NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索.docx

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1、需求分析篇1 .项目背景在“健康中国203(国家战略的指导下，某大型三甲医院不断加快智基医院的建设进程，旨在建立医疗、服务、管理三位一体”的智感医院系统，以“智瑟服务、“智超医疗，智慧管理”、互联网+健康”为重点大力发挥信息技术在现代医院建设管理中的垂要作用.不断提高医院治理现代化水平.形成线上线卜一体化的现代医院服务与管理模式，为患者提供更高质量、更高效率、更加安全、更加体贴的医疗服务.数字化医院是现代医疗发展的新趋措，数字化医院系统是医院业务软件、数字化医疔设备、IT基础平行所组成的综合信息系统数字化医院工程有助于医院实现资源性合、流程优化,降低运行成本，提高服务质量、工作效率和管理水平、

2、数字化医院是医院现代化的必由之路，医院只有充分利用数字信息技术，才能解放劳动力，使其在激双的市场竞争中取得成功。数字化底座是数字化医院建设的基石，我院IT基础设施建设多年，随着医院业务系统的逐渐增多，业务fit逐年递增，原有的传统IT基咄设施和架构已经艇以支撑核心业务系统的业务需求，NAS应用在医院的发展越来越迅速,以PACS业务为主的应用每年产生100TB左右的数据朵，作为医院数据增长最快的应用系统，而且数据制要长时间保存，同时涉及多个系统之间的数据联动，我院作为校早枇建设PACS系统的三甲医院，从2014年上现至今己拥有数十亿张影像文件，数据他高达数百TB,业务规模逐渐递增，笈杂性口益提高

3、。2 .建设目标PACS影像系统是院内核心业务系统，不但承接整个长院的影像数据,而且更承我若医院面向未来发展的暴础，因此对PACS影像的稔定性、安全性和运行性能要求较高，按照“继承性与扩充性、先进性和成熟性、而可用性、可靠性”的设计原则，完成基JailT设备的改造.本次建设的主要目标是：- 核心业务连绘性本次建设主要覆i医院PACS影像系统，包括PACS数据库、PACS影像文件.随著医院信息化建设的发展，医疗应用的重要程度越来越高，一旦业务系统出现问时，将会对医疗业务产生重大影响，因此，必须设计规划可靠的解决方案，保证在软件、硬件出现同部问题和数据中心出现区域故障的情况下核心业务系统连续运行，

4、医院医疗业务不能中断.- 核心业务高效性PACS影像系统承载在医院影像数据，涉及医护人员快速阅片，患者高效就医等关摄流程.旦影像系统访问缓慢，将会时整个就医流程产生极大的影响。因此，必须设计规划高效的影像解决方案，保障院内影像系统高效访问，提升患者就医体验的同时，提升医护人员的工作效率。- 合规数掘长期留存按照国家卫健委对影像数据存储要求，PACS影像门诊数据需要保存不得少于15年,住院数据需要保存不得少于30年.因此,需要建设数十年影像数据保存的建设方案,保证福要的时候能快速进行影像的获取，- 提高基础资海利用率针对支持医院临床业务批消耗硬件资源的PACS系统，必须诳行科学的分析，合理设计规

5、划基础资源建设，提高基础资源的利用率。通过存储虚拟化技术将原来存储设的整合到新的基础架构中，既满足了业务需求，琳约了投资，乂很好的提高了存储资源的利用率，并简化基础架构管理复杂度.3.需求分析与挑战PACS(PictureArchivingandCommunicationsSystem)系统指的是影像归档和通信系统，它主要应用在医院影像科室，其主要任务是将日常产生的医学影像数据通过相应的接口数字化保存起来，医生可以使用PACS系统Rfi时调阅图像”其中医学影像主要包括核磁、CT、超声、X光机、红外仪、显微仪等设釜产生的图像，D性能，业务压力大，小文件性能要求高PACS影像以单序列单线程读取，年

