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Kundenreferenz: Die optimale Gestaltung eines neuen Datacenters


Die Gestaltung der räumlichen und technischen Infrastruktur stellt für jede IT-Organisation eine Herausforderung dar, insbesondere jedoch für kleine und mittlere Unternehmen, die sich oftmals aufgrund von äußerst knappen Budgetvorgaben mit bestehender Hardware und eingeschränkten Personalressourcen begnügen müssen.

Für unsere Organisation, The Regional Cancer Center (RCC, regionales Krebszentrum), waren eben diese Bedingungen Realität: Am RCC sind 179 Angestellte und 5 IT-Mitarbeiter beschäftigt. Wir stehen somit vor ähnlichen IT-Anforderungen wie andere mittelgroße Unternehmen, doch als Anbieter auf dem Gesundheitssektor müssen wir dementsprechend höhere Ansprüche an Datenverfügbarkeit, langfristige Aufbewahrung von Daten und Bildmaterial, unmittelbare Bereitstellung von großen diagnostischen Bilddateien und Disaster Recovery stellen. Unzureichende Mittelausstattung war dennoch ein alltäglicher Begleiter des IT-Teams am RCC.

Bis vor kurzem arbeiteten wir recht beengt von einem überfüllten und veralteten Serverraum aus, in dem weder adäquate Stromversorgung und Klimatechnik noch ausreichende Stromreserven (lediglich ein kleines USV-System) zur Verfügung standen. Glücklicherweise erkannte das RCC Ende 2006, dass höhere IT-Investitionen notwendig waren, um wichtige Vorhaben des Zentrums voranzubringen. Eine sorgfältige Planung der IT-Ausgaben für 2007 und 2008 ermöglichte uns zusätzliche Mittel für die IT-Infrastruktur.

Daraufhin bekamen wir grünes Licht für den Aufbau eines von Grund auf neu gestalteten Datacenters: wie wohl für jede IT-Abteilung mit einer ähnlichen Struktur, ging damit für uns ein Traum in Erfüllung. In diesem Artikel werden wir die Planung des neuen Datacenters und den Cut-Over Prozess beschreiben. Anschließend werden die Verbesserungen sowohl aus operationeller als auch medizinischer Sicht erläutert, die seit der Inbetriebnahme der neuen Anlagen verwirklicht werden konnten.


Die Planung eines neuen Datacenters

Die Verflechtung zwischen medizinischer Versorgung und IT ist heute sehr eng und es gibt kaum mehr Fortschritte im Gesundheitswesen, die nicht die eine oder andere IT-Komponente einschließen würden. Die IT hat sich im Gesundheitsbereich daher wahrscheinlich schneller entwickelt als in anderen Bereichen. Dieses rasante Wachstum bedeutete für uns, dass unser kleiner, ohnehin von Beginn an mangelhafter Serverraum für die erforderliche Expansion nicht entsprechend ausgestattet war.

Der alte Serverraum barg diverse Risiken, unter anderem an der Decke verlaufende Wasserleitungen, im Winter halb mit Schnee bedeckte Fenster, unzureichende Umgebungskontrolle und fehlende Notstromversorgung. All diese Einschränkungen gefährdeten die Datenverfügbarkeit zu einem Zeitpunkt, an dem die Digitalisierung der Patientendaten immer wichtiger wurde. Somit ergaben sich folgende physische Anforderungen an unser neues Datacenter:

  • zusätzliche Grundfläche
  • redundante Klimatechnik mit ausreichender Kapazität zur Gewährleistung einer konstanten Betriebsumgebung
  • eine FM200 Feuerlöschanlage
  • ein 30kVA Notstromaggregat (USV) zur Versorgung bei kurzen Stromausfällen
  • Vorkehrungen für einen Ersatz-Generator, um den ausfallfreien Betrieb des Datacenters während längerer Stromausfälle sicherzustellen (Einrichtung geplant für Herbst 2008)

Das RCC unterhält drei Nebenstellen in Pennsylvania und Ohio, deren Betrieb vom Zugriff auf die Daten des Hauptstandortes abhängt. Der Hauptstandort muss somit auch bei Sturm oder Stromausfällen einen ausfallsfreien Betrieb gewährleisten - Notstromversorgung und Disaster Recovery (DR) sind demnach grundlegende Faktoren. Die Investitionen in das neue Datacenter waren nicht nur für neue Räumlichkeiten bestimmt, es wurde auch eine fast vollständig neue Infrastruktur einschließlich Switches, Netzwerkverkabelung und Storage implementiert. Zur Gewährleistung der Ausfallsicherheit  wurden folgende Komponenten berücksichtigt:

