PACS存储规划

PACS存储

§1 PACS的存储概况

PACS的数据中，病人信息和报告等字符信息保存在数据库服务器，图像数据采用文件的形式，保存在PACS服务器中。

医学影像文件的数据量通常很大,存储与管理影像为PACS系统的一个重要功能。PACS存储设计的目的就是用适合的投资，获得最大的存储容量和稳定的数据传输率。为了增大存储容量，同时减少对存储设备的投资，将PACS系统的数据按照其使用的频率进行分类，划分为使用频率高的在线数据和使用频率较低的近线数据，分别采用不同的存储介质，在现实的操作中，影像资料使用频率的高低，主要是跟影像的成像时间有关系。

对于时间在3个月以内的数据，医生调阅的机会极高，每天医生需要根据当天生成的影像进行诊断，或者调阅病人的历史诊断进行复诊，或者调阅病人几天内的影像进行会诊等。这类数据属于使用频率高的数据。对于数据生成时间在3个月以后的数据，他们被调用的频率大大降低，一般在病人复诊的时候，或者医生做教学或研究的时候才会调用这类数据，这类数据属于使用频率低的数据。

在线数据的数据量，可以根据投资的要求进行设定，从几百个G到几个T 都可以，近线数据的数据量，则是需要T级别的，而且随着时间的推移，医院的影像数据量是逐日递增的，为了确保所有生成的影像资料得到很好的保存，近线的数据量应该也是可以无限扩充的。

为了保证医院数据的安全性，还需要对数据进行离线的备份，特别是在选用近线存储设备时，为了节省投资，而降低了近线存储设备的速度和安全性的情况下，更需要作近线的备份，以确保数据的安全。如果医院对于数据安全等级要求很高，可以考虑使用异地备份，定期将本地的数据传送到异地，作为本地数据的一个容灾性备份。

为PACS的存储分出包括“在线存储、近线存储、离线备份、异地备份”等这么多的概念，主要是为了硬件投资的方便。因为不同层次的存储，对硬件设备的要求不一样，在设计存储方案时，按照不同存储层次的硬件需求进行硬件选购，

将可以大大节省存储设备的投资，而且同样可以获得较高的存储容量、存储效率和安全性。

§2 在线数据的保存

在线数存储设备最重要的要求就是速度和安全性。但是实际上对于速度和安全性的要求是一个相对的概念，不同医院，对于这些指标会有不同的解释，因此对于在线数据的存储，其性能指标就是医院本身对于PACS系统存储的期望值。硬件设备的性能和价格是同比增长的，在线存储设备是医院对于PACS感知最明显的部分，由于医生大部分的工作都是在调用这些在线设备里面保存的数据，因此在线存储设备的速度，基本就代表了PACS的速度。

对于在线存储的数据，因为用户的访问频率比较高，要求是存取速度快。为了实现在线存储，可以选用以下的一些存储硬件。包括：FC 磁盘阵列，SCSI 磁盘阵列，IDE 磁盘阵列等。

采用PACS服务器直接连接的FC（Fiber Channel光纤通道）磁盘阵列。光纤通道磁盘阵列可以提供非常数据访问速度，但是需要使用光纤通道硬盘，价格相对较高。

采用PACS服务器直接连接的SCSI磁盘阵列。SCSI磁盘阵列是比较传统的磁盘阵列，在服务器上使用很广泛，技术很成熟，SCSI硬盘的价格也比较适中。

采用PACS服务器直接连接的IDE磁盘阵列。IDE磁盘阵列是近期出现的技术，随着IDE硬盘的速度越来越快，IDE磁盘阵列在低端服务器上，有取代SCSI 磁盘阵列的趋势，而且IDE硬盘本身也便宜，IDE磁盘阵列的应用前景很好，但是IDE硬盘的安全性和速度还是比不上SCSI硬盘。

采用磁盘阵列时，根据影像数据单个数据量大，传输不如事务系统频繁的特点，适合使用RAID 5的磁盘阵列，该磁盘阵列的磁盘利用率为: T*(n-1)/n，其中T为总的存储容量，n为磁盘阵列中磁盘的个数。

§3 近线数据的保存

对于近线存储的数据，用户对于数据的访问频率相对下降，但是要求存储的

容量很大，而且需要可以随着时间的延长而扩充。根据此特点，同时分流服务器数据流量的瓶颈，可以使用存储局域网来实现近线数据的存储。构成存储局域网的方式可以有几种：一是直接使用NAS设备，二是PC服务器+磁盘阵列，三是PC服务器＋磁带库。NAS设备价格较贵，性能较好。磁带库的容量很大，但是磁带的定位时间比较长，而且磁带库本身的投资也很大。PC服务器+磁盘阵列的优点是配置比较灵活，从中高低档都有，可以根据实际应用的需要来配置。

