王子元，王曉虎，聞曉東，，c，鄭玲童

（中國藥科大學a.實驗室與設備管理處校公共實驗平臺；b.中藥學院；c.天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，南京 211198）

0 引言

近年來，隨著生命科學技術的快速發(fā)展和國家對高校科研投資的重視，公共實驗平臺對科研的支撐作用逐步體現(xiàn)，而大型精密儀器作為平臺提供服務的基礎設備，在科學研究和人才培養(yǎng)中發(fā)揮出重要作用。其中，色譜-質譜聯(lián)用儀以其分辨率好，靈敏度高，線性范圍寬等特點，廣泛應用于制藥、食品、化工和環(huán)境等領域，已在很多高校實驗室中深入普及［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)的存儲和備份壓力倍增。公共實驗平臺由于儀器數(shù)量多、測樣量大、測樣用戶多，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，更利于平臺提供優(yōu)質的科研服務。

目前，大多實驗室依靠傳統(tǒng)光盤、硬盤等介質進行數(shù)據(jù)存儲，在存儲容量、安全性和傳輸速度等受限。因此，引入一種大容量、安全、快速地管理液質數(shù)據(jù)的介質，顯得尤為必要。網(wǎng)絡附件存儲（Network Attached Storage，NAS）作為一種新型的數(shù)據(jù)存儲模式，基于IP網(wǎng)絡實現(xiàn)服務器與存儲陣列互聯(lián)，具有更大的存儲空間，更強的數(shù)據(jù)吞吐量和更快響應速度，易于實現(xiàn)異構平臺間的共享和性能擴展，能夠對存儲的數(shù)據(jù)實施集中管理［5］。

為此，提出一種基于NAS 的色譜-質譜聯(lián)用儀數(shù)據(jù)管理解決方案，通過詳細案例說明，探討NAS 數(shù)據(jù)管理的優(yōu)勢和不足，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)的直連存儲系統(tǒng)（DAS）相比，NAS 是與網(wǎng)絡連接的一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，它強調以數(shù)據(jù)為核心，采用瘦服務器技術，通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的集中存儲和管理，網(wǎng)絡上的任何服務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)代替主板中的導線，加載網(wǎng)絡文件到本地目錄，使用戶在訪問網(wǎng)絡數(shù)據(jù)時像訪問本地數(shù)據(jù)一樣快捷方便［9］。NAS 存儲系統(tǒng)由存儲設備和服務器組成，典型的NAS設備看起來與磁盤陣列柜相似，但有實質差別，其在磁盤陣列的基礎上增加了獨立的平臺文件操作系統(tǒng)，方便進行文件的傳輸和存儲備份［10］。綜上，NAS 以其訪問快速、存儲環(huán)境靈活、易于管理和硬件成本較低等特點，可提高公共實驗平臺液質數(shù)據(jù)管理效率。

2 基于NAS的液質數(shù)據(jù)管理應用案例

2.1 NAS系統(tǒng)架構

為滿足公共實驗平臺對液質數(shù)據(jù)安全傳輸和存儲的需求，對比不同方案后，平臺選擇群暉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 +是一款強大的8 盤位網(wǎng)絡連接存儲解決方案，搭載AMD RyzenTMV1500B 4 核2.2 GHz處理器，具有高達1 134 584 K的隨機讀取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 個本地用戶帳戶和512 個共享文件夾。磁盤陣列選擇4 塊4TB 的西部數(shù)據(jù)WD4003VRYZ企業(yè)級硬盤，它支持7 200 r／min 高轉速，采用RAID1 存儲模式，2 塊硬盤用來存儲數(shù)據(jù)，另外兩塊硬盤用來數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)安全性更高，當一個磁盤故障時，系統(tǒng)可自動切到鏡像磁盤上，提高存儲效率。剩余盤位，可根據(jù)后續(xù)存儲空間情況，即時添加硬盤。

此外，為提高儀器使用效率，減小儀器電腦負荷，我們單獨配備了1 臺工作站方便用戶進行數(shù)據(jù)處理，并配備了高性能的千兆網(wǎng)絡交換機、千兆六類網(wǎng)線和千兆路由器，將NAS、工作站、多臺儀器電腦、路由器分別接入交換機，建立起一個高性能的傳輸存儲局域網(wǎng)絡。最后預留出多個交換機網(wǎng)絡接口，方便管理員和用戶自由選擇無線或有線方式連接進局域網(wǎng)，進行存儲、拷貝及分析等數(shù)據(jù)管理。其中，無線傳輸速度較慢，但不受設備限制，手機等移動設備也可以方便登入，更適用于管理員進行賬號和文件夾的分配設置和系統(tǒng)管理；有線連接傳輸速度快，適用于用戶將數(shù)據(jù)拷貝至個人電腦。整體的NAS系統(tǒng)硬件架構見圖1。

圖1 NAS系統(tǒng)硬件架構

2.2 NAS系統(tǒng)多臺液質設備應用于平臺的方案

2.2.1 NAS系統(tǒng)訪問方式

為便于管理，平臺暫不開放廣域網(wǎng)網(wǎng)絡環(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資料庫通過Synology Assistant 在“此電腦”中映射為磁盤，像訪問本地數(shù)據(jù)一樣直接訪問。這種方式連接速度更快，但只能進行數(shù)據(jù)訪問、上傳和下載，不能進行賬號設置。②使用瀏覽器，在地址欄輸入預先設置好的NAS 服務器名稱或IP地址，再接著輸入“：5000”，即可登錄訪問。這種網(wǎng)頁方式不受操作系統(tǒng)的限制，可以進行賬號管理，且界面友好，但因為不能進行批量文件夾上傳，通常不建議用戶在拷貝數(shù)據(jù)時使用。

