医疗行业存储解决方案Word格式文档下载.docx
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1.2.医疗行业信息系统介绍
数字化医院是我国现代医疗发展的趋势，数字化医院系统是医院业务软件、数字化医疗设备、网络平台所组成的三位一体的综合信息系统。
数字化医院有助于医院实现资源整合、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。
数字化医院一般由以下系统组成：
HIS（HospitalInformationSystem）医院信息系统、PACS（PictureArchivingandCommunicationSystems）医学图象档案管理和通信系统、EMR（ElectronicMedicalRecord）电子病历系统、LIS（LaboratoryInformationSystem）检验信息系统、CIS（ClinicInformationSystem）临床管理信息系统、RIS（RadiologyInformationSystem）放射科信息系统、EHR（ElectronicHealthRecord）电子健康档案系统、GMIS（GlobeMedicalInformationService）区域医疗卫生服务。
医院管理信息系统（HIS）是以财务为中心的，偏重管理。
“医院信息系统”是医院的管理中枢，它包含财务、人事、住院、药品、门诊、医技、病程、收费等多个子系统，同时承担着‘临床管理’与‘行政管理’的双重使命。
临床管理信息系统（CIS）是偏重于病人信息的，这个更加倾向于医疗相关的信息。
人们常常把关于病人化验信息、放射的信息，和病人临床检查信息，划为临床信息系统。
“医疗影像系统”（PACS）是医院的影像中心，它承担着从CT、X光机等各类成像检查设备中采集影像资料、对这些资料加以处理和存储、并为一线医师提供查询服务的使命；
“电子病历系统”（EMR）是医院的病历中心，它详细记录了患者的治疗方案和治疗过程，既为医院积累了宝贵的治疗经验，又为处理医患纠纷提供了不可或缺的证明文件；
“社会保险系统”则连通了医院与社保部门的业务后台，它为医院接诊并服务好广大社保患者提供了支持。
第四章解决方案概述
2.
2.1.医疗行业存储系统需求分析
在医院信息系统建设过程中，HIS系统和PACS系统的医院信息系统数字化是两大重点，下面，我们就这两方面的需求分别进行分析。
随着医院信息化的不断深入，病人对医院的要求也越来越高，如果医院不能满足病人的合理需求，在一定程度上会造成医患纠纷等。
因此，对医院信息系统的建设也提出了更高的要求，通常在一个医院信息化建设过程中，数据需求量最大的是PACS系统，对数据安全要求最高的是医院核心系统HIS系统。
目前，PACS已经成为了现代医学放射学实践的基本技术和基础设施中重要的一部分，在临床诊断、医院科研等方面正发挥着极其重要的作用。
当前的PACS产品支持医学图像的全数字获取、转换、解释、存储和查阅。
PACS的发展也呈现出一个很大的特点：
医院影像设备的发展使放射科图像数据激增，图像的数据量为存储容量带来了很大的挑战，数据需要进行分级存储和归档，同时，数据需要备份容灾和异构存储环境的现状也越加突出，因此PACS系统需要一种可靠、灵活的大容量存储系统来满足其应用和发展。
存储系统的稳定性直接导致了HIS系统的业务连续性，当存储系统发生意外宕机，整个医院运行将面临瘫痪，建设统一、安全、高可靠、分层的存储系统对医院信息系统的建设是至关重要的。
医院的HIS要对门诊、收费、药房管理和OA等系统提供服务，对存储空间的需求并不是很大，但对存储系统的性能和稳定性有着较高要求。
PACS系统对患者大量的医疗和影像数据进行采集、存储、传输和处理。
一个中等规模的三甲医院年平均的存储数据量至少在2TB以上，其中，PACS系统的影像数据占据了95%以上。
这样大数据量的资料存储、传输和处理对医院的网络平台、存储系统都提出了很高要求。
医疗行业对影像的要求非常苛刻，HIS/PACS系统对存储系统的自身的特点和要求，主要有以下几方面的特点：
PACS系统的影像图象主要是多媒体文档，并发访问量小，根据不同影响科室的特点，有的文件比较大，例如核磁阵列，有的比较小，例如CT等。
HIS系统核心通常都是数据库，例如Oracle、DB2、Sqlserver等。
