云計(jì)算平臺(tái)對PACS的高可用性支持

魏 明 ，羅 希

（1.解放軍第一七四醫(yī)院 福建 廈門 361003；2.解放軍第九十四醫(yī)院 江西 南昌 330002）

云計(jì)算平臺(tái)是分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)[1]、虛擬化、負(fù)載均衡等多種傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有為用戶按需分配、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可伸縮擴(kuò)展、基于虛擬化技術(shù)快速部署、災(zāi)難恢復(fù)能力強(qiáng)等突出特點(diǎn)。PACS做為保障醫(yī)療業(yè)務(wù)順利開展的關(guān)鍵應(yīng)用，要求其有7*24小時(shí)的高可靠性以及意外停機(jī)后強(qiáng)大的災(zāi)難恢復(fù)能力。云計(jì)算平臺(tái)所具備的強(qiáng)大功能符合PACS高可用性的要求，相較以往，為我們提供了一種全新的解決方案。基于云計(jì)算平臺(tái)的PACS更安全、更可靠,可用性更強(qiáng)，云計(jì)算平臺(tái)將為醫(yī)療業(yè)務(wù)的順暢運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支撐。

1 醫(yī)療業(yè)務(wù)對PACS的高可用性需求

隨著人們對自身健康狀況越來越關(guān)注，對醫(yī)療服務(wù)也產(chǎn)生了更高的期許，希望能夠獲得更快速、更有效、更安全的醫(yī)療服務(wù)，這就對醫(yī)療業(yè)務(wù)的順暢運(yùn)行提出了很高的要求。具體到醫(yī)療信息業(yè)務(wù)方面，3大系統(tǒng)：HIS、PACS、LIS。患者的各種診療業(yè)務(wù)都涵蓋其中，都離不開相應(yīng)信息系統(tǒng)的支持。而PACS以其數(shù)據(jù)量最大、聯(lián)接各類型設(shè)備數(shù)量多、診療時(shí)效性要求高等特點(diǎn)，要求其必須更加安全可靠、穩(wěn)定順暢的運(yùn)行，以提供醫(yī)療影像業(yè)務(wù)支持。鮮活生動(dòng)的影像數(shù)據(jù)為臨床醫(yī)生的診療提供了詳實(shí)、可靠的患者的直觀認(rèn)知，是文字、符號(hào)所無法表達(dá)的，特別是三維后處理技術(shù)的發(fā)展，將二維的平面影像構(gòu)建成三維立體影像，所呈現(xiàn)出的血流、斷面、病灶等影像將醫(yī)師對患者狀態(tài)的認(rèn)知提升到全新的高度，極大的提高了診斷正確率、時(shí)效性，降低了醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，為患者減輕了痛苦，節(jié)約了費(fèi)用。

2 云計(jì)算平臺(tái)概述

云計(jì)算平臺(tái)是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。云計(jì)算是基于虛擬化的，虛擬化是云計(jì)算的基石[2]。云計(jì)算平臺(tái)自下而上主要分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）。IaaS層包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件。PaaS層即平臺(tái)層，主要負(fù)責(zé)解決云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)器集群間的協(xié)同工作，同時(shí)提供超大規(guī)模計(jì)算和海量存儲(chǔ)能力[3]。SaaS層包括各種WEB應(yīng)用。

3 云計(jì)算平臺(tái)為PACS提供高可用性支持

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高可用性是指系統(tǒng)保持正常運(yùn)行時(shí)間的百分比，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平均能夠正常運(yùn)行多長時(shí)間才發(fā)生一次故障。云計(jì)算平臺(tái)通過虛擬化、云存儲(chǔ)、分布式計(jì)算等特性，利用虛擬機(jī)構(gòu)建虛擬服務(wù)器集群，能夠有效地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性[4]。PACS做為醫(yī)療信息系統(tǒng)中的關(guān)鍵應(yīng)用，與HIS、LIS相比，有其特殊性。如表1所示。

表1 PACS與其他系統(tǒng)性能需求對比Tab.1 The performance requirements of PACS and other system comparison

傳統(tǒng)模式下，對于PACS的高可用性支持主要采用群集方式，即由二臺(tái)或多臺(tái)高性能的服務(wù)器，以主動(dòng)/被動(dòng)的方式組合成一個(gè)用于承載應(yīng)用程序的高可用性平臺(tái)。當(dāng)其中一臺(tái)因硬件、OS、應(yīng)用程序等因素造成意外停機(jī)時(shí)，服務(wù)器群集通過將關(guān)鍵應(yīng)用轉(zhuǎn)移至群集中運(yùn)行狀態(tài)良好的服務(wù)器上，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵應(yīng)用的持續(xù)運(yùn)行。如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的服務(wù)器群集模式Fig.1 The traditional server cluster mode

云計(jì)算平臺(tái)模式下，通過虛擬化技術(shù)形成標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬計(jì)算池、存儲(chǔ)池、網(wǎng)絡(luò)池、安全池等資源池，從資源池中獲取并組合成性價(jià)比合理的硬件平臺(tái)，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性、可維護(hù)性，可以很好的適應(yīng)用戶、應(yīng)用服務(wù)不斷增長的需求。而傳統(tǒng)模式下，對服務(wù)器的硬件升級(jí)是十分困難的，硬件性能將逐步滯后于不斷增長的用戶以及應(yīng)用服務(wù)對性能的需求。通過虛擬技術(shù)運(yùn)用，云計(jì)算平臺(tái)上可以高效的創(chuàng)建虛擬服務(wù)器，并對其進(jìn)行多副本的備份，當(dāng)承載應(yīng)用的虛擬服務(wù)器出現(xiàn)難以恢復(fù)的系統(tǒng)故障時(shí)，可以迅速的利用副本重新創(chuàng)建正常運(yùn)行狀態(tài)下的虛擬應(yīng)用服務(wù)器，恢復(fù)關(guān)鍵應(yīng)用的正常運(yùn)行，如圖2所示。

