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醫院多物理鏈路融合構建醫院網絡系統實踐研究
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發布時間：
2022-05-30
一、概述
多物理鏈路融合的本質在于數據互聯、互通、物理鏈路使用效率等，而物理鏈路恰為各類信息系統及智能應用的基礎承載網絡，所以物理鏈路設計、建設的方式，決定著網絡使用效率，因此醫院在弱電工程期間，要超前規劃未來各類應用及數據交換需求，在把醫院內部業務數字網、外部Internet網絡、語音電話網、視頻監控網、電視娛樂網等網絡子系統所需要的物理承載鏈路，在充分分析各個子網的使用時點、帶寬要求、技術難點等要件基礎上，進行設計整合，構建統一、安全的物理鏈路，從而提高網絡使用效率及節約投資成本，并為未來各類型智能化應用奠定基礎。
二、傳統醫院信息化建設現狀
囿于早期技術能力、投資規模以及醫院管理人員對信息技術認知的局限性等限制條件，在構建院內各類子網時，嚴格區分網絡的使用類型，如數據內網、數據外網，兩張網絡分開建設，獨立運行;電話語音網采用傳統大對數電纜作為骨干，通過三類或五類雙絞線纜連接到桌面，提供話音信號的傳輸;電視娛樂網通過同軸電纜組網，利用信號放大器傳輸電視信號;而視頻監控亦通過同軸電纜組網，利用光端機來連接前端各個攝像機。
這些子網均獨立構建，隨著各項技術的成熟及發展，傳統醫院信息化構建方式一些弊端也逐漸顯現：
·造成由于基礎物理鏈路建設方式導致信息共享困難;
·信息數字資源存儲分散，無法實現集約化效用;
各類應用子系統繁多、獨立，增加了未來集成管理與維護難度;
特別是，醫院信息部門中既懂信息技術又懂醫學與醫院管理的復合型人才十分缺乏，因此在更新院內網絡系統或是重建醫院網絡系統時，往往不會考慮使用新的技術來融合醫院各類子網。即使在集成商或設備廠商專業人員提出網絡融合建設建議時，相關管理者由于顧慮到網絡融合后帶來的未知風險，以及在技術可行性與網絡安全等方面存在疑慮，而拒絕采用網絡融合方案。
三、多物理鏈路融合優勢
醫院采用多物理鏈路融合方案，實現以一種單一網絡形式，提供語音、數據和視頻監控、電視娛樂等多種數據傳輸服務。在降低整體網絡建設投入成本的前提下，便捷了網絡管理及提供極佳服務體驗，還將提高醫院各系統的協作能力與全院網絡使用率。網絡拓撲系統圖如下：
圖1：海南省腫瘤醫院網絡示意圖
以海南省腫瘤醫院多網融合建設方案為例，介紹醫院通過構建一張數據網絡來實現數據內外網絡、IP語音、安防系統、電視娛樂、手術示教、高清視頻會議、子母鐘、信息發布等眾多子系統互通融合務實，并通過VLAN(虛擬局域網)技術實現各子系統的安全獨立運行， 充分發揮多網融合的技術優勢。
1、提高全網使用效率
按照傳統弱電工程建設的方式，不但造成大量的工程投資浪費，也會造成網絡設備、設施及帶寬的浪費，因此，海南省腫瘤醫院統一物理鏈路設計骨干帶寬為40G，并對網絡帶寬使用及交換機進行實時監控，預設閥值報警，以保證全網高效而穩定的運行，同時建立全網安全方案，防治網絡某端口被利用而造成整個網絡的擾動，在流量控制方面實現對每臺交換機的實時監控，并做到端口級別。
表1：各系統分時段占用帶寬統計表
注：各子網運行占用帶寬具時段特性，據統計電視娛樂所占帶寬高峰期為晚上7:00到晚上10:00，醫療業務網高峰期為上午7:00到下午3:00，安防系統占用帶寬穩定，按各系統同時達到數據峰值(一般不可能)約占總帶寬的50%，具體統計見上表所附數據為各類子系統滿負荷運轉所占帶寬，考慮各系統運行特性，總帶寬占用一般為25%左右。如各子系統獨立建設，網絡使用效率將更低。
2、節約投資額度
醫院弱電子系統眾多，共用基礎網絡設備及綜合布線的環境后，將極大的提高醫院網絡的投資效益性。以我院為例不管安防系統、IP語音系統還是IPTV系統，采用多物理鏈路融合技術后，比傳統方案節省大量預算，即節約了建設初期的線纜、橋架、施工成本，同時在管線工程施工中避免與水、電、空調等專業擠占有限的空間，也節省了交換資源以及供電資源，因為交換機全部選擇PoE供電，在后期運營管理過程中節約大量的人力資源以及能源消耗。
3、提高各子系統互通，減少信息孤島
各子系統分開建設，易在物理層面上產生信息孤島現象。如醫院內網調閱患者相關信息，需要與外界交流時，不得不更換電腦或重啟進入外網界面，導致網絡僵化，較差用戶體驗;采用內外網合一，通過防火墻、殺毒軟件以及一些管理策略，除了提高用戶體驗外，并沒有增加更大的風險，所以，基于統一物理鏈路的各子網系統的互聯互通實現起來更加便捷。
4、提高系統可擴展性
基于TCI/IP的統一物理鏈路架構，可以承載各子系統的各類應用，也可在此基礎上根據醫院信息化建設發展規劃，分階段采購、配置各類智能化應用，以傳統電話系統為例，由于該系統功能單一落后，無法滿足未來視頻通訊與移動通訊等互聯需求，因此造成系統投入產出比極低，多網融合后，即可在該物理鏈路上增加各類智能應用，也可以為未來預留足夠擴展空間，還能節省大量的建設資金。
