hledat:

11   Podpora aplikací

Aktivita nazývaná „Podpora aplikací“ se soustřeďuje na přímou podporu projektů, které řeší sami uživatelé sítě CESNET, často v rámci významných projektů v evropském nebo světovém kontextu. Aktivita se soustřeďuje na zprostředkování podpory a koordinaci činností mezi uživateli–řešiteli aplikací a CESNETem. Podporované projekty lze rozdělit do tří velkých tematických oblastí – medicína, fyzikální výzkum a problematika informačních technologií, která se čím dál víc orientuje na projekty zapadající do Evropského programu Future Internet. Všechny skupiny mají společné to, že z mnoha důvodů potřebují specifické síťové prostředí, jako jsou vyhrazené spoje pracující s vysokou rychlostí, nízkou latencí, vysokým stupněm zabezpečení, atd. Takové prostředí je vytvářeno různou technologií, která po profesní stránce není v CESNETu zajišťována jen jednou pracovní skupinou. V tomto ohledu je nutné úzce spolupracovat a zajišťovat potřebné akce ve spolupráci specialistů několika týmů. To byla i jedna z činností této aktivity.

V oblasti medicíny bylo v roce 2009 podporováno 5 projektů: POSN, MeDiMed/ReDiMed, GlobalMedicus, kooperativní 3D-model a Videosurgery. Projekty původně vznikly zcela izolovaně, ale časem se některé z nich začínají prolínat právě kvůli tomu, že využívají společnou infrastrukturu nebo slouží stejným uživatelům.

V oblasti fyziky se už vůbec nejedná o podporu jednotlivých projektů, i když v této oblasti několik aplikačních projektů existuje (projekty na LHC ATLAS a ALICE, STAR, Auger). Naše podpora je poskytována komunitě fyziků jako celku. Zmíněné projekty jsou organizovány na mezinárodní úrovni a česká komunita fyziků na nich spolupracuje. Veškerá aktivita této komunity je technicky zastřešována Fyzikálním ústavem AV ČR. Největší podporou těmto projektům je zajištění exkluzivní konektivity na národní i mezinárodní úrovni. CESNET vedle vysokého standardu IP konektivity ve směru do celoevropské akademické sítě GÉANT poskytuje této komunitě několik dedikovaných propojení typu End-to-End (E2E) k datovým a výpočetním centrům.

Do informačních technologií patří projekty typu PlanetLab, VINI, C2C (Cave-to-Cave), videokonference s vysokou úrovní rozlišení apod. Patří sem i spolupráce na nových Evropských projektech, jakým je projekt FEDERICA. Podpora CESNETu byla směrována do všech zmíněných projektů, avšak její konkrétní podoba měla v každém případě odlišný charakter. Detaily budou popsány v částech, které se týkají jednotlivých projektů a oblastí. Většina z podporovaných projektů není nová, ale jedná se o pokračování již nastartovaných projektů, které běží již několik let a zdokonalují svoji funkčnost nebo expandují k novým uživatelům. Při stanovování konkrétních forem podpory pro rok 2009 jsme proto vycházeli z aktuálního stavu řešení.

11.1   Podpora E2E

Práce v této oblasti obsahuje budování spojů do zahraničí pro zajištění spolupráce samotného CESNETu nebo jeho uživatelů (fyzikální komunita) i vytváření nových spojů v rámci ČR podle požadavků uživatelů. Technické detaily tohoto typu spojení jsou uvedeny v kapitole Rozvoj páteřní sítě CESNET2, v této části se dotkneme jen uživatelské stránky problému. CESNET pro zřízení konkrétního spoje vyžaduje objednávku, kde uživatel specifikuje svůj problém, který by měl být spojen s jeho výzkumnou aktivitou. V tomto smyslu byly v minulosti vybudovány spoje pro komunitu fyziků nebo pro medicínské aplikace. O aktuálním využití těchto spojů pojednávají odstavce v částech popisujících aktivity příslušných komunit. V posledním roce žádní noví uživatelé s podobným požadavkem nepřišli. Požadavky fyzikální komunity na zvýšení kapacit některých existujících spojů, které se objevily v závěru roku, budeme analyzovat a případně realizovat v roce 2010 podle finančních možností.

