云计算在生物技术领域的应用

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1、∗云计算在生物技术领域的应用121212郝彤，马红武，赵学明(1.天津大学化工学院天津300072；2.天津大学-爱丁堡大学系统生物学与合成生物学联合研究中心天津300072)摘要随着基因组测序等生物学技术的发展，海量生物学数据不断产生，生物计算对计算能力和存储量的要求也越来越高。云计算所具有的高速的计算能力、高存储量以及使用方便等特点能够很好地满足生物研究的需求，融合云计算成为生物计算发展的趋势。本文总结了可用于生物技术领域的云平台以及云计算在生物学研究中的应用，并指出了云计算在生物技术领域的发展前景及面临的挑战。关键词云计算；生物技术；生物计算；1.引言生物技术的发展使得海量生物学数

2、据不断产生，基因测序微生物的数量以每年上百个的数量增长，相对应地，蛋白组学，代谢物组学等新数据也在不断产生。在大规模数据的基础上，传统的针对单个基因、蛋白或代谢反应的生物学方法正在发生改变，研究者们试图从对海量数据的分析中得到传统生物学方法无法得到或者难于得到的信息。随着数据量的增大，生物计算对于运算速度、数据存储、计算成本等方面的要求也越来越高。而云计算的出现，能够很好地满足生物研究的需求，云计算通过将计算任务分布在由大量计算机组成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和各种软件服务，这种全新的互联网应用模式，称为解决高速处理、海量存储、资源扩展等问题的有效途径，

3、与传统方法相比，云计算除了具有超级运算速度以及几乎无限量的存储空间外，更加具有低计算成本及使用方便等优势[1]，因而，自云计算概念诞生以来，得到了人们的高度关注，各种新概念、新技术和新产品也应运而生，在生物应用领域，融合云计算成为生物计算发展的重要趋势。本文首先简要分析了云计算的系统架构，在此基础上综述近几年来云计算系统的发展及其在生物技术领域的拓展，总结运用云计算进行的生物学研究，并指出了云计算在生物计算领域的发展前景及面临的挑战。2.云计算系统功能架构云计算概念的出现始于2007年IBM公司宣布云计算计划，IBM的技术白皮书“CloudComputing”中将云计算定义为：“云计算一

4、词用来同时描述一个系统平台或者一种类型的应用程序。一个云计算的平台按需进行动态地部署(provision)、配置(configuration)、重新配置(reconfigure)以及取消服务(deprovision)等。在云计算平台中的服务器可以是物理的服务器或者虚拟的服务器。高级的计算云通常包含一些其他的计算资源，例如存储区域网络(SANs)，网络设备，防火墙以及其他安全设备等。云计算在描述应用方面，它描述了一种可以通过互联网Internet进行访问的可扩展的应用程序。‘云应用’使用大规模的数据中心以及∗国家重点基础研究发展计划（973）资助项目（NO.2012CB725203,NO.

5、2011CBA00804），国家自然科学基金资助项目（NSFC-21106095，NSFC-61100124，NSFC-20875068，NSFC-20806055）和中国博士后科学基金项目（NO.2011M500512）功能强劲的服务器来运行网络应用程序与网络服务。任何一个用户可以通过合适的互联网接入设备以及一个标准的浏览器就能够访问一个云计算应用程序。”上述定义给出了云计算两个方面的含义：一方面描述了基础设施，用来构造应用程序，其地位相当于[]2PC机上的操作系统；另一方面描述了建立在这种基础设施之上的云计算应用。而云计算是一个具有更广泛含义的计算平台，是IT领域几项重要理念与技术—

6、—分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展和融合的产物。云计算是能够提供动态资源池、虚拟化和高可用性的新一代计算平台。现有云计算系统功能架构如图1所示，数据信息采集层是整个系统的第一层，通过对大规模数据及个体数据信息的收集进行有针对性的数据采集；并发数据系统平台层位于整体系统的第二层，是系统主要的硬件构成部分和系统功能的支撑平台，主要包括高性能信息处理集群和网络存储系统。此层次为系统各层提供了各种关键的运行环境条件合透明的访问途径；特定群体任务层是整个系统的第三层，也是信息处理的核

7、心层，该层负责将前两层采集、存储和传输至第三层的多模态信号对特定的事件进行建模，并将判决结果提供给智能终端交互层，从而满足特殊人群多样化的实际需求；智能终端交互层是应用系统的对外交互层，主要面向所捕获信息的“行为个体”、综合应用系统管理者等进行信息展示、信息服务和信息发布，以及面向应用相关人员和系统运维人员等使用系统和管理系统提供用户交互窗口。监测显示信息交互智能终端智能终端交互层多模态信息融合信息监测信息识别实时通讯信息推送信息分