11  Podpora aplikací

Aktivita Podpora aplikací se soustřeďuje na přímou podporu projektů, které řeší sami uživatelé sítě CESNET, často jako podřešitelé významných projektů v evropském nebo světovém kontextu.

Podporu poskytujeme projektům, které zapadají do tří tematických oblastí: fyziky, medicíny a IT (problematika propojování komunikačních sítí nebo komunikace mezi moderními zobrazovacími zařízeními). Všechny tři skupiny mají společné to, že z mnoha důvodů potřebují specifické síťové prostředí, tj. vyhrazené spoje s vysokou rychlostí, nízkým zpožděním, vysokým stupněm zabezpečení, atd.

Rok 2010 byl specifický v tom, že rozpočet záměru byl snížen více než o třetinu, což se projevilo právě v této oblasti. CESNET musel zrušit linku 10 Gb/s do USA, na které v průběhu minulých let probíhalo mnoho experimentů. Potřeby uživatelů z fyzikální komunity na mezinárodní datové přenosy však nebyly zkráceny, protože se podařilo dohodnout spojení sítí NetherLight díky našemu zapojení do projektu GLIF.

11.1  Fyzika

V oblasti fyziky se nedá podpora jednoznačně rozdělit na podporu jednotlivých projektů, i když i v této oblasti několik významných aplikačních projektů existuje (ATLAS, LHC, STAR, Auger). Ty jsou však organizovány na mezinárodní úrovni a česká komunita fyziků na nich významně participuje. Naše podpora je poskytována komunitě fyziků jako celku. S potěšením jsme konstatovali, že kolega M. Lokajíček z Fyzikálního ústavu AV ČR, který je naším styčným bodem s touto komunitou, je na 1. místě v získávání bodů RIV v oblasti fyziky. Jeho úspěch souvisí především s tím, že jde o aktivity jeho i celé komunity spojené se spuštěním současného největšího urychlovače LHC v CERNu, a nepřímo i s tím, že fyzikální komunita má pro svoji práci vytvořeny velmi dobré podmínky, na čemž se CESNET podílí nemalou měrou.

Vzrůst provozu na dedikovaných linkách pro fyzikální aplikace byl v letošním roce trvalý a dá se říci, že objem přenesených dat rostl exponenciálně. V posledních dvou měsících roku byl urychlovač převeden do režimu urychlování jader olova místo protonů, při těchto srážkách vzniká podstatně více částic. Proto koncem roku došlo k dalšímu, tentokrát skokovému nárůstu objemu zpracovávaných dat. To je vidět i na obrázku 11.1, který charakterizuje celkové toky dat v jednotlivých směrech pro tuto komunitu (graf trendu se nachází vpravo dole).

[Obrázek]

Obrázek 11.1. Datové toky na linkách pro fyzikální aplikace (větší obrázek)

Nejbližší datové úložiště typu Tier1 pro projekt LHC je ve FZK Karlsruhe, kam CESNET zřídil již před několika lety dedikovaný spoj 1 Gb/s. V případech, kdy tečou data z FZK Karlsruhe do ČR, je gigabitová linka pravidelně saturována na 100 % své kapacity. To je také vidět na obrázku (graf vlevo nahoře).

Výpočetní a úložná kapacita centra ve FZÚ v posledních obdobích výrazně narostla, což se projevilo i v intenzivnějším využívání těchto kapacit. Postupně nabývá na objemu analýza dat prováděná našimi fyziky, kteří jsou s růstem datových objemů nuceni přecházet ze svých stolních počítačů na připravené gridové prostředky, jež mají distribuovaný charakter. Postupně proto bude docházet i k většímu zatížení některých dosud málo využívaných linek mezi FZÚ a spolupracujícími skupinami v Praze. Vzhledem k této situaci FZÚ požaduje navýšení přenosových kapacit do několika dalších tuzemských lokalit a uvažují i o požadavku navýšení kapacity linky do Karlsruhe.

Celkem bylo od 1. ledna 2010 do listopadu zpracováno přes 4 mil. úloh a přenášeno 27,5 TB dat za týden oběma směry.

Komunita fyziků se aktivně zapojuje do publikační činnosti. V příspěvcích na svých odborných konferencích vyzdvihuje podíl CESNETu na své úspěšné práci v mezinárodních projektech. V letošním roce byly předneseny dva příspěvky na konferenci Distributed Computing and Grid-technologies in Science and Education 28. 6.–3. 7. 2010 v Dubně, Rusko, pět příspěvků na CHEP2010, 18.–22. 10. 2010 na Tchaj-wanu a jeden příspěvek na HEPIX Fall 2010 Workshop, 1.–5. 11. 2010 v USA. Všechny příspěvky, ať přímo nebo nepřímo nějakým způsobem reflektují podmínky, které CESNET pro komunitu fyziků vytváří.