Pro uživatele tohoto typu CESNET provozuje čtyři tuzemské E2E spoje pro medicínské aplikace a sedm spojů pro fyzikální aplikace. CESNET v rámci svého výzkumného záměru řeší několik mezinárodních projektů, které se zabývají složitými komunikačními problémy, ať už v rámci výzkumu nových síťových architektur (GLIF, Phosporus, FEDERICA), gridových aplikací (EGEE, EGI), či v oblasti videokonferencí s vysokým rozlišením. K těmto účelům CESNET provozuje dalších pět tuzemských spojů. Na mezinárodní úrovni provozuje CESNET dvanáct E2E spojů (4×USA, 2×Německo, 2×Holandsko, Polsko, Itálie, Řecko, Taiwan).

Analyzovali jsme požadavek na zvýšení zahraničního peeringu do centra AMS-IX, který se ukazuje pro CESNET velmi zajímavý. Kapacitní možnosti projektu GN2+ jsou ale již vyčerpány stávajícími spoji a další 10 Gb/s kanál do GN2+ si CESNET zatím nemůže dovolit. Vedeme jednání s polskými kolegy o sdílení společného spoje.

Trvá zájem kolegů ze sítě TWAREN o spolupráci v oblasti různých aplikací – jde o experimenty s různou formou videopřenosů na velkou vzdálenost. V současnosti máme vhodného partnera z nemocnice na Taiwanu (Medical College of National Taiwan University ) a hledáme konkrétního partnera v ČR, který by měl odvahu vstoupit do zahraniční spolupráce a tomto poli.

Na domácí půdě jsme v tomto směru vedli další jednání s několika klíčovými pracovišti, o nichž jsme se domnívali, že by měla být napojena na CESNET přímo a měla by se s nimi navázat těsnější vědecká spolupráce. Jednalo se o IKEM, nemocnici Na Homolce a ČHMÚ. Obnovená jednání s FTN o efektivnějším využití linky pro další experimenty z oblasti medicíny, která tam byla před časem vybudována, zatím nevedla k žádné dohodě. Dedikovaný spoj do FTN zůstává v provozu jen pro projekt MeDiMed. Jednání budou ještě pokračovat v příštím roce v kontextu nových plánů CESNETu v souvislosti s budováním e-infrastruktury.

V roce 2009 se podařilo získat nové významné partnery pro spolupráci. Byla připojena Pardubická krajská nemocnice, která se bude spolupodílet na řešení výzkumného záměru. Nemocnice se stala partnerem v projektu: „Realizace pilotního síťového propojení počítačových aplikací pro potřeby náročné analýzy patologie a fyziologie hlasu“. To je společný projekt Pardubické krajské nemocnice, HAMU Praha a ÚVN Praha. Byla uzavřena dohoda o spolupráci se SUKL (Státní ústav pro kontrolu léčiv) v Praze, který bude připojen gigabitovou rychlostí s cílem jeho zapojení do mezinárodního projektu EMEA a e-Preskripce. Projekt EMEA (European Medicines Agency) soustřeďuje celoevropské výsledky klinických zkoušek léků.

11.2   Aplikace pro obor telemedicíny

Projekt MeDiMed (Metropolitan Digital Imaging System in Medicine) má již více než desetiletou historii. Řeší problematiku sběru, zpracování a dlouhodobé archivace medicínských obrazových informací, ale i otázky medicínské využitelnosti a problematiku vlastního technického zabezpečení. Hlavním cílem projektu je rozšiřování databáze grafických dat a studium metod zpracování obrazových informací z různých vstupních informačních zdrojů (ultrazvuk, počítačová tomografie, magnetické rezonance atd.). Mezi hlavní priority projektu dnes patří zpracování medicínských obrazových informací pro potřeby výuky. Projekt, který řeší MU Brno, je již dlouhodobě podporován CESNETEM jak na úseku poskytování konektivity, tak v podpoře budování samotné infrastruktury tohoto systému.

V posledních dvou letech se pod tlakem potřeb změnila strategie připojování nemocnic a přenosu dat. Původní koncepce, kdy síť byla budována jen na optických linkách a většina připojených nemocnic pocházela z brněnského regionu, musela být pozměněna. Dnes systém připojuje i vzdálenější nemocnice prostřednictvím VLAN budovaných přes Internet a přenos je zabezpečen šifrovacími funkcemi. V rámci projektu vznikl před dvěma lety zcela nový přenosový systém ReDiMed (Radiologické komunikační centrum Masarykovy univerzity), do kterého je dnes zapojeno 72 nemocnic z ČR.