医疗PACS系统中的数据保存量大，数据量增长速度快，由于病人自身的情况，通常在前几个月医院会频繁调阅病人的医疗影像，后期很少调阅，但又不能对这些影像进行删除，因此，部分数据将作为归档数据，需要安全的保存和随时方便的调用，需采用分级存储策略。
随着医院数据量的激增，分级存储设计逐渐发展为在线、近线、离线的三级存储架构。
数据量大，达到海量存储。
为了提高医院对病人服务的满意度，长时间的等待调阅图像的时间是病人无法忍耐的，诊断工作站和浏览工作站对在线图像检索速度的要求越来越高，甚至达到秒级。
部分影像资料用于科研和教学，重要性高，需要可靠有效的容灾数据保护方案。
PACS系统和HIS系统数据各有特点，特别在存储容量、访问响应速度、访问频率、存储可扩展性等方面存在差异，需要分别考虑，有条件的进行分类存储
随着医疗行业竞争日趋激烈，PACS存储系统的建设需要投资的总成本较高，应该降低总拥有成本，提高投资回报率。
PACS存储系统的设计需要具备高扩展性和灵活性，需要支持容量增长的高度可扩展架构和对异构存储环境的支持。
以实现将来无缝扩容，而且不增加因扩容带来的管理开销。
医疗行业有着最为复杂的应用系统，每类应用对存储系统的需求千差万别，构建的存储系统需要涵盖多种应用的具体需求，除了需要考虑针对结构化数据（例如HIS系统的数据库数据）进行有效存储及保护外，同时还需要大量非结构化数据（例如PACS应用的图像、影像等数据）采用对象存储方式存放，并且需要进一步保证关键数据的备份和容灾。
2.2.解决方案逻辑结构
随着信息化建设的进一步加强和深入，医疗卫生行业产生的数据量会越来越大，PB级数据存储的时代会马上到来。
这么大的海量数据如何管理和存储，如何能够最快地查询到需要的数据，如何进行关键数据的保护，如何进行存储优化，这些都是医疗卫生行业当前所面临的难题。
曙光存储可以帮助医疗卫生行业的客户有效解决海量数据环境下面临的各项挑战。
曙光公司是国内最早从事存储业务的厂商之一，存储产品种类齐全，覆盖面广，在海量数据处理方面具有丰富的经验，近期曙光公司在深入研究医疗等行业用户应用的基础上，相继研制和推出了DCstor、Parastor、DBstor等相关的存储产品，基于这些产品，针对对医疗行业存储需求的了解，曙光推出了医疗行业存储系统解决方案，用于满足医疗行业HIS系统、PACS系统、OA系统、ERM系统的存储需求。
曙光存储解决方案集先进的存储虚拟化技术、通用的硬件平台、优异的分布式文件系统和一体化的备份系统于一体，既能为HIS、OA等应用系统的数据库数据提供高可靠的结构化数据存储资源池，又能为PACS、ERM等应用系统的图片、病理文档的存储提供非结构化数据存储资源池，同时兼顾重要数据的备份和容灾。
曙光医疗行业存储系统逻辑结构示意图如下所示：
为了有效解决医疗行业存储方面的需求,曙光从三个方面设计存储方案如下:
结构化数据存储平台：
块存储资源池面向用户的HIS、OA系统的数据库应用提供块设备存储空间，对存储系统的可靠性和性能要求比较高。
曙光结构化数据存储平台基于存储虚拟化技术构建，采用虚拟化控制器DCstor、FC磁盘阵列和FC交换机组成一个全冗余架构的结构化数据存储平台，该平台可以实现关键数据的双写，保证业务平台不会因为任一存储部件或是存储单元出现故障而导致应用中断，具有较高的可靠性，同时存储设备之间的切换对上层应用透明，不需要人为干预。
为了保证存储系统的高性能，底层设备采用曙光最高端得FC磁盘阵列构建。
非结构化数据存储平台：
非结构化数据存储平台为用户的PACS、ERM等系统的视频、图片、病历共享存储应用提供存储空间。
该平台基于曙光Parastor200分布式存储系统构建。
Parastor200基于业界先进的集群技术、多副本技术、并行读写技术和Scale-out扩展技术构建，底层硬件全部采用商业标准单元，为用户提供全局单一命名空间。
具有容量大、性能高、扩展方便、高可靠、易管理以及构建成本低等特点，解决了医疗行业的海量非结构化数据的存储问题。
一体化的备份容灾平台：
为了降低和减少人为误操作以及自然灾害对关键数据造成的影响，曙光公司为医疗用户提供了一体化的备份容灾平台。
该平台基于曙光DBstor集中备份系统构建，该系统集备份服务器、备份软件、备份存储空间于一体，使用方便，管理简单。
支持异构平台的多种数据库系统以及文件的备份，支持本地数据备份和远程数据容灾，为医疗行业的各类数据库、重要文件提供高性能的保护。
第五章子系统详细方案介绍
3.
