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29.09.1995

Desktop-Vernetzung/US-Krankenhaus realisiert eine der groessten DV- Umstellungen Schmerzlose Migration auf 50 Server und 4600 Client-PCs

Von Juergen Koch*

Allen Skeptikern zum Trotz hat das DV-Team des Bostoner Brigham and Women's Hospital ein PC-Netzwerk mit 4600 Clients und 50 redundanten Servern realisiert. 100 medizinische Applikationen versorgen ueber 5000 Anwender rund um die Uhr. Realisiert wurden die Anwendungs- und Systemprogramme der MS-DOS-Installation auf Basis der Datenbank "Open M".

Das Brigham and Women's Hospital (BWH) ist eine gemeinnuetzige Institution und finanziert sich durch Verrechnung der in Anspruch genommenen Dienstleistungen mit Versicherungen, Arbeitgebern und Privatpatienten. Es beschaeftigt rund 8500 Angestellte. 2000 Aerzte, 1200 Krankenschwestern und Pfleger sowie 1400 Medizinstudenten versorgen jaehrlich rund 36000 Patienten stationaer und etwa 610000 ambulant.

Ende der 80er Jahre veranlassten Expansionsplaene das Management des Bostoner Klinikums, nach Alternativen fuer die bestehende Hardware- Infrastruktur zu suchen. Mit 2000 Terminals war die Leistungsgrenze der bis dahin eingesetzten Minicomputer von Data General erreicht. Es traten immer haeufiger Systemfehler auf, die das Supportpersonal nicht zeitgerecht beheben konnte.

Ausserdem plante der damalige Anbieter der Kliniksoftware, den Support der Applikationen einzustellen. In dieser Situation entstand zunaechst "MIIS", eine proprietaere Version der zu Beginn der 70er Jahre am Massachusetts General Hospital (MGH) entwickelten Programmiersprache Mumps, eine Abkuerzung fuer Multi User-, Multi Processing System.

Mit guter Vorbereitung Risiken vermieden

Zusammen mit IT-Spezialisten der benachbarten Harvard Business School ueberprueften Informatiker des BWH unter der Leitung ihres Chief Information Officers John Glaser verschiedene Alternativen. Die Krankenhausleitung rechnete 1989 bereits mit einem schnell wachsenden DV-Einsatzspektrum, das den Aufbau eines bis zu 4000 Bildschirmarbeitsplaetze umfassenden Netzwerks in den kommenden fuenf Jahren erforderte.

Nach mehrwoechigen Recherchen und unter Beruecksichtigung der Anwendervorgaben erschien allen Beteiligten der Aufbau einer Client-Server-Architektur am besten geeignet und mit dem geringsten Risiko behaftet. Die Herausforderung fuer die DV- Mannschaft bestand darin, die umfangreichen, teilweise seit 1983 bestehenden MIIS-Anwendungen sukzessive von der proprietaeren in die standardisierte Mumps-Umgebung zu ueberfuehren.

Auch eine komplette Neuentwicklung der Anwendungen auf Basis eines relationalen DBMS-Servers wurde erwogen. Eine solche Loesung war dem IT-Manager aber zu teuer, die Leistungsfaehigkeit erschien ihm fragwuerdig.

Mumps, seit 1990 "M" genannt, ist eine standardisierte Programmiersprache (ANSI, ISO) mit integrierter Datenbank fuer die Entwicklung von Multi-User-Anwendungen. Die Trennung der Datenmodelle und Prozesse von den Betriebssystem-Funktionen macht M-Applikationen portabel.

Da die Altanwendungen nicht eins zu eins auf der neuen Plattform liefen, waren sie zunaechst mit Hilfe von Tools nach "DTM" zu konvertieren. DTM ist eine von Intersystems angebotene Open-M- Variante fuer den Aufbau von Client-Server-Umgebungen unter MS-DOS.

Waehrend der Umstellungsphasen blieben die betroffenen Anwendungen auf beiden Plattformen in Betrieb. Die Daten wurden aus der alten Umgebung in die Open-M-Datenbank ueberfuehrt und die Alt- und Neubestaende anschliessend synchronisiert. Bei Ausfall eines Systems haette man sofort in der anderen Umgebung weiterarbeiten koennen. Die Benutzer erkannten migrierte Anwendungen nur am neuen farbigen Hintergrund, die Handhabung blieb identisch.

Der Betrieb der neukonzipierten Client-Server-Architektur begann Ende 1989 mit einem Netzwerk aus 1500 PCs und der Umstellung der Buchhaltungs- und Krankenpflegesysteme. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte weder ein Unternehmen aus dem Gesundheitswesen noch aus einer anderen Branche eine derart grosse Client-Server-Installation auf Basis von MS-DOS realisiert. "Ein Erfahrungsaustausch mit erfahrenen Anwendern war folglich nicht moeglich", erinnert sich Glaser.

