Облачные технологии и интероперабельность информационных систем в здравоохранении
А.А. Каменщиков
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Аннотация
Рассматриваются вопросы интероперабельности и стандартизации в здравоохранении с применением облачных технологий. Прослеживается взаимосвязь этапов методики "обеспечения и управления интероперабельностью в здравоохранении" в разрезе применения облачных технологий.
Ключевые слова: интероперабельность, облачные вычисления, облака, электронное здравоохранение, стандартизация.
Abstract
The problems of interoperability and standardization in e-health with cloud technologies are discussed. On the one hand popularization of cloud technologies increased rapidly, on the other hand electronic health records contain a lot of private data. This article is motivated by two research questions. Do we have a sufficient number of e-health standards for clouds? Are we ready to provide safety exchange of health data?
Keywords: interoperability, cloud computing, cloud, e-health, standardization.
Введение
Система здравоохранения относится к наиболее важным социальным системам, управление которыми, эффективность их функционирования определяются уровнем применения информационных технологий (ИТ) и использованием информационных систем. Применение ИТ в системе здравоохранения привело к понятию «электронное здравоохранение» (ЭЗ) (e-health). Одной из главных тенденций в этой области выступает интеграция информационных систем в здравоохранении (ИСЗ) различного назначения в единую систему, создание единого информационного пространства здравоохранения. При этом, ввиду того, что ИСЗ реализованы на различных программно-аппаратных платформах, остро встаёт проблема взаимодействия разнородных ИСЗ между собой. Эта проблема возникает и в других областях во всем мире и получила название «проблемы интероперабельности». Интероперабельность - способность двух и более систем обмениваться информацией и использовать эту информацию. В области здравоохранения проблема интероперабельности приобретает особую остроту, ввиду большой важности этой области и необходимости перехода к электронной истории болезни (ЭИБ) [1].
Имеющийся опыт
Нашим коллективом разработана Методика обеспечения и управления интероперабельностью в здравоохранении (Рис. 1).
Рис. 1. Методика обеспечения и управления интероперабельностью в здравоохранении.
На первом этапом методики необходимо определить модель интероперабельности для предметной области. Нашим коллективом также разработана эталонная модель интероперабельности информационных систем в здравоохранении (ЭтМИ), которая представляет собой предметно-ориентированное расширение базовой модели интероперабельности для области здравоохранения, обусловленное необходимостью учета специфики взаимодействия ИС в здравоохранении (Рис. 2). Второй этап методики посвящён разработке новых стандартов и адаптации международных [2]. Предлагается проследить взаимосвязь описанных этапов методики в разрезе применения облачных технологий для здравоохранения.
Рис. 2. Эталонная модель интероперабельности информационных систем в здравоохранении.
Облачные технологии в здравоохранении
Минздравсоцразвития России реализует проект по созданию единой федеральной информационной системы для учета административно- хозяйственной деятельности в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) пилотных регионов. Система построена на основе облачных технологий, которая позволит подключаться по защищенному каналу к общему серверу для ведения учета и получения необходимой аналитической и статистической информации [3]. Также Минздравсоцразвития в конце 2011 года провело конкурс объемом 180 млн. руб. на создание «аппаратно-программного комплекса базовых сервисов». В задачи победителя тендера также входила поставка и развертывание центра обработки данных (ЦОД). Выиграла конкурс компания «Компьюлинк» с решением на базе программно-аппаратного комплекса Oracle по цене 175 млн. рублей. При этом мнения экспертов по готовности облачных технологии к прямому применению сегодня носят различных характер. Большинство экспертов считает, что уходить целиком в облачные вычисления нельзя. В сфере здравоохранения предлагаемые решения должны в обязательном порядке включать в себя возможности автоматического резервирования данных на стороне ЛПУ в режиме реального времени и практически моментального перехода клиники на режим работы с локальной базой в случае «падения» централизованного сервиса [4].
В рамках данной статьи хотелось бы уделить особое внимание вопросу стандартизации и интероперабельности в «облачных технологиях». Проследить какие уровни ЭтМИ затрагивают облачные технологии. Проанализировать, почему облачные технологии приобретают всю большую популярность в целом и в области здравоохранения в частности.