圖2 云計(jì)算平臺(tái)模式Fig.2 Cloud platform mode

傳統(tǒng)模式下，服務(wù)器群集在其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，雖然可以將應(yīng)用轉(zhuǎn)移至群集中正常運(yùn)行的服務(wù)器上以保障關(guān)鍵應(yīng)用的運(yùn)行。但故障服務(wù)器的修復(fù)，無論是硬件、OS等方面，都要耗費(fèi)巨大的的時(shí)間與精力，時(shí)效性極低。服務(wù)器群集模式下，為了確保其高可用性，群集通常都由多臺(tái)高性能的服務(wù)器組成，形成一臺(tái)承載應(yīng)用服務(wù)，多臺(tái)備用的運(yùn)行狀態(tài)，造成服務(wù)器利用率不高，系統(tǒng)運(yùn)行可用性低[5]。同時(shí)，服務(wù)器群集采用共享存儲(chǔ)的方式，其自身無法對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行容災(zāi)備份，需要采用第三方解決方案對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，對備份策略的設(shè)置、備份介質(zhì)的管理等方面增加了管理難度，提高了運(yùn)維成本。而云計(jì)算平臺(tái)模式下，虛擬服務(wù)器的創(chuàng)建、備份、災(zāi)難恢復(fù)與實(shí)體服務(wù)器相比在操作便利性、恢復(fù)時(shí)間、恢復(fù)難度等方面有著巨大的優(yōu)勢，因此不會(huì)造成巨大的硬件資源浪費(fèi)，性價(jià)比非常突出。服務(wù)器虛擬化是典型的醫(yī)院內(nèi)部“私有云”運(yùn)用，在服務(wù)架構(gòu)上屬于Iaas[6]。如表2所示。

表2 云計(jì)算平臺(tái)與服務(wù)器群集高可用性對比Tab.2 Cloud platform and server cluster high availability comparison

4 討論

云計(jì)算平臺(tái)利用自身對整個(gè)硬件資源的整合以及虛擬機(jī)的構(gòu)建能力，可以在極短的時(shí)間內(nèi)為PACS量身定制其需要的硬件支撐資源，高效的構(gòu)建虛擬服務(wù)器，快速的完成PACS服務(wù)器端的部署，合理實(shí)用的完成對整個(gè)虛擬機(jī)的容災(zāi)。同時(shí)云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建于數(shù)量眾多的硬件資源之上，不存在因?yàn)閱吸c(diǎn)故障而造成性能、應(yīng)用服務(wù)中斷的情況，也避免了服務(wù)器群集故障轉(zhuǎn)移時(shí)應(yīng)用服務(wù)無法正常停止而造成的遷移失敗的情況。而傳統(tǒng)模式下采購符合PACS性能要求的高性能服務(wù)器、大容量存儲(chǔ)等硬件設(shè)備其本身就需要相當(dāng)長的時(shí)間，其后硬件設(shè)備、OS的安裝調(diào)試，群集、容災(zāi)系統(tǒng)的配置等等，需要耗費(fèi)更多的人力物力，更加突顯出云計(jì)算平臺(tái)上的安裝部署的時(shí)效性、性價(jià)比。

5 結(jié)束語

云計(jì)算平臺(tái)的出現(xiàn)很好的解決了PACS一直存在的硬件性能與用戶需求相對滯后、群集模式硬件資源利用率低、群集構(gòu)建難度大、管理維度要求高、故障轉(zhuǎn)移受多種因素影響、影像數(shù)據(jù)備份需第三方解決方案等問題，滿足了PACS對高運(yùn)算能力、大內(nèi)存使用、大容量存儲(chǔ)、高網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及巨大數(shù)據(jù)量備份等方面的需求，其對虛擬機(jī)的副本、快照、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等災(zāi)難恢復(fù)功能是對PACS這樣關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)強(qiáng)有力的支撐，降低了因硬件、OS、應(yīng)用程序等出現(xiàn)故障而造成意外停機(jī)的可能，有效減少停機(jī)時(shí)間。同時(shí)充分利用現(xiàn)有的硬件資源，合理配置，降低因不斷采購軟、硬件設(shè)備而造成的巨大成本消耗，有效的平衡投入、產(chǎn)出，性價(jià)比優(yōu)異。

[1]高忠軍,楊驥，彭華，等.基于云計(jì)算的三維醫(yī)學(xué)影像后處理云計(jì)算平臺(tái) [J].中國衛(wèi)生信息管理雜志,2014(3):251－254.

[2]亢軍賢，余艷紅，張鋒，等.基于云計(jì)算技術(shù)的療養(yǎng)院信息系統(tǒng)集成的研究與設(shè)計(jì) [J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014(6)：1173－1175.

[3]姜曉旭，羅輝.基于云計(jì)算構(gòu)建高校信息資源共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2013(2)：38－41.

[4]馬錫坤，吳艷君，王鵬.基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心容災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2014(1):93－95.

[5]馬錫坤，于京杰.醫(yī)院數(shù)據(jù)中心存在的問題及對策[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2013(2)：215－217.

[6]王建強(qiáng)，仲曉偉.基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)在醫(yī)院的應(yīng)用研究[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2013(4)：72－74.