4.
1.
3.1.HIS系统
HIS系统是医疗行业最为关键的生产系统，其数据类型主要为数据库数据。
该系统对数据的可靠性要求很高，需要存储系统满足7*24小时高可靠运行的业务连续性要求，并且，随着就诊人数的增长，需要保证存储系统的性能和容量可以满足业务发展的需要，同时，为了避免因数据丢失引起的医疗纠纷，需要保证数据的安全性和可恢复性。
针对HIS系统的应用特点，我们认为HIS系统存储体系架构应具备以下特点：
采用高可靠的存储高可用体系架构，存储网络、存储设备均无单一故障点
采用高CPU处理能力、高缓存性能、高可靠性、高稳定性的政府单位级存储系统
采用数据备份技术进行数据保护
针对医院HIS系统的应用特点和数据结构，基于存储虚拟化技术的存储高可用存储架构能够为其提供高可靠的存储服务。
存储高可用系统采用数据双写技术，确保同一份数据在两套存储设备上各存一份，解决了长期困扰用户的存储设备单一故障点问题。
底层存储设备选用曙光高性能、高可靠企业级DS800-G20FC盘阵，该系统采用新一代高性能Xeon处理器与最新的8GbFC、6GbSAS接口技术，满足用户业务系统的性能需要，同时采用创新的ACP（AutomaticCacheSpeed）技术，通过智能分析算法，可透明移动热点数据至高速存储空间（SSD），可以显著提升HIS应用系统数据库的性能。
同时为了进一步保证数据的安全性，本方案采用数据备份技术对关键数据进行备份和容灾保护（详见容灾备份系统内容）。
3.1.
3.1.1.高可用存储方案介绍
随着服务器高可用、网络高可用技术的发展成熟，存储系统成为应用系统的单一故障点，虽然可以采用数据备份、磁盘阵列卷拷贝技术增加系统的可靠性，但是数据备份只能解决数据的逻辑错误，解决不了磁盘阵列的硬件故障，卷拷贝技术虽然可以解决可以解决硬件故障，但是该方案要求两套存储系统必须是同一厂商统一系列的具有卷拷贝功能的高端磁盘阵列，成本高，并且不能实现自动切换！
采用曙光存储虚拟化控制器，上述问题迎刃而解！
3.1.2.方案拓扑结构
结构化数据存储平台拓扑架构
如上图所示，曙光结构化数据存储平台由两台曙光存储虚拟化控制器、主磁盘阵列、备份磁盘阵列、以及冗余FCSAN网络所组成。
两台存储虚拟化控制器之间通过光纤线（FC）作为数据同步的心跳线。
两台存储虚拟化控制器分别通过光纤线接入到2套冗余的FCSAN网络中，从而实现对主、备磁盘阵列物理存储空间的接管，并为HIS高可用应用服务器集群提供虚拟的VDisk存储空间。
数据同步镜像
如上图所示，每当应用主机向VDisk中写入数据时，两台存储虚拟化控制器之间通过光纤线，在两台设备之间进行同步镜像抄写。
只有当数据成功被写入两台存储虚拟化控制器之后，才会返回SCSIACK信号，通知主机操作成功。
因此，所有写入的数据都实时地保存在了两个存储虚拟化控制器中，实现了数据在线热备保护。
主、备存储虚拟化控制器选择在一个比较适合的时间，把保存在控制器中的数据写入所对应的主、备磁盘阵列中。
故障切换工作流程
如上图所示，当主存储设备发生故障时（断电、端口故障、链路中断等），安装前端应用服务器中的（MPIO）多路径软件将自动进行存储路径切换（AutoFail-over），实时地把存储路径指向备份存储设备上。
在此期间，应用服务器上的业务完全不会受到中断，保证了出现存储硬件故障情况下的应用业务连续性。
当主存储设备故障修复之后，MPIO将自动把存储路径回切（AutoFail-Back）到主存储设备上，同时，主机所在备份存储系统所做的数据变更，也会根据I/OUpdatelog,自动同步到主存储设备中，此过程无须人工干预，并且对应用主机的业务而言也是透明的。
曙光存储虚拟化控制器支持各种主流应用主机集群软件，包括WindowsMSCS，RedhadCluster，RoseHA等等，存储虚拟化控制器同时支持众多厂商的磁盘阵列产品。
通过应用主机高可用与存储设备高可用的结合，可以形成完整的业务连续性保护方案。
为了尽可能保证应用系统的可靠性，建议用户为该HIS高可用系统配置2个机柜和2个UPS。
1个机柜内放置主存储虚拟化控制器、主磁盘阵列、1台FC交换机，并放置1台UPS为这些设备提供电源保护；
另外一个机柜放置备份虚拟化控制器、备份磁盘阵列、1台FC交换机，也放置1台UPS为这些设备提供电源保护。
这两个机柜可以放置在同一机房中，也可以放置在同一建筑的不同机房中。