11.2  Medicína

Druhou nejvýznamnější uživatelskou oblastí, kterou CESNET přímo podporuje, je medicína. Už tradičně byly v roce 2010 podporovány projekty MeDiMeD/ReDiMeD, Globus-Medicus, 3D-model a Videosurgery. Zcela novým projektem je především přenos stereo signálu z operačního robota da Vinci.

V projektu MeDiMed se řešitelé v posledních letech soustředili na posílení spolehlivosti celého systému. Vyvíjeli systém automatického vyhodnocování provozních zpráv u specifických medicínských aplikací s využitím matematických metod. Cílem bylo najít vhodné matematické nástroje pro automatické zpracování logu událostí a vybraných provozních statistik, které usnadní ověření, zda síť medicínských aplikací pracuje obvyklým způsobem.

Chování systému se pokusili popsat několika matematickými modely. Jako nejvhodnější se ukázal model s porovnáním počtu událostí pro dvojice (stroj, typ události) s dlouhodobým průměrem počtu takových události v daném dni v týdnu. Hlavní předností matematického zpracováni logu událostí je snadná adaptabilita na nové typy událostí a případné dlouhodobé změny chování sledovaných zařízení. Výsledky byly publikovány na jedné domácí a jedné mezinárodní konferenci.

Projekt 3D se v letošním roce soustřeďuje na profesionalizaci softwaru. Na základě ohlasu a zkušeností z realizovaných prezentací a konferencí v loňském roce řešitelé provedli změny v koncepci systému, přidali nové funkce a upravili komunikační jádro pro větší robustnost, pružnost a spolehlivost použití.

V roce 2010 byly do systému VCE přidány tyto nové funkce:

Díky novým schopnostem se projekt stal atraktivním. Řešitelé se velkou měrou soustředili na jeho propagaci v medicínské sféře a na jeho přímé použití v klinické praxi.

Projekt Globus Medicus tvoří integrační prvek pro další skupinu aplikací z oblasti medicíny. V roce 2009 byl 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, avšak na druhé straně použitý hardware nemá dostatečný výkon, takže při spouštění aplikací náročných na procesorové zpracování se objevují výkonnostní problémy. Vedle originálního systému Grid-PACS, zde běží několik aplikací Laboratoře aplikované biokybernetiky Ústavu patologické fyziologie 1. LF UK a nový projekt pro analýzu hlasu.

Řešení projektu Analýza hlasu začalo ve 2. pololetí roku 2009, takže se v roce 2010 dá stále považovat za nový projekt, který rozšiřuje spektrum medicínských aplikací. Aplikace ParVRP vyvinutá centrem hudební akustiky HAMU v prostředí MATLAB umožňuje vytvoření fonetogramu a další následné analýzy, jakými jsou plocha hlasového pole, poloha nejčetnějších zastoupení či statistiky hlasových projevů. ParVRP pracuje ve virtualizovaném systému Xen projektu Globus Medikus a komunikuje protokolem RDP v síti CESNET2 a obecně v Internetu. Uvedený způsob přenosu audio signálu je náročný na přenosovou kapacitu sítě, oproti řešením se ztrátovou kompresí je až 10× náročnější. V rámci vysokorychlostní sítě CESNET2 jsou tyto nároky naplněny s dostatečnou rezervou.

Současné modelové řešení pomocí systému MATLAB má výkonnostní omezení a pro praktické použití bude muset být převedeno do samostatně běžící aplikace. Projekt bude určitě pokračovat i v příštím roce, protože získal podporu z Fondu rozvoje CESNET. Jeho novým cílem bude provádět analýzu zdravotního stavu hlasivek na základě snímání videosignálu zachycujícího kmitání hlasivek pacienta. Autoři řešení měli příspěvek na letošní konferenci MEFANET 2010 a na mezinárodní konferenci BioSignal, kde informovali lékařskou veřejnost o dosaženém stavu řešení.

Podpora Videosurgery je asi nejsložitější záležitostí. V podstatě ve všech případech jde akce realizované za spolupráce aktivit Optické sítě, Rozvoj sítě CESNET2, Sledování a optimalizace výkonnostních charakteristik a Multimediální přenosy a kolaborativní prostředí. Byly zajišťovány některé tradiční akce, jako je např. Live Video Surgery organizované oční klinikou ÚVN Praha. V letošním roce proběhl již 10. ročník, kde se opět na celodenním programu střídalo několik týmů a operovalo se střídavě v Praze, Hradci Králové, Olomouci a Ostravě. Přenosy a streamování akce zajišťoval CESNET. Streamy však po špatných zkušenostech z roku 2009 nebyly veřejně dostupné. V roce 2009, kdy akce byla oznámena veřejnosti, zkolaboval web ÚVN pro extrémní zájem uživatelů, kteří se o akci zajímali. Videostreamy byly tentokrát přístupné jen odborným pracovištím v ČR a několika zahraničním partnerům CESNETu (např. Univerzitní nemocnice Taipei, Tchaj-wan).

