Kurzbeschreibung

Das Cisco Unified Computing System (UCS) bietet eine Architektur, um Rechenzentren die vollen Möglichkeiten für die Virtualisierung von IT-Systemen zur Verfügung zu stellen. Es vereinheitlicht den Zugang zu Rechenleistung, Netzwerkressourcen, Speicher, Management und Virtualisierung zu einem IT-Gesamtsystem und ist Basis für einen effizienten IT-Betrieb und eine schnelle und sichere Servicebereitstellung im Klinischen Rechenzentrum.

Durch die Zusammenführung der verteilten IT-Ressourcen zu einem effizienten Gesamtsystem können die steigenden Anforderungen hinsichtlich Kostenoptimierung, Zukunftssicherheit, Leistungsfähigkeit, Betriebssicherheit und Einfachheit im Klinischen Rechenzentrum unterstützt werden. Somit leistet das UCS als technische Basis für IT-Dienste im Gesundheitswesen einen Beitrag zu einer medizinischen Grundversorgung mit tragbaren Kosten.

Die wesentlichen Inhalte der Arbeit sind neben einer Beschreibung der Anforderungen an IT-Systeme im Klinischen Rechenzentrum, eine Analyse der am Markt verfügbaren Systemtechnologien- und Lösungen, sowie die Darstellung von Trends in diesem Bereich. Darüber hinaus werden die Nutzenpotentiale für den Einsatz von UCS im Klinischen Rechenzentrum beschrieben und die Implementierung eines Cisco UCS, am Beispiel der Klinikum Wels-Grieskirchen GmbH, aufgezeigt. Die Darstellung der erfolgskritischen Faktoren für die UCS-Einführung runden die Arbeit ab.

Die Masterthesis hat zum Ziel die kaufmännischen, technischen, operativen und strategischen Aspekte für den Einsatz des UCS im Klinischen Rechenzentrum zu beleuchten und soll aufzeigen, wie dadurch die Anforderungen an moderne und zukunftssichere IKT-Architekturen unterstützt werden können.

Abstract

The Cisco Unified Computing System (UCS) offers an architecture to make available the full possibilities for the virtualization of IT systems to computer centers. It standardizes the access to arithmetic achievement, network resources, storage, management and virtualization to an IT overall system and is a base for an efficient IT operation and a quick and secure service supply in the clinical computer center. The rising requirements can be supported by the consolidation of the distributed IT resources to an efficient overall system concerning cost optimization, future security, efficiency, operational safety and simplicity in the clinical computer center. Therefore the UCS performs a contribution to basic medical care with portable costs as a technical base for IT services in health care.

The essential contents of the work are beside a description of the requirements for IT systems in the clinical computer center, an analysis of the system technologies and solutions available in the market, as well as the representation of trends in this area. In addition, the potential usage is described for the application by UCS in the clinical computer center and the implementation of a Cisco UCS, at the example of the Klinikum Wels-Grieskirchen GmbH, is indicated. The representation of the successfulcritical factors for the introduction of UCS round the work. The master thesis shows the purpose of the technical, operational and strategical business-aspects for the application of the UCS in the clinical computer center and shows how UCS supports the requirements for modern and future-proofed IT-architectures.

Danksagung

Mein Dank gilt allen Personen, die mich direkt oder indirekt bei der Erstellung dieser Arbeit unterstützt haben.

Mein besonderer Dank gilt der Firma Cisco, die diese Arbeit unterstützt hat, sowie Herrn Hans-Peter Ullrich, der durch seine hervorragende Betreuung wertvolle Beiträge lieferte, mich ermutigte und maßgeblich unterstützte. Darüber hinaus bedanke ich mich bei Herrn Dr. Walter Dey und Herrn Bernd Loitzl, die mich mit technischen Detailinformationen zum Cisco UCS versorgten und mir mit Rat und Tat zur Seite standen. Ferner danke ich Herrn Dr. Walter Seböck und Frau Mag. Anita Zimmermann, sowie meinen Lehrgangskollegen und Vortragenden für die interessanten Beiträge und Diskussionen, von denen dieses Werk profitierte.

Für ihre Geduld, ihr Verständnis und ihre Unterstützung während der Erstellung dieser Arbeit und im Verlauf dieses Lehrgangs, bedanke ich mich ganz herzlich bei meiner Familie, bei meinen Freunden, sowie bei meinen Arbeitskollegen und meinen Vorgesetzten.