6、序列2-1000张影像，要求单影像序列首幅影像加我时间V3s单.线程每杪50幅影像,海盘小文件的保存，对存储设符性能带来了极大挑战.2)成本，数据增长迅速，性能和成本不能兼JRFI门诊破IW左右，PACS系统每天产生40万张影像，每年1-1.5亿影像数据，影像大小100500KB左右，年增长100TB左右；快速增长的影像数据长期保存，急需低成本的存储成本。3）运僮I结构化和非结构化数据共存，数据管理复杂院内PACS系统结构化数据和非结构化数据共存，区域PACS系统麴平台数据整合困难,整体数据结构繁多、数据管理红杂：PACS系统数据特点，在线和离战数据并存，法规遵从PACS数据至少保存15年，多

7、食存:储设备共存，数据生命周期管理困难，4）可用：容灾机制不全PACS系统容灾机制不完善当病揖或误操作等单点故障风险时,无法保障关键影像数据不丢失.4.需求总结综上所述PACS系统是支持医院医疗业务流程和服务患者的院内重要核心系统PACS系统的运行质量直接影响医生正常阅片和患者查询各项报告，又由于PACS影像系统的业务专业性质决定了影像数据量巨大,需要保存时间长，调取影像数据快等要求，对于PACS系统的硬件存储提出了很高要求,有定的难度和技术挑战.所以,我们需要根据国家的具体规定，进行科学的研究分析，采用先进的计算机技术，规划和设计好PACS系统的存储方案，保证从安全性、管理性、易用性、高效性

8、多方面使能PACS系统,满足临床医生和患者的要求。思路与方案设计篇1,前期背景以PACS业务为主的应用每年产生100TB左右的数据公，作为医院数据增长最快的应用系统，而H.数据需要长时间保存，同时涉及多个系统之间的数据联动。我院作为较早一批建设PACS系统的三甲医院,从2014年上线至今已拥有数上亿张影像文件,数据量高达数门TB.业务规模逐渐递增,受杂性日益提高.2 .设计思路从业界来看，数字化医院系统IT基批平台需要具备足泌的灵活性、扩展性、兼容性，以满足数字化医院的这种发展形式。存储设需作为IT基础平台的关键、作为信息化系统最底层的硬件产品，顶层设计和技术规划尤为重要.应该遵循“行业主流、

9、安全稳定”的原则,同时，兼顾性建（主要包含IOPS、MBPS及延时等指标）与成本，并充分考虑国家信息技术应用创新战略,医疗存储设备选型的关键点需关注以下四个方面：（一）存储设备在行业的影响力所选挣的存储设备品牌及型号福要在业界（尤其是同行业）有广泛的成功应用案例，经斛起同行业的考验。需要有稳定的服务团队，产岛和方案落地靠的是人，医院的数据中心存储方案落地，需要有资深的行业架构师和服务人员，才能确保该硬件产品得到强大的后台技术团队支持.参考2020年Gartner企业主存储品牌魔力象限排名,行业领先的象限中不仅有国际存禽大/HDSInfinidat,而且也有例如华为这样与国际水平相比亳不逊色的国

10、内存储厂商：近年来.某些国外传统存砧大厂进行了战略大调整,在国内的存储技术服务力砧明显削刈，相对其它厂商而言，华为存储i殳备的技术支持服务能力较强，能在第一时间响应客户需求,同时核心存储也需要考虑到存储的性能，需要能弊应对业务未来不可预测的性能满求，如使用更新的存储怖议和存储介质、对于多云平台的支持.如Openstack.VMware.容器等.（二）存借设各具备安全和定性存储设备重点需要考虑稳定性和数据服务能力，对医院数据中心而皆，存储设备牵一发而动全身，存储架构的稳定性及可我性是数据中心存储选型班基本也是最理要的需求，包含存储架构冗余度较高，各个部件ll:控制潜、磁盘、前端接口卡、后端接口卡

11、、网卡及电源等均为冗余设计、支持在线热插拔，任意部件损坏均不影响主机上业务运行.首先，整个存储系统要具有全冗余与安全性设计，不存在“电点故障。包括控制器、缓存、硬盘、前端口、后端口、电源、风扇、电池等部件均具有冗余，硬件维护对上层主机访问无感知。作为存储系统中最重要的两个部件“控制器和硬盘1.有的存储产品已经可以做到支持控制器四环三，硬盘可容忍两块甚至三块同时损坏,如：华为最新高端存储甚至可以支持控制器八坏七.其次.各部件可以进行微码在线升级,对主机访问无影响。特别是关健部位控制器,已有及新存储产品可以支持控制湍升级微码不盛店.（三）存储设备具备可嬉护性存储设备需具备校高的可维护性，各个部件的

