一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法，包括：1、建立基于无线通信的固态纳米孔基因测序系统，包含便携式固态纳米孔测序装置、配置5G无线通信模组的通信装置、云平台和基站；2、用户提取生物样本，使用便携式固态纳米孔测序装置测序；3、在配置通信装置上将便携式固态纳米孔测序装置采集的数据压缩、加密，并通过5G技术传输数据；步骤4、在云平台存储数据，利用算法模块，对测序数据进行分析处理，并根据处理结果，按照数据通信方案对用户通信资源分配权重进行实时调整；5、生成检测报告。该发明专利技术通过无线通信将测序采集数据传输至云端，并提出数据分析处理算法，解决针对不同类别用户的通信资源分配问题。解决针对不同类别用户的通信资源分配问题。解决针对不同类别用户的通信资源分配问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法


[0001]本专利技术属于毫米波无线通信
，尤其涉及一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法。

技术介绍

[0002]基因测序是一种新型基因检测技术，能从人体血液、体液、细胞中测定认定基因组，从而快速准确诊断疾病或锁定病原微生物，在医疗健康领域能发挥巨大作用，是精准医疗实现的重要基础。该技术经过近半个世纪，已发展至第四代纳米孔基因测序。纳米孔测序是利用电泳来驱动单个分子逐一通过纳米尺度小孔以实现测序的全新技术，根据不同碱基穿过纳米孔时引起的极微弱电流变化，检测通过的碱基类别以实现测序。纳米孔测序技术按照技术路线，主要分为生物蛋白纳米孔和固态纳米孔两类。生物蛋白纳米孔测序技术相对成熟，产业界研发出了一系列纳米孔测序仪。凭借样本准备简便、测序速度快和设备便携等特点，纳米孔测序技术在许多场景下展现出了二代测序所不具备的独特优势，被认为是测序技术未来发展方向。
[0003]生物蛋白分子本身的不稳定性极大限制了生物蛋白纳米孔芯片的使用寿命，对其实现广泛应用形成了制约。而固态纳米孔则具有高稳定性、强耐受性、高可修饰性等优势，在实现基因测序的社会化推广方面具有极高的潜力。而固态纳米孔的应用不局限于直接测序，通过设计好的杂交探针，固态纳米孔检测系统可以快速找到待测样本中能与探针特异性结合的特定基因片段，也即病原体特征基因片段。同时借助于高速发展的通信技术，固态纳米孔技术有望提供动态、实时的测序。首先对病原微生物DNA进行实时、连续和长时间的测序，随后将采集数据以无线通信的方式传送至云平台进行计算、分析，最终生成检测报告。从而令用户能够快速获得病原微生物信息，做出及时的病情判断与处理。在新冠肺炎全球大规模流行的当下，采用固态纳米孔测序技术进行远程在线测序，能够为疫情防控提供重要的辅助手段。通过将本地的采集数据上传至云端进行大数据比对，该技术不仅能快速获得用户的感染情况，还令实时追踪新冠病毒的传播成为可能。通过大规模解析用户上传的新冠病毒基因组信息，我们可以追踪人群中新冠病毒的传播与进化情况，为疫情防控策略的制定提供有价值的参考信息。
[0004]东南大学在固态纳米孔检测和测序数据分析领域已有多年积累，在一些关键技术和实现上已取得重要进展。但由于固态纳米孔技术存在产生的数据量大、数据传输时间长、碱基片段组装和基因序列比对等需在实验室计算平台上进行的问题，目前尚无法实现远程数据分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法,以解决固态纳米孔技术存在产生的数据量大、数据传输时间长、碱基片段组装和基因序列比对等需在实验室计算平台上进行的问题，目前尚无法实现远程数据分析的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、建立一个基于无线通信的固态纳米孔基因测序系统，包含至少一个便携式固态纳米孔测序装置、配置5G无线通信模组的通信装置、云平台和基站；便携式固态纳米孔测序装置用于采集基因测序数据，配置5G无线通信模组的通信装置、基站用于传输基因测序数据，云平台用于处理基因测序数据，基站同时用于向用户分配通信资源；
[0009]步骤2、用户提取生物样本，使用便携式固态纳米孔测序装置测序(包含固态孔杂交测序)，同时将身份信息(VIP用户/普通用户信息、密切接触者信息)录入基于无线通信的固态纳米孔基因测序系统，并实时反馈用户通信装置本地内存占用信息；
[0010]步骤3、在配置5G无线通信模组的通信装置上将便携式固态纳米孔测序装置采集的数据压缩、加密，并通过5G技术将用户数据传输到基站，基站根据数据通信方案为用户分配通信资源；
[0011]步骤4、在云平台存储用户上传的基因测序数据，利用算法模块，对测序数据进行分析处理，并根据处理结果，按照数据通信方案对用户通信资源分配权重进行实时动态调整；
[0012]步骤5、云平台生成检测报告，将检测报告返回给用户。
[0013]进一步的，所述步骤4中的算法模块是深度学习的碱基识别算法或者是序列比对算法。
[0014]进一步的，步骤3中数据通信方案具体包括以下步骤：
