PACS-存储系统方案的选择

1415PACS存储系统方案的选择陈蜀虎①李桂祥①王放①李刚荣①李晴辉①①第三军医大学西南医院信息科，400038，重庆市沙坪坝区高滩岩正街30号关键词PACS存储方案医院信息系统摘要对西南医院的PACS系统存储方案的选择过程进行了归纳，阐述了PACS存储系统方案的相关概念、相关产品、方案的具体内容和选择依据。分析了PACS存储方案选择过程中的思路，介绍了如何综合考虑了PACS系统应用的经验、存储系统技术的发展、以及应用的实际需求，实现昀经济合理方案的过程，对其它医院PACS存储系统的建设也具有一定的借鉴意义。1概述PACS系统是医院信息化的重要组成部分，目前已广泛应用于医院信息系统中。在系统建设过程中，医院比较关注的是PACS系统软件的功能，而对系统的硬件要求及存储方案没有一个清晰的认识，原因在于不能准确预测应用的发展。在系统建设之初，由于系统的负荷不是很重，硬件方面的情况反映不出来，随着系统的长期运行，多年以后，数据量的增加会超出当初的预计，硬件的性能也会显得落后。从存储系统方面，如当初规划不当，会出现数据无法有序保存和有效使用的问题，此时已有大量数据，再进行系统调整会很困难。我院PACS系统已使用近6年，数据量呈加速增长的势头，产生的数据已近40T。通过对我院存储方案的调整，我们感觉到在系统建设之初，应对存储方案进行有效规划，故对PACS系统存储方案的选择提出一些看法，供大家建设时参考。14162存储的方式及产品2.1存储的相关技术与概念2.1.1存储的结构方式[1]存储系统已广泛应用于用户信息化系统建设中，存储系统容量成为用户信息化应用水平的体现。目前存储设备的主要使用方式为外部直连存储(DAS)、文件服务器(NAS)方式和网络存储(SAN)。DAS(DirectAttachedStorage:直接附加存储)。存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的。DAS，也可称为SAS（Server-AttachedStorage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。NAS（NetworkAttachedStorage：网络附属存储）。它是一种专用数据存储服务器，将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。它以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，其成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。SAN（StorageAreaNetwork：存储区域网络）。它是一种类似于普通局域网的一种高速存储网络，它通过专用的集线器、交换机和网关建立起与服务器和磁盘阵列之间的直接连接。这种网络技术支持远距离通信，并允许存储设备真正与服务器隔离，使存储成为可由所有服务器共享的资源。2.1.2存储的联接方式存储产品的联接目前具有以下几种联接方式：SCSI、Fablechannel、Iscsi。2.1.2.1SCSI接口英文全称为SmallComputerSystemInterface，中文名“小型计算机系统接口”。它是一种外设接口协议，广泛应用于服务器和高档PC中。1417目前SCSI存储设备普遍采用Ultra160SCSI和Ultra320SCSI协议。2.1.2.2FC接口英文全称为(Fablechannel)，中文名“光纤通道接口”。采用FCIP（即光纤通道接口协议）的设备被称为FC存储或光纤通道存储。FC与SCSI一样，都是一种数据传输协议和接口协议。FC存储产品从一开始诞生之日就和SAN网络紧密地联系在一起，凡是采用FC存储的系统都会采用FC交换机组成的SAN网络。因此很多人经常会把FC存储直接称之为SAN存储。2.1.2.3iSCSI接口即internetSCSI(互联网小型计算机系统接口)，是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。