医院信息化存储现状分析及新技术应用

祖东生

1医院存储需求

随着医院信息化的不断深入，以电子病历为核心的数据共享、数据挖掘成为医院信息化的显著特征，而如何保障电子病历数据的安全，如何支撑迅速增长的医疗数据的可靠存储与高性能利用，成为医院信息化存储技术的重点。

但目前医院经常使用的磁带备份技术、光纤通道存储技术在数据的安全性、存储系统容量和性能的可扩展性方面还存在数据恢复速度慢、可靠性低、存储价格高等问题，本文将针对以上问题，探讨存储新技术在医院的应用情况。

2目前医院存储系统现状

2．1服务器多数为Windows操作系统做双机，少数大型医院采用UNIX平台的小型机。

2．2数据库多数为SQL Server和Oracle。

2．3存储系统多数为FC SAN和少量DAS产品。

3医院应用系统特点

3．1 I／O密集型数据库应用。以三级甲等医院为例，每日门诊人数为2000人次～3000人次，上午至中午为高峰期。

3．2系统要求快速响应。病人与窗口操作人员、医生、护士等都是面对面地交流，系统响应时间直接影响病人的情绪和医务人员的工作效率。

3．3业务连续性要求极高，挂号、取药、收款等任何窗口的系统停机都会带来严重的后果。

3．4医院门诊、住院系统的收费数据量虽然不是很大，但数据的安全性要求非常高，一旦丢失将给医院带来直接经济损失。

3．5对于LIS、PACS等检查系统产生的大尺寸图像数据，数据的可扩展存储、安全存储、快速存储是医院存储系统面临的最大难题。

4目前门诊系统普遍存在的问题

4．1系统响应时间。以三级甲等医院为例，在高峰时段存储系统所承受的压力计算如下：上午3个小时门诊人数为2500人，平均每分钟为15人，鉴于医院门诊数据库表数量多，关联复杂，假定每个病人产生100次I／O，那么门诊系统单独产生的I／O请求为每分钟1500次，即使加上其他系统，I／O请求数也不超过每分钟3000次。对于主流的FC或者SCSI磁盘阵列来说，这样的压力在正常情况下是完全可以满足的，但是我们看一下目前中端磁盘阵列的体系结构，如图1。

如图所示，这种体系结构的弊端在于整个存储系统只有两个控制器，任何一个控制器的失效都会降低系统整体性能的50％，如果再考虑到Cache等的影响，实际性能会有更严重的影响。存储系统是整个IT系统的基石，当它的性能出现严重下降时，即使应用的服务器配置再高也无济于事。它会直接使整个应用系统性能的严重下降，使操作响应时间延长，使窗口排起长队，造成患者抱怨，日接待患者数量减少，医院效益和名誉都受到损害。而潜在的问题是此时系统处于临界状态，在更换新的备件之前(2天～3天)整个系统一直处于以上状态，随着时间的推移，造成的影响程度将呈几何级增长。

4．2业务连续性。目前多数医院在应用服务器和网络连接设备上都实现了高可用，但存储系统作为IT系统的基石却并没有得到足够重视，磁盘阵列内部的RAID技术和部件级的冗余设计并不能保证存储系统级别的高可用，这也是很多系统管理员的认识误区。抛开地震、洪水等自然因素，医院的存储系统仍然面临着火灾、停电等威胁，虽然RAID5技术和双控制器设计允许单块硬盘和单个控制器出错，但不能保证在人们发现问题(可能几天)直到解决问题(可能需要更长时间)之前，没有其他硬盘或者控制器再出问题。一旦存储系统宕机其后果将非常严重，如整个应用系统停止运行，一切工作都无法正常进行。再如数据受到损坏，后果无法想象等。

4．3数据安全性问题。数据安全性主要分两种情况来讨论：一是物理安全性。当存储系统出现硬件故障时，可能会导致数据全部丢失或者部分丢失，对于数据库应用来说，部分数据丢失可能导致应用无法正常运行。目前多数医院采用磁带备份的方式来保护数据，但是磁带介质受环境因素影响较大，当真正需要多盘磁带来恢复数据时，往往会出现某一盘磁带出故障而导致数据无法完全恢复，而且每次进行完磁带备份后，管理员并不知道刚刚备份的数据是否真的可用，如果每次备份都要进行校验，无疑会加重管理员的工作负担。

