NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索——方案与实现效果

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# 摘要：
在“健康中国2030”国家战略的指导下，北京协和医院不断加快智慧医院的建设进程。PACS系统作为医院数据量最庞大的核心业务系统，其稳定、可靠、高效运行是医院为患者提供全流程化诊疗服务的保障。为了让医护人员工作效率更高，提高医生阅片的效率，进而让患者获得更好的就医体验，同时为满足国家影像数据法规要求至少保存15年以上要求，PACS系统的长期安全保存成为其发挥医学价值的关键。本文结合北京协和医院采用NAS存储解决方案在PACS系统的应用实践，从安全性、管理性、易用性多方面分析了NAS存储对于医院影像数据的价值优势点。全篇共分为三个部分：《需求分析篇》、《思路与方案设计篇》、《方案与实现效果篇》，本文为第三部分方案与实现效果篇，希望能为医疗同仁带来参考。

# 1.     PACS应用数据融合管理
## 1.1  SAN和NAS融合部署
PACS影像系统涉及PACS数据库和PACS影像文件两类系统架构，对应的存储服务需要同时提供SAN和NAS服务。通过采用SAN/NAS一体化设计，不再需要NAS网关设备，一套软硬件同时支持SAN和NAS，支持NFS、CIFS、FTP、HTTP等文件访问协议，以及NDMP文件备份协议。通过采用一体化方案设计，优势如下：

极简架构：一套设备即可支持SAN和NAS业务，简化IT系统硬件架构，组网简单清晰，降低了日常众多设备运维管理的难度。

高性能：新一代SAN和NAS一体化中的NAS采用分布式文件系统架构，文件系统没有控制器归属约束，将文件系统均分到每个控制器，实现每个控制器性能和容量的负载均衡。

低成本：相较于传统的SAN存储加NAS存储的方式，一体化解决方案省去了购买多余存储所需要的额外费用，降低了用户的投资成本。

高可靠：在采用一体化解决方案的同时，提供SAN和NAS的数据保护能力，例如快照、双活等，保证架构简单统一的同时保证了系统的可靠性，使两种场景均不受硬故障、软故障的影响。保证业务持续在线。

文件系统和LUN是平行的部署在Space子系统之上，下面是基于RAID2.0+的块虚拟化存储池子系统。在这个架构中，文件系统和LUN都直接与底层的Space子系统交互。文件系统架构是基于对象的，每个文件或文件夹是一个对象，每个文件系统是由对象组成的对象集。对于LUN来说，LUN分Thin LUN和传统的Thick LUN。两种LUN也都来自于Pool和Space系统，并没有建立在文件系统之上。这样简化的软件栈带来的存储效率比传统的统一存储架构效率要高，同时LUN和文件系统各自保持独立，互不影响。

存储的文件系统是基于Extent的ROW型（Redirect On Write，写时重定向）文件系统。所谓ROW型文件系统，是指向文件系统新写入或者修改写入数据时，新数据不会覆盖掉原来的旧数据，而是在存储介质上新分配空间来写入数据，此种方式保证了数据的高可靠性和文件系统的高扩展性。

整个文件系统布局呈树型结构，数据写入不会覆盖原有数据，而是分配新磁盘空间写入，写入完成后，直接删除（或延迟删除）原有数据。数据每次写入都会记录一个时间点信息，表明写入的时序。时间点实际是一个依次递增的序列号。

## 1.2  NAS自动分级与安全归档

**（1）NAS自动分级**
文件系统SmartTier是为了简化数据生命周期管理，提升介质利用效率，降低客户成本而推出的面向文件系统的分级特性。文件系统SmartTier的功能是以文件为粒度在不同的介质中进行迁移的技术，介质层分为SSD和HDD(包含SAS或NL_SAS)两层。SmartTier支持两种迁移模式：智能迁移模式和自定义迁移模式（自定义迁移包括周期/每周/立即迁移）。智能迁移模式，是指文件优先写入SSD，然后根据SSD的使用率、文件的访问时间等条件自动进行文件迁移，保证SSD使用率始终保持在一个合理的水平。自定义迁移模式，是指根据用户指定的文件策略（例如：文件名、文件大小、文件类型、文件创建时间、SSD使用率等）和迁移周期，使文件在SSD和HDD之间进行迁移。
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**（2）安全归档**
针对PACS应用的离线数据，按照国家规定进行15年以上的离线归档保存。此类数据不要求实时查看，对性能没有较高要求，要求实现低成本、低功耗、易管理的长时间留存。