Další akce, kde jsme realizovali on-line přenos gynekologických operací, se odehrála ve spolupráci s gynekologicko-porodnickou klinikou Fakultní nemocnice Na Bulovce pod záštitou Urogynekologické společnosti. Jednalo se o ukázky nových technik, kterými operoval profesor D. Raudrant, přednosta Universitní kliniky v Lyonu. Ukazuje se však, že na akce určené pro větší komunitu nemá CESNET dostatek personálu a technického vybavení a musí si najímat servis od profesionálních firem. Jde především o ozvučení velkých sálů, ale i o další potřebnou audio a video techniku, která je pro takové akce nezbytná, včetně obsluhy.

V rámci nových technologií je pro sdružení CESNET zajímavá oblast stereoskopického zobrazení, protože tyto přenosy kladou ještě vyšší požadavky na objem a zejména kvalitu přenášených dat. U stereoskopických videokonferencí v kvalitě HD se setkáváme s přenosovými objemy řádově v gigabitech za sekundu, což vede k požadavku na 10gigabitové připojení u jednotlivých účastníků. To je spojení, které není běžné, a v ČR je jen několik pracovišť, která takovouto přípojnou kapacitou disponují. Jedním z nich je Masarykova nemocnice v Ústí nad Labem (MNUL), se kterou CESNET dlouhodobě spolupracuje.

Samostatným problémem je získání kvalitního stereoskopického zdroje. Ve spolupráci s Oční klinikou Ústřední vojenské nemocnice jsme vytipovali dva zajímavé okruhy: snímky z angiografického vyšetření a přenos z operačních mikroskopů. Angiografické stereoskopické vyšetření vychází se starého principu snímání statického obrazu ze dvou stanovišť. Tyto dva body tvoří tzv. stereoskopickou základnu. Pokud se použijí dvě kamery, pak ke snímání již stačí v současné době běžný počítač vybavený grafickou kartou se dvěma vstupy. Problém je až s vlastním zobrazením. Pokud pomineme nejjednodušší anaglyfické zobrazení, které vyžaduje známé zeleno-červené brýle, máme na výběr celou řadu možností. V současné době jsou dostupné LCD monitory s opakovací frekvencí 120 Hz a s podporou prokládání levého a pravého kanálu, který do monitoru přichází s poloviční frekvencí. Tento systém vyžaduje aktivní 3D brýle řízené infračerveným paprskem. My jsme použili pro zobrazení stereo projektor F10 AS3D firmy Projectiondesign, který jsme pořídili právě pro tyto experimenty.

[Obrázek]

Obrázek 11.2. Stereoskopický přenos chirurgické operace z MNUL (větší obrázek)

Druhým zdrojem stereo signálu je operační robot da Vinci. O přístup k této unikátní technice jsme se pokoušeli již v předchozích letech, ale žádné pracoviště nám jej neumožnilo (viz zmínka ve zprávě o řešení za rok 2009). Letos jsme v tomto směru navázali úspěšnou spolupráci s MNUL. Situace byla jednodušší v tom, že kolegové z aktivity Sledování a optimalizace výkonnostních charakteristik vyvinuli nový typ zařízení MVTP-4K, který dokázali operativně modifikovat pro spolupráci s operačním robotem. Po několika návštěvách MNUL jsme byli v červnu připraveni realizovat první stereo přenos mezi MNUL a CESNETem. Už první přenos byl úspěšný – stereo obraz byl promítán projektorem F10 AS3D a účastníci experimentu mohli shlédnout unikátní záběry operace prostaty. Na tuto úspěšnou akci navázala série dalších akcí, ve kterých jsme se snažili představit odborné veřejnosti dosažené výsledky.

V říjnu pak byla přenášena roboticky asistovaná operace prováděná MUDr. Janem Schramlem v MNUL na VII. Český chirurgický sjezd a V. mezinárodní kongres miniinvazivní a robotické chirurgie v Brně. Pro akci musela být v Brně vybudována dočasná nová 10Gb/s trasa E2E, která spojila uzel CESNETu s pavilonem E brněnského výstaviště. Akce měla mimořádný ohlas a objevila se i ve zprávách TV Nova.