5、方便管理維護
按照傳統弱電智能化的建設方法，醫院建成后將擁有眾多的業務網，不僅前期建設施工量大，也給后期的管理維護帶來了諸多不便。如各業務網分開建設，所需維護的設備量只增不減，且需要的備品、配件種類與數量都會有所增加，而當多網融合后，由于網絡整體架構健壯、穩定，故障率將大大降低，即使出現故障時，通過網絡運維管理系統，可以快速定位、排查故障，同時建立管理體系，保證規范操作、規范使用系統，提高網絡整體穩定性。
四、保障多物理鏈路融合安全的幾類技術
1、劃分安全域
網絡架構布局決定網絡運行狀態，而不是網絡承載數據類型。因此，各類子系統，可通過設置相同或相似的安全保護需求和保護策略，劃定特定的安全域。而在不同的安全域之間可按需設置防火墻以進行安全保護。而在設計網絡核心層、匯聚層時，可考慮采用全線性速率交換產品，通過估算各子系統轉發流量的大小與特征，得出網絡所需的性能指標。一般而言，高峰期網絡使用率以不超過網絡設計容量的70%為界，而高峰期使用量達到網絡設計容量的50%時，可實現最佳投資保護。
除了在網絡前期規劃設計時要充分考慮各子網系統對網絡的使用需求及未來智能化擴展外，網絡運行安全管理成為關鍵要素;事實上，不管采用傳統技術，還是基于全IP網絡構架，安全隱患都會存在。所以網絡規劃設計時需充分考慮安全因素，做好防護管理工作。以目前比較典型的三層局域網架構為例，除了通過防火墻和IDS等措施來保護邊界安全外，還應針對接入層、匯聚層、核心層、網絡邊界等各層實施對應的安全解決方案，如在接入層通過交換機訪問控制列表、生成樹協議特性(Root Guard、Etherchannel Guard、Loop Guard等)、動態主機配置協議(DHCP Snooping)等安全措施來保證網絡的安全。同理，在各層中均可針對各自協議的特征來制定對應的安全防護方案。
對于大型三甲醫院而言，網絡融合后規模將更大、數據流量的轉發也將變得更加復雜，這些確實增加了部分網絡安全隱患。但通過可靠的網絡安全設備，以及有效的操作管理方式與靈活的安全架構，網絡安全問題是可以得到保障的。其中操作管理方式可制定相關網絡使用規則，并對醫院員工進行網絡安全基礎知識培訓等活動來實施。而網絡系統安全架構，則是靈活多變的，即可分層部署網絡安全策略，亦可集中部署。但就目前的趨勢而言，分層部署越來越受到行業用戶的認可。下面簡單介紹一些多網融合后可能會使用到的網絡安全技術或設備。
2、虛擬化技術
對于內外網融合而言，最擔心的可能就是當某臺PC瀏覽外網感染病毒后，危及到內網安全，因此可通過虛擬機技術，在某些即須連接互聯網、又須瀏覽內網的PC上虛擬出一套操作系統，限定使用者只能使用虛擬機來連接外網。即使在訪問外網時中毒，也不會影響到內部網絡。
3、訪問控制技術
醫院信息點位眾多，加之在病區還部署了無線設備，因此對網絡的訪問控制將變得格外重要，可通過ACL(訪問控制列表)、NAC(網絡準入控制)、身份認證等多種訪問控制技術來保障網絡的安全。
4、防火墻、IPS(入侵防護系統)
這兩種設備一般部署在網絡邊緣(即外網與內網的連接處)或是在內網與數據中心連接處。其中，防火墻可通過控制網絡訪問的方式實現安全策略;而IPS能夠實時地精確檢測、分析、并緩解惡意流量，應對形形色色的網絡入侵和攻擊。同時，據Gartner研究“配置和管理多個供應商提供的防火墻，比配置和管理一個供應商大”，因此應避免使用多個供應商提供的防火墻，并根據安全技術發展，時時提升網絡安全策略。
上述安全技術如分配至網絡中，可能處于網絡的不同層次，下圖將目前部分主流網絡安全技術按網絡位置進行了整理，以供參考：
圖2：保障多物理鏈路融合安全的幾類技術
五、多物理鏈路融合帶來的挑戰
1、管理上的挑戰
多物理鏈路融合的建設，勢必會給醫院原有的管理體制帶來變革，這需要醫院管理層與信息部門共同完成新系統下的職、責、權分配，建立新的系統管理秩序。當然，這一變革對院內信息技術人員綜合素質也提出了更高要求，所以信息技術崗位需建立院內院外培訓機制及持證上崗制度，以解決未來網絡運行當中各種故障及運維問題。
2、維護與故障排除的挑戰
多物理鏈路融合降低運維整體成本，但故障排查的復雜度可能不減而增，通過集中網管智能管理平臺，實現快速定位、排查故障，通過管理策略設定、QoS等措施提高整體穩定性，但是不管怎么樣，在保證系統運行的穩定性、安全性等方面需要在具體工作中持續體現。
3、網絡監管
對整體網絡進行有效監管，流量控制做到端口級別，同時考慮逆向要求，比如安防網的某個網口被人利用，能立刻察覺，并自動實施策略管制，從而避免對整體網絡造成擾動。
六、結論
合理的多物理鏈路融合設計、建設將極大的提高醫院數字化水平，通過整體規劃、全面集成、分步實施等步驟，保證了多網融合建設的可行性與可控性，這為建立完整而高效的數字化醫院體系打下了堅實的基礎。
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