Jövő Internet - kutatások az elmélettől az alkalmazásig Eredménykommunikációs kiadvány
Jövő Internet kutatások az elmélettől az alkalmazásig Szerkesztő: Dr. Adamkó Attila, Dr. Almási Béla, Dr. Aszalós László, Balla Tamás, Farkas István, Dr. Gál Zoltán, Dr. Hajdú András, Harangi Balázs, Karsai Andrea, Kádek Tamás, Kollár Lajos, Kovács László, Dr. Kósa Márk, Kőkuti András, Kunkli Roland, Nagy Zoltán, Dr. Orosz Péter, Dr. Simon Vilmos, Skopkó Tamás, Dr. Szűcs Gábor, Wiandt Bernát Technikai szerkesztő: Gácsér Krisztina A kiadvány elkészítését a TÁM0P-4.2.2.C-11/1/KONV-2012-0001 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
Előszó Az 2012 októberében indult projekt átfogó célját a következőképpen határoztuk meg: az internet kiteljesedésének előmozdítása, hozzájárulás a jelenlegi technológiai korlátok leküzdéséhez, az alkalmazási lehetőségek kiszélesítéséhez. A pályázat indulása óta eltelt idő alatt a kutatói csapatok között olyan országos szintű, hatékony együttműködés jött létre, amely az alapkutatási eredményeket a gyakorlatba építve teremti meg a Jövő Internet fejlesztését az egyetemeken és a kutatóintézeteken keresztül. A kutatás eredményei fokozatosan beépülnek az oktatásba, valamint lehetővé teszik a fiatal kutatók és hallgatók részvételét mind a hazai, mind a nemzetközi kutatási programokban is. A Debreceni Egyetem vezetésével megvalósuló FIRST projekt nyolc alprojektből áll, amelyek mindegyike a konzorciumi tagok kutatói együttműködésére és az ipari partnerek lehetséges bevonására épít. A kitűzött célok hat kutatási, egy képzési és a Jövő Internet Kutatáskoordinációs Központot (FIRCC) létrehozó alprojekt segítségével valósulnak meg. A projekt fő infrastrukturális hátterét, valamint a közreműködő kutatók jelentős részét a Debreceni Egyetem adja. A projekt konzorciumi szervezetben, közös kutatói csoportok formájában működik, amelynek tagjai a Debreceni Egyetem (DE), az Egyetemközi Távközlési és Informatikai Központ (ETIK), a Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató Intézete (Atomki) és a Nemzeti Információs Infrastruktúra Fejlesztési Intézet (NIIFI). Az alábbiakban a projekt finanszírozásával megvalósult fejlesztési eredmények kerülnek bemutatásra. 3
Aszalós László (DE IK): Korrelációs klaszterezés vizualizációja A korrelációs klaszterezés új színt hozott a klaszterezések közé. Itt egy ponthalmazhoz megadott hasonlósági relációhoz legközelebbi partíció jelenti a ponthalmaz klaszterezését. Tehát egyfajta optimalitás jellemzi a megoldást, ami hiányzik a többi hasonló módszerből. Ennek a megoldásnak a megtalálása NP-nehéz probléma, ezért optimalizációs módszereket használunk a gyakorlatban előforduló problémák esetén. A bemutatásra kerülő programcsomag ezeket a megoldásokat mutatja be. A hasonlósági reláció megadása több módon történhet. A programunk ezek közül a legkönnyebben megadhatót használja fel, két küszöbértéket vár a pontok távolságára, mely alapján bizonyos pontpárokat közelinek (hasonlónak), távolinak (különbözőnek) tekint. Ez alapján pedig elkészül a klaszterezés. A felhasználó különféle küszöbértékek interaktív beállításával más és más klaszterezést állíthat elő. Feladata a legjobb küszöbpár megtalálása, hogy a generált klaszterezés egy konkrét osztályozásnak minél inkább megfeleljen. Orosz Péter, Skopkó Tamás, Nagy Zoltán (DE IK): Szolgáltatásminőség online vizsgálata IP hálózatokon Ha megfigyeljük a hivatalos statisztikákat, az internet globális forgalmi öszszetételében néhány év alatt domináns szereplővé váltak a médiaszolgáltatások (IPTV, OTT videó, videó-konferencia, VolP, stb.). Ez a trend az előrejelzések alapján a jövőben is folytatódik. Változtak a kódolási és átviteli lehetőségek, ezzel szemben a minőség nem javult (ellenkezőleg, sok esetben romlott). Ennek többek között az egyik oka a műszaki visszacsatolás hiánya, azaz nem léteznek igazán jól működő objektív szolgáltatás-minőségi (Quality of Service és Quality of Experience) mutatók, amelyek a média minőségromlását képesek valós időben mérni (becsülni). A FIRST projekt keretében egy olyan objektív módszert dolgoztunk ki, melylyel valós időben tudjuk megbecsülni a felhasználó által tapasztalt minőséget (QoE). Bemutatunk egy prototípus rendszert, mely interneten továbbított H.264 kódolású videótartalmak érzeti minőségét valós időben méri. 4