Das BWH-Netzwerk umfasst heute 50 Server (486er und Pentium-PCs) zur Verwaltung der Datenbanken mit Patientenakten, Laborergebnissen, Behandlungverlaeufen etc. Jeder Server ist mit einem Shadow-PC zur permanenten Datenreplikation verbunden. Die Shadows sind mit Backup-Streamern ausgeruestet.

Zur taeglichen Datensicherung werden die Verbindungen zwischen Shadows und Servern unterbrochen, um den Produktionsbetrieb nicht zu stoeren. Tritt auf einem Server ein Fehler auf, uebernimmt der Shadow-PC die Bearbeitung. Systemprogramme sorgen nach der Fehlerbehebung fuer ein vollstaendiges Recovery, das je nach Komplexitaet der Anwendungen drei bis zehn Minuten dauert.

4600 PC-Clients (386- und 486-PCs verschiedener Hersteller), von denen 90 Prozent weder Disketten- noch Festplattenlaufwerke haben, versorgen die Arbeitsgruppen und Abteilungen mit rund einhundert von den Servern abrufbaren Klinikanwendungen. Die abteilungsuebergreifende Verfuegbarkeit elektronischer Dokumente verbessert die Patientenversorgung und entlastet von Routineaufgaben.

Aerzte rufen zum Beispiel Krankenakten ihrer Assistenten ueber Waehlleitungen von zu Hause ab, sichten sie, fuegen Hinweise am Bildschirm ein und leiten die Unterlagen elektronisch weiter. Alle Beteiligten sind schneller und besser ueber Krankheitsverlaeufe und Behandlungsmethoden informiert.

Radiologietests und Laborergebnisse werden an Bildschirmarbeitsplaetzen erfasst und an die behandelnden Aerzte weitergeleitet. Redundante Untersuchungen aufgrund fehlender Papiere entfallen und Verwaltungskosten sinken, da es keine manuellen Transporte von einer behandelnden Abteilung zur naechsten mehr gibt.

Pro Sekunde 14000 Datenbankzugriffe

Jeweils 40 bis 50 Clients sind ueber Token Ring vernetzt und 90 dieser LANs ueber den BWH-Campus verteilt. Bridges verbinden die LANs mit einem Novell-Backbone-Ring, der bis zum Abschalten auch die Verbindung mit dem Minicomputer herstellte. Datenbank-Server, Shadows und Router sind ueber einen M-Backbone-Ring vernetzt, der Programme und Daten von den Servern zu den Clients transportiert.

Waehrend der morgendlichen Visiten zwischen zehn und elf Uhr und den nachmittaeglichen Patientenbesuchen zwischen 14 und 16 Uhr benutzen durchschnittlich 2600 Anwender gleichzeitig das Netz. Trotz der hohen Belastung von ueber 14 000 Datenbankzugriffen pro Sekunde liegen die Antwortzeiten unter einer Sekunde.

Dies wird erreicht durch Einsatz des Distributed Cache Protocol zusammen mit dem Router-Server-Konzept der Open-M-Datenbank. 80 bis 90 Prozent aller Anfragen lassen sich ohne Plattenzugriff direkt aus dem Memory des Routers oder Servers beantworten. Die Leistungsfaehigkeit ist damit nur noch vom Netz abhaengig und nicht mehr von den Servern.

Neben Klinikern und Pflegepersonal des BWH haben auch niedergelassene Aerzte Online-Zugriff auf die Daten. Externen Medizinern stehen allerdings nur Informationen ueber die von ihnen ans Krankenhaus ueberwiesenen Patienten zur Verfuegung. Neben den 4600 Inhouse-Clients greifen 1100 externe PCs ueber Waehlleitungen auf das Netz zu.

Damit haben 5700 PC-Benutzer Zugang zu den rund 180 GB (inklusive Shadows) umfassenden Datenbestaenden. Vor der Datenfreigabe verifiziert ein Datensicherheits-Server die Zugangsberechtigungen und Passworte. Erst danach werden ueber einen Router die Anfragen an die Server mit Behandlungs-, Radiologie- oder Labordaten weitergeleitet.

Die Uebernahme der letzten Altanwendung in die neue Umgebung am 15. September 1995 kennzeichnete zwar das Erreichen eines Meilensteins - ein Ende des gesamten DV-Projekts war dies aber nicht. Durch den Zusammenschluss des Brigham and Women's Hospital mit dem Bostoner Massachusetts General Hospital entsteht eine der groessten Institutionen im US-Gesundheitswesen.

