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2024年3月9日发(作者：自学编程python)
xx人民医院
PACS系统NAS存储系统改造项目规划说明
1 当前现状
1.1 医院情况简介
上海交通大学附属第六人民医院创建于1904年，是上海市卫生局直属的一所三级甲等大型综合性教学医院。核定床位1766张，实际开放床位1950张，设有33个临床科室、9个医技科室。医院也是上海交通大学医学院市六临床医学院、上海市糖尿病临床医学中心、上海市创伤骨科临床医学中心、上海市四肢显微外科研究所、上海市超声医学培训中心和中国上海国际四肢显微外科训练中心所在地。
长期以来，六院在医院信息系统安全建设方面非常重视，根据新门诊大楼的起用时对医院的整体网络架构做了重新的规划和部署，形成了如下的网络核心架构。
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如上图，医院目前的的网络划分为3个大的数据中心，每个数据中心的网络系统全部采用双冗余的方式连接，所以网络链路的故障范围是可以控制在小概率事件的，这为六院的各类关键业务系统提供持续、可靠地提供服务起到非常重要的作用。
随着近几年，特别是医院新门诊楼启用后，医院的各项业务增加非常迅猛，虽然期间对部分设备做了小范围的添置和更换，但核心的数据库服务器存储，PACS系统的影像存储等主要设备一直沿用老的设备系统，本部分核心设备运行平台都是5年前采购实施的。图像存储设备的可用空间已经非常有限，且设备都已经超过保质期，性能也在下降，更由于设备厂家产品的升级换代，今后这些设备维修不管是服务响应的及时性，备品备件的供应情况都得不到及时响应，对系统的安全运行造成重大隐患。医院迫切需要对医院PACS系统的整体硬件运行平台系统进行升级改造。
1.2 当前的PACS系统应用及环境描述
医院目前的PACS系统应用主要由PACS数据库服务器、EA服务器、WEB服务器、归档服务器、HDS HUS110数据库镜像存储、圣桥NAS在线存储、圣桥NAS应急存储和HDS HCP500归档存储所组成。整体结构如1.3小节拓扑图所示。
PACS系统数据来源的主要设备及数据的产生量情况如下：
• CT检查量：
128排CT 每次检查实际产生约56MB影像；
64排CT每次检查实际产生约44MB影像；
• MRI检查量：每次检查实际产生约50MB影像；
• DR检查量：每次检查实际产生约7MB影像；
合计每天影像量约：85GB，每月影像量约：2.5TB，每年影像量可达：30TB
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1.3 当前的系统架构拓扑图
1.4 主要问题
当前的圣桥NAS在线存储设备存在的主要问题有：
1. 医院PACS系统的业务量，数据量增长非常快，现有的圣桥NAS在线存储设备的性能和容量均不能满足医院当前及未来3-5年PACS应用数据存储所需；
2. 当前的圣桥NAS在线存储设备是5年前采购的设备，已经超过正常保修期，其元器件也都进入故障易发阶段，而且该设备档次也相对比较低端；
3. 当前的圣桥NAS在线存储设备还是单控制器的设备，而且连接内部的磁盘柜也是采用了单通道的SAS线缆，存在很多的单点故障，因此出现宕机几率相对较高，而且一旦发生故障，可能会造成数据的丢失；
4. 因为是5年前的设备，所以当前的圣桥NAS在线存储设备不能提供万兆的接口，其自身的网络接口最大仅有4个千兆接口而已，不能适应万兆网络的使用环境；
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5. 该设备的功能也很单一，只是提供简单的网络数据读写功能，不具备全局命名空间、虚拟NAS服务器、空间精简配置、智能分层、多节点集群、重复数据删除等等，无法满足提供更多更先进的网络数据存储和保护技术来支持医院未来的业务发展。
2 方案总体框架设计
2.1 方案拓扑图
2.2 方案说明
此次医院的新系统规划建设的目标是将PACS系统的在线NAS存储做更新升级，升级后的NAS系统能够满足医院目前和以后业务需要。
如上图所示，本方案建议配置一套双节点的HDS HNAS4060高性能NAS网关设备， HNAS存储平台通过采用专利技术的双通道体系结构，提供了内存、CPU、总线独享，保证了多任务4
并行处理能力，并且此体系结构打破了过去计算机体系结构中侧重于计算的能力的设计，新的双通道体系结构偏重数据的移动，更加适合于像NAS这样的网络文件数据处理应用，使性能和稳定性都有了成倍的提升，非常适合医疗行业的文件共享服务业务和专业的非结构化数据存储设备使用。