Na bázi úspěšného projektu MeDiMed byl vyvinut i konkurenční projekt ePACS, který byl vyvinut komerční firmou ICZ a nabízí podobné přenosové služby. Je provozován pod kontrolou VFN Praha.

Centrální komunikační uzel ve VFN, centrum projektu MU i většina účastníků je připojena přímo na síť CESNET2, ostatní menší nemocnice a diagnostická centra se k centru této sítě připojují prostřednictvím NIX.CZ. Rozdíl mezi ePACS a ReDiMed je více méně jen v použité technologii. Mnohé nemocnice, zejména větší, používají oba systémy.

V průběhu roku 2008 Brněnský projekt MeDiMed s komunikačním systémem ReDiMed expandoval na Slovensko a v roce 2009 je do projektu zapojeno už 52 nemocnic ze SR. Lékaři ze Slovenska tak získali přístup do rozsáhlé znalostní databáze obrazových dat, kterou řešitelé projektu budují po dobu více než deseti let. CESNET tento krok jen vítá a dá se říci, že bude tuto zahraniční spolupráci i nadále podporovat, pokud bude datová komunikace probíhat po spojích, které mezi sítěmi CESNET2 a SANET byly před časem vytvořeny právě pro podobné projekty. Optický DWDM spoj CESNET2–SANET je provozován s technologií optických zesilovačů vyvinutou v rámci výzkumného záměru a umožňuje rozšiřovat počet spojů bez potřeby jakékoliv nutnosti dalších velkých investic. Každé její další využití v aplikacích na spojích pracujících s velkou vzdáleností pomůže k jejímu zdokonalení a propagaci. Detaily použité technologie byly popsány v předchozích zprávách.

V letošním roce projekt MeDiMed připravoval přechod na virtualizační prostředí. Řešitelé si vybrali VMware, který by měl umožnit dynamickou migraci databáze mezi vzdálenými servery. Proběhlo testování na experimentálním testbedu mezi Brnem a Prahou, kdy záložní server pro brněnskou lokalitu byl v Praze. Spojení probíhalo po dedikovaném spoji vedeném optickou páteří sítě CESNET2. Autoři připravili článek pro mezinárodní konferenci a zpracovávají technickou zprávu, která popíše technické detaily.

V rámci studia a ověřování funkčnosti nových datových propojení pro telemedicínu bylo v roce 2008 zprovozněno gridové prostředí Globus MEDICUS (GM). Systém pracuje na platformě linuxového systému CentOS 4.3. Jedná se o řešení, které bylo vyvinuto v USA a oceněno několika cenami za příkladné a efektivní použití gridové technologie v oboru telemedicíny.

GM implementovaný v CESNETu tvoří integrační prvek pro jistou třídu aplikací z oblasti medicíny. Projekt byl postupně převeden do virtualizovaného prostředí XEN. Dnes běží na třech serverech lokalizovaných na 1. LF UK, CESNET a ÚVN, jejich propojení je na bázi gridu. Virtualizace umožnila rozšířit počet aplikací, které jsou v uzlech tohoto projektu provozovány. Vedle originálního Grid-PACS systému, zde běží aplikace Laboratoře aplikované biokybernetiky Ústavu patologické fyziologie 1. LF UK z oblasti identifikace fyziologických systémů. Několik prezentací, které jsou spojeny s tímto systémem, bylo předneseno na konferenci MEDSOFT v Plzni.

Ve 2. pololetí se v prostředí GM začal řešit i projekt „Objektivizace vyhodnocení klinických vyšetření poruch hlasu“. Má umožnit dálkové řízení speciálního foniatrického vyšetření hlasivek. V době psaní této zprávy byl dokončen prototyp aplikace. Řešení používá protokol RDP pro vzdálený přístupu k počítači s využitím dálkově napojeného systému MATLAB, který zpracovává dálkově snímaná foniatrická data v laboratoři HAMU. Jedním z prvních uživatelů této nové aplikace budou lékaři z nemocnice v Pardubicích. Tato nemocnice je připojena dedikovaným spojem a je s ní uzavřena smlouva o spolupráci na řešení výzkumného záměru. Autoři přihlásili příspěvek na konferenci MEFANET 2009, kde informovali lékařskou veřejnost o dosaženém stavu řešení.