Inhaltsverzeichnis

INHALTSVERZEICHNIS   

Abbildungsverzeichnis   IV

Glossar.   V

Abk  ürzungsverzeichnis  XI

1.  Einleitung und Strukturierung des Themas.  1

1.1  Allgemeines  1

1.2  Problemstellung, Motivation und Struktur der Masterthese.  2

1.2.1  Problemstellung.  2

1.2.2  Motivation und Struktur der Masterthese.  3

1.3  Zielsetzung und Forschungsfrage.  5

2  Marktanalyse.  7

2.1  Anforderungen an moderne Rechenzentren im klinischen Umfeld  7

2.1.1  Betriebssicherheit.  8

2.1.2  Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit  9

2.1.3  Einfachheit und Wartbarkeit  10

2.1.4  Effizienz im Betrieb.  11

2.1.5  Kostenoptimierung und Zukunftssicherheit  13

2.1.6  Informationssicherheit  14

2.2  IT-Systembausteine eines klinischen Rechenzentrum  15

2.2.1  Netzwerksysteme  15

2.2.2  Serversysteme  22

2.2.3  Speichersysteme.  27

2.2.4  Virtualisierungssysteme  33

2.2.5  Management- und Monitoringsysteme  37

I

Inhaltsverzeichnis

3  Cisco Unified Computing System.  43

3.1.1  UCS Manager.  47

3.1.2  UCS Fabric Interconnect  48

3.1.3  UCS Fabric Extender  51

3.1.4  UCS Blade Server Chassis  53

3.1.5  UCS Blade Server  55

3.1.6  UCS Network Adapters  56

4  Unified Computing am Beispiel der Klinikum Wels-Grieskirchen  

GMBH   61

4.1  Allgemeines  61

4.2  Motivation  62

4.3  Projektumsetzung  63

4.4  Technologischer und Wirtschaftlicher Nutzen.  66

5  Nutzenpotentiale  69

5.1  Basis für Virtualisierung  69

5.1.1  Memory Expansion.  70

5.1.2  Network Interface Virtualization (VN-Link)  73

5.2  Für Energieeffizienz konstruiert  76

5.3  Skalierbarkeit entkoppelt von Komplexität  80

5.4  Drastische Vereinfachung der Systemarchitektur  83

5.5  Einfaches Management und Rasche Servicebereitstellung  85

5.6  Basis für Cloud-Computing  87

5.7  Auf Industriestandards basierend  90

6  Erfolgskritische Faktoren bei der Einführung von Unified-Computing  92

6.1  Professionelles Projektmanagement  92

6.2  Motivierte Innovatoren und Projektförderung  96

II

Inhaltsverzeichnis

6.3  Ganzheitliche Planung  97

6.4  Prozessanalyse als Grundlage  100

6.5  Durchführung von Pilotprojekten.  101

6.6  Akzeptanz durch die künftigen Nutzer  102

6.7  Dialog im Netzwerk.  103

6.8  Umfassende Funktionstests.  105

6.9  Wartung und Betrieb.  106

6.9.1  Schulung des Betriebspersonals  106

6.9.2  Zugriffsberechtigung und Management.  107

6.9.3  Systemmonitoring.  107

6.9.4  Datensicherung  108

6.9.5  Support durch Hersteller und Lieferant.  108

6.9.6  Betriebshandbuch  109

7  Fazit  110

8  Literatur- und Quellenverzeichnis.  112

8.1  Monographien und Lehrbücher.  112

8.2  Sammelbände.  114

8.3  Beiträge aus Fachzeitschriften.  114

8.4  Internet-Quellen  115

8.5  Informationen aus Gesprächen und Diskussionen  122

III

Abbildungsverzeichnis   

ABBILDUNGSVERZEICHNIS   

Abbildung  1. Ausblick Fibre Channel und Ethernet Storage Systeme.  

Abbildung  2. Vereinfachung der Serveranbindung durch I/O-Konsolidierung.  

Abbildung  3. Gartner Magic Quadrant für Blade Server.  

Abbildung  4. Entwicklung der Anforderungen an Speichersysteme.  

Abbildung  5. Tiered Storage Konzept.  

Abbildung  6. Entwicklung virtualisierte versus nicht virtualisierte Server.  

Abbildung  7. Trends im IT-Systemmanagement- und Monitoring.  

Abbildung  8. Verbindende Elemente des Cisco UCS.  

Abbildung  9. Anforderungen an das Cisco UCS.  

Abbildung  10. Systembausteine des Cisco UCS.  

Abbildung  11. Vernetzungsübersicht des Cisco UCS.  

Abbildung  12. Schaltkreis des UCS Fabric Extender.  

Abbildung  13. Übersicht UCS Blade Server Chassis.  

Abbildung  14. Architektur der UCS M81KR Virtual Interface Card.  

Abbildung  15. Grafische Übersicht UCS-Umsetzungskonzept KWG.  

Abbildung  16. Dimensionen der Servervirtualisierung.  

Abbildung  17. Cisco Extended Memory Technology.  

Abbildung  18. VN-Link Einsatzszenarien.  

Abbildung  19. Chassis-Verkabelung UCS.  

Abbildung  20. Reduktion der Server-Netzwerkinterfaces durch I/O-Konsolidierung.  

Abbildung  21. Mandantentrennung auf physikalischer Infrastruktur.  

Abbildung  22. Ranking der Erfolgsfaktoren bei Projekten.  

Tabelle 1.  Übersicht UCS Network Adapters.  

Tabelle 2.  Skalierungsstufen UCS Blade Server Chassis.  

Tabelle 3.  Netzwerkbandbreiten UCS Blade Server Chassis.  

Tabelle 4.  Einsparungspotentiale durch Virtual Dynamic Data Center.  

