*

1.中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心，北京 100190

2.中國科學院大學，北京 100190

引言

隨著人類社會的不斷進步，高性能計算機已步入了 E 級計算時代，高性能計算中心如雨后春筍般地在全世界各地出現(xiàn)。作為未來醫(yī)療模式和國民健康保障，精準醫(yī)學與個性化藥物應用在高性能計算應用領(lǐng)域的重要性彰顯，用戶群體不斷擴大。精準醫(yī)學是針對病人的基因組和個體特點進行防治，需要對海量的組學數(shù)據(jù)、臨床數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行高度整合分析，構(gòu)成能夠揭示個體的疾病分子機制和遺傳易感性的知識網(wǎng)絡，并由達到精準治療的目的，因而精準醫(yī)學研究必將對高性能計算及其運行服務環(huán)境提出更高的需求。如何使生物醫(yī)藥從業(yè)者更好地利用日漸豐富的高性能計算資源并降低其使用門檻，已成為制約生物醫(yī)藥高性能計算應用快速發(fā)展的瓶頸之一。生物醫(yī)藥應用服務社區(qū)引入“互聯(lián)網(wǎng)+”并基于“模塊化高性能計算”、“智能超級計算”等新理念建立面向生物醫(yī)藥應用的計算服務社區(qū)是解決上述難題的重要手段[1-3]。

1 生物醫(yī)藥應用服務社區(qū)

1.1 應用社區(qū)建設(shè)與示范

基于國家高性能計算環(huán)境的生物醫(yī)藥應用服務社區(qū)，針對在生物信息和藥物研發(fā)中高性能計算資源使用門檻高、軟件分散、資源利用率低等問題，建立了易用、資源有效分類使用綜合性的生物醫(yī)藥應用社區(qū)平臺[3,4]。

社區(qū)基于“十二五”863 重大項目“高性能計算應用環(huán)境建設(shè)”下設(shè)的子任務 “新藥創(chuàng)制社區(qū)”、依托國家高性能計算環(huán)境進一步研發(fā)具有計算服務商店特征的“生物醫(yī)藥應用服務社區(qū)”，涵蓋新藥研發(fā)、個性化醫(yī)療、生物信息和計算化學等應用；依托社區(qū)開展新藥研發(fā)與個性化醫(yī)療典型應用示范，取得實效；擴大國家高性能計算環(huán)境用戶群體，提升資源使用，向用戶提供基于Web的計算服務和解決方案，為計算服務業(yè)建立積累經(jīng)驗[5,6]。

1.2 社區(qū)穩(wěn)定運行

社區(qū)面向生物醫(yī)藥科研研究領(lǐng)域的計算用戶和實驗用戶提供簡單易用、資源豐富、安全穩(wěn)定的平臺和應用培訓，并具有以下特點[7]：

簡單易用：圖形化計算應用服務；針對不同應用定制的前后處理功能模塊；“一站式”生物醫(yī)藥應用服務集散地。

資源豐富：直通國家高性能計算環(huán)境；支持多樣化應用服務模式；匯聚科學軟件信息，跟蹤學術(shù)新聞動態(tài)。平臺資源包含生物信息、藥物靶標鑒定和藥物設(shè)計三大類的50 種應用資源；國家高性能計算環(huán)境的計算資源；微生物組和蛋白質(zhì)組的組學數(shù)據(jù)資源。

安全穩(wěn)定：專業(yè)人員運維支撐；數(shù)據(jù)備份，權(quán)限可控；完善的社區(qū)運維管理機制。

2 移動端的社區(qū)應用服務

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，移動端的應用服務相對 PC 端的應用更實時、更便攜的特點，能為用戶提供更便捷的用戶體驗。為了為社區(qū)用戶提供更好的應用體驗，項目團隊圍繞實用性、互動性、便捷性操作的核心要素，充分考慮領(lǐng)域應用特點、交互式體驗、功能應用的開發(fā)和定制化服務等需求，設(shè)計并開發(fā)了基于微信的社區(qū)應用服務小程序，為生物醫(yī)藥社區(qū)用戶提供簡潔而不簡單的移動端應用服務：簡化操作、簡潔內(nèi)容和移動應用。

3 移動端社區(qū)應用服務的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 小程序系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.1 社區(qū)應用服務小程序移動端框架設(shè)計

微信小程序的框架是基于MINA 框架，MINA 是Apache的一個開源框架，擁有完善且豐富的功能，小程序的標準架構(gòu)如圖1所示，View和Service的不斷交互的過程中，View 層發(fā)出事件，Service 接收事件并進行響應處理，最后把處理后的數(shù)據(jù)打包發(fā)送給View 層[8-10]。