圖2 NAS系統(tǒng)訪問方式

2.2.2 共享文件夾和用戶賬號的分配和權限管理

因平臺儀器對校內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，為每個課題組建立其專用的共享文件夾和用戶賬號，并設定訪問權限。其中，每個共享文件夾具有固定存儲配額，數(shù)據(jù)存滿后需要請管理員清除無用數(shù)據(jù)或者申請管理員增加存儲配額，這有助于進行數(shù)據(jù)的管理和更新，避免大量老舊數(shù)據(jù)占用儲存空間。此外，本課題組賬號只對自己課題組的文件夾有讀寫權限，對于人數(shù)眾多，測樣量大的課題組，可以根據(jù)用戶需求增設多個子文件夾，每位同學個人賬號只有讀寫自己子文件夾權限，而課題組負責人賬號可以訪問整個文件夾。總的來說，用戶權限有禁止訪問、只讀和可讀寫3 種模式，可根據(jù)實際需要進行個性化設置（見圖3）。

圖3 用戶權限設置界面

2.2.3 用戶操作及數(shù)據(jù)管理

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

2.3 應用成效

啟用NAS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理后，用戶在拷貝數(shù)據(jù)時無需攜帶個人硬盤，測樣完成后直接將數(shù)據(jù)上傳至NAS，傳輸不限制文件大小，傳輸速度快，減少等待時間，提高儀器使用效率，同時也防止個人硬盤中可能存在的病毒對儀器電腦帶來的安全隱患。若在多臺儀器上同時測樣，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，所有的測樣數(shù)據(jù)都存放在NAS上，不占用本地儀器電腦內存，也方便管理員進行數(shù)據(jù)的管理和過期數(shù)據(jù)的刪除。查驗數(shù)據(jù)時，管理員不再需要對每臺儀器電腦分別核查，登錄NAS即可查看各個課題組在平臺所有儀器上的測樣數(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

經(jīng)實際應用，我們認為相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方式，基于NAS的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）便捷性。通過網(wǎng)絡進行數(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、光盤等移動存儲設備，不受時間和空間的限制，只要在局域網(wǎng)內就能訪問，后續(xù)如果有需要，也可以開放外網(wǎng)訪問，靈活度更高，實現(xiàn)由多端向單端管理轉變，極大提高了管理效率。

（2）安全性。數(shù)據(jù)存放于NAS中，每個用戶只可訪問自己的空間，并根據(jù)自身需求進行數(shù)據(jù)存取和共享。此外，管理員還可設定連接到特定網(wǎng)絡端口的白名單和黑名單，對網(wǎng)絡中常見的攻擊模式進行預防，若一個IP 地址非法登錄多次，即進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，不和其他應用競爭資源，減少系統(tǒng)意外故障的可能［12］。它的安裝過程快，系統(tǒng)簡潔好操作，易于推廣，存儲容量也可以根據(jù)用戶需求進行分配和擴增。此外，平臺配備專業(yè)工作站方便用戶進行后期數(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)處理分開進行，提高儀器使用效率。

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

（5）擴展性。NAS系統(tǒng)即插即用，調試或關機不影響整個系統(tǒng)中其他設備的正常使用，易于實現(xiàn)擴展［14］。①由于多設備可以同時訪問同一個NAS，因此若儀器數(shù)量增加，只需增加交換機端口數(shù)量即可；②隨著數(shù)據(jù)量的增大，現(xiàn)有內存無法滿足需求時，只需在NAS 上增加硬盤，簡單設置后即可獲得更大存儲空間，節(jié)約預算成本。

4 NAS數(shù)據(jù)管理的不足

NAS系統(tǒng)對文件系統(tǒng)的管理進行了優(yōu)化，提供文件級訪問，它使用獨立的平臺文件系統(tǒng)允許不同設備訪問同一存儲資源，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、離散的塊級數(shù)據(jù)［16］。在實際應用中，對于用戶來說，從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)拷貝方式轉換成NAS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，需要培訓并給予其一定的適應時間，每一次使用結束后需要將自己的賬號退出登錄，否則下一個用戶將無法使用。在文件夾和用戶賬號的數(shù)量上也有一定的上限限制，需要管理員定期進行老舊賬號的清除管理。

5 結語

構建、發(fā)展及應用全新的體系架構，用于實驗數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、存儲和分析，是科研儀器共享時代，大儀管理的關鍵科學問題。如何在新技術浪潮下更新數(shù)據(jù)管理模式，提高工作效率和服務質量，也成為平臺發(fā)展所需攻克的難關之一。根據(jù)平臺運行管理特點，提出一種基于NAS的色譜質譜實驗數(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)管理模式存儲空間不足、安全性差、共享性差、無法集中管理、管理效率低等問題，在可接受的預算范圍內實現(xiàn)了多臺儀器數(shù)據(jù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化統(tǒng)一管理。但NAS 系統(tǒng)功能強大，本方案只利用了其小部分功能，在今后的實踐中，我們期望能探索出NAS更大的應用價值，在現(xiàn)有硬件條件下實現(xiàn)更多功能（如構建多用戶協(xié)作環(huán)境、多層次數(shù)據(jù)保護體系等）。總之，該系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)傳輸和存儲效率，改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式，對平臺管理發(fā)揮積極作用，具有一定的推廣價值。