IV

Abkürzungsverzeichnis

GLOSSAR

Backplane

Busplatine in Gehäusen von IT-Geräten (z.B. Switches oder Blade-Server)

Cache-Speicher

Flüchtiger Puffer-Speicher für schnellen Zugriff

Cloud-Computing

Techniken und Bereitstellungsmodelle um Produkte oder Services in Echtzeit über das Internet zur Verfügung zu stellen

Computertomograph

Computer-gestütztes, röntgen-diagnostisches Medizingerät zur

Herstellung von Schnittbildern des menschlichen Körpers, mit modernen CT’s können bei einem Röhrenumlauf mehrere Schnitte gleichzeitig aufgenommen werden (z.B. 64-Zeilen-CT) 1

Cut-Trough-Architektur

Architektur von Switch-Komponenten, die eine sehr schnelle Weiterleitung von Datenpaketen ermöglicht

Disaster-Recovery

Maßnahmen zur Datenwiederherstellung nach einem Datenverlust oder Gerätedefekt

¹ Vgl. bsmo GmbH (2010): Lifeline - Medizin im Internet. Glossar, Berlin. http://www.lifeline.de/akromegalie/service/glossar/content-121029.html [Abruf: 05.04.2010]

V

Abkürzungsverzeichnis Ethernet

Ethernet ist eine Datennetztechnik, welche einen Datenaustausch mittels Datenpaketen zwischen den angeschlossenen Endgeräten ermöglicht. Ethernet war ursprünglich für lokale Computernetze vorgesehen, wird mittlerweile aber auch für Weitverkehrsnetzwerke verwendet. Ethernet entspricht weitestgehend der IEEE-Norm 802.3 2 .

Event-Correlation

Event-Correlation ist ein Verfahren zur Korrelation von Ereignissen, um bei IT-Überwachungseinrichtungen aus einer Vielzahl von Meldungen die relevanten Informationen zu extrahieren.

Fail-Over

Funktion zur Ausfallsicherung von hochverfügbaren redundanten Computersystemen oder Anwendungen

FC-Multipathing

Technik zur Erhöhung von Ausfallsicherheit und Leistung in FC-Netzwerken (z.B. wenn ein Server mehrfach an ein FC-Netzwerk an-gebunden ist, kann er das Speichersystem über mehrere Wege erreichen)

Fibre Channel

Standardisiertes Protokoll für eine serielle Hochgeschwindigkeitsübertragung in Speichernetzwerken

Fortune 1000

Rangliste der US-amerikanischen Zeitschrift „Fortune“ mit den tausend umsatzstärksten amerikanischen Unternehmen

² Vgl. Sikora, Axel (2001): Ethernet im Überblick, München.

http://www.tecchannel.de/netzwerk/lan/401674/ethernet_lan_protokoll_mac_phy_kollision _switching/ [Abruf: 05.04.2010]

VI

Abkürzungsverzeichnis Green-IT

Ansatz zur umweltschonenden Nutzung von IT-Geräten über die gesamte Lebensdauer

hot-swappable

hot-swappable bezeichnet die Möglichkeit IT-Komponenten eines IT-Systems im laufenden Betrieb zu tauschen

Infiniband

Infiniband ist eine Technologie zur seriellen Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, welche aktuell meist nur für die Verbindung von hochverfügbaren, redundanten Serversystemen verwendet wird.

I/O-Konsolidierung

Zusammenführung unterschiedlicher Datenübertragungstechniken wie Ethernet, FC oder Infiniband auf ein gemeinsames Übertragungsmedium im Rechenzentrum

IP-Telefonie

Telefonieren über IP-basierende Computernetzwerke, auch bekannt als Voice over IP

Internet Small Computer System Interface

Verfahren welches die Verwendung des Small Computer System Interface über IP-basierende Netzwerke ermöglicht, Standard entsprechend IETF RFC3720

Modalität

Modalität ist ein Begriff, der für verschiedene bildgebende Geräte in der Medizintechnik verwendet wird

VII

Abkürzungsverzeichnis Multiplex

Durch den Einsatz von Multiplexverfahren können vorhandene Übertragungsleitungen durch Signalbündelung mehrfach und daher wirtschaftlicher genutzt werden 3 .

OSI-Layer2

Zweite Schicht des OSI-Referenzmodells (auch bekannt als OSI-7-Schichten-Modell), auf der beispielsweise Switch-Komponenten arbeiten

Rack

Schrank bzw. Gestell zum Einbau für IT- und Elektrogeräte, üblicherweise mit einer genormten Breite von 19 Zoll und definierten Höheneinheiten von 1,75 Zoll

Rackmount-Server

Server der für den Einbau in ein standardisiertes 19-Zoll-Serverrack vorgesehen ist

Redundant Array of Independent Disks

System mit redundanter Anordnung unabhängiger Festplatten um die Ausfallsicherheit und den Datendurchsatz gegenüber einzelnen physikalischen Festplatten zu erhöhen

Single Point of Failure

Als Single Point of Failure versteht man einen Teil eines IT-Systems, der bei einem auftretenden Fehler, einen Ausfall des Gesamtsystems nach sich zieht.

³ Vgl. Datacom Buchverlag GmbH (2010): Multiplexverfahren. Multiplexing, Peterskirchen.

http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Multiplexverfahren-multiplexing.html [Abruf: 05.04.2010]

VIII

Abkürzungsverzeichnis Small Form-Factor Pluggable Plus

Standardisiertes Modul für Netzwerkübertragungen von 10GE über Kupfer- bzw. Glasfaserverkabelung

Solid State Disks

Speichermedium aus Halbleiterbausteinen ohne bewegliche Teile

Spanning Tree Protokoll

Algorithmus zur Vermeidung von Schleifen und redundanten Netzwerkpfaden im LAN, standardisiert nach der IEEE-Norm 802.1D

Stakeholder

Unter einem Stakeholder wird eine Person oder eine (Teil-)Organisation verstanden, die von einem Prozess oder Projekt bzw. dem Ergebnis daraus betroffen ist. Hierzu können z.B. Geschäftsführung, Entwickler, Systemanwender oder Wartungs- und Servicepersonal gehören 4 .

