醫院網環境數據中心機房網絡設計

陳武鑫

(中國人民解放軍第一七四醫院 信息中心，福建 廈門 361003)

醫院網環境數據中心機房網絡設計

陳武鑫

(中國人民解放軍第一七四醫院 信息中心，福建 廈門 361003)

為了確保醫院環境下數據中心機房網絡的安全、穩定的運行，需要對數據中心機房網絡進行優化設計;采用當前方法進行數據中心機房網絡設計時，未考慮到數據中心機房網絡路徑傳輸能耗、路徑傳輸距離等影響，會造成網絡壽命減少，影響數據中心機房網絡的生存時間;為此，提出一種基于數據傳輸速度優化的醫院網環境數據中心機房網絡設計方法;該方法對數據中心機房網絡供配電系統、機房監控系統和VPN虛擬系統等三大子系統進行設計優化，在醫療數據傳輸過程中，考慮醫院網絡節點能量優化理論對數據節點進行分簇，以需要傳輸的醫療數據節點為初始節點，匯聚節點作為醫療數據接收目標節點，采用蟻群優化方法對數據中心機房網絡進行多路徑搜索，搜索過程中考慮了數據中心機房網絡路徑傳輸能耗、路徑傳輸距離以及醫院網帶寬等因素，最終選擇滿足多種條件的數據中心機房網絡數據傳輸最優路徑，完成醫院網環境數據中心機房網絡設計;實驗結果表明，所提方法設計的醫院網環境下數據中心機房網絡具有耗能低、擴展靈活、周期短等優點。

醫院網環境；數據中心；中心機房網絡

0 引言

近年來，隨著醫院網絡信息化建設的不斷推進，醫院網環境系統的穩態運行和醫療數據資源的有效利用、存儲對目前國內醫院發展具有重要作用，因此,作為醫療數據存儲中心的醫院網環境數據中心機房網絡設計顯得非常重要[1-2]。為使目前數據中心機房網絡設備、服務器設備安全穩定的運行，要求這些數據中心機房設備具有良好的運行環境[3]。而現有的醫院網絡數據中心機房網絡系統已難以適應醫院信息化管理發展的需求，在這種情況下，如何有效改善數據中心機房網絡結構與性能，利用數據中心機房網絡系統更好地為醫院醫療、科研教學提供服務，已成為該領域目前亟待解決的首要問題，受到了廣泛的關注[4-5]。

現行的醫院網環境數據中心機房網絡設計方法有：文獻[6]提出一種基于GSM的數據中心機房網絡設計方法，對數據中心機房網絡進行了設計。統一監控數據中心機房環境和數據中心機房動力設備，結合數據中心機房相關測試理論將H3C S6506交換機作為數據中心機房網絡匯聚層，啟用STP實現對中心機房的控制。中心機房將使用原有的H3CS1526交換機作為網絡接入層，并開啟VLAN功能，將中心機房全部數據劃分至不同的

VLAN中。該技術減少數據中心機房維護人員的負擔,保障了醫院網數據中心機房的安全可靠運行，但建設周期較長。文獻[7]提出一種基于ICP的數據中心機房網絡設計方法，該方法在數據中心機房中采取雙機主從式備份，將機房主機的UPSl輸出端口與另一主機的UPS2的旁路相連，即可實現數據中心機房網絡資源分配，同時利用DRS進行數據中心機房資源調度，依照數據中心機房負載情況調整，提升醫療數據利用率，提高網絡服務速度，但隨著數據中心機房自身的耗能量不斷提高，散熱量也隨之增大。文獻[8]提出一種基于Java SNMP4J的數據中心機房網絡設計方法，對數據中心機房網絡進行管控，通過輪詢的方式，對數據中心機房網絡進行查詢，并與已授權接入中心機房的MAC進行核對，發現非授權接入情況；該方案可以顯著地提高數據中心機房中服務器等核心區域網絡安全管控能力，但數據中心機房網絡環境較為不安全。

針對上述問題，提出一種基于數據傳輸速度優化的醫院網環境數據中心機房網絡設計方法。實驗仿真證明，所提方法設計的醫院網環境下數據中心機房網絡具有耗能低、擴展靈活、周期短等優點。

1 醫院網環境數據中心機房網絡設計方法

1.1 醫院網環境下數據中心機房網絡總體設計

醫院網環境下數據中心機房網絡總體規劃就是依據標準化的流程、規?；倪\作，優質、快速規劃機房工程建設方案。數據中心機房總體建設方案由供配電系統、機房監控系統和VPN虛擬系統等三大部分組成，由對供電系統的提升達到穩定的供電要求。機房監控系統可以做到“三防范”以及“雙保險”確保醫院數據中心系統網絡的正常運行。VPN虛擬系統連接中心系統網絡和各個節點的連接系統。醫院網環境數據中心機房網絡中體設計如圖1所示。

