现代化医院信息中心的建设有机地整合HIS、EHR、PACS、RIS、CIS、LIS等临床业务系统,为了确保整个系统能够提供最快的响应速度、最大的数据吞吐、最安全的数据保护。这就要求医院信息中心建立一套先进的存储系统,为医院的各种业务系统提供最安全、高性能的医院信息基础架构平台。
存储系统按照不同维度有不同分类方法,常见的分类方法包括存储介质、组网方式、存储协议、存储数据类型、存储架构、存储方式等。存储技术的整体框架如下图5-2所示。
图5-2 存储技术的整体框架
(1)按存储介质分类
企业级存储中的存储介质包括磁盘(HDD)、闪存(SSD)、磁带(TAPE)、光盘(Optical Disk)等,其中最常见的是以HDD和SSD为介质的存储系统。
按照存储介质,存储系统可分为磁盘存储、全闪存储、混闪存储、磁带库、光盘库等。
● 磁盘存储:指全部以磁盘为永久存储介质的存储;磁盘性能(IOPS、带宽、时延)一般,但价格便宜。
● 全闪存储:指全部以闪存为永久存储介质的存储;全闪存储性能高,但价格较高。
● 混闪存储:指永久存储介质同时含有磁盘和闪存盘的存储;混闪存储在性能和价格上进行了一定折中。
● 磁带库:指以磁带为存储介质,由磁带驱动器及其控制器组成的存储设备;磁带单TB价格较低,支持冷数据的长期保存,但读写性能不高。
● 光盘库:指以光盘为存储介质,由光盘架、光盘驱动器、自动换盘机构(机械手)组成的存储设备;单TB价格较低,支持冷数据的长期保存,但读写性能不高。
(2)按组网类型分类
按组网方式,存储系统可分为IP组网的存储、FC组网的存储、IB组网的存储等。
● IP组网的存储:指采用以太网技术进行组网的存储设备,常见速率包括1Gbps、10Gbps、25Gbps、100Gbps等;IP组网的兼容性较好,建设成本较低。
● FC组网的存储:指采用FC光纤技术进行组网的存储设备,常见速率包括8Gbps、16Gbps、32Gbps、128Gbps等;FC组网的效率较高,但采购成本和维护难度也相对较高。
● IB组网的存储:指采用InfiniBand技术进行组网的存储设备,常见速率包括40Gbps、56Gbps、100Gbps、200Gbps等;IB组网的延迟较低、速率较高,但采购成本相对较高,组网的扩展性也较弱。
(3)按存储数据类型和存储协议分类
按存储数据类型,存储系统可分为文件存储、块存储、对象存储、其它存储等。
● 文件存储:指自身构建文件系统后,通过互通的网络提供给服务器或应用软件使用,支持数据文件读写和文件共享服务的存储设备。文件存储的常用协议包括NFS、CIFS、FTP等。
● 块存储:指将物理存储介质上的裸空间按照固定大小的块组成逻辑盘,并通过裸设备的方式直接映射空间给服务器使用的存储设备;块存储的常用协议包括SCSI、iSCSI、NVMe等。
● 对象存储:指采用扁平化结构,将文件和元数据包装成对象,并抽象成网络URL,通过HTTP协议直接访问的存储设备。对象存储的常用协议包括S3、Swift等。
● 其它存储协议:包括在大数据存储中广泛使用的HDFS协议,以及表存储协议等。
(4)按存储架构分类
按系统架构,存储系统可分为集中式存储和分布式存储。
● 集中式存储:指基于双控制器或多控制器架构的企业级存储系统,具有较强的纵向扩展(Scale-up)能力和一定的横向扩展(Scale-out)能力。集中式存储的特点有高可靠、高可用、高性能等。
● 分布式存储:指基于软件定义存储(Software Defined Storage)的思想,将商用服务器上的存储介质虚拟化成统一的存储资源池来提供存储服务。分布式存储具有高扩展性、低成本、易运维、和云计算紧密结合等特点。
(5)按存储方式分类
按存储网络结构,存储系统可分为SAN存储、NAS存储、DAS存储。
● SAN(Storage Area Network,存储区域网络):通过光纤通道交换机、以太网交换机等连接设备将磁盘阵列与相关服务器连接起来的高速专用存储网络。
● NAS(Network Attached Storage,网络附加存储):是一种专业的网络文件存储及文件备份设备,对不同主机和应用服务器提供文件访问服务。
● DAS(Direct Attached Storage,直连存储):将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台主机上,主机管理它本身的文件系统,不能实现与其他主机的资源共享。
不同存储结构与性能对比如下表5-1。
表5-1 不同存储结构与性能对比
通常情况下,医疗机构HIS、EHR、PACS、RIS、CIS、LIS等业务系统是在不同时期分步建设的,一般都会建立独立的应用服务器系统环境和存储系统环境,这就造成服务器及存储资源的浪费,同时增加了整个系统的维护难度,增加了业务系统宕机的风险。根据医疗机构的各业务应用系统对存储设备性能要求的不同级别,针对不同的应用系统采用不同的部署方式。
● 针对实时响应速度要求最快的基于数据库应用的业务系统,如HIS、EHR、LIS、RIS、PACS等系统,采用FC-SAN进行连接,提供最高的主机访问速度。
● PACS系统中拥有千万级别的海量医学影像文件,采用NAS功能,通过CIFS及NFS等文件传输协议,在提供文件共享服务的同时,节省了大量的服务器硬件设备投入。
● 针对响应速度要求一般且压力不大的系统如门户网站、电子邮件、OA等业务系统,可以通过采用虚拟化的技术将这些业务系统进行服务器虚拟化,在确保主机访问性能的同时,最大限度地节省成本。
根据上述医疗机构业务系统的应用特点和最佳系统部署方式,采用SAN+NAS的统一存储架构。针对医疗机构复杂的应用系统环境,采用统一存储架构将有助于:最大化利用存储资源;提升业务系统效率;简化系统维护;降低系统宕机风险;优化IT流程,提升医疗效率。
医疗机构信息系统中,不同的分类数据对存储系统的要求也不同。根据不同应用数据的重要程度及性能要求,将不同应用系统的数据分别存储在不同类型的存储介质上,有助于提升系统整体性能,降低TCO(Total Cost of Ownership)。
需要将HIS、EHR、LIS、CIS、RIS等系统的数据库存储在企业级固态SSD上,以最大限度提高数据库的访问速度。满足核心业务系统数据库对存储能够在最短时间内完成尽可能多的数据库查询操作以及对数据访问性能高的要求。
PACS等系统具有存储数据量大、并发访问量不高、同时读取文件数量多且容量巨大、要求高吞吐等特点,需将这类系统中的数据存储在磁盘上,并可根据数据的读写频率差异,动态自适应地选择将数据存储在SAS磁盘或NLSAS磁盘上,达到更优的性价比。
门户网站、办公、电子邮件等业务应用系统对存储系统I/O性能的要求相对较低,可将这类系统的数据库及网站办公文件存储在SAS磁盘上和NL_SAS磁盘上。
根据应用数据的不同重要程度及性能要求,将其分别存储在以企业固态SSD+SAS磁盘+NL_SAS磁盘组成的存储资源池中,有助于提升系统整体效率,降低总体成本。