[0015]步骤3.1、设置通信资源总量为Q，将用户分为五类，分别建立用户集合其中为普通用户集合，为疑似病例用户集合，为密切接触者用户集合，为通信装置本地内存占用已达极限的用户的集合，为VIP用户集合；其中，i，j＝1，...，5，i≠j，i，j表示用户编号，表示空集；设置五个用户集合的用户总数分别为：N1、N2、N3、N4、N5，为五类用户分别设置资源分配权重w1、w2、w3、w4、w5；其中，资源分配权重会随着用户总数、各集合用户数的变化而变化，但总是保证w1＜w5＜w4＜w3＜w2，非同类用户的资源分配权重不同，同类用户的资源分配权重相同；
[0016]步骤3.2、初始化用户集合，其中
[0017]步骤3.3、为各用户分配通信资源，其中，分配给用户k的通信资源Q
k
为
[0018][0019]其中，k表示用户编号，∈表示属于；
[0020]若用户集合改变，则w1、w2、w3、w4、w5随之改变，Q
k
依据上式改变。即通信资源分配是动态调整的。
[0021]进一步的，所述步骤4中按照数据通信方案对用户通信资源分配权重进行实时动态调整包括以下步骤：
[0022]步骤4.1、从用户集合中选择用户k；若用户k尚未完成检测，执行步骤4.2；若用户k已完成检测，执行步骤4.4；其中，U表示取并集，即所有用户集合的并集；
[0023]步骤4.2、对于用户i＝1，3，4，5，若云平台检测到疑似新冠病毒片段或杂交探针检测到疑似新冠病毒杂交双链信号，则令交探针检测到疑似新冠病毒杂交双链信号，则令即若用户k疑似感染新冠病毒，将其放入疑似病例用户集合通过步骤3.3改变资源分配方式，增加通信资源分配权重，确认其是否感染新冠病毒；其中，A\B表示从集合A中去掉集合B中包含的元素，∪表示取并集，
←
表示赋值，表示用户k属于集合
[0024]步骤4.3、为每个用户的通信装置本地内存占用设置极限，对于用户i＝1，5，若其通信装置本地内存占用达到极限，则从相应用户集合中将该用户k删除，并将该用户k加入用户集合即令即令执行步骤4.6；若其通信装置本地内存占用没有达到极限，执行步骤4.4；
[0025]步骤4.4、对于用户生成用户k的检测报告后，若确认用户k感染新冠病毒，则在用户集合中寻找用户k的密切接触者，对应建立用户k的密切接触者用户集合从相应用户集合中去除密切接触者用户，并将密切接触者用户加入集合并令其中表示集合A是集合B的子集；
[0026]步骤4.5、对于用户i＝1，...，5，若已生成用户k的检测报告，则视用户k已完成检测，将用户从其所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立一个基于无线通信的固态纳米孔基因测序系统，包含至少一个便携式固态纳米孔测序装置、配置5G无线通信模组的通信装置、云平台和基站；所述便携式固态纳米孔测序装置用于采集基因测序数据；所述配置5G无线通信模组的通信装置和基站用于传输基因测序数据，所述云平台用于处理基因测序数据，所述基站同时用于向用户分配通信资源；步骤2、用户提取生物样本，使用便携式固态纳米孔测序装置测序，同时将身份信息录入基于无线通信的固态纳米孔基因测序系统，并实时反馈用户通信装置本地内存占用信息；步骤3、在配置5G无线通信模组的通信装置上将便携式固态纳米孔测序装置采集的数据压缩、加密，并通过5G技术将用户数据传输到基站，基站根据数据通信方案为用户分配通信资源；步骤4、在云平台存储用户上传的基因测序数据，利用算法模块，对测序数据进行分析处理，并根据处理结果，按照数据通信方案对用户通信资源分配权重进行实时动态调整；步骤5、云平台生成检测报告，将检测报告返回给用户。2.根据权利要求1所述的基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法，其特征在于，所述步骤4中的算法模块是深度学习的碱基识别算法或者是序列比对算法。3.根据权利要求1所述的基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法，其特征在于，步骤3中数据通信方案具体包括以下步骤：步骤3.1、设置通信资源总量为Q，将用户分为五类，分别建立用户集合其中为普通用户集合，为疑似病例用户集合，为密切接触者用户集合，为通信装置本地内存占用已达极限的用户的集合，为VIP用户集合；其中，i，j表示用户编号，表示空集；设置五个集合的用户总数分别为：N1、N2、N3、N4、N5，为五类用户分别设置资源分配权重w1、w2、w3、w4、w5；其中，资源分配权重会随着用户总数、各集合用户数的变化而变化，但总是保证w1＜w5＜w4＜w3＜w2，非同类用户的资源分配权重不同，同类用户的资源分配权重相同；步骤3.2、初始化用户集合，其中步骤3.3、为各用户分配通信资源，其中，分配给用户k的通信资源Q
k
为其中，k表示用户编号，∈表示属于；若用户集合改变，则w1、w2、w3、w4、w5随之改变，Q
k
依据上式改变。即通信资源分配是动态调整的。4.根据权利要求3所述的基于无线通信的固态纳米孔基因测序数据通信方法，其特征
在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚晨皓，李健，许利群，黄婧佳，白赟，
申请(专利权)人：中移成都信息通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：