Storage-Cluster

Verbund von Speichersystemen, mit dem Zweck die Verfügbarkeit bzw. die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen

Switch

Ein Switch ist eine aktive Netzwerkkomponente, die vorwiegend in lokalen Netzwerken zum Einsatz kommt und IT-Endgeräte bzw. Netzwerksegmente entsprechend OSI-Layer2 miteinander verbindet.

Tape Library

Gerät welches Bandlaufwerke und Magnetspeicherbänder beinhaltet und diese automatisiert bedient

⁴ Vgl. Schmied, Jürgen (2010): Management Know-How. Glossar, Neunkirchen am Brand.

http://www.management-knowhow.de/index.php?id=10 [Abruf: 05.04.2010]

IX

Abkürzungsverzeichnis Total Cost of Ownership

Das TCO-Konzept kann als eine Systematik zur Erfassung aller Kosten aufgefasst werden, die sich einer Investition im Lauf ihrer gesamten Einsatzdauer direkt und indirekt zurechnen lassen 5

Virtual Tape Library

Festplattenspeicher der eine Tape Library emuliert

Virtualisierungs-Hypervisor

Virtualisierungssoftware die eine Umgebung für virtuelle Maschinen bereitstellt

⁵ Vgl. Freie Universität Berlin (2003): Center für digitale Systeme. Glossar, Berlin. http://www.internetoekonomie.com/glossar.php?HP=0&von=t&bis=z [Abruf: 05.04.2010]

X

Abkürzungsverzeichnis

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

10GBASE-KR 10Gigabit-Ethernet für Backplane basierende Systeme (Backplane Ethernet)

10GE 10Gigabit-Ethernet

CIO Chief Information Officer

CLI Command Line Interface

CPU Central Processing Unit

CT Computertomograph

DCB Data Center Bridging

DCBX Data Center Bridging Capabilities Exchange Protocol

DDR3 Double Data Rate Three

DIMM Dual Inline Memory Modul

e-Health Electronic-Health

ENet Ethernet

EPA Environmental Protection Agency

ETS Enhanced Transmission Selection

FC Fibre Channel

FCoE Fibre Channel over Ethernet

FM Facility-Management

FTP File Transfer Protocol

Gbps Gigabit per Second

GB Gigabyte

GUI Graphical User Interface

IDC International Data Corporation

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

XI

Abkürzungsverzeichnis IETF Internet Engineering Task Force

IKT Informations- und Kommunikationstechnologie

ILM Information Lifecycle Management

INCITS International Committee for Information Technology Standards

I/O Input/Output

IP Internet Protocol

IPC Inter-Process Communication

iSCSI Internet Small Computer System Interface

IT Informationstechnik

KIS Krankenhausinformationssystem

kW Kilowatt

KWG Klinikum Wels-Grieskirchen

LAN Local Area Network

MB Megabyte

MDES Medical Data Exchange Solution

OSI Open Systems Interconnection

PCI Peripheral Component Interconnect

PFC Priority-based Flow Control

PUE Power Usage Effectiveness

RAID Redundant Array of Independent Disks

RPM Revolutions per Minute

SAN Storage Area Network

SAS Serial Attached Small Computer System Interface

SFF Small Form-Factor

XII

Abkürzungsverzeichnis SFP+ Small Form-Factor Pluggable Plus

SLA Service Level Agreement

SMS Short Message Service

SNIA Storage Networking Industry Association

TACACS+ Terminal Access Controller Access Control System Plus

Tbps Terabit per Second

TCO Total Cost of Ownership

TRILL Transparent Interconnection of Lots of Links

UC Unified Computing

UCS Unified Computing System

USV Unterbrechungsfreie Stromversorgung

VM Virtuelle Maschine

VN-Link Virtuelle Netzwerkverbindung

x86 Mikroprozessor-Architektur mit Prozessoren der 8086/8088-Reihe

XML Extensible Markup Language

XIII

1. EINLEITUNG UND STRUKTURIERUNG DES THEMAS

1.1 ALLGEMEINES

Das österreichische Gesundheitswesen sieht sich einem ungebrochenen Reformdruck gegenüber. Die Leistungserbringer im ambulanten und stationären Sektor stehen vor der Herausforderung, die Qualität stetig steigern, gleichzeitig aber auch die Kosten senken zu müssen. Um diesen Spagat meistern zu können, setzen sowohl die Politik als auch die Gesundheitsdiensteanbieter und Kostenträger auf innovative Informations-und Kommunikationstechnologien (IKT), um die Prozesse in den Kliniken optimal zu unterstützen und einen reibungslosen und effizienten Ablauf bei der Patientenversorgung zu ermöglichen 6 . Jeder Leistungserbringer im Gesundheitswesen ist heute mehr denn je gefordert, sich auf die kontinuierlich ändernden Wettbewerbsbedingungen einzustellen. Kostensenkung und die Frage der Finanzierung haben in den letzten Jahren die öffentliche Diskussion im Gesundheitswesen bestimmt. Kein zeitgerechtes Krankenhaus kann sich von diesen anspornenden marktwirtschaftlichen Herausforderungen abkapseln. Um die eigene Leistungs- und Konkurrenzfähigkeit nachhaltig zu sichern sind innovative Lösungen gefordert. Wie in jedem marktwirtschaftlich geführten Unternehmen, gilt es die gestiegenen Forderungen an Innovationskraft, Wandlungsfähigkeit, Agilität und Vernetzung zu erfüllen und zu nachhaltigen strategischen Wettbewerbsfaktoren auszubauen.

