对现用PACS存储架构的改进

2012-10-09吴君健

中国医疗设备 2012年8期

关键词：网关高性能架构

吴君健

无锡市第二人民医院信息科，江苏无锡 214002

对现用PACS存储架构的改进

吴君健

无锡市第二人民医院信息科，江苏无锡 214002

为解决现用医学影像存储与通讯系统（PACS）的存储空间和运行速度慢的问题，对现用PACS作了改进，即使用网关式的高性能NAS取代传统的文件服务器，由NAS内嵌的归档功能实现PACS在线数据与近线数据的自动分离，使得数据管理与存储空间的扩充变得简单和便利。

PACS ；NAS；存储架构

0 前言

医学影像存储与通讯系统（PACS）的存储架构决定了医院PACS的使用寿命[1]。很多医院在建立PACS后1~2年的时间，就会感觉系统运行越来越慢，数据管理（归档、迁移）越来越复杂，对在线数据、近线数据、离线数据等划分越来越细，但查询也随之越来越麻烦。尤其是CT（64排、320排）等设备的应用，产生的数据量猛增，传统打印胶片的方法也失去了这些高端设备的价值[3]。因此，临床对使用PACS数据的需求变得更为迫切。

1 现用的PACS存储架构

PACS通常是使用数据的方式去管理文件[4]，是一个典型的半结构化数据模式。数据库主机、文件主机以及SAN存储组成了PACS的系统架构（图1）。

由于大多数PACS文件服务器采用32位的Windows系统，所以随着数据量的增长磁盘也不断在增加，造成服务器重启的时间越来越长，尤其是重启服务器时，有时甚至长达0.5 h以上。其原因是服务器在重启的时候需要做文件系统的扫描校验[5]。

Abstract: To solve the problems that picture archiving and communication system (PACS) storage space and running slowly, the current PACS has been improved, namely, gateway high-performance NAS was used to replace the traditional fi le server. the embedded function of NAS achieved automatic separation of PACS online data and near-line data, which made data management and storage expansion easy and convenient.

Key words: PACS; NAS; storage architecture

图1 现用PACS的系统架构

存储归档是PACS的一个核心功能，如文件生命周期管理、管理增长，优化在线性能、优化备份以及满足将来扩展需求等[2]。为此，在文件存储归档时要考虑存储方式和存储介质问题。现用PACS的状况：

（1）PACS软件存储归档。通过程序发现文件的创建时间，当文件满足归档策略，程序将文件搬迁到归档空间并且修改数据库中的文件路径。这种方式通常归档效率非常低，一是程序需要消耗额外的服务器资源，二是文件需要从底层存储到主机，然后再从主机到存储，文件复制的效率比较低[7]。这种方式还增加了对程序的维护管理工作，也容易出现故障。文件系统限制、服务器重启时间长等问题也依然无法通过该归档方式解决。

（2）第三方软件存储归档。通过在一台服务器上安装归档软件服务器端，在PACS文件服务器上安装归档软件的客户端，客户端扫描文件，当发现满足服务器端归档策略的文件后将文件搬迁到指定的地方。该方法的好处是可以将文件搬迁到其他介质，如磁带库等。但第三方软件归档方式带来的是管理实施上的复杂，通常需要原厂实施维护，设计的软件、操作系统以及主机的更新或升级也非常容易影响到归档软件，另外还需要考虑兼容性问题。

（3）存储归档介质。① 光盘：光盘长期存放文件，容易被损坏、且不易管理，回调文件速度慢。② 磁带：磁带作为存储归档的介质比较多用，但依然遇到保存和管理问题，而且磁带不宜用作近线存储，因磁带是顺序访问，所以回调非常慢。因此，磁带更适合用作离线保存或备份。③ 磁盘：随着磁盘价格的逐年下调，盘体容量越来越大，目前单块盘可达3TB，已广泛用于近线存储归档，其优点是随机访问回调速度快，易于管理，支持RAID和热备，冗余性好[8-9]。

为解决现用PACS的存储归档和访问速度问题，我们对其作了改进。

2 改进的PACS存储架构

在改进的PACS存储架构中，我们采用网关式的高性能NAS取代了PACS文件服务器，使用NAS内嵌的归档功能来实现PACS的归档（图2）。

图2 改进的PACS存储架构

改进的PACS存储架构，在数据库方面依然使用SAN存储的高性能空间，而PACS文件部分则是把SAN存储的另一块高性能空间连接高性能NAS网关，NAS网关把空间通过网络文件系统的方式（CIFS或NFS）连接PACS数据库，把SAN存储的低转速大容量磁盘空间连接高性能NAS，在NAS上制定好策略，如按照创建时间和文件大小的组合策略。文件自动从高性能空间归档到大容量空间，归档以后留下一个指针文件，整个过程对主机透明，主机在不需要做任何操作情况下仍能够访问到所有的数据，当访问的是已经被归档的文件，则该文件就从大容量空间回调到高性能空间。

2.1 网关式的NAS

采用网关式的NAS提高了扩展的灵活性：从NAS网关方面，可以使多个网关集群式扩展；从连接存储方面，可以灵活连接多个存储设备，存储设备之间可以将高性能和大容量实施物理分开，还可以连接两个存储数据冗余保存。

2.2 解决的问题

改进的PACS架构解决了以下问题：

（1）不需要占用磁盘，单个NAS文件系统可达百TB。

（2）服务器重启或非正常重启速度快，文件系统在NAS上不影响主机重启， NAS文件系统为日志文件系统，只需扫描日志即可（可后台扫描）。

（3）管理简单，一次性配置好即可，无需后期复杂的维护。

（4）归档效率高，可以根据自定义策略满足医疗特色的存储归档；可以直接在底层实现移动文件，使对文件访问的时间较以前缩短了6倍。