王子元，王曉虎，聞曉東，，c，鄭玲童

（中國(guó)藥科大學(xué)a.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處校公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；b.中藥學(xué)院；c.天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 211198）

0 引言

近年來(lái)，隨著生命科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和國(guó)家對(duì)高校科研投資的重視，公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)科研的支撐作用逐步體現(xiàn)，而大型精密儀器作為平臺(tái)提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)備，在科學(xué)研究和人才培養(yǎng)中發(fā)揮出重要作用。其中，色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀以其分辨率好，靈敏度高，線性范圍寬等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制藥、食品、化工和環(huán)境等領(lǐng)域，已在很多高校實(shí)驗(yàn)室中深入普及［1-4］。然而，儀器的高度精密意味著其數(shù)據(jù)量的龐大，這就使得數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份壓力倍增。公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于儀器數(shù)量多、測(cè)樣量大、測(cè)樣用戶多，提高數(shù)據(jù)管理能力也有助于提高儀器使用率和開放率，更利于平臺(tái)提供優(yōu)質(zhì)的科研服務(wù)。

目前，大多實(shí)驗(yàn)室依靠傳統(tǒng)光盤、硬盤等介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在存儲(chǔ)容量、安全性和傳輸速度等受限。因此，引入一種大容量、安全、快速地管理液質(zhì)數(shù)據(jù)的介質(zhì)，顯得尤為必要。網(wǎng)絡(luò)附件存儲(chǔ)（Network Attached Storage，NAS）作為一種新型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，基于IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與存儲(chǔ)陣列互聯(lián)，具有更大的存儲(chǔ)空間，更強(qiáng)的數(shù)據(jù)吞吐量和更快響應(yīng)速度，易于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)平臺(tái)間的共享和性能擴(kuò)展，能夠?qū)Υ鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)實(shí)施集中管理［5］。

為此，提出一種基于NAS 的色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀數(shù)據(jù)管理解決方案，通過詳細(xì)案例說(shuō)明，探討NAS 數(shù)據(jù)管理的優(yōu)勢(shì)和不足，以供其他儀器管理者參考。

1 NAS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)介紹

與傳統(tǒng)的直連存儲(chǔ)系統(tǒng)（DAS）相比，NAS 是與網(wǎng)絡(luò)連接的一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，它強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為核心，采用瘦服務(wù)器技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和管理，網(wǎng)絡(luò)上的任何服務(wù)器和客戶端都可以訪問這些數(shù)據(jù)資源［6-8］。NAS的基本原理是通過以太網(wǎng)代替主板中的導(dǎo)線，加載網(wǎng)絡(luò)文件到本地目錄，使用戶在訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)像訪問本地?cái)?shù)據(jù)一樣快捷方便［9］。NAS 存儲(chǔ)系統(tǒng)由存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器組成，典型的NAS設(shè)備看起來(lái)與磁盤陣列柜相似，但有實(shí)質(zhì)差別，其在磁盤陣列的基礎(chǔ)上增加了獨(dú)立的平臺(tái)文件操作系統(tǒng)，方便進(jìn)行文件的傳輸和存儲(chǔ)備份［10］。綜上，NAS 以其訪問快速、存儲(chǔ)環(huán)境靈活、易于管理和硬件成本較低等特點(diǎn)，可提高公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)液質(zhì)數(shù)據(jù)管理效率。