⁶ Vgl. Informationsforum RFID e.V. (2007): RFID im Gesundheitswesen, Berlin, S.1. http://www.info-rfid.de/info-rfid/content/e107/e127/e242/rfid_im_gesundheitswesen_ ger.pdf [Abruf: 05.04.2010]

1

1.2 PROBLEMSTELLUNG, MOTIVATION UND STRUKTUR DER

MASTERTHESE

1.2.1 PROBLEMSTELLUNG

Durch die zunehmende Digitalisierung der Patientenakten und den vermehrten Einsatz von betriebskritischen, Internetprotokoll- (IP) basierenden Systemen im klinischen Umfeld, steigen die Anforderungen an Effizienz, Leistungsfähigkeit, Verfügbarkeit, Stabilität und Datensicherheit signifikant.

Neben Herstellern von Informationstechnologie- (IT) Systemen setzen mehr und mehr Medizingerätehersteller, Erzeuger von Kommunikationstechnik und Haustechnikgeräten auf die Vorzüge IP-basierender Kommunikation, was die Anforderungen an die Gesamtverfügbarkeit der IKT-Systeme weiter erhöht und das Netzwerk zur Hauptschlagader eines Unternehmens werden lässt. In modernen Spitälern ist es keine Seltenheit, dass bei einem Ausfall von IT-Systemen Operationstermine verschoben werden müssen, wenn dadurch keine Patienteninformationen zur Verfügung gestellt werden können. Ein Ausfall der IKT-Systeme bedeutet für Kliniken nicht nur finanzielle Einbußen, sondern kann auch den Verlust von Patientendaten und Imageschäden zur Folge haben. Durch die hohe Komplexität moderner IT-Landschaften und die starke Abhängigkeit zwischen den IKT-Systemen, gestalten sich Wartungsarbeiten zunehmend schwieriger. IT-Verantwortliche werden mehr und mehr damit konfrontiert, dass die IKT-Systeme rund um die Uhr verfügbar sein müssen. Dies verlangt wiederum den Einsatz von hoch redundanten Systemen, welche die Gesamtkosten für Hardware, Lizenzen, Wartung, und Betrieb in die Höhe treiben.

Durch das enorme Datenaufkommen, welches durch die Digitalisierung der Patientenakte im Klinischen Rechenzentrum entsteht, steigt die Anforderung an die Leistungsfähigkeit der IKT-Systeme rasant. Sowohl

2

Netzwerke als auch Server- und Speicherkomponenten stoßen, durch die starke Zunahme an digitalen Bild- und Videodaten, an die Grenzen Ihrer Leistungsfähigkeit.

Des Weiteren wird es für IT-Administratoren zunehmend schwieriger, der Vielzahl an verteilten Systemen und Ressourcen Herr zu werden. Starke Abhängigkeiten und unzählige Schnittstellen zwischen den Systemen, sowie eine Vielzahl an speziellen Werkzeugen für Management, Überwachung, Alarmierung und Auswertung, erschweren es den Überblick im Betrieb zu behalten. Durch den Einsatz zahlreicher Management-werkzeuge, einem höheren Personalaufwand, sowie den rasant steigenden Energiekosten für Stromversorgung und Kühlung der immer leistungsstärkeren IT-Systeme, steigen die Betriebskosten im Klinischen Rechenzentrum signifikant.

Aus diesem Grund verlangen IT-Entscheider mehr und mehr nach einer Neugestaltung der verteilten Rechenzentrums-Infrastrukturen, um der Forderung nach Vereinfachung der Strukturen, Synergienutzung, Skalierbarkeit, Effizienz und Kostenoptimierung gerecht zu werden. Für diese weit gefassten Vorhaben müssen effiziente, kostenoptimierte und zukunftssichere IKT-Lösungen im Klinischen Rechenzentrum eingesetzt werden, die den Anforderungen an Betriebssicherheit und IT-Security gerecht werden.

1.2.2 MOTIVATION UND STRUKTUR DER MASTERTHESE

Die Motivation der Arbeit beruht auf der Tatsache, dass es zu Cisco’s Unified Computing (UC) Architektur bis dato keine ausreichenden Erkenntnisse in wissenschaftlich relevanter Literatur gibt. Die Arbeit geht der Frage nach, welche IT-Systemtechnologien und Trends aktuell am Markt für Rechenzentrumslösungen vorherrschen, wie Cisco’s innovative UC Architektur die Anforderungen an die IT im Klinischen Rechenzentrum unterstützen kann und was die erfolgs-

3

kritischen Faktoren bei der Einführung eines Unified Computing Systems (UCS) sind. Wesentlich für das Verständnis dieser Thematik ist es abzugrenzen, dass in dieser Arbeit nicht Software-Anwendungen, sondern Basisinfrastrukturkomponenten der Systemtechnik, samt der für Implementierung und Betrieb notwendigen Managementplattformen, betrachtet werden.

