基于国家高性能计算环境的生物医药应用服务社区的移动端服务开发

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1.中国科学院计算机网络信息中心，北京 100190

2.中国科学院大学，北京 100190

引言

随着人类社会的不断进步，高性能计算机已步入了 E 级计算时代，高性能计算中心如雨后春笋般地在全世界各地出现。作为未来医疗模式和国民健康保障，精准医学与个性化药物应用在高性能计算应用领域的重要性彰显，用户群体不断扩大。精准医学是针对病人的基因组和个体特点进行防治，需要对海量的组学数据、临床数据和环境数据进行高度整合分析，构成能够揭示个体的疾病分子机制和遗传易感性的知识网络，并由达到精准治疗的目的，因而精准医学研究必将对高性能计算及其运行服务环境提出更高的需求。如何使生物医药从业者更好地利用日渐丰富的高性能计算资源并降低其使用门槛，已成为制约生物医药高性能计算应用快速发展的瓶颈之一。生物医药应用服务社区引入“互联网+”并基于“模块化高性能计算”、“智能超级计算”等新理念建立面向生物医药应用的计算服务社区是解决上述难题的重要手段[1-3]。

1 生物医药应用服务社区

1.1 应用社区建设与示范

基于国家高性能计算环境的生物医药应用服务社区，针对在生物信息和药物研发中高性能计算资源使用门槛高、软件分散、资源利用率低等问题，建立了易用、资源有效分类使用综合性的生物医药应用社区平台[3,4]。

社区基于“十二五”863 重大项目“高性能计算应用环境建设”下设的子任务 “新药创制社区”、依托国家高性能计算环境进一步研发具有计算服务商店特征的“生物医药应用服务社区”，涵盖新药研发、个性化医疗、生物信息和计算化学等应用；依托社区开展新药研发与个性化医疗典型应用示范，取得实效；扩大国家高性能计算环境用户群体，提升资源使用，向用户提供基于Web的计算服务和解决方案，为计算服务业建立积累经验[5,6]。

1.2 社区稳定运行

社区面向生物医药科研研究领域的计算用户和实验用户提供简单易用、资源丰富、安全稳定的平台和应用培训，并具有以下特点[7]：

简单易用：图形化计算应用服务；针对不同应用定制的前后处理功能模块；“一站式”生物医药应用服务集散地。

资源丰富：直通国家高性能计算环境；支持多样化应用服务模式；汇聚科学软件信息，跟踪学术新闻动态。平台资源包含生物信息、药物靶标鉴定和药物设计三大类的50 种应用资源；国家高性能计算环境的计算资源；微生物组和蛋白质组的组学数据资源。

安全稳定：专业人员运维支撑；数据备份，权限可控；完善的社区运维管理机制。

2 移动端的社区应用服务

随着移动互联网的技术和产品的发展，移动端的应用服务相对 PC 端的应用更实时、更便携的特点，能为用户提供更便捷的用户体验。为了为社区用户提供更好的应用体验，项目团队围绕实用性、互动性、便捷性操作的核心要素，充分考虑领域应用特点、交互式体验、功能应用的开发和定制化服务等需求，设计并开发了基于微信的社区应用服务小程序，为生物医药社区用户提供简洁而不简单的移动端应用服务：简化操作、简洁内容和移动应用。

3 移动端社区应用服务的设计与实现

3.1 小程序系统架构

3.1.1 社区应用服务小程序移动端框架设计

微信小程序的框架是基于MINA 框架，MINA 是Apache的一个开源框架，拥有完善且丰富的功能，小程序的标准架构如图1所示，View和Service的不断交互的过程中，View 层发出事件，Service 接收事件并进行响应处理，最后把处理后的数据打包发送给View 层[8-10]。

View 层由 WXML、WXSS和JSON 三部分组成，通常 WXML和WXSS 通过编译变成 HTML和CSS。在该小程序开发的过程中，应用了 WXML的数据绑定、逻辑计算、模版引用与响应事件等功能。

Service 层主要是由 App Service和Storge 两部分构成。App Service 是分离的各个页面的JS和App的主 JS 文件最终会打包生成，其主要功能是接收来自View的响应事件。Storge 主用来缓存信息，如用户登录信息、调用 API 接口向后端发送请求以及做必要缓存处理。Storge部分，集合了大部分的功能实现并用到了对称服务器的加密解密技术。

3.1.2 服务器端框架

服务器端采用腾讯云服务器作为中间服务器，如图2，小程序服务端必须采用 HTTPS 通信协议来保证本地服务器的数据安全。服务端与腾讯云的中间服务器进行数据交互，中间服务器对交互数据进行打包整理最后发送给本地服务器。小程序通过 wx.request方法将需要上传的数据发送给符合 HTTPS 通信协议的中间服务器，中间服务器通过 Nginx 反向代理将小程序接收到的数据按照目标格式发送给本地服务器的接口[11]。

服务器端采用 SpringBoot 框架，SpringBoot 相较于SpringMVC的优点是极大地简化了 Spring的配置流程，高效开发。后端实现的接口有：绑定微信小程序账户、用户权限控制、用户作业管理、作业信息查询和作业通知推送。当有作业任务完成后，程序检测到本地服务器上有计算任务完成并把作业相关信息推送至微信客户端[12-16]。

3.2 移动端社区应用服务的设计与实现

生物医药社区的小程序业务流程图如图3，主要分为游客展示平台和用户管理平台[17,18]。

3.2.1 主页

如图4所示，用户每一次进入小程序首先进入的是生物医药社区小程序主页，主要展示生物医药社区基本信息，目前包括小程序的使用指南，新上线应用服务等，详细信息可以通过点击查看。

3.2.2 登录

小程序内置的HTTPS 传输协议与服务器的加密策略保证了登录的安全性，实现用户端到服务器端的加密验证。登录之后即开放小程序的所有功能，包括查询自己在生物医药社区的作业进度，推送服务的开启以及已完成作业的内容信息查询。

3.2.3 应用展示与查询

分类页包含了所有生物医药社区已上线的应用，可进行分类具体查询。用户可根据需要查询生物医药社区是否包含此应用并查询该应用的详细使用说明，方便用户了解应用的具体详细信息。

3.2.4 作业查询与推送

小程序提供了作业完成时的查询和通知功能，用户作业完成时，将对已开启推送服务的用户发起服务通知，在用户的微信服务通知页里，将显示作业信息；用户可以点击进入查看作业详情。同时在小程序内也可以随时发送请求，查询当前所有已提交作业的进度，包括已完成、进行中、失效等多个状态显示，如图5所示。

图1 移动端框架图Fig.1 Frame diagram of mobile terminal

图3 业务流程图Fig.3 Business flow chart

图4 平台示意图Fig.4 Platform diagram

图5 作业同步示意图Fig.5 Schematic diagram of job synchronization

4 结语

生物医药应用服务社区旨在为领域用户提供风格简洁、方便易用、功能明确的丰富资源的平台，助力领域科研工作者的科学研究。社区将进一步推进高性能计算在物信息和药物研发领域的应用服务，以期为患者量身设计出最佳治疗方案，以期达到疗效最大化和副作用最小化；为医院临床研究提供可能的更精准更个性化的医疗解决方案，产生良好的经济和社会效益。