[Obrázek]

Obrázek 11.3. Diváci stereoskopického přenosu chirurgické operace

V listopadu pak byl experiment se stereo přenosem realizován do Japonska. Jeho cílem bylo především ověřit schopnost, zda se dají experimenty s vysokými nároky na přenos dat (kapacita 2 Gb/s a nízký rozptyl zpoždění) realizovat na sdílených 10Gb/s linkách, které jsou zatíženy víc než na třetinu své kapacity. Přenos do Japonska procházel spoji sítě GÉANT až do USA (MAN LAN), pokračoval optickým spojem SINET3 do Tokia a odtud standardní infrastrukturou 10Gb/s sítě SINET3 do KEK Tsukuba, kde byla připravena prezentace pro IT specialisty z ústavu a lékaře z Institutu experimentální medicíny Univerzity v Tsukubě.

[Obrázek]

Obrázek 11.4. Stereoskopický přenos z Ústí nad Labem do Tsukuby (větší obrázek)

11.3  Informační technologie

Do oblastí, o které se stará tato aktivita, patří i zajišťování specifických spojů (E2E) pro uživatele. Nejvíce E2E spojů využívají projekty z oblasti informačních technologií, ať už v rámci spojení uzlů MetaCentra, pro projekt FEDERICA (DE, IT, PT, GR) nebo VINI. Projekt FEDERICA v říjnu 2010 skončil, ale podle dohody všech partnerů bude vybudovaná infrastruktura udržována až do momentu rozhodnutí, zda bude podpořen navazující projekt FEDERICA2. Návrh nového projektu byl podán v podzimní výzvě 7. RP zaměřené na infrastruktury, CESNET se jej bude účastnit v podobné struktuře jako původního projektu. Spoj pro projekt VINI bude zrušen, což souvisí se zrušením 10Gb/s linky do USA.

Pro CESNET je stále významný spoj do AMS-IX, který zajišťuje peering s jedním z nejvýznamnějších Evropských peeringových center a doplňuje spojení s komerčním Internetem. Uvažovalo se o jeho posílení, ale i to bude muset být zatím odloženo.

Trvá zájem kolegů ze sítě TWAREN o spolupráci v oblasti různých aplikací. Jde o experimenty s různou formou videopřenosů na velkou vzdálenost, avšak i tato spolupráce je ohrožena omezováním spojení. Navíc kapacita tohoto spoje nestačí uspokojit nároky našich nových projektů, takže by bylo potřeba jej naopak posílit.

CESNET ukončil několikaletý experiment v oblasti SAN spojující ÚVN Praha a MNUL. Zkušenosti a zařízení budou použity pro testování nové služby, kterou bude CESNET zřizovat v příštích letech, a to je provoz datových úložišť. Spoj CESNET–MNUL se však používá pro nové experimenty, např. pro stereo přenos dat z operačních robotů da Vinci.

Z domácích projektů, které spadají do oblasti IT, je nutné zmínit projekt CAVE to CAVE (C2C). Jeho aktuální stav byl prezentován na konferenci v Plzni a stav na konci roku 2009 popisuje technická zpráva [BTH10]. Ve spolupráci s aktivitou Sledování a optimalizace výkonnostních charakteristik jsme v průběhu druhého pololetí připravovali přenosový experiment C2C (ze 4 stěn – 4 stereo signálů) do CESNET na stereo displej a další zobrazovače pomocí nově vyvinuté přenosové jednotky MVTP-4K. První experimentální přenosy jsme realizovali v říjnu. Za úspěch lze považovat především to, že obě zařízení (C2C a MVTP-4K) dovedou vzájemně komunikovat. To umožňuje rozvoj řady dalších aplikací založených na přenosu vizuální informace ve vysoké kvalitě exportované v reálném čase ze zařízení typu CAVE (vzdálené přenosy vizualizací a simulací, výuka).

Zároveň byla rozpracována technika komunikace zařízení typu CAVE založená na využití virtuálních agentů umožňujících efektivnější výměnu grafických i negrafických dat v rámci heterogenního systému – tj. mezi koncovými zařízeními s různými schopnostmi. Tato technika je testována na úrovni implementace abstraktně nejnižší vrstvy, která zajišťuje automatické vzájemné vyhledání a navázání spojení mezi agenty reprezentujícími v síti koncová zařízení. Rádi bychom ukázku oboustranného přenosu s dálkovým trackingem prezentovali na 31st APAN Meeting 2011.

předchozí
obsah 		následující
další weby:fond rozvojemetacentrumCzechLightpřenosyvideoservereduroameduID.cz