UC ist eine Architektur, um Rechenzentren die vollen Möglichkeiten für die Virtualisierung zur Verfügung zu stellen. Sie vereinheitlicht den Zugang zu Rechenleistung, Netzwerkressourcen, Speicher, Management und Virtualisierung zu einem energieeffizienten System, mit einem konvergenten Netzwerk als Plattform. UC überbrückt die bisher vorherrschende Silo-Architektur in Rechenzentren. Durch die wachsende Komplexität und steigenden Anforderungen bei IT-Anwendungen, ermöglicht UC eine Architektur aller Hardware-Ressourcen und reduziert die Komplexität und Administration der Systeme. Gleichzeitig ermöglicht die Architektur den IT-Verantwortlichen eine deutliche Zeitersparnis bei der Bereitstellung von neuen Diensten, durch die einfache Erweiterung von Ressourcen.

Neue wirtschaftliche Rahmenbedingungen verlangen schnelle Anpassung von Unternehmen. Effizienz und Kostensenkung zählen mit zu den entscheidenden Prioritäten für Unternehmen und rücken bei strategischen Entscheidungen, die Vereinheitlichung der Rechenzentrums-Infrastruktur in den Vordergrund 7 .

Der Einsatz von UC ermöglicht durch Vereinheitlichung, Vereinfachung und Verstärkung der Leistungsfähigkeit von IKT-Systemen, eine effiziente,

⁷ Vgl. Pressetext Nachrichtenagentur GmbH (2009): Cisco bringt erstes Unified Computing System für Rechenzentren auf den Markt, Wien.

http://pressetext.at/news/090317009/cisco-bringt-erstes-unified-computing-system-fuerrechenzentren-auf-den-markt/ [Abruf: 03.05.2010]

4

performante und hochverfügbare Lösung, zur optimalen Unterstützung der Anforderungen im klinischen Umfeld.

1.3 ZIELSETZUNG UND FORSCHUNGSFRAGE

Die Arbeit hat zum Ziel, die kaufmännischen, technischen, operativen und strategischen Aspekte, für den Einsatz des Cisco UCS im Klinischen Rechenzentrum zu beleuchten und leistet damit einen Beitrag, zur wissenschaftlichen und strukturierten Untersuchung der UC Technologie im praktischen Einsatz, im Kontext unternehmensinterner Datenverarbeitung im deutschsprachigen Raum. In engem Zusammenhang dazu werden theoretische Grundlagen, aktuelle Marktdaten, Expertengespräche sowie Untersuchungen der Eigenschaften und Rahmenbedingungen von Projekten in die Arbeit einbezogen und in Bezug auf UC hinterfragt. Praktische Erfahrungen werden in einen theoretisch, wissenschaftlichen Kontext eingegliedert. Ziel ist es, allgemeingültige Beobachtungen zu extrahieren und Aussagen in Form möglichst genereller Regeln abzuleiten. Diese Arbeit soll aufzeigen, wie der Einsatz von UC die Anforderungen an moderne, zukunftssichere IKT-Architekturen im klinischen Umfeld unterstützen kann. Des Weiteren sollen Beziehungen zwischen System und Umwelt dargestellt werden. Ein Ausblick auf mögliche Verbesserungen und Perspektiven für weitere Forschungen runden diese Arbeit ab.

Die Arbeit geht dabei folgender Forschungsfrage nach: Welche Systemtechnikanforderungen gibt es im Klinischen Rechenzentrum, wie kann das Cisco UCS diese Anforderungen unterstützen und was sind die erfolgskritischen Faktoren bei der Einführung von UCS im Klinischen Rechenzentrum?

Die wesentlichen Inhalte der Arbeit sind neben einer Analyse der am Markt verfügbaren IT-Technologien für Systemtechnikkomponenten im

5

Rechenzentrum, die Betrachtung der Anforderungen an die IT-Systemtechnik im Klinischen Rechenzentrum, die Vorstellung einer UCS-Implementierung am Beispiel der Klinikum Wels-Grieskirchen (KWG) GmbH, die Darstellung der Nutzenpotentiale für den Einsatz von UCS im Klinischen Rechenzentrum, sowie die Betrachtung der erfolgskritischen Faktoren bei der Einführung von UC in diesem Umfeld. Das Erfassen von erfolgskritischen Faktoren für die Planung und Umsetzung von neuartigen Lösungen ist insofern wesentlich, da IT-Projekte generell, aber gerade in Bezug auf neue Technologien und Lösungen in einer komplexen Domäne, wie etwa dem Gesundheitswesen, sehr häufig scheitern.

Zur Zielgruppe dieser Arbeit zählen IT-Verantwortliche, Rechenzentrumsleiter sowie Entscheidungsträger im Klinischen Umfeld.