История развития облачных вычислений
Существует множество определений облачных вычислений, но мы будем использовать определение, которое дает National Institute of Standards and Technology. Cloud computing (англ.Cloud -- облако; computing -- вычисления) - это модель предоставления повсеместного и удобного сетевого доступа по мере необходимости к общему пулу конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, сетей, серверов, систем хранения, приложений и сервисов), которые могут быть быстро предоставлены и освобождены с минимальными усилиями по управлению и необходимостью взаимодействия с провайдером услуг (сервис-провайдером) [5].
Концепция «облачных вычислений» (облачных технологий) зародилась в 1960 году, когда Джон Маккарти высказал предположение, что когда-нибудь компьютерные вычисления будут производиться с помощью «общенародных утилит». Идеология облачных вычислений получила популярность в 2007 году благодаря быстрому развитию каналов связи и растущей в геометрической прогрессии потребности, как бизнеса, так и частных пользователей, в горизонтальном масштабировании своих информационных систем [6].
Основные понятия в облачных вычислениях
Основа облачных вычислений - это виртуализация, т.е. изоляция вычислительных процессов и ресурсов друг от друга. Примером виртуализации являются симметричные мультипроцессорные компьютерные архитектуры, которые используют более одного процессора [7].
Следующим важным понятием является виртуальная машина (ВМ) -полностью изолированный контейнер, в котором может быть запущена операционная система и различные приложения. ВМ на 100% программная среда и представляет собой набор из фалов, которые может прочесть и исполнить гипервизор [8]. Гипервизор (или Монитор виртуальных машин) -- в компьютерах программа или аппаратная схема, обеспечивающая или позволяющая одновременное, параллельное выполнение нескольких или даже многих операционных систем на одном и том же хост-компьютере. Гипервизор также обеспечивает изоляцию операционных систем (ОС) друг от друга, защиту и безопасность, разделение ресурсов между различными запущенными ОС и управление ресурсами. С его помощью можно создавать и запускать виртуальные машины, управлять ими в процессе использования [7]. Использование виртуальных машин, позволяет «облаку» эффективнее использовать технические мощности в сравнение с классической системой организации ЦОД (Рис. 3) [9].
Рис. 3. Эластичность и масштабируемость ЦОД.
Облачные вычисления предлагают базовые сервисы: Software as a Service (SaaS), Platform as a Service (PaaS), Infrastructure as a Service (IaaS). Выделяют несколько моделейразвёртывания облаков: Private cloud, Community cloud, Public cloud, Hybrid cloud [10].
Почему сейчас растет спрос на облачные технологии?
Возникает вопрос, почему облачные вычисления стали настолько востребованы. Перечислим основные аспекты.
Развитие многоядерных процессоров привело к:
- увеличению производительности при тех же размерах оборудования;
- снижение стоимости оборудования как следствие эксплуатационных расходов;
- снижение энергопотребления облачной системы, для большинства ЦОД это действительно проблема при наращивании мощностей ЦОД.
Увеличение емкостей носителей информации, снижение стоимости хранения 1 Мегабайта информации позволило:
- безгранично (по крайней мере так позиционируют себя большинство облаков) увеличить объемы хранимой информации;
- снизить стоимость обслуживания хранилищ информации, значительно увеличив объемы хранимых данных.
Развитие технологии многопоточного программирования привело к:
- эффективному использованию вычислительных ресурсов многопроцессорных систем;
- гибкое распределение вычислительных мощностей облаков.
Развитие технологий виртуализации привело к:
- созданию программного обеспечения, позволяющего создавать виртуальную инфраструктуру независимо от количества предоставленных аппаратных ресурсов;
- легкость масштабирования, наращивания систем;
- уменьшение расходов на администрирование облачных систем;
- доступность виртуальной инфраструктуры через сеть Интернет.