  • neues Backbone-Netzwerk zur Isolierung des iSCSI Storage Traffics
  • robusterer Cluster-Storage
  • DR-Vorkehrungen

Das neue Datacenter befindet sich auf dem selben Gelände, knapp einen halben Kilometer von der alten Anlage entfernt. Es soll zwar zu gegebener Zeit ein Off-Site DR-Standort implementiert werden, einstweilen mussten wir jedoch unser altes Datacenter zum DR-Standort umfunktionieren. Zwei bestehende iSCSI SANs werden weiter verwendet: eines als Produktions-Storage und eines als DR-Storage. Bei der Erstinstallation unseres NetApp Storage-Systems vor vier Jahren fiel die Wahl aufgrund der besseren Kosteneffizienz im Vergleich zu Fibre Channel SAN auf iSCSI. Da wir damit gute Erfahrungen gemacht haben, haben wir uns entschieden, weiterhin auf  iSCSI zu setzen.

In unserer alten Netzwerk-Architektur war der iSCSI Storage Traffic vom übrigen Netzwerk-Traffic auf denselben Switches mittels VLAN isoliert. In der neuen Infrastruktur sorgen spezifische Core-Switches und SAN Core-Switches dafür, den iSCSI SAN Traffic physisch vom übrigen Netzwerk-Traffic zu isolieren. Wir haben außerdem die Faserstränge zwischen den Gebäuden verdoppelt, um die Gesamtbandbreite zu erhöhen und die zukünftige Implementierung von 10 Gbit-Technologien zu ermöglichen.

Der Produktions-Storage besteht nun aus einem geclusterten NetApp FAS2050c Storage-System mit Fibre Channel Festplatten. Zu DR-Zwecke nutzen wir ein NetApp FAS2050 System mit Einzel-Controller und SATA Festplatten. Die Entscheidung für die Verwendung von SATA Festplatten für den DR-Standort resultierte aus dem interessanten Preis/Kapazitätsverhältnis dieser Lösung. Für die regelmäßige Datenreplizierung zwischen Produktions- und DR-Systemen kommt NetApp SnapMirror Software zum Einsatz. Im Gegensatz zu anderen DR-Lösungen auf dem Markt, müssen Controller und Festplatten von Quell- und Zielsystem hier nicht identisch sein.

Abbildung 1) Überblick über die neue RCC Infrastruktur

Der Umzug ins neue Datacenter

Als ambulante Einrichtung sind unsere normalen Betriebszeiten Montag bis Freitag von 8:00 - 17:00 Uhr; somit können Wartungsarbeiten an den Wochenenden eingeplant werden. Es besteht jedoch immer die Möglichkeit, dass Notfalleinsätze-außerhalb der regulären Zeiten durchgeführt werden müssen. Aus diesem Grund haben wir den Cut-Over-Prozess auf mehrere Phasen aufgeteilt, um die Ausfallszeiten zu minimieren.

  • Laut Plan sollte die Implementierung der neuen Netzwerk-Infrastruktur zwei Wochen vor unserem Umzug fertig gestellt sein. Wir wollten vermeiden, am Tag des Umzugs zu viele Veränderungen vornehmen zu müssen und verfolgten das Ziel einer möglichst geringen Downtime.
  • Darum haben wir in einem ersten Schritt zunächst nur einen einzigen Utility Server verlegt, um sicherzustellen, dass die neue Netzwerkinfrastruktur erwartungsgemäß funktionierte.
  • Die Verlegung der restlichen Komponenten des Datacenters erfolgte an zwei Wochenenden. Am ersten Wochenende haben wir das medizinische System übertragen, das nur Montag bis Freitag im Einsatz ist. Diese Verlegung diente als zusätzlicher Test der Netzwerkinfrastruktur.
  • Am zweiten Wochenende fand die endgültige Verlegung statt. Die bei Notfällen erforderlichen Systeme wurden vorrangig und somit zuerst verlegt. Dann wurden alle verbleibenden Komponenten zum neuen Standort gebracht.