6

2 MARKTANALYSE

2.1 ANFORDERUNGEN AN MODERNE RECHENZENTREN IM

KLINISCHEN UMFELD

Rechenzentren, also zentralisierte Einrichtungen zur Datenverarbeitung, -speicherung und -verbreitung, sind aus modernen Kliniken nicht mehr wegzudenken. Während in der Vergangenheit das Augenmerk hauptsächlich auf die Steigerung der Leistungsfähigkeit der Systeme in den Rechenzentren lag, ist mit der anhaltenden Diskussion um steigende Energiepreise und Klimaerwärmung, sowie der Forderung nach Kostensenkung eine Neubewertung der Prioritäten innerhalb der IT- und Rechenzentrumsbetreiber zu beobachten. Nicht mehr nur die pure Leistung der Server-, Speicher- und Netzwerksysteme steht im Mittelpunkt, sondern Klimafreundlichkeit und Effizienz im Betrieb gewinnen stark an Bedeutung. In vielen Bereichen eines Rechenzentrums bestehen Einsparmöglichkeiten, die nach Angaben von Herstellern und Verbänden beträchtlich sind 8 .

Kaum zuvor gab es bei der Konzeption und im Betrieb von Rechenzentren einen so hohen Druck, und so viele Herausforderungen zu meistern. Einerseits muss die immer komplexer werdende Infrastruktur zu einer funktionierenden Gesamtlösung zusammengefügt werden, und dabei strenge Service-Level-Vorgaben und immer weiter steigende

Anforderungen an die System- und Anwendungsverfügbarkeit erfüllen. Andererseits kann der Aufbau eines neuen, oder das Nachrüsten eines bestehenden Rechenzentrums, immense Kosten verursachen, weshalb angesichts der schwierigen Wirtschaftslage Projekte aufgeschoben oder nicht umgesetzt werden. Doch wenn Krankenhäuser und Kliniken keine neuen Investitionen tätigen und auf dem Status quo verharren, kann

⁸ Vgl. Technische Universität Berlin (2008), S.1

7

darunter die Wettbewerbsfähigkeit leiden. Dieses Dilemma wird häufig durch sich widersprechende Ziele des Facility Managements (FM) und der IT verschärft. Die IT konzentriert sich in der Regel auf die unmittelbaren Anwendungs- und Service Level Agreement- (SLA) Anforderungen. Das FM hat dagegen mit hohen Anfangsinvestitionen und laufenden Kosten zu kämpfen und richtet den Blick Richtung Skalierbarkeit und langfristige Instandhaltung 9 .

Hinsichtlich Investition und Betrieb von IT-Systemen, gilt es im modernen Klinischen Rechenzentrum folgende Anforderungen zu erfüllen:

2.1.1 BETRIEBSSICHERHEIT

Moderne Rechenzentren im klinischen Umfeld stellen eine hoch-redundante und stabile Haustechnik- und IT-Infrastruktur bereit, um hohen Anforderungen hinsichtlich Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit, Stabilität und Servicequalität gerecht zu werden. Nicht selten wird in Klinischen Rechenzentren für die Kernanwendungen und die zentralen Systeme eine Verfügbarkeit von 99,9% gefordert, was im Klartext bedeutet, dass ein System, das 24 Stunden am Tag, an 7 Wochentagen, 365 Tage im Jahr in Betrieb ist, eine maximal erlaubte Ausfallzeit von lediglich 8,76 Stunden haben darf 10 .

Da IT-Systeme im Rechenzentrum aufeinander aufbauen und daher voneinander abhängig sind, gilt es bei der Berechnung der Gesamtverfügbarkeit eines IT-Systems bzw. einer Anwendung zu berücksichtigen, dass sich diese aus dem Produkt der Einzelverfügbarkeit des jeweiligen

⁹ Vgl. Hewlett Packard GmbH (2009): Kostensenkung im Rechenzentrum, Böblingen. http://h30458.www3.hp.com/de/de/ent/784946.html?jumpid=em_di_476408_DE_D_73_0 13_hpc_d_784946_tsg-hps&dimid=1004657604&dicid=null&mrm=1-4BVUP [Abruf: 03.05.2010]

¹⁰ Nach Auskunft des Leiters der Abteilung IT-Systemtechnik der X-Tention Informationstechnologie GmbH, Harald Waibel, vom 14. Dezember 2009.

8

Systems zusammensetzt. Das bedeutet, dass bei einer geforderten Verfügbarkeit eines Krankenhaus-Informationssystems (KIS) von 99,9%, die darunterliegenden IT-Systeme, wie etwa Netzwerk-, Server- oder Speichersysteme, eine noch höhere Verfügbarkeit erfüllen müssen. Um solch hohe Verfügbarkeitsanforderungen erfüllen zu können, müssen die zentralen IT- und Haustechniksysteme in den Klinischen Rechenzentren redundant ausgelegt sein, um damit einen Single Point of Failure zu vermeiden. Wesentlich ist dabei, dass alle Abhängigkeiten der geforderten Systeme durchgängig berücksichtigt werden. Dabei gilt es vor allem die Basisinfrastrukturkomponenten im Rechenzentrum, wie etwa Unterbrechungsfreie Stromversorgung, Klimatisierung, sowie Netzwerk-, Server- und Speichersysteme, redundant auszuführen und in die Berechnungen mit einzubeziehen. Wichtig ist es, diese Redundanzen auch regelmäßig auf Funktionalität zu testen.