除了磁带备份存在安全问题外，目前很多医院近年来采购的FC硬盘或者SCSI硬盘存储系统也存在安全隐患，考虑到硬盘价格因素，大多数存储系统都会使用RAID5方式来保护数据。一般来讲，硬盘经过1年-2年的在线使用后，出现故障的几率会增大。当一块硬盘出现故障后，该RAID5中其他硬盘的负载会骤然增长，一般管理员很难做到在第一时间就能发现问题。在发现问题前(2天一3天)整个RAID数据都处于危险状态，直到新的备件更换后，任意一块硬盘再出现故障就会导致数据丢失。在这种情况下，数据几乎是不可能完全恢复的，而且主流的大容量硬盘在更换配件后Rebuild的过程也是很漫长的，在此期间，必须要保证其他硬盘不能再出问题了。

4．4逻辑安全性。当系统受病毒感染时(尤其对于Windows平台)，数据很可能会遭到破坏，另外一种可能的破坏是人为误操作导致数据丢失或受损。

医院信息系统的正常运行与病人的诊疗数据、医院的财务数据密切相关，任何数据的丢失或者破坏都会对医院造成灾难性后果。

5问题分析

5．1光纤通道存储存在单个控制器失效问题，存储系统性能严重下降(包括响应时间)的根本原因在于目前中端存储产品的体系架构，与具体品牌型号无关。

解决方法：突破传统架构束缚，将高端存储产品架构平民化，允许多个控制器同时工作，互为冗余，降低单个控制器故障带来的风险。

5．2业务连续性要求整个IT系统实现高可用，RAID技术和磁盘阵列内部的部件冗余不等于整个存储系都实现了高可用。

解决方法：在医院内部或者本地异处构建经济实用的存储容灾系统，从根本上为业务连续性提供保障。

5．3数据的安全存储涉及物理安全和逻辑安全多个方面，现有存储的安全解决方案存在恢复速度慢、可靠性低等问题。

解决方法：引入新一代虚拟带库技术解决磁带备份速度和可靠性问题，通过SATA硬盘的RAID10技术和快照技术可提高存储的物理安全性，以解决数据逻辑破坏问题。

6解决方案

6．1基于千兆以太网的医院内部数据容灾解决方案

6．1．1拓扑图

名词解释：SCM(Storage controller module)存储控制器；DE(Disk Enclosure)磁盘柜。

6.1．2拓扑图描述：如图所示，整个存储系统完全基于千兆以太网架构，主数据中心和灾备中心可根据实际条件位于医院内部异处或者异地，两个站点的数据在存储系统内部实时镜像，服务器完全不受影响。

一旦主数据中心存储系统出现异常停机，应用服务器可迅速调用灾备中心的存储系统继續工作。即使主数据中心整个系统停机，灾备中心的应用服务器也可以迅速接管应用，从而确保应用的连续性。

6．1．3方案特点分析：如图所示，该存储系统的体系架构与传统架构发生了本质变化，SCM与DE分离并结合以太网技术特点不再受控制器数量和距离的限制，多个控制器可同时工作，互相之间实现负载均衡和故障切换，例如在4个SCM配置下，单个SCM的故障只会降低系统四分之一的性能，从而保证了系统响应时间的要求。

基于以太网的容灾系统大大降低了光纤通道产品容灾系统的门槛，数据的同步操作完全在存储系统内部通过千兆网络进行，应用服务器不受任何影响，完全基于以太网架构的存储系统也能使灾难接管工作变得简单易行，使应用服务器可透明地通过以太网使用灾备中心的存储系统。

6．2存储数据安全解决方案

6．2．1引入SATA硬盘技术：目前单盘容量500G的SATA硬盘已经上市，同FC和SCSI硬盘相比，SATA硬盘无疑具备最佳的容量价格比，RAID本身就是廉价磁盘冗余阵列的缩写。采用性价比更合理的SATA硬盘，使用RAID10技术，既能提供高级别的数据保护，又能保证良好的性能(1块250G的SATA硬盘售价为1800元，8块做RAID10可用空间1TB，价格为14400元，而8块普通的146G的FC硬盘做RAID5，至少需要30000元-40000元，可用空间也是1TB)。

RAID10技术与RAID5技术相比，每一块硬盘都由另一块硬盘进行完全备份，只要不是保存数据的同一对硬盘同时出现故障，系统中即使有多块硬盘有故障，仍能可靠运行。RAID5系统中只要有一个硬盘出现故障，后续硬盘故障就不可恢复，与其相比，RAID10技术的安全性更高。