V minulosti CESNET vytvořil pro potřeby vybraných nemocnic Privátní optickou síť – POSN, která slouží jako experimentální prostředí pro testování nových aplikací, jež potřebují rychlé spoje s minimálním transportním zpožděním a nízkou úrovní rozptylu (jitter).

POSN byl vytvořen za účasti ÚVN Praha, MNUL v Ústí nad Labem a FN Motol Praha. Datová centra (SAN), která pracují propojeně v ÚVN a MNUL, aktivně spolupracovala. Výměna dat v průběhu roku 2009 byla na standardní úrovni. V současnosti sdílí SAN centra úložný prostor o celkové kapacitě 6 TB. Další rozvoj aplikace komplikuje personální obsazení v nemocnicích. Vzhledem k tomu, že CESNET bude v dalších letech budovat novou infrastrukturu pro vědeckou základnu, která bude obsahovat i úložiště dat, má možnost získané zkušenosti z tohoto projektu dobře uplatnit.

Pokračovala spolupráce s nemocnicemi, které jsou vybaveny špičkovou diagnostickou a operační technikou. V průběhu roku se jednalo o možnosti realizovat přenos robotických operací se stereo přenosem z operačních robotů Da Vinci. Po důkladném prostudování dokumentace a několika jednáních na různých úrovních (lékaři, techničtí specialisté) se ukázalo, že to je pro CESNET neřešitelný úkol. Firmy, které se o roboty starají a současně jsou generálními dodavateli i garanty jejich spolehlivosti (Hospimed), nedovolí žádné experimenty s těmito zařízeními. Přenosy z nich jsou teoreticky možné, ale jen za účasti autorizovaných partnerů, které Hospimed najímá, např. gali-3d.com. Ti se profesně specializují na 3D videozobrazení a nemají zájem s CESNETem spolupracovat. Přednostně se obracejí na komerční telekomunikační operátory, se kterými mají navázány komerční kontakty.

Jako nejzajímavější projekt z oblasti telemedicíny se v roce 2009 ukázal interaktivní systém pro kolaborativní 3D modelování. Jeho řešitelé (kolektiv FIT VUT Brno) si pro rok 2009 stanovili za cíl optimalizovat jej pro různá prostředí a tím jej lépe připravit pro reálné klinické nasazení. Dnes řešitelé mají k dispozici plně funkční server, který zajišťuje synchronizaci stavu VCE prostředí. Součástí serveru je i databáze importovaných pacientů a jejich obrazových dat (CT/MR) a prostředky pro správu této databáze. Plně funkční a flexibilní je také klient pro připojení uživatele k serveru a jeho kolaborativní práci v prostředí VCE. Systém plně synchronizuje startovní obrazová data ze serveru s využitím progresivní komprese, takže je možné začít pracovat již za několik málo sekund (na nižším rozlišení) i na pomalejší lince (od 1 Mb/s). Data se postupně na pozadí stahují až na plnou kvalitu. Klientský software umožňuje uživateli prohlížet data a vytvářet anotační poznámky, které jsou on-line synchronizovány ostatním klientům.

V roce 2009 řešitelé provedli několik úspěšných demonstrací tohoto systému na významných mezinárodních konferencích a seminářích. V březnu na 27. meeting APAN, který se konal v Kaohsiung (Taiwan), v červnu na TNC 2009 v Malaze (Španělsko) a v září na výstavě UIT v Ženevě ve stánku E-Health v ČR. Mimo to měli příspěvek a demonstraci na každoroční konferenci MEDSOFT v Plzni.

