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分布式 道熵分布式存儲實現(xiàn)了無人值守的自動化運維，具有自動化報警、自動化故障診斷和極強的自我修復能力。支持平滑的在線擴容能力，使隨需擴容成為可能。
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前言
道熵分布式存儲是業(yè)界率先實現(xiàn)無人值守自動化運維與數(shù)據(jù)自修復的分布式存儲，采用雙重RAID數(shù)據(jù)保護機制，具備高容錯的Fail-in-Place特性，是PACS醫(yī)療影像存儲的更優(yōu)選擇。
一、醫(yī)療PACS影像存儲現(xiàn)狀
醫(yī)院存儲的數(shù)據(jù)80%-85%來自于影像數(shù)據(jù)，隨著醫(yī)療影像設備的激增、拍片設備單次拍片量的增加，以及拍片設備分辨率的不斷提高，醫(yī)院的醫(yī)療PACS數(shù)據(jù)量預計每年增長15%，五年翻一番，并呈加速增長的態(tài)勢。PACS系統(tǒng)所收集的B超、X射線、CT、核磁等影像數(shù)據(jù)飆升，三甲綜合性醫(yī)院或胸科、肺科、骨科等三甲?？漆t(yī)院，一年的新增拍片量在50TB ~ 60TB。并且，根據(jù)國家電子病歷保存相關規(guī)定，醫(yī)療機構保管保存醫(yī)療影像數(shù)據(jù)時間要求不少于15年。無論是從業(yè)務發(fā)展還是合規(guī)要求方面，醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的存儲都對存儲系統(tǒng)提出了更高需求。
目前醫(yī)院的醫(yī)療PACS數(shù)據(jù)普遍采用傳統(tǒng)陣列存儲FC SAN或NAS，并采用在線、近線、離線的三級存儲架構。這種PACS存儲架構普遍面臨以下問題：
1、性能/容量擴展困難
PACS影像的典型特征是大部分文件都是小文件，其中MR文件平均大小為60KB左右;CT文件平均大小為300KB左右,也是小文件。長期以來，小文件存儲都是存儲系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)：小文件讀寫性能低，且當存儲的文件數(shù)量增多時性能會不斷下降。
目前在線存儲使用傳統(tǒng)陣列存儲系統(tǒng)時，PACS圖像調閱的速度最快僅為每秒80幅左右。典型的MR檢查，平均每次檢查產(chǎn)生約3000~5000張小圖片，調閱圖片需要數(shù)十秒以上;在大型醫(yī)院的業(yè)務高峰期，數(shù)百位門診、臨床醫(yī)生同時閱片時，對存儲系統(tǒng)產(chǎn)生高并發(fā)訪問，閱片等待時間更長。
2、系統(tǒng)架構復雜、數(shù)據(jù)訪問不便
三級存儲架構下，PACS影像數(shù)據(jù)分散保存在三套不同的存儲系統(tǒng)中。這會導致以下問題：
在患者進行復查時，醫(yī)生需要調閱半年前或一年前的檢查影像，這些影像位于近線存儲中，需要將這些影像先遷移到在線存儲中再調閱，操作繁瑣，難以讓醫(yī)生立即調閱。
三級架構導致的數(shù)據(jù)隔離，難以將積累的大量PACS數(shù)據(jù)用于如AI輔助診療、影像數(shù)據(jù)分析與影像智能診斷等科研活動，使數(shù)據(jù)價值難以充分發(fā)揮。
不同存儲系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)遷移工作繁重。
3、總體擁有成本較高
傳統(tǒng)中高端磁盤陣列存儲設備的購置成本較高，尤其是后期擴容成本難以控制。此外，分級存儲帶來的數(shù)據(jù)遷移工作量巨大，三套存儲的運維也增加了醫(yī)院信息中心的運維成本。
二、道熵分布式存儲在醫(yī)療PACS上的應用優(yōu)勢
道熵分布式存儲是一種具有Fail-in-Place高容錯特性的陣列式分布式存儲，每個存儲節(jié)點是一個RAID陣列，通過分布式技術將多個RAID陣列融合為一個統(tǒng)一的存儲平臺，同時具備磁盤陣列高性能、高穩(wěn)定性與分布式存儲的高擴展性、易管理的特點。
道熵分布式存儲相對于傳統(tǒng)陣列存儲,在大規(guī)模在線擴展、百億級小文件管理、高性能數(shù)據(jù)吞吐、敏捷化運維管理、TCO成本優(yōu)化等方面具有明顯的技術優(yōu)勢，可以有效解決目前醫(yī)療PACS在存儲上遇到的性能瓶頸、數(shù)據(jù)孤島、運維困難、成本較高等問題，成為醫(yī)療機構存儲架構的更優(yōu)選擇。
數(shù)據(jù)安全性