6．2．2引入快照技术：针对医院数据系统可能受病毒破坏所造成的数据损失，或者人为的数据删除、篡改等问题，新一代存储系统还支持快照功能，如每半个小时做1次快照(只需要极小的空间，2秒～3秒时间)，一旦出现系统感染病毒或者人为误操作的情况，可以通过生成的快照卷迅速(数秒钟时间)将数据恢复到半小时前的状态，从而最低限度地减少损失，最快速度地恢复系统应用。

6．2．3引入磁盘备份技术：上面提到SATA硬盘具有最佳的容量价格比，可以通过软件将SATA磁盘阵列虚拟为磁带库设备，管理员只需要将数据备份到生成的磁盘库上。这与原来的工作方式完全相同，不同的是备份速度和恢复速度大幅提高，更为重要的是磁盘在可靠性上远胜于磁带设备，而且磁盘库天然具有RAID功能，更加提高了备份数据的安全性和可靠性。引入D2D(Disk to Disk)技术后，原有的磁带设备可以用来保存过期的或者不经常被访问到的数据，实现了分级存储，即近期频繁访问的数据保存在现有的在线存储设备上，访问频率稍低的数据保存在SATA磁盘阵列上，需要归档的数据备份到磁带上，从而做到了合理分配资源。

7解决的问题

7．1系统响应时间。实际上，体系架构的变化为存储系统整体性能的可靠性提供了保障，多个控制器同时工作降低了单个控制器故障给系统带来的影响和风险，多个控制器之间实现负载均衡和故障切换，进一步优化了存储系统的性能，增强了系统的整体可靠性。

7．2业务连续性。在本方案中，整个IT系统从存储系统到网络设备和应用服务器都实现了高可用，完全基于网络架构的存储系统使得原本只有金融电信用户才考虑的整体容灾方案向医院敞开了大门。

7．3数据安全性。使用高性价比的SATA硬盘构成RAID10技术，为金融电信级别的数据提供了保护。快照技术可以保证将数据迅速恢复到出问题前的状态；D2D技术提高了数据备份和恢复的可靠性。

8带来的好处

除了上述直接解决的问题外，存储系统体系架构的变化为用户带来了很多潜在的好处。

8．1为应用系统未来的升级和扩展提供无缝支持。如医院规模的扩大，就诊人数的增多，病床数量的增加等要求应用系统提供更高的性能保证，在原有的存储产品架构下，我们只能通过购买更高级别的产品来满足性能的不足，造成重复投资和原有投资的浪费。但是现在我们只需要通过增加控制器的数量来增强整体性能，通过增加DE的数量来扩展系统容量，从而实现了随需应变，自动适应应用要求，最大限度地保护用户投资。

8．2完全基于以太网技术的存储产品在成熟度、可管理性、易维护方面都是传统存储产品无法相比的，从而减轻了管理员日常维护工作的力度，使其释放更多的能量去关注应用系统的优化，为广大患者提供更优质的医疗服务。

8．3其他好处，如为数据提供了最高级别的物理保护；为在线应用提供了最迅速的数据恢复手段；缩短了每天数据备份的时间，减轻系统管理员工作压力，可以将更多精力投入到应用优化中；为未来的法规遵从做好准备等。

9总结

存储系统是IT系统的基石，它的高效稳定运行为医院门诊系统乃至整个系统的良性运转提供了最底层的保障，而这一切的实现来自于新型架构存储系统的使用。IP的存储构建以及SATA硬盘的性价比，决定了它必将成为市场选择的主流。Neocean IXS000作为华为3COM公司推出的全新存储产品，在支持上述新技术特性的同时，其全新的体系架构和成熟的技术标准保证Neocean IXS000具备强大的线性扩展能力，可以适应从入门级到企业级的所有应用要求。是华为3Com“自适应网络存储架构”的坚实基础，主要体现在：业务自适应：随不同的业务要求，动态扩展、部署、调整存储和带宽资源；架构自适应：能够从最低端一直无缝扩展到最高端的存储产品。自动适应用户现有网络环境，向后兼容万兆网络；管理自适应：像管理用户现有网络一样管理存储，无须具备特殊知识。可视化、向导式管理界面，简便易用。

责任编辑梁纪锋