Увеличении пропускной способности привело к:
- увеличению скорости работы с облачными системами, в частности виртуальный графический интерфейс и работа с виртуальными носителями информации;
- снижение стоимости Интернет - трафика для работы с большими объемами информации.
Все вышеперечисленные факторы привели к повышению конкурентоспособности облачных вычислений в ИТ сфере [11].
Достоинства облачных технологий
Доступность - облака доступны всем, из любой точки, где есть Интернет, с любого компьютера, где есть браузер. Это позволяет пользователям (предприятиям) экономить на закупке высокопроизводительных, дорогостоящих компьютеров. Также сотрудники компаний становятся более мобильными так, как могут получить доступ к своему рабочему месту из любой точки земного шара, используя ноутбук, нетбук, планшетный компьютер или смартфон. Нет необходимости в покупке лицензионного программного обеспечения (ПО), его настройки и обновлении, вы просто заходите на сервис и пользуетесь его услугами, заплатив за фактическое использование.
Низкая стоимость - основные факторы, снизившие стоимость использования облаков, следующие:
- снижение расходов на обслуживания виртуальной инфраструктуры, вызванное развитием технологий виртуализации, за счет чего требуется меньший штат для обслуживания всей ИТ инфраструктуры предприятия;
- оплата фактического использования ресурсов, пользователь облака платит за фактическое использование вычислительных мощностей облака, что позволяет ему эффективно распределять свои денежные средства. Это позволяет пользователям (предприятиям) экономить на покупке лицензий к ПО;
- использование облака на правах аренды позволяет пользователям снизить расходы на закупку дорогостоящего оборудования, и сделать акцент на вложение денежных средств на наладку бизнес процессов предприятия, что в свою очередь позволяет легко начать бизнес;
- развитие аппаратной части вычислительных систем, в связи с чем снижение стоимости оборудования.
Гибкость -- неограниченность вычислительных ресурсов (память, процессор, диски), за счет использования систем виртуализации, процесс масштабирования и администрирования облаков становится достаточно легкой задачей, так как облако самостоятельно может предоставить вам ресурсы, которые вам необходимы, а вы платите только за фактическое их использование.
Надежность - надежность облаков, особенно находящихся в специально оборудованных ЦОД, очень высокая так, как такие ЦОД имеют резервные источники питания, охрану, профессиональных работников, регулярное резервирование данных, высокую пропускную способность Интернет канала, высокая устойчивость к DDOS атакам.
Безопасность - «облачные» сервисы имеют достаточно высокую безопасность при должном ее обеспечении, однако при халатном отношении эффект может быть полностью противоположным.
Большие вычислительные мощности - вы как пользователь «облачной» системы можете использовать все ее вычислительные способности, заплатив только за фактическое время использования. Предприятия могут использовать данную возможность для анализа больших объемов данных [11].
Недостатки облачных технологий
Постоянное соединение с сетью - для получения доступа к услугам облака необходимо постоянное соединение с сетью Интернет. Однако в наше время это не такой уж большой недостаток, особенно с приходом технологий сотовой связи 3G и 4G.
Программное обеспечение и его «кастомизация» - есть ограничения по ПО, которое можно разворачивать на облаках и предоставлять его пользователю. Пользователь ПО имеет ограничения в используемом ПО и иногда не имеет возможности настроить его под свои собственные цели.
Конфиденциальность - конфиденциальность данных, хранимых на публичных облаках, в настоящее вызывает много споров, но в большинстве случаев эксперты сходятся в том, что не рекомендуется хранить наиболее ценные для компании документы на публичном облаке, так как в настоящее время нет технологии, которая бы гарантировала 100% конфиденциальность хранимых данных.
Надежность - что касается надежности хранимой информации, то с уверенностью можно сказать, что если вы потеряли информацию, хранимую в облаке, то вы ее потеряли навсегда.
Безопасность - облако само по себе является достаточно надежной системой, однако при проникновении в него злоумышленник получает доступ к огромному хранилищу данных. Еще один минус - это использование систем виртуализации, в которых в качестве гипервизора используются ядра стандартных ОС такие, как Linux, Windows и др., что позволяет использовать вирусы.