3.1.3.推荐配置
方案二：
存储高可用
存储容错管理系统
存储虚拟化控制器
CPU
1×
IntelXeonCPU5506四核处理器，主频2.13GHz
台
2
内存
3×
2GBREGDDR31333MHzECC内存
硬盘
2×
146GBSAS硬盘（RAID1）
业务接口
1GbiSCSI+2×
8Gb双端口FCHBA卡（qle2562）
电源模块
冗余电源
容错软件
标配4TB容量管理许可，可扩展；
标配8台主机连接许可，可扩展；
实
时数据复制，对于写操作，可自动实现I/O级复制；
支持Windows、Linux、Unix、Vmware等多种操作系统；
支持ORACLE、DB2、Sybase、SQL、Exchange、SharePoint、Informix、Domino等多种应用；
支持HACMP、MC/SG、MSCS、VCS、Rose等双机架构，支持OracleRAC集群应用；
存储卷管理采用虚拟化技术，支持Pool管理技术；
支持自动精简的容量管理，可实现存储容量的超额分配；
支持Windows、Linux、Unix、Vmware等多种操作系统上的多路径管理
光纤交换机
BR-310-0008-A（89000155）24端口交换机，8端口激活，单电源（固定），含8个8Gb短波SFP，含Webtools、Zoning软件授权,不支持级联，1年原厂保修（非现场）
存储系统
DS800
双控制器，配置4个8Gb主机接口；
配置锂电池和永久缓存备份单元，无断电时间限制；
支持RAID0、1、3、5、6、10；
配置16块600GB15KRPMSAS硬盘，最多可以支持384块SAS/SATA硬盘；
冗余电源和风扇
套
3.1.4.方案特色
曙光HIS系统存储高可用解决方案基于存储虚拟化技术，具有如下特色和优势：
该方案基于存储存储虚拟化技术实现，主要用于解决磁盘阵列单一系统故障问题
该方案基于存储虚拟化控制器的卷镜像功能实现，具有硬件无关性，因此源端和容灾端磁盘阵列可以采用不同型号的磁盘阵列，并且磁盘阵列不要求具有快照和远程卷镜像高级功能，可以利用用户原有存储设备，最大程度节省用户的投资成本
与应用无关，支持所有类型的数据同步，包括文件数据、数据库数据、裸设备、应用配置文件、应用程序、库函数等
支持同步和异步两种数据复制方式。
同步方式用于本地或同城数据容灾方案，可以很好的保证数据的一致性；
异步方式用于远程数据容灾方案，受数据复制线路影响，数据延迟大，不能保证数据的完全一致性
为确保不存在任何单点故障，该方式会将两份镜像数据将保存于不同的物理存储中，当其中源端存储设备发生故障时，应用服务器通过多路径存储技术，实时将数据存储路径无缝地切换到备份端存储设备上。
切换过程无需人工干预，并且应用不会中断，而未来在故障修复后，存储虚拟化控制器会自动将两份数据进行同步
故障切换时间极短，单位为秒级
3.2.PACS系统
PACS系统是医院信息系统重要的组成部分，伴随着医院规模的不断扩大，PACS系统的影像文件数量增长迅速，容量越来越大，且PACS系统的数据通常会保存长达15年甚至更长时间，其中是有少部分的数据需要经常使用，绝大部分的数据属于历史数据，一般情况下这些历史影响数据很少被调用甚至在病患痊愈后再也不会被调用。
这就造成在PACS系统中存在海量的历史静态数据。
面对高达几百TB的医学影像资料，常规的数据存储系统已经不能满足PACS系统对数据的管理要求，这就对PACS系统的影像存储和管理提出了新的要求。
针对PACS系统的应用特点，我们认为PACS系统存储体系架构应具备以下特点：
采用专用的并行文件存储系统，管理日益庞大的海量影像文件
采用在线-近线的分级存储体系架构
采用集中式管理系统
采用数据备份技术，对在线影像数据进行保护
针对医院PACS系统的应用特点和数据结构，并行存储系统专有的文件系统能够更有效的管理PACS千万级的影像文件，并提供高速的数据访问能力，提供有效的数据共享能力。
PACS系统应用服务器通过IP网络，利用文件协议连接到并行存储系统，实现PACS影像的在线存储。
并行存储系统内部将最新的影像数据保存在高速SAS磁盘上，将近期不频繁使用的历史影像保存在存储系统的SATA磁盘上，并确保历史数据能够实时被业务系统访问。
所有的数据由并行存储系统进行集中存储和管理。
同时对关键的在线关键影像数据利用数据备份技术进行数据保护。
3.2.
