生物数字融合 脱氧核糖核酸（DNA）存储系统参考架构.pdf

ICS35.240.15

CCSL71

团体标准

T/CIEXXX-XXXX

生物数字融合DNA存储系统参考架构

Bio-digitalconvergence—ReferencearchitectureofDNAstoragesystem

征求意见稿

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中国电子学会发布

T/CIEXXX-XXXX

目次

I

T/CIEXXX-XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起

草。

本文件由中国电子学会提出并归口。

本文件起草单位：。

本文件主要起草人：

II

T/CIEXXX-XXXX

生物数字融合DNA存储系统参考架构

1范围

本文件规定了DNA存储系统的参考架构、主要功能和工作流程。

本文件适用于DNA存储系统的设计和研发。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

3.1

DNA存储技术DNAstoragetechnology

用人工合成的脱氧核糖核酸(DNA)作为存储介质的数据存储技术。

3.2

DNA存储系统DNAstoragesystem

以DNA存储技术为核心，人工合成可以编码数字信息的DNA序列，并能进行稳定存储、读取和恢复原

始信息的系统。

4参考架构

DNA存储系统主要包括写入、存储和读取三大组成部分，系统参考架构见图1。

图1DNA存储系统参考架构

5主要功能

3

T/CIEXXX-XXXX

5.1信息写入

将二进制数据写入DNA存储媒体的过程被称为信息写入，信息写入主要包括编码和合成两大模块。

编码是将数字文件中的二进制数据提取出来，并按一定规则转换成为DNA碱基序列。

合成是通过化学原理或生物酶法原理，利用柱式合成、点阵芯片、半导体芯片等方式根据编码步骤

获得的DNA序列进行从头人工合成。

5.1.1转码映射

转码算法主要分为两类：

a)考虑DNA分子序列的受限限制进行映射的算法，包括Church编码算法、Goldman编码算法、

Grass编码算法、Blawat编码算法等；

b)将两比特转化为一个碱基，然后增加筛选过滤步骤的编码算法，包括DNAFountain喷泉码和

Yin-Yang双编码算法等。

不同类型算法性能不同、生成序列特性不同、隐私性及稳健性不同。待存储数据的编码算法选择可

根据以下特征进行选择：

a)数据特征，包括文件大小、字节频率等；

b)算法性能特征，包括信息密度、转码速度等；

c)序列特征，包括GC含量、单碱基重复长度等；

d)隐私性特征，包括稳健性、破译难度等。

5.1.2纠错编码

采用合适的技术或算法添加额外的校验数据，对原始数据进行数学变换使之能够应对DNA存储过程

中出现的错误。

5.1.3生化适配

进行