云计算平台对PACS的高可用性支持

魏 明 ，罗 希

（1.解放军第一七四医院 福建 厦门 361003；2.解放军第九十四医院 江西 南昌 330002）

云计算平台是分布式计算、网络存储[1]、虚拟化、负载均衡等多种传统计算机和网络技术相结合的产物，具有为用户按需分配、实现动态可伸缩扩展、基于虚拟化技术快速部署、灾难恢复能力强等突出特点。PACS做为保障医疗业务顺利开展的关键应用，要求其有7*24小时的高可靠性以及意外停机后强大的灾难恢复能力。云计算平台所具备的强大功能符合PACS高可用性的要求，相较以往，为我们提供了一种全新的解决方案。基于云计算平台的PACS更安全、更可靠,可用性更强，云计算平台将为医疗业务的顺畅运行提供强有力的支撑。

1 医疗业务对PACS的高可用性需求

随着人们对自身健康状况越来越关注，对医疗服务也产生了更高的期许，希望能够获得更快速、更有效、更安全的医疗服务，这就对医疗业务的顺畅运行提出了很高的要求。具体到医疗信息业务方面，3大系统：HIS、PACS、LIS。患者的各种诊疗业务都涵盖其中，都离不开相应信息系统的支持。而PACS以其数据量最大、联接各类型设备数量多、诊疗时效性要求高等特点，要求其必须更加安全可靠、稳定顺畅的运行，以提供医疗影像业务支持。鲜活生动的影像数据为临床医生的诊疗提供了详实、可靠的患者的直观认知，是文字、符号所无法表达的，特别是三维后处理技术的发展，将二维的平面影像构建成三维立体影像，所呈现出的血流、断面、病灶等影像将医师对患者状态的认知提升到全新的高度，极大的提高了诊断正确率、时效性，降低了医疗风险，为患者减轻了痛苦，节约了费用。

2 云计算平台概述

云计算平台是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云计算是基于虚拟化的，虚拟化是云计算的基石[2]。云计算平台自下而上主要分为三层：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）。IaaS层包括服务器、存储设备、网络设备等硬件。PaaS层即平台层，主要负责解决云计算平台服务器集群间的协同工作，同时提供超大规模计算和海量存储能力[3]。SaaS层包括各种WEB应用。

3 云计算平台为PACS提供高可用性支持

计算机系统的高可用性是指系统保持正常运行时间的百分比，即计算机系统平均能够正常运行多长时间才发生一次故障。云计算平台通过虚拟化、云存储、分布式计算等特性，利用虚拟机构建虚拟服务器集群，能够有效地实现应用系统的高可用性[4]。PACS做为医疗信息系统中的关键应用，与HIS、LIS相比，有其特殊性。如表1所示。

表1 PACS与其他系统性能需求对比Tab.1 The performance requirements of PACS and other system comparison

传统模式下，对于PACS的高可用性支持主要采用群集方式，即由二台或多台高性能的服务器，以主动/被动的方式组合成一个用于承载应用程序的高可用性平台。当其中一台因硬件、OS、应用程序等因素造成意外停机时，服务器群集通过将关键应用转移至群集中运行状态良好的服务器上，从而实现关键应用的持续运行。如图1所示。

图1 传统的服务器群集模式Fig.1 The traditional server cluster mode

云计算平台模式下，通过虚拟化技术形成标准化的虚拟计算池、存储池、网络池、安全池等资源池，从资源池中获取并组合成性价比合理的硬件平台，具有极强的扩展性、可维护性，可以很好的适应用户、应用服务不断增长的需求。而传统模式下，对服务器的硬件升级是十分困难的，硬件性能将逐步滞后于不断增长的用户以及应用服务对性能的需求。通过虚拟技术运用，云计算平台上可以高效的创建虚拟服务器，并对其进行多副本的备份，当承载应用的虚拟服务器出现难以恢复的系统故障时，可以迅速的利用副本重新创建正常运行状态下的虚拟应用服务器，恢复关键应用的正常运行，如图2所示。

图2 云计算平台模式Fig.2 Cloud platform mode

传统模式下，服务器群集在其中一台出现故障时，虽然可以将应用转移至群集中正常运行的服务器上以保障关键应用的运行。但故障服务器的修复，无论是硬件、OS等方面，都要耗费巨大的的时间与精力，时效性极低。服务器群集模式下，为了确保其高可用性，群集通常都由多台高性能的服务器组成，形成一台承载应用服务，多台备用的运行状态，造成服务器利用率不高，系统运行可用性低[5]。同时，服务器群集采用共享存储的方式，其自身无法对影像数据进行容灾备份，需要采用第三方解决方案对影像数据进行备份，对备份策略的设置、备份介质的管理等方面增加了管理难度，提高了运维成本。而云计算平台模式下，虚拟服务器的创建、备份、灾难恢复与实体服务器相比在操作便利性、恢复时间、恢复难度等方面有着巨大的优势，因此不会造成巨大的硬件资源浪费，性价比非常突出。服务器虚拟化是典型的医院内部“私有云”运用，在服务架构上属于Iaas[6]。如表2所示。

表2 云计算平台与服务器群集高可用性对比Tab.2 Cloud platform and server cluster high availability comparison

4 讨论

云计算平台利用自身对整个硬件资源的整合以及虚拟机的构建能力，可以在极短的时间内为PACS量身定制其需要的硬件支撑资源，高效的构建虚拟服务器，快速的完成PACS服务器端的部署，合理实用的完成对整个虚拟机的容灾。同时云计算平台构建于数量众多的硬件资源之上，不存在因为单点故障而造成性能、应用服务中断的情况，也避免了服务器群集故障转移时应用服务无法正常停止而造成的迁移失败的情况。而传统模式下采购符合PACS性能要求的高性能服务器、大容量存储等硬件设备其本身就需要相当长的时间，其后硬件设备、OS的安装调试，群集、容灾系统的配置等等，需要耗费更多的人力物力，更加突显出云计算平台上的安装部署的时效性、性价比。

5 结束语

云计算平台的出现很好的解决了PACS一直存在的硬件性能与用户需求相对滞后、群集模式硬件资源利用率低、群集构建难度大、管理维度要求高、故障转移受多种因素影响、影像数据备份需第三方解决方案等问题，满足了PACS对高运算能力、大内存使用、大容量存储、高网络吞吐量以及巨大数据量备份等方面的需求，其对虚拟机的副本、快照、计算节点同构可互换等灾难恢复功能是对PACS这样关键应用服务强有力的支撑，降低了因硬件、OS、应用程序等出现故障而造成意外停机的可能，有效减少停机时间。同时充分利用现有的硬件资源，合理配置，降低因不断采购软、硬件设备而造成的巨大成本消耗，有效的平衡投入、产出，性价比优异。

[1]高忠军,杨骥，彭华，等.基于云计算的三维医学影像后处理云计算平台 [J].中国卫生信息管理杂志,2014(3):251－254.

[2]亢军贤，余艳红，张锋，等.基于云计算技术的疗养院信息系统集成的研究与设计 [J].电脑知识与技术，2014(6)：1173－1175.

[3]姜晓旭，罗辉.基于云计算构建高校信息资源共享平台的设计方案[J].中国医学教育技术，2013(2)：38－41.

[4]马锡坤，吴艳君，王鹏.基于云计算的数据中心容灾系统的建设[J].中国医疗设备，2014(1):93－95.

[5]马锡坤，于京杰.医院数据中心存在的问题及对策[J].中国医学教育技术，2013(2)：215－217.

[6]王建强，仲晓伟.基础设施即服务在医院的应用研究[J].中国医疗设备，2013(4)：72－74.