Dank sorgfältiger Planung und ausführlicher Tests im Vorfeld, verlief der eigentliche Umzug und die Instandsetzung der Systeme relativ problemlos. Wir nahmen uns aber viel Zeit dafür, den Ablauf ordentlich und sauber durchzuführen und die Verkabelung in den Racks richtig zu organisieren.

Die Aktivierung neuer Applikationen

Ausschlaggebend für die Neugestaltung unseres Datacenters war unter anderem die Notwendigkeit einer Infrastruktur, die ausreichend Kapazität und Ausfallsicherheit für die Unterstützung neuer Applikationen bietet.

Elektronische Patientenakten
Die umfangreichste dieser neuen Applikationen betrifft die Digitalisierung der Krankenakten. Dieses Projekt zielt darauf ab, Papierunterlagen nach und nach durch die elektronische Erfassung von Patienteninformationen zu beseitigen. Da das RCC sowohl medizinische Onkologie als auch Strahlentherapie bietet, werden für Patienten, die in beiden Abteilungen behandelt werden, in einem papierbasierten System doppelte Krankenakten angelegt. Durch elektronische Datenerfassung wird sowohl die Datenverfügbarkeit als auch die Transparenz verbessert und somit auch die Qualität der Patientenversorgung erhöht. Zurzeit befinden wir uns in einer Übergangsphase.

All unsere Untersuchungs- und Behandlungsräume verfügen über einen Computerarbeitsplatz, sodass die Ärzte stets auf die Patienteninformationen zugreifen und diese aktualisieren können. Wir haben außerdem mehrere Scanner am Zentrum, für den Fall, dass z.B. ein Dokument, das vom Patienten unterzeichnet werden muss, eingescannt und so gemeinsam mit den anderen Patienteninformationen in die Datenbank aufgenommen werden kann.

Die Datenverfügbarkeit ist zweifellos das Hauptkriterium für dieses elektronische System: das neue Datacenter verfügt über die notwendige Ausstattung, den Zugriff auf digitale Informationen für Ärzte und anderes medizinisches Personal stets zu gewährleisten.

Kegelstrahl-CT (auch Cone Beam CT (CBCT))
Dank unserer runderneuerten IT-Infrastruktur, konnten wir das Potenzial des "Trilogy Stereotactic Systems" von Varian Medical Systems erstmals voll ausschöpfen. Die CBCT kommt seit August 2008 bei der Behandlung von Patienten zum Einsatz. Diese Technologie ermöglicht eine bildgeführte Strahlentherapie - dies ist eine äußerst treffsichere Behandlung, die die gezielte Bestrahlung von Tumoren bei minimaler Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes erlaubt.

Der Kegelstrahl-CT Scanner generiert bei jeder Verwendung eine große Bilddatei. Dank NetApp Storage verfügen wir über die notwendige Kapazität und Performance, diese Bilder online zu speichern und so lange wie nötig aufzubewahren. Zur erfolgreichen Umsetzung dieses Projekts bedurfte es neben der NetApp Installation diverser IT-Initiativen einschließlich des Upgrades unserer medizinischen Applikation.

Operationelle Fortschritte

Zusätzlich zu den neuen Applikationen, die direkt mit der medizinischen Versorgung in Zusammenhang stehen, ermöglichte die neue Datacenter-Architektur auch die Implementierung von Maßnahmen für einfachere und effizientere IT-Prozesse. Diese Verbesserungen werden über höhere Service-Levels auch medizinischen Applikationen zu Gute kommen.

Konsolidierung von Storage-Inseln
Seit der Installation des neuen, geclusterten NetApp Storage, haben wir aktiv nach Möglichkeiten gesucht, Storage zu konsolidieren und Storage-Inseln, nämlich Applikationen, die auf Servern mit eigenem Storage und Backup laufen, zu eliminieren. Unser System zur Planung der Behandlungen verfügte beispielsweise über einen eigenen Server mit internem Storage. Dieses System konnte Daten im Umfang von ungefähr drei Monaten speichern. Die Aktualisierung der Konfiguration ermöglichte den Einsatz von NetApp Storage für die langfristige Speicherung. So konnten wir unser Ziel, Daten im Umfang von einem Jahr online zu speichern, spielend erreichen. Darüber hinaus lässt sich eine SAN-Tape Library zur Datensicherung nutzen und ein separates Tape für diese Applikation einsparen. Für das Unternehmen, das die Software für unsere Behandlungsplanung entwickelt, war dies die erste Implementierung auf iSCSI, die jedoch reibungslos funktionierte und aufgrund ihrer Einfachheit positive Überraschung auslöste.