它是由Cisco和IBM两家发起的，并由IETF制订的一项标准，得到了IP存储技术拥护者的大力支持。是一个供硬件设备使用的可以在IP协议上层运行的SCSI指令集。简单地说，iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议。2.1.3存储的介质形式[2]目前常用于数据存储的存储介质主要有磁盘（包括磁盘阵列）、磁带（包括磁带机和磁带库）和光盘（包括一切CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW等光盘塔和光盘库设备）。从性能上来说，磁盘是昀好的，光盘次之，昀差的是磁带。而从价格上来说，单位容量成本上升磁盘昀贵、光盘次之，磁带昀低。这就为我们不同的应用追求昀佳性价比提供了条件，因为这些不同的存储媒介可应用于不同的存储方式中。2.1.4数据的存储模式数据的存储一般采用分级存储管理(HierarchicalStorageManagement，HSM)，所谓分级存储，就是根据数据不同的重要性、访问频次等指标分别存储在不同性能的存储设备上，采取不同的存储方式。这样一方面可大大减少非重要性数据在一级本地磁盘所占用的空间，还可加快整个系统的存储性能。数据的存储形式包括在线存储（OnStore）、近线存储（NearStore）1418和离线存储（OffStore）。在分级数据存储结构中，磁带库等成本较低的存储资源用来存放访问频率较低的信息，而磁盘或磁盘阵列等成本高、速度快的设备，用来存储经常访问的重要信息。数据分级存储的工作原理是基于数据访问的局部性。通过将不经常访问的数据自动移到存储层次中较低的层次，释放出较高成本的存储空间给更频繁访问的数据，可以获得更好的总体性价比。2.2存储的相关产品2.2.1服务器存储设备必须要有相应的服务器进行管理，在DAS和NAS联结方式中，存储设备是和服务器直接相连，在SAN结构中，服务器是通过网络和存储设备相连。对于存储设备的管理，在DAS和NAS中存储设备是作为一个附加设备联连到服务器，主要作为一个空间的扩展，而SAN环境中，会存在多个服务器与多个存储设备如何管理的问题，具体要看每个服务器的功能划分，存储管理服务器有时会和应用服务器装在一台机器上，但建议还是将应用服务器和存储管理服务器分开。2.2.2磁盘阵列磁盘阵列和磁带是存储的主要方式，而磁盘阵列又以容量大、速度快作为在线数据的的存储设备。磁盘阵列又按磁盘类型分为光纤、SAS、SATA各类高、中、低端产品，按联结方式又可分为SAS接口和光纤接口。2.2.3磁带库磁带库存储容量可达到数百PB(1PB=100万GB)，可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可以在驱动管理软件控制下实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。2.2.4网络设备用于联结不同的存储设备组成一个存储区域网(SAN)，有交换机、路由器等，联结协议有光纤通道协议、iSCSI协议。可以是交换式的，也可1419是共享式的。2.2.5存储管理软件存储管理软件在存储系统是主要起到以下三个方面的作用。2.2.5.1管理数据存储的数据从性质上看不是一样的，体现在数据也是有生命周期的，数据的生命周期决定其价值，在数据的生命周期中如何存储、使用、管理数据---信息生命周期管理（ILM）需要存储管理软件。2.2.5.2管理硬件数据是有大小的，存储介质必然是多元的，可能有磁盘、阵列、磁带机/库等。这些设备会是不同厂家的产品，这样一个异构的存储环境需要存储管理软件来管理。2.2.5.3保护数据数据是有价值的，数据保护方法和应用有直接关系，另外，数据是不能单独存在的，甚至存有数据的介质也不能单独存在，数据和介质必须以服务器（也就是其所运行的平台或系统）为载体才能“活动”，那么数据保护的另一个隐含问题就是：在保护数据的同时必须保护系统。数据的存储有备份和归档两种形式。