12、预防性维护和更换均为在线搽作，控制器、硬盘及接口卡等部件都必须支持在线做码升级，交替垂启部件或更换部件时不可以影响到上层业务；可以通过机器学习等先进的存储算法，实现存谛服务的白我优化，并且可以智能的监控存储设翁的运行状态，预测未来的存储服务需求,（四）存储设备的硬件架构先进性当前存储设备产品根据架构分为“集中式架构存皓及分布式架构存Wr两大阵营.集中式架构存储采用的是块机制，以块为单位实现数据的更新和锁机制，其机制跟数据库管理数据文件的方式类似，性能及安全性可得到有效保朦，集中式存储奴大的优协在架构商单、维护相对容易已有的运维经验能够延续,同时传统存储厂商支持能力相对较强.对于医院信息系统中大

13、多数关键NAS应用，具有岛桧定性、岛吞吐量和低时延等特性的.集中式架构存储是更好的选择，存储设备的各个捽制器工作在对称ACtiVe/Active模式，各控制器性能负载枪定均衡，3 .规划和设计方案3.1 建设内容概述本次建设充分利用本院双数掳中心优势，通过将医院楼宇间两个数掳中心建成双活中心,既可以为每个信息中心内部的应用提供冗余保护，实现站点内部的无缝漂称：又可以实现，当某个信息中心出现故障时，将该站点所有的应用系统，切换到另一个站点中，保证了两个站点之间的应用故障无缝连续运行，最终，满足在不同场景卜.时业务连续性的要求.基F我院己经建设的双活存储架构，充分利用现网资源。介于目前医院PACS

14、的规模和所面临的挑战,采用现有华为高端双活全闪存储作为PACS应用的在线存储设备,利用存储的SN+NAS-体化能力实现我院HlS和PACS在线的集中式部署.一套设备部若SAN和NAS两种类型的业务.对于访问频度较低的近线数据果用低转速的大容量硬盘进行存储，降低成本的同时不影响业芬访问，通过存储和PACS软件的数据分级实现在税和近线数据，热点和冷数据的自动分级，批后规划通过祎光光盘阵对离俄归档数据进行长久保存，符合国家影像数据至少保存15年的要求。针对在规数据（16个月内数据），读取频率高，在医院楼宇间两个数据中心建成全闪双活中心,在线数据通过全闪加速，能满足在线数据能够快速读取的核心诉求，奴终

15、，满足在不同场景下对在线数据业务连续性和性能的要求针对近畿数据（6个月3年内数据），超过6个月的数据，读取频率相对较低，因此采用低成本的HDD盘进行保存。不但可以满足需要读取的时候能相对快速的数据读取，而旦保存成本相比全闪存，极大的降低。针对离现数施（3430年数据），超过3年的数据，范本不会读取，按照国家法规要求，同样需要进行保存.可通过蚯光归档库进行长时间的保存，并且随时可调阅。通过针对互联网阅片，通过胞独建设互联网影像区域，以满足海量互联网用户的阅片诉求。整体PACS应用建设经历了两个r：要阶段，整体架构发展示意图:WMtNfHI(MS)RAA-I3.2 PACS存储技术要求3.2.1

16、PACS应用快速阅片3.2.1.1 高性能NAS文件系统在传统NAS文件系统架构中,业界一般采用Active-Passive架构.文件系统归属某1个控制洪，在创建文件系统的时候，需要对文件系统的门展进行规划.果用多个文件系统运行在不同的控制器上，实现系统中每个控制器的负载均衡.这样的NAS架构.如果只有1个文件系统那么只能发挥1个控制器的硬件性能，无法把多控制器的硬件费源都利用起来获得更高的性能，因此无法支持单一命名空间。如果采用创建多个文件系统，由于不同文件系统的业务压力各不相同，也很难以实现系统的负载均衡。华为OceanStorDorado18000系列企业的NAS存谛采用分布式文件系统架构，文件系统没有归属控制器，通过均衡算法将文件系统的目录和文件均衡”入每个控制器，实现