Simon Vilmos, Wiandt Bernát, Kőkuti András (ETIK - BME): Önszerveződő rajmozgás Proto szimulátorban A csoportban mozgó mobil csomópontok modellezésénél és irányításánál komplex problémának számít az egyes részcsoportok dinamikus leválása és ismételt csatlakozása a fő csoporthoz, amennyiben ezt teljes mértékben önszerveződő módon szeretnénk megtenni. Ilyen jellegű funkcióra több alkalmazási területen is szükség van, pl. tömegrendezvények vagy árvízi helyzet drónok általi monitorozása esetén. A demónkban egy olyan csoportirányítási algoritmust mutatunk be, ahol egy mobil csomópontból származó vészhelyzeti riasztás alapján tokenek kerülnek szétosztásra a többi mobil csomópont között, amelyek a feladatra legmegfelelőbb (pl. megfelelő energiatartalékkal vagy kamerafelszereléssel rendelkező mobil csomópont, illetve a célpont távolság alapján) csomópontokhoz kerülnek az optimalizált terjesztési folyamat végére. így egy teljesen elosztott és autonóm működés folytán kiválasztódik a feladatra legalkalmasabb részcsoport a tokenek alapján, amely egy adott célpont felé fog mozogni, ahol többféle tevékenységet végezhet (pl. monitorozás, stream közvetítése a földi állomásra, riasztás). A demót Proto spatial computing nyelven implementáltuk, amely programozási nyelv kiválóan alkalmas az autonóm partícionálás modellezésére és szemléltetésére. 5
Hajdú András (DE IK): Közösségi portálok és mobil rendszerek a jövő egészséges társadalmáért Az egészségügyi ellátás sokak szerint paradigmaváltás előtt áll, amikor is a betegek, vagy egészségüket megőrizni kívánók otthonuk kényelmében gyűjthetik össze magukról a szükséges információkat. Ezen adatok feldolgozása és klinikai kiértékelése dedikált portálokon keresztül történik, melyek biztosítják a pácienssel való kapcsolattartást is. A bemutatott prototípus egy olyan portál, mely támogatja az egyes, mobileszközökhöz kapcsolható szenzorokról származó adatok fogadását és azok automatikus, szerveroldali kiértékelését. A portál fejlett grafikus felhasználói felülettel is rendelkezik, ami lehetővé teszi a rugalmas ember-gép kommunikációt szemmel és kézi gesztusokkal történő vezérlés támogatásával. A szerveroldali alkalmazáson kívül azt is bemutatjuk, az adatok hogyan dolgozhatók fel egy mobil eszközökből felálló ad-hoc hálózaton is, ha a szükség úgy kívánja. 6
Harangi Balázs, Kovács László, Hajdú András (DE IK): Biomarkerek keresése változtatható hullámhosszúságú fény segítségével Az élő szövetek non-invazív vizsgálata, illetve általános állapotának felmérése során korábbi kutatások alapján kimutatható segítséget jelent, ha a vizsgálathoz használt eszköz az általánosan használt fehér fény mellett 415 nm-es (kék) és 540 nm-es (zöld) hullámhosszú fénnyel is megvilágítja a vizsgált területet. A különböző hullámhosszú fény alkalmazása generálta az ötlete, hogy a teljes látható fénytartomány (390-750nm) felhasználásával tovább javítható a felállított diagnózis pontossága. Tehát célul tűztük ki egy olyan a diagnosztikát segítő fényforrás kifejlesztését, amely alkalmas a látható fénytartomány teljes spektrumát előállítani és elegendő fénymennyiséget kibocsájtani ahhoz, hogy a gyakorlatban általánosan használt hiszteroszkóp/latoroszkóp optikája megfelelő mennyiségű információt tudjon befogni. Kunkli Roland (DE IK): Nagy mennyiségű adat skálázható vizualizációja A napjainkban keletkező nagy mennyiségű adat kezelhetősége, feldolgozhatósága, az azokból nyerhető összefüggések feltárása az informatika egyik vezető tudományterületévé vált. Akár csak egyszerű, mátrixba rendezett adatokról, akár valamilyen genomszekvenálási technika nyomán kinyert adatokról van szó, ezen információk megfelelő módon történő vizualizációja kulcsfontosságú lehet az adatok közti összefüggések jobb megérthetősége szempontjából. A demonstrációban bemutatjuk a genetikával foglalkozó szakemberek kö- 7