圖1 醫院數據中心網絡總體設計

由圖1可知，醫院選用了UPS配電柜，UPS配電箱主要負者計算機電設備、應急設備等供電口，UPS采用放射式配電方式。監控系統采用分散監控，集中管理的模式。VPN系統不僅連接各個分支，且對數據進行壓縮處理，使提取數據速度提高。

圖2 醫院社區VPN網絡拓展規劃圖

本文設計方法通過VPN虛擬系統對醫院社區網絡進行推展型分析，利用VPN系統連接各個服務器，達到所有數據的共享。

1.2 醫院網環境下數據中心機房的專網系統

醫院中心機房的供配電系統采用UPS供配電系統，UPS配電系統中不但要解中心機房計算機等微電子設備的用電問題，而且要解決其他用電設備的用電問題。醫院網環境下數據中心機房配電系統設計具體如下：

(1)醫院數據中心機房內插座分為二種：醫院中心機房中不間斷供電UPS配電柜的中心機房主機和重要微電子設備專屬插座；市電直接供電的輔助設備使用標準插座。

(2)UPS電配電箱，主要包括中心機房網絡主機設備、應急照明等配電，應分開設計回路，每個回路都要有單獨的電源開關。

(3)機房設專用 UPS 配電柜，配電方式采用放射式。

(4)醫院數據中心機房內每個機柜位置要有2個UPS供電專用座，由UPS通過配電箱為每個機柜組提供一個UPS回路?；芈分惺褂肸R-BV-3×4 mm 2阻燃電線，采用25A空開控制。所有插座要安裝于地板下并且要做墊高處理。

醫院中心機房網絡監控系統是機房運行的“守護神”。以確保達到“三防犯”及“雙保險”。數據中心機房使用數字硬盤錄像系統，對醫院網環境數據中心機房網絡24小時全天監控。結構上使用B/S結構框架，使用分散監控，集中管理的模式。由數據中心機房控制平臺同一對各個軟件系統進行控制。

醫院每個分支都需要與中心機房數據連接，因此需要構建VPN專網系統，主要鏈接點設置該數據中心機房。所有的分支都要建立VPN系統隧道，支持網狀結構，數據中心機房即可訪問所有分支網絡。在醫院數據中心機房建立一臺廣域網優化設備，建立連接分支的廣域網優化設備，實現VPI的組網加速，同一時間優化VPN里的各個應用系統的訪問，提升數據中心機房讀取數據的速度，通過管理平臺達到對數據中心機房的管理，減輕中心機房管理人員的維護壓力。經過VPN系統對數據的壓縮、沉積數據的消減、傳輸速度的優化，減少數據在中心機房的傳送量，加快傳送速度，減少網絡寬帶的消耗，降低中心機房數據同步時的寬帶壓力，保證中心機房數據同步時網絡速度。

1.3 醫院網環境下中心機房網絡設計

考慮減短醫院網各個分支節點提取數據的時間，提出了簇點算法，首先選用一條主線為網絡數據主要輸送線路，在選用一條線路為備用輸送線路，并在后臺進行數據整理。因要實現數據提取速度快且穩定，數據傳輸的主線路能量要足夠大。為了剩余能量被選為備用線路概率增大，對T(i)作如下改進：

(1)

醫院數據中心機房網絡分支節點的個數對網絡的速度存在影響，為了減少能耗，需要在選擇分支節點，階段確定理想分支節點個數，同時確定分支節點的數據流量。結合先驗知識提取理想分支節點數目：

(2)

在VPN中采用式(3)計算候備選線路數據流量：

(3)

(4)

；j∈[1,m]

(5)

(6)

其中：τij表示si、sj在t時刻的數據中心機房網絡數據信息素濃度。ηij表示si、sj間數據中心機房網絡傳送信息，定義為si、sj間的鏈路帶寬bandwidthij與si、sj間鏈接延時delayij的比值：

(7)

(8)

式中，φ、α、β、γ、φ分別代表了醫院網環境數據中心機房網絡數據各個因子的主要系數。在實際數據中心機房網絡數據傳輸路徑搜索過程中，依據實際數據中心機房網絡數據傳輸能耗模型計算出醫療數據接收能耗以及至下一跳數據傳輸能耗總和，采用蟻群算法更新螞蟻攜帶的信息包中的總能耗能量，通過多次迭代搜索直至找出滿足數據中心機房網絡數據傳輸目標函數的最優路徑。