在HNAS4060的后端可以支持同时连接多种类型的存储设备，用户可以根据自己的分级存储策略进行灵活的配置，以满足对应用系统对存储资源的需要，最优化的满足性能、扩展能力等的需要。
后端所连接的存储设备可以组成虚拟化存储池使用。文件系统建立在存储池中，可以共享所有的虚拟存储池空间，并且可以根据需要随时扩展存储池和文件系统大小。在存储池中可以划分虚拟卷，虚拟卷是一个HNAS系统提供的逻辑卷，用于为文件服务提供所需的空间，虚拟卷可以看作是一个物理卷。因此，虚拟卷能够实现逻辑名关联、卸载和共享、基于用户或组的空间配额管理、告警和事件生成、最大文件数量/文件系统、动态扩展/收缩、复制、迁移、备份以及监控磁盘空间使用等功能。
HNAS提供了虚拟文件系统的功能，把虚拟存储池提供的多个文件系统进行虚拟化，成为一个虚拟的文件系统，并且此文件系统通过集群空间命名服务（CNS）对文件系统进行统一的命名。通过这一特性极大减少了需要管理的Mount点数量，简化了最终用户看到的文件系统复杂度，让系统管理员能够在一个文件系统内管理多个文件系统。
在产品性能方面，如下图所示，HNAS4060可以提供每节点最大1000MB/s的吞吐量，双节点随机处理能力合计可以接近15万IOPS。
在后端存储及容量需求方面，推荐配置一台HDS高性能的中端存储HUS130，该设备采用业内最先进的对称双活控制器结构，后端采用主流的SAS磁盘接口技术，16路的并发磁盘传5
输通道，可以大幅提升存储系统的对于连续大数据流的处理能力，32GB的数据缓存和7GB的控制指令缓存可以分别完成RAID运算数据交换和数据流控制，控制器独一无二的自动负载均衡功能可以在高负载的情况下充分发挥双控制器强大的组合运算能力，同时也大大降低了配置规划和管理维护的复杂度。
磁盘配置推荐采用RAID5，每组RAID5采用10块1200GB 10K SAS磁盘，每组可用容量约9.435TB，7组合计总容量为66TB，满足容量要求。
另外预留2块为全局热备援磁盘。总计磁盘数为72块。
采用HNAS4060作为在线NAS存储系统后，当前的圣桥NAS在线存储则利旧降级为应急存储所使用，而现有的圣桥NAS应急存储则可以给其它业务系统做利旧使用。
2.3 方案配置表
设备名称
HDS HUS130存储设备
数量
1台
具体配置说明
双活控制器，带自动负载均衡功能
32GB数据缓存和7GB控制缓存
8个8Gb FC前端主机接口
72块1200GB 10K SAS磁盘
BOSE基础软件包（含性能监控功能）
3年7*24小时标准维保服务
HDS HNAS4060高性能NAS网关设备
1套 双NAS控制器集群节点
92GB缓存
8个万兆IP端口
Entry软件许可绑定包
70TB容量使用许可
3年7*24小时标准维保服务
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3 升级后的改善
3.1 升级前后性能对比
对比项
当前设备
NAS操作系统
NAS控制器
NAS缓存容量
专业RAID控制器
设备最大吞吐性能
磁盘柜SAS链路
IP网络接口
当前可用容量
设备可扩展容量
全局命名空间功能
虚拟NAS服务器功能
重复数据删除功能
空间精简配置功能
智能分层存储功能
升级前
圣桥NAS系统
采用基于Windows的操作系统
单控制器
8GB NAS缓存
没有独立的RAID处理控制器
吞吐量低于300MB/s
磁盘柜连接采用单路的SAS链路
最大4条1Gb的IP链路
14TB
无法扩展
不支持
不支持
不支持
不支持
不支持
升级后
HNAS4060高性能NAS系统
专用NAS系统
冗余双活控制器
92GB NAS缓存
具有单独的RAID处理控制器
双节点可达2000MB/s吞吐量
磁盘柜连接采用冗余的双SAS链路
最大8条10Gb的IP链路
66TB
8PB
提供
提供
提供
提供
提供
3.2 升级完后对于应用情况的展望
升级完成后，对于医院的PACS应用系统具有很大的效率提升，主要如下：
1. 新的在线NAS系统采用万兆网络接口，大大增强的影像数据的传输带宽；
2. 新的在线NAS系统具有很高的吞吐处理性能，可以加快影像文件的读写效率；
3. 新的在线NAS系统配置有66TB的可用空间，且具有重复数据删除功能，可以保障2-3年的数据存储，且具有很强的扩展能力，可以在线扩展存储空间；
4.
新的在线NAS系统采取全冗余的架构，无论在NAS控制器层、RAID处理控制器层、磁盘链路方面，均实现双活冗余，提供更可靠的数据存储保障。
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