View 層由 WXML、WXSS和JSON 三部分組成，通常 WXML和WXSS 通過編譯變成 HTML和CSS。在該小程序開發(fā)的過程中，應用了 WXML的數(shù)據(jù)綁定、邏輯計算、模版引用與響應事件等功能。

Service 層主要是由 App Service和Storge 兩部分構(gòu)成。App Service 是分離的各個頁面的JS和App的主 JS 文件最終會打包生成，其主要功能是接收來自View的響應事件。Storge 主用來緩存信息，如用戶登錄信息、調(diào)用 API 接口向后端發(fā)送請求以及做必要緩存處理。Storge部分，集合了大部分的功能實現(xiàn)并用到了對稱服務器的加密解密技術(shù)。

3.1.2 服務器端框架

服務器端采用騰訊云服務器作為中間服務器，如圖2，小程序服務端必須采用 HTTPS 通信協(xié)議來保證本地服務器的數(shù)據(jù)安全。服務端與騰訊云的中間服務器進行數(shù)據(jù)交互，中間服務器對交互數(shù)據(jù)進行打包整理最后發(fā)送給本地服務器。小程序通過 wx.request方法將需要上傳的數(shù)據(jù)發(fā)送給符合 HTTPS 通信協(xié)議的中間服務器，中間服務器通過 Nginx 反向代理將小程序接收到的數(shù)據(jù)按照目標格式發(fā)送給本地服務器的接口[11]。

服務器端采用 SpringBoot 框架，SpringBoot 相較于SpringMVC的優(yōu)點是極大地簡化了 Spring的配置流程，高效開發(fā)。后端實現(xiàn)的接口有：綁定微信小程序賬戶、用戶權(quán)限控制、用戶作業(yè)管理、作業(yè)信息查詢和作業(yè)通知推送。當有作業(yè)任務完成后，程序檢測到本地服務器上有計算任務完成并把作業(yè)相關(guān)信息推送至微信客戶端[12-16]。

3.2 移動端社區(qū)應用服務的設(shè)計與實現(xiàn)

生物醫(yī)藥社區(qū)的小程序業(yè)務流程圖如圖3，主要分為游客展示平臺和用戶管理平臺[17,18]。

3.2.1 主頁

如圖4所示，用戶每一次進入小程序首先進入的是生物醫(yī)藥社區(qū)小程序主頁，主要展示生物醫(yī)藥社區(qū)基本信息，目前包括小程序的使用指南，新上線應用服務等，詳細信息可以通過點擊查看。

3.2.2 登錄

小程序內(nèi)置的HTTPS 傳輸協(xié)議與服務器的加密策略保證了登錄的安全性，實現(xiàn)用戶端到服務器端的加密驗證。登錄之后即開放小程序的所有功能，包括查詢自己在生物醫(yī)藥社區(qū)的作業(yè)進度，推送服務的開啟以及已完成作業(yè)的內(nèi)容信息查詢。

3.2.3 應用展示與查詢

分類頁包含了所有生物醫(yī)藥社區(qū)已上線的應用，可進行分類具體查詢。用戶可根據(jù)需要查詢生物醫(yī)藥社區(qū)是否包含此應用并查詢該應用的詳細使用說明，方便用戶了解應用的具體詳細信息。

3.2.4 作業(yè)查詢與推送

小程序提供了作業(yè)完成時的查詢和通知功能，用戶作業(yè)完成時，將對已開啟推送服務的用戶發(fā)起服務通知，在用戶的微信服務通知頁里，將顯示作業(yè)信息；用戶可以點擊進入查看作業(yè)詳情。同時在小程序內(nèi)也可以隨時發(fā)送請求，查詢當前所有已提交作業(yè)的進度，包括已完成、進行中、失效等多個狀態(tài)顯示，如圖5所示。

圖1 移動端框架圖Fig.1 Frame diagram of mobile terminal

圖3 業(yè)務流程圖Fig.3 Business flow chart

圖4 平臺示意圖Fig.4 Platform diagram

圖5 作業(yè)同步示意圖Fig.5 Schematic diagram of job synchronization

4 結(jié)語

生物醫(yī)藥應用服務社區(qū)旨在為領(lǐng)域用戶提供風格簡潔、方便易用、功能明確的豐富資源的平臺，助力領(lǐng)域科研工作者的科學研究。社區(qū)將進一步推進高性能計算在物信息和藥物研發(fā)領(lǐng)域的應用服務，以期為患者量身設(shè)計出最佳治療方案，以期達到療效最大化和副作用最小化；為醫(yī)院臨床研究提供可能的更精準更個性化的醫(yī)療解決方案，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會效益。