2 實驗結果與分析

為了驗證本文提出的基于數據傳輸速度優化的醫院網環境數據中心機房網絡設計方法的有效性，實驗數據取自于南寧市某醫院網數據中心機房系統數據庫，機房網絡支持平臺為WindowsXP，對不同醫院網環境進行仿真實驗分析，網絡負載為TCP負載，各個網絡數據包最大包含2 501字節。

為了驗證本文所提設計方法在醫院網環境中VPN系統對數據的壓縮、沉積數據的消減、傳輸速度的優化性能，依據表1給出的4K醫療數據包的吞吐量為基礎，推測出128字節和256字節醫療數據包同步傳輸的吞吐量(Mbps)，推測結果用表1進行表示。

表1 不同數據中心機房網絡設計方法的性能

分析表1可知，本文所提設計方法利用VPN虛擬系統建立醫療數據傳輸隧道，支持網狀結構，數據中心機房網絡可訪問所有分支，可在同一時間優化VPN里的各個應用系統的訪問，提升數據中心機房讀取數據的速度，提高醫院網環境數據中心機房網絡吞吐量。根據公式(9)和表1可以求出4KB數據包在不同醫院網類型下，使用不同設計方法獲得的網絡系統加速比(%)。計算結果分別如表2所示。

S=TIP/(TE+TH+TVPN)

(9)

式中，TIP和TVPN分別代表原始醫院網環境數據中心機房網絡數據包經過封裝處理后的傳輸和接收時間，TE和TH分別代表數據中心機房網絡原始數據包在發送方的計算時間和資源存儲量。

表2 不同方法對應的網絡系統加速比

分析表2知，隨著網絡帶寬的不斷增加，文獻[8]和文獻[9]方法對整體網絡系統的加速比影響很接近，而當數據中心機房網絡數據包達到一定大小時，對于較小的網絡類型，網絡系統加速比性能明顯下降，而本文所提設計方法能夠保持較好的網絡加速比，對提升醫院網環境數據中心機房網絡性能效果明顯。

為了便于比較，選取文獻[8]方法和文獻[9]方法分別描述在各種長度醫療數據包在不同醫院網絡環境下，利用不同方法的VPN性能曲線如圖3所示。

圖3 不同方法VPN性能對比

分析圖3以及表1和表2結果可得，當醫院網環境數據中心機房網絡數據包大小一定時，對于較小的網絡類型，VPN的性能較高，隨著醫院網環境數據中心機房網絡帶寬的不斷提高，對應的VPN性能逐漸下降，由于在醫院網環境實施VPN子系統模塊時，通過對數據中心機房網絡數據的壓縮、沉積數據的消減、傳輸速度的優化，減少數據在中心機房的傳送量，減少網絡寬帶的消耗，降低中心機房數據同步時的寬帶壓力，并在數據傳輸過程中利用蟻群優化算法對數據中心機房網絡數據進行多路徑搜索，充分考慮了醫院網數據中心機房網絡路徑傳輸能耗、傳輸距離以及所選路徑帶寬等因素，從而有效保證了網絡性能。

3 結束語

針對當前數據中心機房網絡設計方法存在的問題，提出一種基于數據傳輸速度優化的醫院網環境數據中心機房網絡設計方法。實驗仿真證明，所提方法能夠有效提升醫院網環境數據中心機房網絡吞吐量，醫療數據傳輸速率較快。

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[3] 程思民.實體與虛擬化相結合的新院數據中心機房建設[J].醫學信息,2015,28(51):1-2.

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Design of Hispital Network Environment Data Center Computer Room Network

Chen Wuxin

(The 174th Hospital of PLA, Information Center,Xiamen 361003,China)

In order to ensure the safe and stable operation of the data center network in the hospital environment, it is necessary to optimize the design of the data center network. The current method is used to design the data center of the data center, which does not take into account the influence of the energy consumption and path transmission distance of the data center network, which will cause the network life to decrease and affect the survival time of the data center network. In this paper, a network design method of hospital network environment data center based on data transmission speed optimization is proposed. This method is used to optimize the three subsystems of the power supply system, the room monitoring system and the VPN virtual system of the data center. In the process of medical data transmission, the data node of the hospital network node is considered to be clustered to The data node needs to be transmitted as the initial node and the convergence node as the medical data receiving target node. The ant colony optimization method is used to search the data center network of the data center. The search process takes into account the energy consumption, Distance and hospital network bandwidth and other factors, the final choice to meet a variety of conditions of the data center room network data transmission optimal path to complete the hospital network environment data center room network design. The experimental results show that the network of the data center in the hospital network environment has the advantages of low energy consumption, flexible expansion and short cycle.

hospital network environment; data center; central computer room network

2017-03-13；

2017-03-24。

陳武鑫(1979-)，男，福建亳州人，工程師，主要從事數據挖掘方向的研究。

1671-4598(2017)05-0247-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.068

TP391

A