Glaser rechnet mit weiteren 5000 Netzknoten, deren Integration weniger technische, sondern eher politische Fragen aufwirft. "Bisher wird im MGH mit heterogenen Hard- und Softwaresystemen gearbeitet, die teils im Inselbetrieb laufen." Schon aus wirtschaftlichen Gruenden erachtet er die Umstellung nach bewaehrtem BWH-Muster als unumgaenglich.

30 DV-Mitarbeiter reichen fuer den Betrieb

Neben den Applikationen schrieben die Entwickler auch Programme fuer das Netzwerk- und System-Management. Netzwerkfehler werden sofort erkannt und ohne manuelle Eingriffe behoben. Bei Defekten an einem Shadow-PC informiert ein Netzwerkmonitor den Operator ueber Mobilfunk.

Auch die Programmierer sind mit Signalempfaengern ausgestattet. "Dies fuehrte relativ schnell zu stabilen Anwendungen", meint Glaser. "Wer will schon kontinuierlich nachts zur Fehlersuche geweckt werden?" Die Software untersucht unterbrochene Batch-Laeufe und startet sie erneut.

Fuer die Datenbanken und Applikationen sind acht Systemprogrammierer verantwortlich. Elf Operatoren ueberwachen das Netz und fuehren Backups und Druckauftraege aus. Drei Mitarbeiter betreiben das Help-Desk. Ein weiteres Dreier-Team ist kontinuierlich mit Hardware-Installationen beschaeftigt. Und eine fuenfkoepfige Consulting-Gruppe hilft Benutzern bei Auswahl und Einsatz von PC-Programmen fuer Textverarbeitung, Tabellenkalkulation oder Grafik.

"Die meisten Anwender legen Wert auf schnellen Zugriff und nicht auf ausgefeilte Optik. Dazu sind keine ressourcenfressenden GUIs notwendig", so IT-Manager Glaser. Den Umgang mit den Anwendungen lernen Benutzer durch Training on the job. "Bei 100 Abfragen pro Tag ist jeder schnell mit den Systemen vertraut." Seit 1994 bekommen Neuentwicklungen allerdings mit Visual Basic/Visual M ein neues Outfit verpasst, um die grafischen Moeglichkeiten der Windows- Plattformen besser auszunutzen.

Der Trend in Richtung GUI steht in Zusammenhang mit dem naechsten, fuer Anfang 1996 geplanten Technologieschritt. In einem gemeinsamen Projekt bereiten BWH-Mitarbeiter derzeit zusammen mit Microsoft und Intersystems eine sukzessive Umstellung der DOS-Server auf Windows NT und der Clients auf Windows 95 vor.

Kostenguenstigere IT-Struktur als in anderen Kliniken

Im Rahmen dieses Projekts werden auch die IT-Infrastruktur des Massachusetts General Hospital in die BWH-Architektur integriert und das Netz auf ueber 10000 Clients erweitert. "Ein Plattformwechsel", macht Glaser deutlich, "ist damit allerdings nicht verbunden."

"Krankenhaeuser vergleichbarer Groesse kalkulieren mit zwei Prozent ihrer jaehrlichen Bruttoeinnahmen fuer den Betrieb der IT- Infrastruktur. Mit sechs Millionen Dollar liegen wir bei 0,9 Prozent", betont Glaser. Standardloesungen kosten nach seiner Meinung das Zwei- bis Dreifache, abgesehen von den Zusatzkosten fuer groessere Hardware.

Seine Rechnung geht offensichtlich auf. So plant die Gesellschaft, zu der beide Kliniken gehoeren, die Integration weiterer Hospitaeler bis zum Ende des Jahrzehnts. Durch die Fusionen wird das Netzwerk dann bis auf 50000 Clients ausgebaut. "Das Risiko eines Systemausfalls minimieren wir mit Shadow-Servern. Selbst ein zweistuendiger Crash pro Jahr beutet nur einen Bruchteil der von den Minis gewohnten Fehlzeiten."

Laechelnd erinnert sich der IT-Manager an den letzten, drei Jahre zurueckliegenden Zwischenfall. Ein Rohrbruch in einem darueberliegenden Stockwerk hatte einige der Server-PCs im Rechenzentrum berieselt. In einer Blitzaktion kauften BWH- Mitarbeiter in umliegenden Supermaerkten saemtliche Haartrockner auf. Die verregneten Rechner wurden demontiert, getrocknet und wieder zusammengebaut. Zwei Stunden spaeter gingen die Server frisch gefoent wieder in Betrieb.

*Juergen Koch ist freier DV-Fachjournalist in Muenchen.