备份是对数据进行复制，是为了确保在出现数据丢失或系统灾难时将复制的数据恢复回来；归档则是针对海量数据的应用，是对数据进行有计划的迁移，当数据停止改变或不被频繁使用时，通过归档把它们转移到一个文档，使之存于日常的备份窗口之外，但仍需保证其可用性。数据的备份与容灾是存储管理软件的一个重要功能。2.3存储的应用情况随着用户信息系统的应用越来越深入，越来越多的人逐渐认识原来的数据存储变得非常低效,它通常伴随着低利用率、存储孤岛、过多的冗余备份、低访问速度、低效搜索以及中断性的传输和迁移等问题。要满足这些不断变化的要求,我们需要新型的存储体系结构,它应该是一种能够无缝将性1420能、连接能力和容量提升到多PB等级的新型体系结构。而且这种新型存储结构还必须能够提供新型的数据和存储服务。3PACS存储系统的特点3.1PACS存储系统的特点投资大，存储系统的投资占整个PACS系统硬件投资的很大一部分；数据量大，一般用户在使用系统几年后，数据量达到TB级；医疗影像数据的存储要符合法律、业务部门的要求。从数据保留时限上，国家要求数据保留15年，而临床科室对数据的查询也有时限上的要求。数据的存储只能采用归档的方式。3.2PACS系统对存储子系统的要求[3]3.2.1安全性不论从国家法律的要求、医院管理的要求、病人的角度来看,PACS系统中保存的影像数据都必须保证安全性。3.2.2高效性医疗工作的时效性很强，对数据的查询要求高效性，对查询的速度、查询的范围都有一定要求。3.2.3可扩展性由于医疗影像数据会随着医院的发展增长，而且增长的速度会超出人们的预期，必然会存在系统的扩容问题，因此要求存储系统要具有良好的扩展性，否则对数据的有效保存和使用带来问题。4PACS存储系统方案的选择4.1可选择的方案在PACS系统的存储方案中，同样需要采用分级存储的方式，分级存储方式的采用，必然带来多种存储设备的组合，这种特点决定了存储系统的联结方式，应采用SAN结构。可以采用的存储方案有以下几种。14214.1.1采用磁盘阵列与磁带库结合的分级存储方式磁盘阵列作为在线存储，磁带库作为近线存储，磁盘阵列直接由应用服务器管理，磁带库由存储服务器管理，联结方式采用光纤通道联结方式。4.1.2在线与近线均采用磁盘阵列近线的磁盘阵列由于容量较大，同样需要存储服务器来管理，联结方式可采用iSCSI方式，目前IP网络的存储产品也比较多。4.1.3在线存储仍采用磁盘阵列产品，但近线产品采用目前比较新型的磁盘阵列子系统该系统的特点比较适合PACS系统大数据量的管理，而且能与PACS应用程序结合。4.2各个方案的特点4.2.1第一种方案在线存储速度快，单价成本高，只保留近期使用率高的数据；近线存储容量大，但速度慢，单位成本低。如果磁带库容量能满足需求，则不会出现数据离线的情况，如果磁带库容量不能满足要求，可以通过磁带库扩展，为节约成本，也可更换磁带，使昀早的数据离线。4.2.2第二种方案联结成本低，近线也采用磁盘阵列，速度较快。两级存储都采用磁盘阵列而没有统一在一起，有以下方面的原因，一方面在线数据可以采用价格更高、速度更快的阵列和硬盘，如光纤硬盘，近线阵列可以采用价格较低但速度较慢的硬盘，如SATA硬盘；另一方面PACS应用服务器一般是WINDOWS平台，32位的操作系统一个分区只能有2T，管理少量在线的数据还可以，如果是几十、上百T的数据就无法管理，因此必须将近线数据单独由存储管理服务器来管理。4.2.3第三种方案是存储新技术、新产品发展的产物，以前用户的存储需求不广泛，应用要求也比较单一，存储产品是通用型的，随着用户需求的多样化，越1422来越要求存储产品能和应用相结合。此方案近线数据采用的磁盘阵列子系统是针对PACS系统大数据量管理来设计，同时也考虑到数据的安全性、稳定性，以及医疗数据在法律上的相关要求，整个系统的使用、管理的方便程度都要好于通用的存储产品，是比较新型、有一定专用设计的产品。4.3如何选择方案决定PACS系统存储方案的主要因素在于数据的增长量和数据查询的要求，按国家规定，应保存15年的的数据，按我院系统使用的情况看，从昀初系统开始每天7-8G的数据，增长到每天35个G左右，只用了5年的时间，目前我们每年的数据量在10T左右，而且还在逐步增长，虽然增长的速率有所下降，但数据总量