2 基于NAS的液質(zhì)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用案例

2.1 NAS系統(tǒng)架構(gòu)

為滿足公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)液質(zhì)數(shù)據(jù)安全傳輸和存儲(chǔ)的需求，對(duì)比不同方案后，平臺(tái)選擇群暉DS1821 +搭建了NAS系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，具備成熟的軟件體系，易上手好操作。群暉DS1821 +是一款強(qiáng)大的8 盤位網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)解決方案，搭載AMD RyzenTMV1500B 4 核2.2 GHz處理器，具有高達(dá)1 134 584 K的隨機(jī)讀取IOPS（每秒讀寫次數(shù)）和每秒2 312 MB的連續(xù)寫入速度，最多可創(chuàng)建2 048 個(gè)本地用戶帳戶和512 個(gè)共享文件夾。磁盤陣列選擇4 塊4TB 的西部數(shù)據(jù)WD4003VRYZ企業(yè)級(jí)硬盤，它支持7 200 r／min 高轉(zhuǎn)速，采用RAID1 存儲(chǔ)模式，2 塊硬盤用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，另外兩塊硬盤用來(lái)數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)安全性更高，當(dāng)一個(gè)磁盤故障時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切到鏡像磁盤上，提高存儲(chǔ)效率。剩余盤位，可根據(jù)后續(xù)存儲(chǔ)空間情況，即時(shí)添加硬盤。

此外，為提高儀器使用效率，減小儀器電腦負(fù)荷，我們單獨(dú)配備了1 臺(tái)工作站方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并配備了高性能的千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、千兆六類網(wǎng)線和千兆路由器，將NAS、工作站、多臺(tái)儀器電腦、路由器分別接入交換機(jī)，建立起一個(gè)高性能的傳輸存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)。最后預(yù)留出多個(gè)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口，方便管理員和用戶自由選擇無(wú)線或有線方式連接進(jìn)局域網(wǎng)，進(jìn)行存儲(chǔ)、拷貝及分析等數(shù)據(jù)管理。其中，無(wú)線傳輸速度較慢，但不受設(shè)備限制，手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備也可以方便登入，更適用于管理員進(jìn)行賬號(hào)和文件夾的分配設(shè)置和系統(tǒng)管理；有線連接傳輸速度快，適用于用戶將數(shù)據(jù)拷貝至個(gè)人電腦。整體的NAS系統(tǒng)硬件架構(gòu)見圖1。

圖1 NAS系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.2 NAS系統(tǒng)多臺(tái)液質(zhì)設(shè)備應(yīng)用于平臺(tái)的方案

2.2.1 NAS系統(tǒng)訪問方式

為便于管理，平臺(tái)暫不開放廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境訪問NAS，用戶僅可通過局域網(wǎng)訪問NAS。連接局域網(wǎng)后，訪問方式主要有2 種（見圖2）：①將NAS資料庫(kù)通過Synology Assistant 在“此電腦”中映射為磁盤，像訪問本地?cái)?shù)據(jù)一樣直接訪問。這種方式連接速度更快，但只能進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問、上傳和下載，不能進(jìn)行賬號(hào)設(shè)置。②使用瀏覽器，在地址欄輸入預(yù)先設(shè)置好的NAS 服務(wù)器名稱或IP地址，再接著輸入“：5000”，即可登錄訪問。這種網(wǎng)頁(yè)方式不受操作系統(tǒng)的限制，可以進(jìn)行賬號(hào)管理，且界面友好，但因?yàn)椴荒苓M(jìn)行批量文件夾上傳，通常不建議用戶在拷貝數(shù)據(jù)時(shí)使用。

圖2 NAS系統(tǒng)訪問方式

2.2.2 共享文件夾和用戶賬號(hào)的分配和權(quán)限管理

因平臺(tái)儀器對(duì)校內(nèi)課題組及校外單位開放，為了保證用戶數(shù)據(jù)的保密性和安全性，為每個(gè)課題組建立其專用的共享文件夾和用戶賬號(hào)，并設(shè)定訪問權(quán)限。其中，每個(gè)共享文件夾具有固定存儲(chǔ)配額，數(shù)據(jù)存滿后需要請(qǐng)管理員清除無(wú)用數(shù)據(jù)或者申請(qǐng)管理員增加存儲(chǔ)配額，這有助于進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理和更新，避免大量老舊數(shù)據(jù)占用儲(chǔ)存空間。此外，本課題組賬號(hào)只對(duì)自己課題組的文件夾有讀寫權(quán)限，對(duì)于人數(shù)眾多，測(cè)樣量大的課題組，可以根據(jù)用戶需求增設(shè)多個(gè)子文件夾，每位同學(xué)個(gè)人賬號(hào)只有讀寫自己子文件夾權(quán)限，而課題組負(fù)責(zé)人賬號(hào)可以訪問整個(gè)文件夾?？偟膩?lái)說(shuō)，用戶權(quán)限有禁止訪問、只讀和可讀寫3 種模式，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置（見圖3）。

