Гигабитные испытательные модели

Магистрали Интернета функционируют на мегабитных скоростях, и сторонники прогресса ожидают появления гигабитных скоростей. С увеличением пропускной скорости каналов становятся возможными все новые приложения, и гигабитные сети не являются исключением. В данном разделе мы сначала обсудим гигабитные приложения, остановимся на двух из них, а затем перечислим некоторые построенные гигабитные испытательные модели.

Гигабитные сети предоставляют более высокую пропускную способность, чем мегабитные, но не всегда меньшую величину задержки. Например, пересылка одного 1-кбитного пакета из Нью-Йорка в Сан-Франциско по сети со скоростью 1 Мбит/с займет 1 мс на пересылку бит и 20 мс на трансконтинентальную задержку, итого 21 мс. Сеть с пропускной способностью в 1 Гбит/с может уменьшить это время до 20,001 мс. В то время как биты передаются быстрее, трансконтинентальная задержка остается той же самой, поскольку скорость света в оптоволоконном кабеле или медном проводе составляет около 200 000 км/с, независимо от скорости передачи данных. Таким образом, для широкого спектра приложений, в которых задержка является критичной, выигрыш от появления сетей с большей пропускной способностью будет не слишком большим. Однако есть ряд приложений, которым нужна именно большая пропускная способность каналов.

Одним из таких приложений является телемедицина. Считается, что подобным способом можно будет снизить стоимость медицинского обслуживания. При возникновении серьезных проблем со здоровьем семейный доктор сможет назначить сдать лабораторные анализы и сделать медицинские изображения, такие как рентгеновские снимки, компьютерную томографию и магнитно-резонансные изображения. Результаты могут быть посланы по электронной почте специалисту, который сможет поставить диагноз.

Врачи не захотят ставить диагнозы по компьютерным изображениям, если только качество передаваемых образов будет не хуже, чем у оригинальных снимков. Таким образом, по-видимому, понадобятся изображения с разрешением не ниже 4К х 4К пикселов при 8 бит на пиксель (для черно-белых изображений) или 24 бит на пиксель (для цветных изображений). Поскольку многие исследования требуют до 100 изображений (различные поперечные сечения проверяемого органа), одна серия для одного пациента может составить 40 Гбит. Изображение движущегося органа (например, пульсирующего сердца) может потребовать еще большее количество данных. Сжатие может несколько помочь, однако врачи с недоверием относятся к сжатию, поскольку все сколько-нибудь эффективные алгоритмы сжатия ухудшают качество изображений. Кроме того, многие изображения необходимо хранить годами, но могут потребоваться мгновенно в критическом случае. Госпитали не хотят становиться компьютерными центрами, поэтому большое значение приобретает возможность внешнего хранения с доступом по высокоскоростным линиям.

Другим гигабитным приложением является виртуальное собрание. В каждой комнате находится сферическая камера и один или несколько человек. Битовые потоки от камер объединяются программно для создания иллюзии, что все находятся в одной комнате. Каждый собеседник видит это изображение при помощи

очков для виртуальной реальности. Таким образом, встречи могут происходить без перемещения участников в пространстве, однако скорости передачи данных требуются довольно большие.

Начиная с 1989 г. ARPA и NSF договорились совместно финансировать ряд университетских и промышленных гигабитных испытательных установок, которые позднее стали частью проекта NREN. В некоторых из них скорость передачи данных в обоих направлениях составляла 622 Мбит/с — если учитывать данные в обоих направлениях, можно получить гигабит. Такой тип гигабита иногда называется «правительственным гигабитом». (Некоторые шутники называют его гигабитом после уплаты налогов.) Ниже мы кратко упомянем первые пять проектов. Они выполнили свою работу и были закрыты, однако заслуживают уважения как пионеры данной области, как и сама сеть ARPANET.

1. Aurora представляла собой испытательную установку, соединявшую четыре сайта на Северо-востоке: M.I.T., Пеннсильванский университет, принадлежащие IBM лаборатории Т. Дж. Ватсона и Bellcore (Морристаун, Нью-Джерси), 622-мегабитными оптоволоконными линиями, предоставленными компаниями MCI, Bell Atlantic и NYNEX. Aurora была создана в основном для того, чтобы помочь отладить коммутатор Sunshine фирмы Bellcore и патентованный коммутатор plaNET фирмы IBM при помощи параллельных сетей. Вопросы исследования включали в себя технологию коммутации, гигабитные протоколы, маршрутизацию, управление сетью, распределенную виртуальную память и совместную работу с помощью видеоконференций. Дополнительную информацию см. в [63].

2. Blanca изначально была исследовательским проектом XUNET, включавшим лаборатории AT&T Bell, университет Беркли и университет штата Висконсин. В 1990 г. к ним добавились LBL, Cray Research и университет штата Иллинойс и финансирование NSF/ARPA. Некоторые из каналов связи работали на скорости 622 Мбит/с, тогда как остальные линии были более медленными. Blanca была единственной испытательной установкой государственного масштаба, остальные были региональными. Соответственно, большая часть исследований касалась эффекта задержки, связанной с ограниченностью скорости света. Наибольший интерес представляли протоколы, особенно протоколы управления сетью, интерфейсы хостов и гигабитные приложения, такие как медицинские изображения, метеорологическое моделирование и радиоастрономия. Подробнее см. [45 и 116].

3. CASA была нацелена на исследование суперкомпьютерных приложений, особенно тех из них, в которых одна часть проблемы лучше всего решается с помощью одной разновидности суперкомпьютеров (векторного суперкомпьютера Cray), тогда как другая часть лучше подходит для суперкомпьютера другого типа (параллельного суперкомпьютера). Исследуемые приложения включали в себя геологию (анализ снимков спутника Landsat), моделирование климата и попытку понять процесс протекания некоторых химических реакций. Суперкомпьютеры располагались в Лос-Аламосе, Калифорния, лаборатории реактивных двигателей(JPL, Jet Propulsion Laboratory) и Суперкомпьютерном центре в Сан-Диего, Ныо-Мексико.

4. Nectar отличалась от трех перечисленных выше испытательных установок тем, что она была экспериментальной гигабитной муниципальной сетью, протянутой из университета Карнеги-Меллона (CMU, Carnegie-Mellon University) в Питтсбургский суперкомпьютерный центр. Разработчики были заинтересованы в приложениях, включающих схему химического процесса и исследование операций, а также средства для их отладки.

5. VISTAnet была небольшой испытательной установкой, действовавшей в Research Triangle Park в Северной Каролине и соединявшей университет Северной Каролины, Государственный университет Северной Каролины и MCNC. В данном случае исследователей интересовал прототип открытой коммутируемой гигабитной сети с коммутаторами, переключающими сотни гигабитных линий, — это означало, что коммутаторы должны были обрабатывать терабиты в секунду. Ученых также интересовало использование трехмерных изображений для планирования радиационной терапии онкологических больных с тем, чтобы врач мог регулировать параметры лучей и мгновенно видеть дозы радиации, получаемые опухолью и окружающими тканями [277].

Дата добавления: 2014-01-07