Na základě ohlasů a zkušeností z prezentací realizovaných na konferencích ve vzdálených destinacích provedli řešitelé několik dalších úprav na systému VCE, aby byl lépe přizpůsoben potřebě vzájemné kolaborace mezi lékaři. Až dosud byla pozornost věnována kolaboraci technik–lékař. Autoři se také snaží upravit systém VCE pro přímý e-learning lékařů (radiologie, anatomie, techniky 3D plánování a modelování). Konkrétně to znamená upravení grafického rozhraní klientského programu (přidání volume rendering) pro přímé 3D zobrazení dat, měření dat a další servisní funkce. Analyzují také možnosti přímé integrace videokonferenčních prvků (nebo jejich přidružení) do systému VCE tak, aby celý systém fungoval komplexně a maximálně jednoduše (v rámci nastavení jedné konfigurace). Ukazuje se, že VCE klient je již velice spolehlivý a prakticky použitelný nástroj při všech typech spojení. Autoři mají pozvání na několik dalších akcí.

11.3   Aplikace pro obor fyziky

Jak již bylo řečeno na počátku, obor fyziky vysokých energií (HEP) dostává silnou podporu, která není přímo směrována na jednotlivé projekty, tak jako v telemedicíně nebo dalších oborech. Většina prostředků je věnována na mezinárodní konektivitu a zapojení české komunity fyziků do obrovských mezinárodních projektů (ATLAS a ALICE na urychlovači LHC, D0 na urychlovači TEVATRON a STAR na urychlovači RHIC). V těchto projektech se výsledky dosahují jen ve velkých kolektivech, kde je práce koordinována v celosvětovém měřítku. Je pozitivní, že v nich je oceňován nejen příspěvek, který do těchto projektů přinášejí čeští fyzici, ale infrastruktura, kterou jim vytvořil CESNET pro jejich práci. Mimořádné podmínky, jež jim vytvořil CESNET díky výzkumnému záměru, jim umožňují pracovat mnohem efektivněji v porovnání s většinou fyziků z ostatních zemí. V ČR CESNET vytvořil pro tuto komunitu experimentální privátní optickou síť mezi několika institucemi, které mají vazbu na FZÚ a podílejí se na zpracování fyzikálních dat. Vedle toho jim zprostředkoval speciální spojení Tier2 Centra ve FZÚ s datovými centry Tier1 projektu LHC v Německu, USA a na Taiwanu. CESNET se prostřednictvím aktivit Optické sítě a Podpora aplikací a prostřednictvím spolupráce s několika pracovníky FZÚ přímo podílí na udržování provozní způsobilosti této sítě a mezinárodního spojení. Schéma participace CESNETu na zajištění fyzikálních projektů bylo již popsáno v loňské zprávě, v tomto směru se nic nového nezměnilo.

V letošním roce byl znovu zahájen provoz urychlovače LHC v CERNu, s tím byl spojen i výrazný nárůst všech aktivit, zvýšení přenosu dat, zpracování, atd. Již dnes je pozorována saturace linek propojujících CESNET a Bulovku, Řež, BNL, FZK. Na podzim 2009 bylo do FZÚ ke zpracování přeneseno 10,28 TB dat. Tento přenos probíhal po síti GÉANT ze tří hlavních datových center v Německu (FZK Karlsruhe, Desy Hamburg a GWD Gottingen), část po speciální (E2E) lince 1 Gb/s Karlsruhe–Praha a část po standardní IP síti GÉANT2 (10 Gb/s). Průměrný přenosový výkon se v těchto dnech pohybuje na úrovni 0,35 TB za hodinu s průměrnou bitovou rychlostí 0,78 Gb/s. Při maximálních přenosech dosahuje agregovaný výkon na vstupu do FZÚ až 1,8 Gb/s. Maximální přenosový výkon dosáhli v říjnu, kdy přenesli 792,55 GB za hodinu.

Koncem roku 2009 dojde k dalšímu výraznému navýšení výpočetních kapacit FZÚ. Vzhledem k této situaci bude FZÚ požadovat navýšení přenosových kapacit do několika lokalit (Bulovka, Řež) a uvažují i o navýšení kapacity linky 1 Gb/s do Karlsruhe, kde už v současné době dochází k největší saturaci spoje.

