及维护人员 技能缺乏等问 题 不但可为医院提供多厂家 IP 设备管理 还可提供打印机 复印 机等 IT 设备的管理 eSight 无需专用的服务器及客户端软件 可 提供可视化业务管理 降低了投资成本且简化了安装维护 此外 对火警 盗警等安防检测 医院传统做法主要是通常的闪灯 声音 报警等手段 如何能够将各种报警信息汇总到统一管理平台 以便 进行灵活处理 eSight 可用来提供辅助智能楼宇安防监控 如下图 所示 23 图 5 eSight 智能楼宇辅助监控示意图 此方案特色 不增加成本的情况下 通过网络设备监控口 实现安 防告警信息 IP 化 灵活处理告警 在触发声光告警的同时 短信及 时通知安防人员 与 IP 视频监控联动 实现统一安防 网络管理平 台通过上报告警的网络设备判断告警位置 切换视频监控查看现场 状态 指挥救援 2 3 大型医院无线网络基础解决方案 24 近年来基于无线网络的无线医院应用也得到迅速发展 无线网络能 实现各终端设备移动接入 组网灵活 有效解决有线布线难的问题 降低布线工程成本等 WLAN 网络在部署过程中 根据不同的需求有多种实现形式 根据网 络架构分为 自治式架构 即 FAT AP 或胖 AP 架构 和集中式架构 即 FIT AP 或瘦 AP 架构 两种架构 图 6 无线网络自治式架构和集中式架构 胖 AP 架构 AP 实现所有无线接入功能 不需要 AC 设备形态 WLAN 早期广泛采用自治式架构 随着企业大量部署 AP 后 对这些 AP 进 行配置 升级软件等管理工作将给用户带来很高的操作成本 管理 成本提高 自治式架构应用逐步减少 瘦 AP 架构 该架构通过无线控制器 AC 集中管理 控制多个 AP 所有无线接入功能由 AP 和 AC 共同完成 AC 完成网络具有重要 意义的功能 例如移动管理 身份验证 VLAN 划分 射频资源管理 25 无线 IDS Intrusion Detection Systems 和数据包转发等 AP 完 成无线空口的控制 例如无线信号发射与探测响应 数据加密解密 数据传输确认 空口数据优先级管理等 此架构下 AP 和 AC 间采用 CAPWAP 隧道协议进行通讯 AC 与 AP 间可以是直连或者穿越 Layer 2 Layer 3 网络 CAPWAP 信息在 AP 与 AC 间交互时可以使用 DTLS 加密机制 保证通信的安全性 无线支持以上两种架构 针对大型医院 推荐采用瘦 AP 架构 采用 AC 对所有 AP 进行统一管理 通过无线控制器 AC 瘦 AP 的部署架构 与有线网络采用共同的网管 eSight 共同的 DNS DHCP 等网络服务 器 实现医院有线无线网络的统一融合 通过接入交换机 S5700 的 POE 向 AP 同时提供供电和数据传输 S9700 上挂接 AC 及位置定位服 务器 实现对全院 AP 的统一策略管理 并且 AC 与 eSight 网管系统 的 WLAN 管理模块协同工作 实现对全网 AP 的自动配置下发 射频 管理 信道分配 安全接入控制等等无线网络配置和运维管理功能 瘦 AP 产品可提供基于 802 11a b g n 标准单频 双频 室内放装 型 室