针对PACS的数据特点和法规要求，提出的安全归档留存解决方案由归档平台（归档软件）+归档介质存储等核心组件组成，通过多个核心组件的配合，实现医疗数据的安全长期留存，其实现原理分别如下：
- 管理服务器  – 服务器主要由归档数据库和web服务器构成，它负责归档系统的管理，如用户、组、归档项目、归档数据的保存周期等，同时负责归档作业的调度，将数据移动的作业分发给负责作业执行的ADA代理。
- 一个或多个ADA代理（数据移动引擎）  –代理实际负责数据的移动，它从主存储（生产系统）搜集需要归档的数据并写到二级存储，以及采集文件的属性以及定义的元数。
- 介质管理服务MM（SONY光盘库管理组件）–该组件（包括服务器端和客户端）通常安装在ADA服务器平台，负责管理归档系统的光盘库以及驱动器和介质的分配。
- ODA光盘库 -核心归档介质，提供了高安全、高可靠、低功耗的设备，直接被ADA调用进行读写访问，中间无需机头服务器等额外网关组件。
- 统一管理员控制台 – 该控制台可以安装在Windows或Mac OS工作站，通过IP连接ADA服务器。通过控制台，用户能够配置和管理归档系统，监控归档作业，搜集归档日志等。利用该控制台，授权用户也可以手工归档、检索和取回归档的文件。利用该控制台，管理员可以：

- 组织管理归档项目及其内容
 - 管理元数据
 - 管理用户和组的权限
 - 配置ADA环境的基础架构（平台定义、数据周期、任务调度等）
 - 监控作业和数据归档性能
 - 调度自动归档任务（定义任务自动触发的条件等，如文件创建日期、最后访问日期、最后修改日期、文件大小等）
 - 管理ODA光盘库介质

# 2.建设效果与总结
基于华为企业级NAS存储在医院PACS类场景的建设和应用，从可靠性、性能、可用性、运维管理性等多个方面带来诸多优势：
- 业务融合缩减开支：PACS影像系统涉及PACS数据库和PACS影像文件两类数据，对应的存储服务需要同时提供SAN和NAS服务。通过采用SAN/NAS一体化设计，不再需要NAS网关设备，一套软硬件同时支持SAN和NAS，支持NFS、CIFS、FTP、HTTP等文件访问协议，以及NDMP文件备份协议。
- 业务快速响应：基于高性能全闪存存储和免网关容灾、免网关数据保护技术，避免了网关设备成为性能瓶颈并增加I/O时延，为数据库提供1ms的平稳时延，保障PACS系统快速响应。
- 业务连续性：基于免网关存储双活技术，在设备故障、数据中心故障时保障数据不丢失、业务不中断（RPO=0、RTO≈0）；基于免网关存储主备容灾技术，在双活数据中心完全故障的情况下，业务仍然可以快速恢复（RPO≤10分钟、RTO≤15分钟，与容灾策略配置相关））。
- 安全归档留存：通过蓝光不可改写确保归档数据的安全性，超过50年的超长保存时间，不但可以满足电子病历、影像数据等合规数据的长期安全留存，并且可降低归档的TCO成本。
- 可视化管理：支持可视化展示容灾拓扑和业务逻辑拓扑。并且支持灵活的数据副本管理、容灾演练和切换，简化灾备系统的管理和维护。
- 智能运维：全套影像系统涉及数据库存储、文件存储，同时涉及在线、近线、离线等不同的存储介质，需运维工具进行简单、高效的管理，降低院内运维难度。

## 相关阅读：
[NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索——需求分析篇；](https://www.talkwithtrend.com/Article/264599 "NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索——需求分析篇；")
[NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索——思路与方案设计篇；](https://www.talkwithtrend.com/Article/264601 "NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索——思路与方案设计篇；")

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