zött nagy népszerűségnek örvendő webalkalmazás, a UC5C Genome Browser megjelenítési képességeinek egy lehetséges kiterjesztését, melynek nyomán a böngészőbe integráltan érhetőek el a Hilbert-görbékkel történő, szintén neves, térkitöltő traktál alapú vizualizációs technikával konstruált kimenetek. Ezekből sokszor gyorsabban látható meg egy-egy összefüggés, hiszen a szekvenciálisan egymáshoz közel elhelyezkedő részek ismét közel fognak kerülni egymáshoz. Továbbá bemutatunk egy olyan új matematikai modellen alapuló, körös kiosztást használó vizualizációs módszert és webalkalmazást, mely képes a genomi és egyéb kutatások eredményeinek vizualizációjához széles körben használt CIRCOS nevű szoftver néhány hibájának kiküszöbölésére táblázatba rendezett adathalmazok esetén. Szűcs Gábor (ETIK): Képkeresés felhasználói élményt növelő javítása diverzifikálással A multimédia tartalmak keresésének javítására több nemzetközi versenyt (kihívást) is kiírtak az elmúlt években, hogy az ismert Webes keresők pontosságát tovább javítsák. A multimédia keresés képekre vonatkozó részeként olyan 8
képrangsoroló megoldás kidolgozását valósítottuk meg, mely relevancia és diverzitás szempontjából végzi a sorrendezést. A relevancia szempontjából a visszaadott találati sorrend olyan kell, hogy legyen, hogy a kereső kifejezéshez kapcsolódó (releváns) képek legyenek a lista elején. Diverzitás szempontból pedig a találati lista első néhány elemében nem lehetnek ismétlődések, azaz olyan redundanciamentes megoldást kellett megvalósítani, ahol a találati halmazban minden kép jelentősen eltér egymástól. Ehhez a feladathoz elkészítettünk egy rendszert, amely egy ismert Webes képkereső (Flickr) sorrendjének a javítására volt képes a képek előzetes klaszterezésével és újrarendezésével. 9
Almási Béla (DE IK): L3 többutas kommunikáció: egy új koncepció a sebesség és megbízhatóság növelésére A klasszikus TCP/IP kommunikációban a kommunikációs viszonyban használt interfész IP címe a szoftveres végpont (socket) azonosítójában is megjelenik, így a kommunikációs viszony egy interfészre korlátozott. A mai eszközök (tipikusan a mobil eszközök) nemcsak egy, hanem több hálózati interfésszel rendelkeznek (Wi-Fi, 3G/4G, Bluetooth, stb). Célszerű elkülöníteni a szoftveres kommunikációs végpont (socket) azonosítását az interfész azonosításától, mert ily módon lehetőség nyílik arra, hogy az egyes interfészek hálózati kommunikációs kapacitását összegezni tudjuk, vagy egy interfész leállása esetén a kommunikációs viszony (megszakítás nélkül) áttehető lenne egy másik interfészre. A FIRST projekt keretében a jelzett kérdéskört kutattuk a hálózati rétegben (L3) keresve a megoldási lehetőségeket. Kifejlesztettünk egy L3 többutas kommunikációs szoftver-prototípust (MPT szoftver). Az MPT szoftver segítségével hatékonyan aggregálhatjuk az egyes intefészekhez kötődő utak sebességét (Id. mellékelt ábra), ill. sikeresen alkalmazhatjuk az interfészek közötti csomagvesztésmentes váltásra. A bemutatóban a szoftver egy Raspberry Pl (bankkártya méretű) mikroszámítógépes implementációján keresztül szemléltetjük a többutas szoftver-környezet prototípusának működését. Az MPT szoftver a következő címen érhető el: http:/irh.inf.unideb.hu/user/almasi/ mpt/ Két különböző sebességű út (eth 1, eth2) kapacitásának aggregációja (tun 1) az MPT szoftverre! 10
Farkas István (NIIF Intézet): Virtuális szolgáltatási platformok, tesztbed rendszerek fejlesztése 1. Kétfaktoros azonosítás alkalmazásának lehetőségei 5AML2 IdP-knél A lehetőségek megvizsgálása után a fejlesztési munkánk során a simplesamlphp-hoz készítettünk egy modult, amely lehetővé teszi, hogy bejelentkezéskor a folyamat második faktorként a Google Authenticator használatát is megkövetelje a felhasználótól. 