云計算平臺對PACS的高可用性支持

魏 明 ，羅 希

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

云計算平臺是分布式計算、網絡存儲[1]、虛擬化、負載均衡等多種傳統計算機和網絡技術相結合的產物，具有為用戶按需分配、實現動態可伸縮擴展、基于虛擬化技術快速部署、災難恢復能力強等突出特點。PACS做為保障醫療業務順利開展的關鍵應用，要求其有7*24小時的高可靠性以及意外停機后強大的災難恢復能力。云計算平臺所具備的強大功能符合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。基于云計算平臺的PACS更安全、更可靠,可用性更強，云計算平臺將為醫療業務的順暢運行提供強有力的支撐。

1 醫療業務對PACS的高可用性需求

隨著人們對自身健康狀況越來越關注，對醫療服務也產生了更高的期許，希望能夠獲得更快速、更有效、更安全的醫療服務，這就對醫療業務的順暢運行提出了很高的要求。具體到醫療信息業務方面，3大系統：HIS、PACS、LIS。患者的各種診療業務都涵蓋其中，都離不開相應信息系統的支持。而PACS以其數據量最大、聯接各類型設備數量多、診療時效性要求高等特點，要求其必須更加安全可靠、穩定順暢的運行，以提供醫療影像業務支持。鮮活生動的影像數據為臨床醫生的診療提供了詳實、可靠的患者的直觀認知，是文字、符號所無法表達的，特別是三維后處理技術的發展，將二維的平面影像構建成三維立體影像，所呈現出的血流、斷面、病灶等影像將醫師對患者狀態的認知提升到全新的高度，極大的提高了診斷正確率、時效性，降低了醫療風險，為患者減輕了痛苦，節約了費用。

2 云計算平臺概述

云計算平臺是分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。云計算是基于虛擬化的，虛擬化是云計算的基石[2]。云計算平臺自下而上主要分為三層：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）。IaaS層包括服務器、存儲設備、網絡設備等硬件。PaaS層即平臺層，主要負責解決云計算平臺服務器集群間的協同工作，同時提供超大規模計算和海量存儲能力[3]。SaaS層包括各種WEB應用。

3 云計算平臺為PACS提供高可用性支持

計算機系統的高可用性是指系統保持正常運行時間的百分比，即計算機系統平均能夠正常運行多長時間才發生一次故障。云計算平臺通過虛擬化、云存儲、分布式計算等特性，利用虛擬機構建虛擬服務器集群，能夠有效地實現應用系統的高可用性[4]。PACS做為醫療信息系統中的關鍵應用，與HIS、LIS相比，有其特殊性。如表1所示。

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

傳統模式下，對于PACS的高可用性支持主要采用群集方式，即由二臺或多臺高性能的服務器，以主動/被動的方式組合成一個用于承載應用程序的高可用性平臺。當其中一臺因硬件、OS、應用程序等因素造成意外停機時，服務器群集通過將關鍵應用轉移至群集中運行狀態良好的服務器上，從而實現關鍵應用的持續運行。如圖1所示。

圖1 傳統的服務器群集模式Fig.1 The traditional server cluster mode

云計算平臺模式下，通過虛擬化技術形成標準化的虛擬計算池、存儲池、網絡池、安全池等資源池，從資源池中獲取并組合成性價比合理的硬件平臺，具有極強的擴展性、可維護性，可以很好的適應用戶、應用服務不斷增長的需求。而傳統模式下，對服務器的硬件升級是十分困難的，硬件性能將逐步滯后于不斷增長的用戶以及應用服務對性能的需求。通過虛擬技術運用，云計算平臺上可以高效的創建虛擬服務器，并對其進行多副本的備份，當承載應用的虛擬服務器出現難以恢復的系統故障時，可以迅速的利用副本重新創建正常運行狀態下的虛擬應用服務器，恢復關鍵應用的正常運行，如圖2所示。

圖2 云計算平臺模式Fig.2 Cloud platform mode

傳統模式下，服務器群集在其中一臺出現故障時，雖然可以將應用轉移至群集中正常運行的服務器上以保障關鍵應用的運行。但故障服務器的修復，無論是硬件、OS等方面，都要耗費巨大的的時間與精力，時效性極低。服務器群集模式下，為了確保其高可用性，群集通常都由多臺高性能的服務器組成，形成一臺承載應用服務，多臺備用的運行狀態，造成服務器利用率不高，系統運行可用性低[5]。同時，服務器群集采用共享存儲的方式，其自身無法對影像數據進行容災備份，需要采用第三方解決方案對影像數據進行備份，對備份策略的設置、備份介質的管理等方面增加了管理難度，提高了運維成本。而云計算平臺模式下，虛擬服務器的創建、備份、災難恢復與實體服務器相比在操作便利性、恢復時間、恢復難度等方面有著巨大的優勢，因此不會造成巨大的硬件資源浪費，性價比非常突出。服務器虛擬化是典型的醫院內部“私有云”運用，在服務架構上屬于Iaas[6]。如表2所示。

表2 云計算平臺與服務器群集高可用性對比Tab.2 Cloud platform and server cluster high availability comparison

4 討論

云計算平臺利用自身對整個硬件資源的整合以及虛擬機的構建能力，可以在極短的時間內為PACS量身定制其需要的硬件支撐資源，高效的構建虛擬服務器，快速的完成PACS服務器端的部署，合理實用的完成對整個虛擬機的容災。同時云計算平臺構建于數量眾多的硬件資源之上，不存在因為單點故障而造成性能、應用服務中斷的情況，也避免了服務器群集故障轉移時應用服務無法正常停止而造成的遷移失敗的情況。而傳統模式下采購符合PACS性能要求的高性能服務器、大容量存儲等硬件設備其本身就需要相當長的時間，其后硬件設備、OS的安裝調試，群集、容災系統的配置等等，需要耗費更多的人力物力，更加突顯出云計算平臺上的安裝部署的時效性、性價比。

5 結束語

云計算平臺的出現很好的解決了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、群集構建難度大、管理維度要求高、故障轉移受多種因素影響、影像數據備份需第三方解決方案等問題，滿足了PACS對高運算能力、大內存使用、大容量存儲、高網絡吞吐量以及巨大數據量備份等方面的需求，其對虛擬機的副本、快照、計算節點同構可互換等災難恢復功能是對PACS這樣關鍵應用服務強有力的支撐，降低了因硬件、OS、應用程序等出現故障而造成意外停機的可能，有效減少停機時間。同時充分利用現有的硬件資源，合理配置，降低因不斷采購軟、硬件設備而造成的巨大成本消耗，有效的平衡投入、產出，性價比優異。

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

[2]亢軍賢，余艷紅，張鋒，等.基于云計算技術的療養院信息系統集成的研究與設計 [J].電腦知識與技術，2014(6)：1173－1175.

[3]姜曉旭，羅輝.基于云計算構建高校信息資源共享平臺的設計方案[J].中國醫學教育技術，2013(2)：38－41.

[4]馬錫坤，吳艷君，王鵬.基于云計算的數據中心容災系統的建設[J].中國醫療設備，2014(1):93－95.

[5]馬錫坤，于京杰.醫院數據中心存在的問題及對策[J].中國醫學教育技術，2013(2)：215－217.

[6]王建強，仲曉偉.基礎設施即服務在醫院的應用研究[J].中國醫療設備，2013(4)：72－74.