圖3 用戶權(quán)限設(shè)置界面

2.2.3 用戶操作及數(shù)據(jù)管理

平臺(tái)所有液質(zhì)聯(lián)用儀均接入NAS，因此用戶在平臺(tái)任何一臺(tái)儀器上的測(cè)試數(shù)據(jù)均可上傳至自身賬戶對(duì)應(yīng)的共享文件夾中。測(cè)樣完成后，用戶可在儀器電腦中按上述方式訪問NAS登錄自身賬號(hào)上傳數(shù)據(jù)，再用個(gè)人電腦連接預(yù)留端口進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，也可將數(shù)據(jù)下載到平臺(tái)工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，工作站配備基于GC／MS 和LC／MS 系統(tǒng)的MassHunter、LabSolutions等多種色質(zhì)譜定性、定量分析軟件，可完成不同品牌、型號(hào)儀器的數(shù)據(jù)分析工作。以最終實(shí)現(xiàn)“多個(gè)用戶—不同儀器—多類數(shù)據(jù)”的高效傳輸、存儲(chǔ)及分析。

2.3 應(yīng)用成效

啟用NAS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理后，用戶在拷貝數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)需攜帶個(gè)人硬盤，測(cè)樣完成后直接將數(shù)據(jù)上傳至NAS，傳輸不限制文件大小，傳輸速度快，減少等待時(shí)間，提高儀器使用效率，同時(shí)也防止個(gè)人硬盤中可能存在的病毒對(duì)儀器電腦帶來(lái)的安全隱患。若在多臺(tái)儀器上同時(shí)測(cè)樣，也可以分別上傳后，統(tǒng)一下載處理，數(shù)據(jù)信息分類明確，一目了然。此外，所有的測(cè)樣數(shù)據(jù)都存放在NAS上，不占用本地儀器電腦內(nèi)存，也方便管理員進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理和過期數(shù)據(jù)的刪除。查驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，管理員不再需要對(duì)每臺(tái)儀器電腦分別核查，登錄NAS即可查看各個(gè)課題組在平臺(tái)所有儀器上的測(cè)樣數(shù)據(jù)，極大提高數(shù)據(jù)管理的工作效率。

3 NAS數(shù)據(jù)管理的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，我們認(rèn)為相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，基于NAS的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）便捷性。通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不損失傳輸速率的前提下，不再需要用戶攜帶硬盤、光盤等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，不受時(shí)間和空間的限制，只要在局域網(wǎng)內(nèi)就能訪問，后續(xù)如果有需要，也可以開放外網(wǎng)訪問，靈活度更高，實(shí)現(xiàn)由多端向單端管理轉(zhuǎn)變，極大提高了管理效率。

（2）安全性。數(shù)據(jù)存放于NAS中，每個(gè)用戶只可訪問自己的空間，并根據(jù)自身需求進(jìn)行數(shù)據(jù)存取和共享。此外，管理員還可設(shè)定連接到特定網(wǎng)絡(luò)端口的白名單和黑名單，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中常見的攻擊模式進(jìn)行預(yù)防，若一個(gè)IP 地址非法登錄多次，即進(jìn)入黑名單被禁止登錄，這也保障了NAS中數(shù)據(jù)的安全［11］。