使用PC服务器＋磁盘阵列来搭建存储局域网中的存储点，可以有多种配置方式，可以用PC服务器加SCSI磁盘阵列，或是使用较便宜的PC服务器加IDE 磁盘阵列，也可以使用淘汰下来的PC服务器加FC磁盘阵列。

使用存储局域网的方式，在第一次投资时，只需购买一个存储点，当存储空间不够时，再增加一个存储点，以后每次只在存储空间不足之前，才增加存储局域网中的存储点。采用存储局域网，可以减少第一次投资的压力，而且等到当前的存储容量满后，硬件的价格也会下降，此时可以用更少的价钱购买到容量更大，性能更好的存储设备，保护了用户的投资。

下图为IDE磁盘阵列组成的存储局域网：

采用存储局域网的形式，每一个存储点直接挂到网络上，只要在数据库中记录每一个存储点的信息，就可以直接使用该存储点，从而实现了近线存储设备的无限扩充。

§4 离线备份数据的保存

对于医院的图象数据，除了考虑在线、近线的存储外，还需要考虑对影像资料做备份，因为影像资料的数据总量太大了，如果使用在线备份，成本特别高。为此，可以考虑做离线备份，使用磁带或DVD来做离线的备份，成本较低，而且数据的安全性也提高了。

使用磁带或DVD进行离线存储，对于用户需要重新调用的历史数据，需要人工寻找磁带或DVD盘，将相应的磁带或DVD盘放入驱动器进行读取和数据恢复。对于使用了存储局域网的情况，实际上存储局域网里的数据是可以无限扩充的，如果存储局域网内数据不被破坏，是没有必要去调用离弦存储设备里的数据的。

§5 ZLPACS对存储的支持

在ZLPACS系统中，图像保存成文件，放在FTP服务器里；图像文件名和位置的索引以及病人统计学信息保存在数据库。

检索图像时，就直接在数据库中进行查询，根据查询结果，得到图像所在的位置和文件名，然后通过FTP服务调用图像。

ZLPACS软件在设计的时候，充分考虑了对存储局域网的支持，对于存储局域网中的设备划分，最小可以支持到每一个FTP目录。ZLPACS为了保证病人资料的完整性，对于病人的每一次检查，都自动强制保存到同一个FTP目录中。

在ZLPACS系统内部，只考虑每一个FTP目录。因此不论使用了在线存储设备，近线存储设备还是离线备份，不论是FC磁盘阵列，SCSI磁盘阵列还是IDE磁盘阵列或者不使用磁盘阵列，不论存储局域网中有几台PC服务器，只要其中的硬盘被设置成FTP目录，ZLPACS系统将对这些设备做统一看待，只考虑分配给ZLPACS系统的每一个FTP目录。因此在ZLPACS系统中，每一个病人的检查信息中将记录该对应的检查图像文件被保存到了哪个FTP目录中，然后被转移备份到哪个FTP目录中了。只要相应的FTP目录挂在存储局域网中，病人的图像信息就可以调阅出来。

在ZLPACS系统中，不论是选择了SAN还是FC磁盘阵列、SCSI磁盘阵列、IDE磁盘阵列作为存储设备，只要在与其相连的服务器中建立FTP服务，就可以使用庞大的存储介质了。

§6 存储设备术语解释

RAID――（Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列）最初是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，同时希望磁盘失效时

不会使对数据的访问受损失，而开发出来的具有一定水平的数据保护技术。RAID就是一种由多块磁盘构成的冗余阵列，在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，可以提升硬盘速度，增大容量,提供容错功能够确保数据安全性，易于管理的优点，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。

●RAID1――称为磁盘镜像：把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，在

不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上，具有很高的数据冗余能力，但磁盘利用率为50%，故成本最高，多用在保存关键性的重要数据的场合。

●RAID5――把校验块分散到所有的数据盘中。RAID 5使用了一种特

殊的算法，可以计算出任何一个带区校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡，从而消除了产生瓶颈的可能。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。

●SAN――(Storage Area Network) 是区域存储网，是指通过支持SAN协

议的光纤通道交换机，将主机和存储系统联系起来，组成一个"网络"。

服务器在访问他的存储系统的时候，不再像以前那样通过以太网(LAN)去访问存储设备，也不是通过直接连接在服务器上的外置存储系统来访问存储设备，而是好像LAN里一样，通过一个交换机(光纤通道交换机)来访问on-line storage,或者offline-storage，而且访问这些存储设备都是基于逻辑单元号(LUN)的，也就是说，都是透过文件系统，直接对卷集进行操作的，比如直接访问RAID卷集。在传统的存储系统中，存储系统不是通过SCSI通道就是通过FC直接连接服务器，在SAN里面将这种Channel的技术看作了类似LAN中的Network的概念，将每个存储设备和服务器都看作一个特地构造的"网络"中的节点，但是很显然这个网是有别于局域网的，因为它是基于Logical Unit并且不跑TCP/IP。