Komunita fyziků se v roce 2009 aktivně zapojila do publikační činnosti. Ve svých příspěvcích na odborných konferencích vyzdvihuje podíl CESNETu na své úspěšné práci v mezinárodních projektech. V březnu 2009 se v Praze konala konference CHEP 2009 (Computing in High Energy and Nuclear Physics), jíž byl CESNET jedním ze spoluorganizátorů. V rámci konference v sekci podpory aplikací bylo prezentováno několik příspěvků z ČR, kde se detailně popisuje spolupráce v této oblasti, jak vyplývá i z názvů příspěvků: D. Adamová a kol. Status of the Grid Computing for the ALICE Experiment in the Czech Republic, P. Chaloupka a kol. Setting up Tier2 Site at Golias/Prague Farm a J. Chudoba Simulation And Reconstruction of Cosmic Ray Showers For The Pierre Auger Observatiry On The EGEE GRID. V září byly prezentovány dva příspěvky na XXII International Symposium on Nuclear Electronics & Computing ve Varně (Bulharsko). L. Fiala a kol. Prague Tier2 computing centre evolution a J. Horký a kol. A centralized administration of the Grid infrastructure using cfengine. To je pozitivní posun v naší spolupráci.

Na úseku fyziky CESNET spolupracuje i s dalšími pracovišti z vysokých škol a AV ČR, která nejsou vázána jen na zmíněné mezinárodní experimenty z oblasti částicové fyziky, ale mají návaznost na jadernou energetiku a jadernou bezpečnost (ÚJV Řež) a další mezinárodní projekty z této oblasti. Jejich působnost je spíše v oblasti používání výpočetních kapacit, což souvisí s přístupem těchto pracovišť k výpočetním serverům, které jsou soustředěny v MetaCentru a na dalších vysokých školách.

11.4   Aplikace pro informační technologie

CESNET pokračuje v aktivní účasti na projektech typu NGI – New Generation of Internet v USA, které jsou podporovány NSF, projektech financovaných komisí EU v rámci 7. rámcového programu a dalších projektech z oblasti informačních technologií, jež považujeme za profesně zajímavé. Všechny tyto projekty jsou určeny především pro testování nových komunikačních protokolů, nových architektur propojení uzlů budoucího Internetu. Dosažené výsledky mezinárodních projektů jsou popsány v samostatné kapitole Projekt FEDERICA a související projekty dále v textu.

Projekt pojmenovaný C2C je relativně nový. Měl by pokrýt celou novou oblast specifické komunikace spojené s přenosem virtuální reality generované v počítačích do vzdálených lokalit, kde by měl být tento obraz reprodukován. Jde jak o přenos scén ze zařízení typu Cave, tak o stereoskopické přenosy, širokoúhlé zobrazení skládané z několika paralelně přenášených video streamů, zobrazení prolínání scén reality s virtuální realitou atd. Samotná problematika zobrazování spočívá ve složité kombinaci videosignálů s grafickými a výpočetními procesy, které jsou náročné na výpočetní kapacitu počítačů a potřebují mít připojeny speciální zobrazovací prostředky. Výsledky takovýchto experimentálních zařízení byly až dosud prezentovány většinou jen lokálně. Pokud víme, tak se problematikou přenosu takovýchto signálů mnoho pracovišť na světě nezabývá a proto se stal jedním z prioritních aplikačních projektů, které CESNET podporuje.

V letošním roce probíhaly vývojové práce na klientské aplikaci interaktivního přehrávače určeného pro prezentaci scén vyrenderovaných vzdáleně na šestikanálovém zařízení CAVE ve stereoskopickém režimu. Jde především o úpravy implementace projekcí videostreamů do 3D modelu projekčních stěn na koncovém zařízení, vytvoření první verze sady navigačních funkcí pro klientskou aplikaci a reimplementace ovladače pro trackdaemon (démon pro komunikaci s periferními zařízeními) na straně serveru.

V září byl společný projekt C2C veřejně prezentován na ČVUT v rámci celodenního semináře o moderní podpoře výuky. Během prezentace byl realizován přenos v reálném čase z „3D jeskyně“ umístěné v laboratořích FEL do nově otevřené učebny na strojní fakultě a zároveň představen princip vzdáleného ovládání z místa demonstrace. Úspěšný přenos z „3D jeskyně“ ve stereoskopickém módu byl vůbec prvním svého druhu v České republice. Účastníci prezentace se mohli seznámit s principy fungování C2C a s možnostmi jeho využití pro různé technické aplikace. Během ukázky si navíc mohli sami řídit virtuální procházku budovou FEL.

Tým připravuje technickou zprávu, která popíše dosažený stav řešení. Zatím je k dispozici její pracovní verze.

předchozí

obsah

následující