2.1.2 LEISTUNGSFÄHIGKEIT UND SKALIERBARKEIT

Bei der Anschaffung von modernen IT-Systemen im Klinischen Rechenzentrum, muss ein besonderes Augenmerk auf die Leistungsfähigkeit, sowie auf die Leistungsreserven gelegt werden. Die rasanten Entwicklungen im Bereich der Medizintechnik, sowie der Einsatz von neuen Medien, wie etwa IP-Telefonie oder Videokonferenzanwendungen, stellen die Netzwerke und IT-Systeme im klinischen Umfeld vor völlig neue Herausforderungen.

Ein moderner 64-Zeilen Computertomograph (CT) scannt den gesamten menschlichen Körper mit einer örtlichen Auflösung von 0,4mm in nur 25 Sekunden. Dabei werden etwa 3.600 Bilder erzeugt. Das sind 400Megabyte (MB) Daten pro Sekunde oder 10Gigabyte (GB) Daten pro Untersuchung. Bisher verwendete Systeme liefern 60 Bilder beim Einzeilen-CT oder 400 Bilder bei 4-8-Zeilen-CT´s. Dass bedeutet eine

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Steigerung des Datenvolumens um das 10 bis 15-fache bei Wechsel der medizinischen Modalitäten im Rahmen von Neubeschaffungen 11 . Diese hohen Datenmengen, die durch bildgebende Modalitäten im Bereich der Medizintechnik erzeugt werden, müssen dem medizinischen Personal zeitnah und in entsprechender Qualität zur Verfügung gestellt werden. Die IT-Planer und Entscheider im klinischen Umfeld stehen daher vor der Aufgabe, mit der rasanten Entwicklung Schritt zu halten. Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, bedarf es einer performanten, stabilen und einfach erweiterbaren Netzwerk- und IT-Infrastruktur in den Rechenzentren. IT-Konzepte und Strategien müssen daher mit besonderer Bedachtnahme auf Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und Flexibilität erfolgen.

Moderne Rechenzentrumskonzepte verlangen daher eine ganzheitliche und abgestimmte Planung zwischen IT und FM, um die Anlagen und Systeme modular, entsprechend den Anforderungen, im Rahmen von Projekten bzw. anlassbezogen, in den geplanten Ausbaustufen wachsen zu lassen.

2.1.3 EINFACHHEIT UND WARTBARKEIT

In historisch gewachsenen Rechenzentren findet man oftmals eine Vielzahl unterschiedlicher Systembausteine von zahlreichen Herstellern vor, welche die technologischen Entwicklungen über Jahre hinweg widerspiegeln. Das Problem dabei ist die oftmals einhergehende Komplexität solch gewachsener Lösungen, die sich aus einem Flickwerk von Systemen zusammensetzen und dem Betriebspersonal die Erfüllung der Aufgaben maßgeblich erschweren. Bedenkt man die Vielzahl an IT-Anwendungen, die speziell in der Domäne Gesundheitswesen zum

¹¹ Vgl. Fromm, Axel (2007): Langzeitarchivierung Health, S.4. http://www.asklepios-future-hospital.com/Presse/Download/Praesentationen_AFH_ dialogTAGE/T-Systems.pdf [Abruf: 03.05.2010]

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Einsatz kommen, ist es schwierig, in solch gewachsenen und komplexen Umgebungen, einen stabilen und effizienten Betrieb zu ermöglichen. Vor allem ist es schwierig, die Forderungen in Bezug auf Servicequalität, Verfügbarkeit und Security der IT-Systeme, sowie hinsichtlich Kosteneffizienz zu erfüllen 12 .

Im Hinblick auf Kostenoptimierung und Einfachheit im Betrieb, verlangt der Markt nach Lösungsanbietern, welche die IT-Subsysteme, unter Berücksichtigung von Industriestandards, zu einer leistungsfähigen und stabilen IT-Gesamtlösung für Rechenzentren formen, und alles aus einer Hand liefern können. Wesentlich ist, im Hinblick auf Qualität, Zukunftssicherheit, Support und Kosteneffizienz, die Wahl des Herstellers sorgfältig zu treffen. Vorteile einer solchen Homogenisierung der IT-Systemlandschaft sind unter anderem „Featuretransparenz“, also der Möglichkeit die vollen Leistungsmerkmale system- bzw. medienübergreifend zu nutzen, die Reduktion der Komplexität, die Vereinfachung im Support und die Vereinfachung in Bezug auf System- und Technologie Know-How beim IT-Personal.

2.1.4 EFFIZIENZ IM BETRIEB

Der Stromverbrauch in den Rechenzentren wird durch steigende Energiepreise, bei gleichzeitig zunehmendem Ressourcenbedarf, zu einem wesentlichen Kostenfaktor. Ein durchschnittlicher x86-Server verursacht mittlerweile im Laufe seiner Betriebsdauer Stromkosten, die annähernd den Anschaffungskosten entsprechen 13 . Für eine Verbesserung der Energieeffizienz ist dabei der Blick auf das Gesamtsystem wichtig. Denn nicht nur die Server sollten effizient und

¹² Nach Auskunft des Leiters der Abteilung IT-Systemtechnik der X-Tention Informationstechnologie GmbH, Harald Waibel, vom 14. Dezember 2009.

¹³ Nach Auskunft des Fachbereichsverantwortlichen Data Center Services bei Cisco Systems Austria, Hans-Peter Ullrich, vom 30. September 2009.

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