p2pBIOFOCO : um framework Peer-to-Peer para processamento distribuido do BLAST

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

Uma área promissora para o projeto e desenvolvimento de sistemas distribuídos tem sido a Bioinformática, um campo de pesquisa interdisciplinar que usa conhecimentos de Ciência da Computação, Matemática e Estatística para resolver problemas de Biologia Molecular. Entretanto, apesar do amplo desenvolvimento e uso de tecnologias distribuídas no comércio, indústria e meio acadêmico, os sistemas distribuídos baseados no modelo Peer-to-Peer (P2P) ainda permanecem relativamente inexplorados no campo científico. Nesta dissertação, propomos uma nova arquitetura distribuída para a execução de aplicações em Bioinformática, particularmente o BLAST (Basic Local Alignment Search Tool), utilizando o modelo P2P. O BLAST é uma família de ferramentas que identifica a similaridade entre seqüências de DNA ou RNA fornecidas pelo usuário e seqüências existentes em bancos de dados de aminoácidos e nucleotídeos. Neste trabalho, projetamos e desenvolvemos um framework, baseado na plataforma P2P JXTA, para distribuir o processamento do BLAST entre dois ou mais domínios remotos utilizando um algoritmo de escalonamento de tarefas do tipo "alternância circular" (round robin) em uma rede privada virtual. O sistema conta ainda com um mecanismo de presença para anunciar o estado (ativo/inativo) dos Peers, e a flexibilidade de adicionar e remover serviços de forma dinâmica, isto é, sem a necessidade de reiniciar a aplicação. Os resultados do processamento do BLAST foram armazenados em um diretório FTP através de uma conexão segura. O banco de dados utilizado pelo BLAST foi o nr, o maior banco de dados de nucleotídeos disponível no National Center for Biotechnology Information (NCBI). Analisamos os ganhos reais de execução de arquivos contendo seqüências de DNA em 10 máquinas, distribuídas entre três domínios remotos, de forma a verificar a aplicabilidade da abordagem P2P em um ambiente de testes real, e o impacto que as limitações de memória RAM de cada máquina exerce sobre o tempo de execução total do sistema. Os bons resultados obtidos motivam novas melhorias no modelo atual, como inclusão de novos algoritmos de escalonamento de tarefas ou mecanismos de tolerância a falhas, além do uso desta arquitetura em projetos reais de Bioinformática.

ASSUNTO(S)

processamento distribuíı distributed systems, bioinformatics, peer-to-peer, jxta, blast peer-to-peer jxta processamento eletrônico de dados - processamento distribuído ciencia da computacao blast biologia computacional do bioinformática

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