Zur Speicherung unserer Röntgenbilder nutzen wir ein System von GE, das so genannte PACS (Picture Archiving and Communications). Dabei handelt es sich um eine eigenständige Lösung mit separatem Storage und eigener Tape Library. Hier gingen wir folgendermaßen vor: die PACS Daten wurden auf NetApp Storage übertragen und dann auf Tape gesichert, was wiederum eine separate Library unnötig macht und uns die Konsolidierung von Backups auf unserer SAN-Library ermöglicht.

Server-Virtualisierung
Unsere Infrastruktur wurde kürzlich um zwei VMware ESX Server erweitert. Je einer dieser auf Hochverfügbarkeit getrimmten Server wurde am Produktions- und am DR-Standort eingesetzt. Der VMware Produktions-Server stellt die Verbindung zum Storage-System über einen Kopf unsers FAS2050 Clusters her, während der andere für Verbindungen zu physischen Servern dient. Wir können den gesamten VMware Storage auf den DR-Standort spiegeln, sodass ein virtueller Server je nach Bedarf an beiden Standorten hochgefahren werden kann.

Zurzeit sind nur vier virtuelle Maschinen (VMs) im Einsatz: ein Utility-Server auf dem Antiviren-Software läuft, ein Test-SQL-Server, ein Terminal-Server und ein Web-Server. Unser unmittelbares Ziel ist es, all unsere kleinen Server wie z.B. kleine Applikations-Server, Web Server, Active Directory, DNS, Windows Management Server etc. zu virtualisieren.

Zudem planen wir zukünftig nach Möglichkeit keine neuen physischen Server mehr zu kaufen und bestehende physische Server in die hochverfügbare VMware Umgebung zu integrieren. Physische Server sollen nur für die Applikationen angeschafft werden, die in virtuellen Umgebungen nicht unterstützt werden, oder wenn ein Produkt aufgrund hoher Hardware-Anforderungen auf einem ESX Server zu viele Ressourcen verbrauchen würde.

Es gibt noch viele Applikationen im Gesundheitssektor, wie z.B. unsere klinische Versorgungsapplikation, die nicht in virtuellen Umgebungen betrieben werden können. Werden diese Anwendungen virtualisiert, kann man bei Problemen nicht auf Unterstützung des Anbieters zählen. Glücklicherweise sind wir eine kleine und eigenständige Krebseinrichtung mit insgesamt nur 60-70 Applikationen (im Vergleich zu hunderten Applikationen in großen Krankenhäusern) und wir gehen davon aus, dass nur einige wenige dieser Applikationen auf physischen Servern verbleiben müssen.

Fazit

Mit dem neuen Datacenter und der aktualisierten Infrastruktur ist das RCC aufgrund der Skalierbarkeit von Kapazität, Bandbreite und Servern optimal für zukünftige Anforderungen gerüstet. Eines unserer mittelfristigen Ziele ist die Verlegung der Disaster Recovery-Einrichtungen an einen weiter vom Hauprechenzentrum entfernten Standort. Wir sehen auch Bedarf für ein Langzeit-Archiv für elektronische Patientendaten, um gewissen gesetzlichen Regelungen und Auflagen besser entsprechen zu können. Wir sind zuversichtlich, dass wir mit NetApp den richtigen Partner für die Bewältigung dieser Herausforderungen gefunden haben.

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Julie Cardman

Julie Cardman
Chief Information Officer
The Regional Cancer Center

Julie hatte seit 1987 diverse Positionen im IT-Bereich inne, wobei sie insgesamt 19 Jahre im Gesundheitswesen tätig war. Seit Januar 2007 bekleidet sie die Position des Chief Information Officer am Regional Cancer Center, wo sie es in die Hand nahm, die IT-Infrastruktur auf das nächste Level zu bringen.

Chris McCarthy

Chris McCarthy
Network Engineer
The Regional Cancer Center

Chris arbeitet seit 10 Jahren im IT-Bereich, davon sechs beim Regional Cancer Center. Er ist für die gesamte IT-Infrastruktur einschließlich Storage Management, Netzwerkinfrastruktur, VMware und Sicherheit verantwortlich.

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