SAN就是我们为了扩展以往的存储模式，构造出的一个以FC交换机为骨干的存储网络。

●NAS――（Network Attached Storage）网络附加存储，是基于文件系统

的，NAS是连接在局域网里面的一个存储服务器，其中的数据是不排外

的，同一个逻辑区域可以被多个服务器读取和修改。NAS是和群集无关

的，NAS设备有自己的操作系统，而且价格比较低廉，走的是局域网内

的TCP/IP协议，NAS主要作为散布在局域网中的各个分开的存储系

统，NAS的性能/价格比较好，适合中小企业的中央存储。

§7 几种参考存储方案

§7.1 方案一：标准的在线近线二级存储方案

将存储设备分成在线和近线两级：

●在线设备：主服务器上使用FC 磁盘阵列作为在线存储，提供强大的I/O，

存储3个月左右的数据。

●近线设备：用PC服务器＋SCSI磁盘阵列作为近线存储，组成存储局域

网中的一个存储点，存储局域网可以无限扩充、分次投资，并且可以获

得较好的速度和安全性，每个存储点可以保存一年以上的数据。近线设

备中保存3个月以后的数据。

离线备份：使用大容量的磁带或DVD作离线备份。

特点：

1、保证了数据的全部在线，且数据的在线量可以较低的投资进行扩展。

2、符合统计出的访问几率，最大程度地节省投资。

3、性能良好，NAS或PC服务器＋SCSI磁盘阵列，附加于网络，可以从终

端直接访问，避免主服务器的性能瓶颈。

4、价格合理，前期存储部分投资不大，存储部分可以逐年分步投资。

方案一的变体：

1、为了节省投资，在线设备部分，可以使用SCSI磁盘阵列代替FC磁盘阵

列，或者直接使用IDE磁盘阵列作为在线设备。在节省投资的同时，和

FC磁盘阵列相比，就需要忍受速度和安全性的降低。

2、在近线设备部分，为了节省投资，可以使用IDE磁盘阵列代替SCSI磁

盘阵列，由于近线设备主要用于图像文件的读取，也可以适当选用性能

较低的PC服务器。

3、需要注意的一点就是，保持近线设备的容量大于在线设备，近线设备速

度慢于在线设备，近线设备性能低于在线设备，这样可以比较好的保护

用户的投资。

§7.2 方案二：经济的方案

不从硬件上区分在线设备和近线设备，直接使用廉价的PC服务器＋IDE磁盘阵列作为存储局域网中的存储点，组成存储局域网，只要实现存储局域网中存储点的无限扩充，就可以实现无限存储。

使用大容量的磁带或DVD作离线备份。

特点：

1、价格便宜。

2、保证了数据的全部在线，且数据的在线量可以较低价格进行扩充。

3、价格便宜，前期存储部分投资不大，对存储设备进行扩展的投资也不大。

4、容量很大，投资少，但是性能较低，速度和安全性都不高，适合对PACS

性能要求不高，不想投资太多的中小型医院。

§7.3 方案三：SAN+NAS

在线存储设备使用SAN结构，近线存储设备使用NAS结构。SAN中可以保存3个月左右的数据，三个月后的数据全部转移到NAS中，NAS中可以保存一年以上的数据，当NAS中的数据满后，可以再增加NAS设备。

使用SAN可以获得非常高的性能，NAS设备由于其本身就是服务器加磁盘阵列的结构，性能也很好，因此整个PACS网络的存储性能非常好。但是由于

SAN和NAS都比较昂贵，因此采用这种方式搭建的存储结构投资很大，适合对PACS系统整体性能非常高，愿意对PACS系统投入较多的大型医院使用。

注意事项：从技术角度上来讲，搭建PACS存储系统，不推荐一下子就设计3年以上的存储量，因为存储设备硬件的价格在逐年下降，性能在逐年提高，一次性的在存储设备投资过多只能够造成资源浪费和后期使用的尴尬，因此PACS 存储设备的投资应该量体裁衣，适可而止。

§7.4 方案四：扩充磁盘阵列

第一次投资，不考虑近线存储设备，只考虑在线存储和近线存储相结合，为了获得更高的效率和更大的容量，可以考虑使用1T以上容量的SCSI磁盘阵列（暂命名为A1）作为存储设备，这样子可以保存医院一年左右的数据。

一年以后，随着存储设备越来越便宜，使用跟A1相同的投资，可以买到容量更大，速度更快的存储设备A2，此时将A2作为在线存储设备，A1降级为近线存储设备。

第二年，随着存储设备越来越便宜，使用跟A1相同或更少的投资，可以买到容量、速度和安全性更优的存储设备A3，此时再将A3作为在线存储设备，A2也降级成为近线存储设备。

如此循环，则第一次投资的数量不是很大，每年的投入也不多，但是却非常有效地保证了PACS存储设备的逐年升级和扩容。

离线存储设备可以考虑使用大容量的磁带进行备份。