（3）高效性。NAS系統(tǒng)是專用存儲(chǔ)，不和其他應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)資源，減少系統(tǒng)意外故障的可能［12］。它的安裝過程快，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔好操作，易于推廣，存儲(chǔ)容量也可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行分配和擴(kuò)增。此外，平臺(tái)配備專業(yè)工作站方便用戶進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理，減小儀器電腦的使用壓力，使在線的數(shù)據(jù)采集和離線的數(shù)據(jù)處理分開進(jìn)行，提高儀器使用效率。

（4）低成本。NAS使用低價(jià)格的以太網(wǎng)環(huán)境，任何連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都可以訪問NAS，與其他數(shù)據(jù)管理解決方案相比，NAS 的整體成本較低。而且其設(shè)備高度集成，主要由服務(wù)器和磁盤陣列組成，對(duì)硬件的要求不高［13］。在應(yīng)用和維護(hù)上，管理員和用戶使用同樣的軟件系統(tǒng)，對(duì)操作人員培訓(xùn)成本和系統(tǒng)維護(hù)成本基本為0。

（5）擴(kuò)展性。NAS系統(tǒng)即插即用，調(diào)試或關(guān)機(jī)不影響整個(gè)系統(tǒng)中其他設(shè)備的正常使用，易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展［14］。①由于多設(shè)備可以同時(shí)訪問同一個(gè)NAS，因此若儀器數(shù)量增加，只需增加交換機(jī)端口數(shù)量即可；②隨著數(shù)據(jù)量的增大，現(xiàn)有內(nèi)存無(wú)法滿足需求時(shí)，只需在NAS 上增加硬盤，簡(jiǎn)單設(shè)置后即可獲得更大存儲(chǔ)空間，節(jié)約預(yù)算成本。

4 NAS數(shù)據(jù)管理的不足

NAS系統(tǒng)對(duì)文件系統(tǒng)的管理進(jìn)行了優(yōu)化，提供文件級(jí)訪問，它使用獨(dú)立的平臺(tái)文件系統(tǒng)允許不同設(shè)備訪問同一存儲(chǔ)資源，這也在一定程度上影響其性能［15］。此外，NAS數(shù)據(jù)管理解決方案通常不適用于傳輸大量、離散的塊級(jí)數(shù)據(jù)［16］。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)拷貝方式轉(zhuǎn)換成NAS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，需要培訓(xùn)并給予其一定的適應(yīng)時(shí)間，每一次使用結(jié)束后需要將自己的賬號(hào)退出登錄，否則下一個(gè)用戶將無(wú)法使用。在文件夾和用戶賬號(hào)的數(shù)量上也有一定的上限限制，需要管理員定期進(jìn)行老舊賬號(hào)的清除管理。

5 結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建、發(fā)展及應(yīng)用全新的體系架構(gòu)，用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、存儲(chǔ)和分析，是科研儀器共享時(shí)代，大儀管理的關(guān)鍵科學(xué)問題。如何在新技術(shù)浪潮下更新數(shù)據(jù)管理模式，提高工作效率和服務(wù)質(zhì)量，也成為平臺(tái)發(fā)展所需攻克的難關(guān)之一。根據(jù)平臺(tái)運(yùn)行管理特點(diǎn)，提出一種基于NAS的色譜質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理解決方案，該方案配置便捷、快速，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式存儲(chǔ)空間不足、安全性差、共享性差、無(wú)法集中管理、管理效率低等問題，在可接受的預(yù)算范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)儀器數(shù)據(jù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化統(tǒng)一管理。但NAS 系統(tǒng)功能強(qiáng)大，本方案只利用了其小部分功能，在今后的實(shí)踐中，我們期望能探索出NAS更大的應(yīng)用價(jià)值，在現(xiàn)有硬件條件下實(shí)現(xiàn)更多功能（如構(gòu)建多用戶協(xié)作環(huán)境、多層次數(shù)據(jù)保護(hù)體系等）。總之，該系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)效率，改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式，對(duì)平臺(tái)管理發(fā)揮積極作用，具有一定的推廣價(jià)值。