2. Virtuális szervezeteket (VO) támogató platform kialakítása a) Csoportkezelés webes szolgáltatásokban VO megoldás segítségével szabadon hozhatók létre virtuális szervezetek, melyekbe - email-es meghívók segítségével - tagok toborozhatok. Az egyes szolgáltatások felelősei szolgáltatásaikat regisztrálják a VO rendszerbe és definiálják a szolgáltatások által felhasznált csoport vagy jogosultság azonosítókat. A jogosultságokat csomagokba foghatják össze és ezen csomagokat kiajánlhatják egy-egy virtuális szervezet részére. Ezen értékekkel dinamikusan frissítve a lokális felhasználói adatbázist elérjük, hogy a felhasználók naprakészen mindig olyan jogosultságokkal rendelkezzen, amit a projekt vezetői valamint a szolgáltatás felelőse megállapít b) Független szolgáltatás felelősök, független projektvezetők A szolgáltatás felelősei ezáltal mentesülnek a felhasználó adminisztrációtól, elég csak a szolgáltatás jogosultság rendszerét karbantartaniuk, valamint meghatározni, hogy mely virtuális szervezetnek milyen jogosultságokat ajánl ki. 3. Kísérleti infrastruktúra létrehozása nem-webes föderatív azonosítás számára Ez egy rendkívül bonyolult területnek bizonyult, a nemzetközi kutató közösség (Project Moonshot) munkájával összhangban sikerült egy pilot rendszert üzembe állítani, melyben egy preparált 55H szerverhez tudunk föderatív módon kapcsolódni. A megoldás nagyüzemi működőképessége ebben a pillanatban még kérdéses, nem kizárt, hogy középtávon széles körben is használható lesz. 11
Tesztbed rendszerek fejlesztése - Network Assessment System Interface (NASI) A project célja egy olyan komplex szoftvermegoldás megtervezése és implementálása, mely képes felderíteni, létrehozni, tárolni és kezelni a gerinchálózaton található L2VPN kapcsolatokat. Ezen kapcsolatok teljes körű kezelése mellett egy olyan egyszerű és intuitív interfacet biztosít a felhasználok számára, mely nagymértékben megkönnyíti ezen kapcsolatok életciklusának menedzselését. A szoftver négy darab, kulcs komponensre épül: adatbázismodell az L2VPN kapcsolatok tárolására (MySQL motorral) template kezelés és generálás a különböző eszközök és konfigurációk számára webes kezelő felület discovery tool - SNMP alapokon - a port nyilvántartáshoz és topológia felderítéséhez Gál Zoltán, Karsai Andrea, Balla Tamás (DEIK) Vezetéknélküli technológiák (WiFi, ZigBee, Bluetooth) egymásra gyakorolt hatása közös rádiós csatornán A globális rendelkezésre állás érdekében a ZigBee eszközök a szabadon használható 2,A GHz-es ipari, tudományos és orvosi (ISM - industrial scientific and medical) frekvencia tartományt használják. Ugyancsak az ISM frekvenciatartományt használják az általánosan elterjedt különféle rádiós eszközök, mint például a WiFi és Bluetooth eszközök, így ezek forgalma interferencia hatást gyakorol a ZigBee eszközök forgalmára. Bár a WiFi, Bluetooth és ZigBee eszközök más célokra használatosak, a különféle igények kiszolgálására azonos térben egymás mellett kell hatékonyan működniük, ezért a ZigBee átvitel teljesítményét a WLAN és a Bluetooth interferencia mellett kell értékelni. A bemutatott környezetben 2 szenzor (Arduino UNO mikrokontrollerre XBee connection shielden keresztül csatlakoztatott az XBee modulok) közötti adatátávitel csomag-hibaarányát (PER - packet error rate) mutatjuk be, zavaró jelek nélkül, Bluetooth, WiFi, illetve Bluetooth és WiFi egyidejű forgalmak mellett. 12
Adamkó Attila, Kádek Tamás, Kósa Márk, Kollár Lajos (DEIK) Smart Campus a Debreceni Egyetem informatikai Karán Az intelligens közösség, a smart community" többet jelent annál, mint hogy a közösség működésének információi és a közösség számára hasznos szolgáltatások elérhetőek online (web 2.0) formában. Szükség van az ezek használatából keletkező információk gyűjtésére és elemzésére annak érdekében, hogy képet kapva a közösség működéséről, mindezt újabb szolgáltatások formájában visszaforgathassuk a közösség életébe. Nekünk, egyetemi oktatóknak 13
kézenfekvő, hogy intelligens közösségként tekintsünk a karunkon tanulókra és dolgozókra, az egyetemi campuson tevékenykedőkre. A smartcampus.hu alkalmazást abból a célból fejlesztjük, hogy egyetlen helyen gyűjtsük össze a karunkat érintő fontos információkat, ezeket számos formában elérhetővé téve a közösség számára online formában, az egyszerű weboldaltól kezdve egészen a webszolgáltatások gyűjteményéig. Néhány egyszerű alkalmazáson keresztül példát mutatunk rá, hogy a smartcampus. hu alkalmazás használatából származó információ hogyan forgatható vissza a közösség életébe értéknövelt, intelligens, smart" szolgáltatásként. 14