3.2.1.并行存储方案介绍
针对医院PACS系统中大量医学影像文件容量要求、数据保护要求高、连续性要求高和需要分级存储的特点，曙光公司建议采用Parastor200并行存储系统实现海量医学影像的集中存储和快速文件读取，并同时利用DBstor实现关键数据的备份（详见容灾备份系统部分内容）。
作为国内专业的存储厂商之一，曙光公司为医疗行业PACS、ERM等海量文件存储应用推出了并行存储系统解决方案—Parastor200。
Parastor200存储系统基于开放式的存储架构，基层采用曙光自主研发的Parastor并行文件系统，将多台物理存储设备（这些物理设备可以是通用的存储服务器，也可以是磁盘阵列）的存储空间虚拟成一个具有统一访问接口和管理界面的存储池（也叫统一命名空间）。
用户的数据按照一定的负载均衡策略，条带化的分布到后台的多套存储设备上，从而能够实现数据的并行读写以获得更高的并发访问性能，充分利用多台存储设备的性能和更大的存储容量，并有效的提高存储空间利用率，同时基于Parastor文件系统的数据迁移功能，可以实现实时和历史影响数据的分层存储，并且所有的存储设备可以实现统一的管理和监控，大大减轻了管理工作负担！
ParaStor200并行存储系统汇集了曙光公司多年以来在海量数据处理方面的丰富经验，从架构上彻底消除了传统存储系统的瓶颈，能够满足高带宽和高并发的海量文件存取的需求，为用户带来前所未有的存储性能体验。
3.2.2.方案拓扑结构
Parastor200存储方案拓扑结构如上图所示。
Parastor200存储系统包括管理控制器MGR、索引控制器oPara、数据控制器oStor。
其中管理控制器通过管理网络监控系统的各个模块的状态，提供统一的控制管理界面，实现存储系统的集中部署和监控，1套Parastor200只需要配置1台管理控制器即可；
索引控制器用于管理存储系统的所有索引数据和命名空间，对外提供单一的全局映像，1套Parastor200存储系统至少需要2个索引控制器，2个索引控制器以Active-Active高可靠模式运行，一个控制器出现问题，不会影响存储系统的正常运行，索引控制器可以按需以成对的方式进行扩展；
数据控制器用于提供文件数据I/O通道和实际的数据存储空间，并实现存取的动作，数据控制器根据用户实际的带宽以及容量需要进行配置，并可以按需进行动态添加，I/O通道具有千兆、万兆和IB多种选择，并且parastor200支持多个I/O通道的冗余和负载均衡，为了保证数据的高可靠性，数据存储采用了多副本的数据保护技术。
oStor可同时为实时影像数据提供高性能在线SAS存储空间以及为历史影响数据提供大容量近线SATA存储空间。
Parastor支持基于策略的数据迁移功能，在线数据会在规定的时间内迁移到近线存储空间里去。
由于每台oStor支持灵活混合配置SAS在线存储空间和SATA近线存储空间，数据的迁移在oStor内部即可完成，大大减轻数据网络的负载，不影响前端应用存储访问的性能。
PACS、ERM等前端的应用服务器可以通过两种方式访问Parastor200存储系统：
一种方式是通过200提供的专有Linux、Windows客户端软件，这种方式没有额外的开销，性能较好；
另一种方式是通过Parastor200的集群NAS模块提供的通用NFS、CIFS协议，这种方式支持的操作类型更为丰富，使用也更为简单，但是性能与第一种方式相比有所降低。
3.2.3.推荐配置
设备
组成
配置
数量
曙光并行存储系统Parastor200
P200-MGR（管理控制器）
高性能64位处理器，12GBCache，2个管理网络接口，内嵌曙光并行存储管理软件，中文图形界面，包含系统配置、客户端管理、性能优化、监控告警等功能模块，实现存
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