道熵分布式存儲采用雙重RAID架構，同時具備節(jié)點內(nèi)RAID保護和節(jié)點間副本雙重保護機制。而無論是傳統(tǒng)磁盤陣列還是三副本分布式存儲，都只有單層數(shù)據(jù)保護，因此數(shù)據(jù)安全性比同類產(chǎn)品高出一個數(shù)據(jù)級。
存儲硬件錯誤類型非常多，包括磁盤壞道、Firmware bug、靜默錯誤導致數(shù)據(jù)損壞無法及時發(fā)現(xiàn)、電壓不穩(wěn)定導致數(shù)據(jù)未寫入但返回成功、SSD長時間下線導致數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡傳輸錯誤導致數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡后產(chǎn)生bits反轉等。
道熵分布式存儲通過對每個數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生一個256位校驗碼，作為數(shù)據(jù)塊的元數(shù)據(jù)分開保存，并在數(shù)據(jù)讀出時進行校驗，并利用RAID功能對數(shù)據(jù)進行自修復。雙重RAID機制結合數(shù)據(jù)自修復功能，可確保醫(yī)療影像數(shù)據(jù)最少保存15年而不損壞。
性能提升
道熵分布式存儲對PACS應用場景進行了針對性優(yōu)化：PACS影像文件的大小集中在32KB或以上，因此道熵在存儲底層采用32KB塊大小來匹配工作流，每個小文件的讀寫只需消耗1到2次讀寫操作，使得其性能顯著高于傳統(tǒng)存儲和同類分布式存儲。
PACS影像數(shù)據(jù)具有典型的雙模工作流特征，即數(shù)據(jù)在剛產(chǎn)生時的一段時間內(nèi)屬于熱數(shù)據(jù)，要求迅速讀取，而當熱數(shù)據(jù)冷卻后雖然極少訪問卻需要長期保存。道熵分布式存儲采用高速度的固態(tài)硬盤(SSD)來保存熱數(shù)據(jù)，采用大容量的機械硬盤(HDD)來保存冷數(shù)據(jù)，并通過智能緩存算法，自動識別并管理熱數(shù)據(jù)。每個存儲節(jié)點可在線增加SSD緩沖容量，以提升性能。
統(tǒng)一存儲平臺
道熵分布式存儲可同時提供塊存儲、對象存儲、POSIX文件系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)分析存儲等，并實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)存儲的統(tǒng)一管理。支持FC、iSCSI、NFS、Samba、FTP、SFTP、S3、HDFS、Openstack Cinder/Nova/Glance、VMware VAAI等多種存儲協(xié)議，除了支持PACS醫(yī)療影像系統(tǒng)，還可支撐醫(yī)院信息系統(tǒng)HIS、實驗室信息系統(tǒng)LIS、電子病歷EMR、臨床信息系統(tǒng)CIS等醫(yī)院多種業(yè)務系統(tǒng)。
按需擴容，持續(xù)演進
道熵分布式存儲采用分布式元數(shù)據(jù)管理，使擴容變得極為簡單：只需要通過加入新的硬盤或者服務器即可實現(xiàn)擴容，支持設備內(nèi)增加任意數(shù)量的硬盤，性能隨存儲節(jié)點數(shù)線性提升，數(shù)據(jù)的遷移通過集群內(nèi)部高效率的完成，用最少的操作步驟將業(yè)務影響程度降到了最低。
使用道熵分布式存儲后，原來在線、近線、離線三層架構簡化為一套存儲，所有PACS影像都可在線調閱，并且調閱性能無差異，消除了PACS數(shù)據(jù)孤島，有效支撐影像大數(shù)據(jù)分析、AI輔助診療等科研和新興業(yè)務需求。
道熵分布式存儲支持持續(xù)性硬件生命周期管理，可在線更換老舊磁盤、老舊服務器等硬件，而不影響業(yè)務連續(xù)性。新增的服務器品牌、種類可以不同，支持異構擴展。存儲硬件的升級換代，只需要通過將新節(jié)點上線、舊節(jié)點下線、數(shù)據(jù)自動遷移就能實現(xiàn)，無需人工數(shù)據(jù)遷移。
運維簡化，成本節(jié)省
道熵分布式存儲實現(xiàn)了無人值守的自動化運維，具有自動化報警、自動化故障診斷和極強的自我修復能力。支持平滑的在線擴容能力，使隨需擴容成為可能。
由于PACS影像數(shù)據(jù)量在快速增長，同時PACS影像按合規(guī)要求保存的時間更長，PACS影像數(shù)據(jù)的存儲成本問題逐漸顯現(xiàn)出來。采用性能和擴展性更高，TCO成本更經(jīng)濟的分布式存儲將成為越來越多醫(yī)聯(lián)體或大型醫(yī)療機構的考慮方案。
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