О пользе эпидемий в распределенных информационных системах

Сергей Кузнецов

Обзор майского, 2004 г. номера журнала Computer (IEEE Computer Society, V. 37, No 5, May 2004).

Авторская редакция.
Также обзор опубликован в журнале "Открытые системы", #06/2004

На обложке майского номера журнала его основная тема обозначена как "Компьютеры и старение". Однако в действительности к этой теме относятся только две из пяти больших статей. Поэтому позволю себе в этот раз обозревать статьи в порядке их расположения в журнале.

Cтатья "Вычислительные проблемы системной биологии" ("Computational Challenges of Systems Biology") написана коллективом из шести авторов, первым в списке которых числится Энтони Финкельштейн (Anthony Finkelstein, a.finkelstein@ucl.ac.uk, University College London. Отмечая выдающиеся достижения биоинформатики, обеспечившие глубокое понимание природы последовательностей ДНК, синтеза РНК и генерации протеинов, авторы отмечают, что это является лишь первым шагом к достижению прогресса в области наук о жизни. Требуется вернуться к изучению цельных биологических систем: сердцу, сердечно-сосудистой системе, мозгу и т.д., т.е. заняться системной биологией. Авторы формулируют две ключевые концепции системной биологии. Первая концепция состоит в важности упрощения, поскольку сложность биологических систем заставляет моделировать, а не имитировать их. Во второй концепции подчеркивается важность как модульности, так и интеграции модулей. Сложность биологических систем заставляет разбивать системы на упрощенные компоненты, которые впоследствии требуется снова собрать вместе, поскольку это может привести к возникновению поведенческих эффектов, которые невозможно понять на основе отдельных компонентов. Обсуждаются современное состояние области моделирования компонентов биологических систем и их интеграции, а также перспективы развития компьютеризованной системной биологии.

Следующие две статьи составляют тематическую подборку. Название статьи Эрика Дишмана (Eric Dishman, eric.dishman@intel.com, Intel) "Inventing Wellness Systems for Aging in Place" очень трудно коротко перевести на русский язык. Имеется в виду нечто вроде "создания систем обеспечения здорового образа жизни для пожилых людей, не желающих менять на старости лет привычное место проживания". Большинство людей старше 40 лет сталкивается с проблемой ухода за своими родственниками, проживающими отдельно. В апреле 2002 г. по предложению автора в компании Intel была основана небольшая лаборатория Proactive Health (www.intel.com/research/prohealth), задачей которой был поиск путей применения информационной технологии для помощи пожилым людям. В настоящее время лаборатория сосредоточена на проблемах семей, в которых имеются родственники, больные потерей памяти, раком и сердечно-сосудистой недостаточностью. Прежде всего, речь идет о персонализации технологий здравоохранения и обеспечения здорового образа жизни с обеспечением оперативных профилактики, диагностики и лечения на дому. Статья не содержит технических подробностей; основное внимание уделяется социальным и организационным аспектам проблемы.

Вторая статья тематической части номера называется "Одежда для здоровья: медицинская технология становится предметом одежды" ("Healthwear: Medical Technology Becomes Wearable"). Статья написана Алексом Пентландом (Alex (Sandy) Pentland, pentland@media.mit.edu, Массачусетский технологический институт). Руководимая автором исследовательская группа в лаборатории MIT Media Lab (http://hd.media.mit.edu) разрабатывает встраиваемые в одежду системы, снабженные сенсорами, обеспечивающими постоянный мониторинг основных показателей состояния организма пользователя, двигательной активности, общественных взаимодействий, характера сна и других индикаторов здоровья. Программное обеспечение использует данные, получаемые от сенсоров, для построения персональных профилей физического состояния пользователя в течение дня. Это обеспечивает возможность поддержки полностью достоверной медицинской карты пациента, что, по мнению автора, может привести к революции в области здравоохранения.

Следующая статья написана Ацуши Кара (Atsushi Kara, kara@u-aizu.ac.jp, University of Aizu, Fukushima, Japan). Статья называется "Индивидуальные коммуникации на основе Internet" ("Private-to-Private Communications over the Internet"). Сегодня многие домашние компьютеры остаются подключенными к Internet круглосуточно. Часто у домашних ПК имеются частные Internet-адреса, которые транслируются домашними маршрутизаторами в единый статический или динамический IP-адрес, обеспечиваемый провайдером. Автор предлагает метод организации сети, обеспечивающий удаленный доступ к различным IP-устройствам: сенсорам, компьютерам, камерам и т.д., установленным в домашней обстановке для мониторинга состояния парализованных больных. Обеспечивается конфигурирование устройств с частными IP-адресами таким образом, что (1) система предохраняется от сетевых атак на глобальные порты; (2) поддерживается гибкость по отношению к изменениям сенсоров, и (3) минимизируется число требуемых глобальных IP-адресов.

Авторами последней статьи мартовского номера являются Патрик Угстер, Рашид Гуеррау (Patrick T. Eugster, Rachid Guerraoui, Patrcick.eugster|rachid.guerraoui@epfl.ch, Swiss Federal Institute of Technology), Анне-Мари Кермаррек, Лаурент Массоули (annemk|lmassoul@microsoft.com). Статья называется "Эпидемическое распространение информации в распределенных системах" ("Epidemic Information Dissemination in Distributed Systems"). В настоящее время растет популярность эпидемических алгоритмов как потенциально эффективного решения проблемы распространения информации в крупномасштабных системах, в особенности в одноранговых системах, основанных на технологии Internet или специализированных сетей. Эти алгоритмы обеспечивают не только масштабируемость, но и простоту внедрения, надежность и устойчивость к сбоям. Эпидемический алгоритм действует наподобие заразной болезни. Подобно тому, как зараженный человек передает вирус людям, с которыми он вступает в контакт, каждый процесс в распределенной системе пересылает полученную им новую информацию случайно выбираемым процессам. Эти процессы распространяют информацию другим случайно выбираемым процессам и т.д. Хотя исследователи используют эпидемические алгоритмы в таких приложениях, как распознавание сбоев, агрегация данных, обнаружение и мониторинг ресурсов, репликация баз данных и т.д., общая применимость таких алгоритмов в практических, основанных на Internet системах остается открытым вопросом. Авторы описывают четыре ключевые проблемы: как обеспечить процессы знаниями о других процессах; как сделать так, чтобы связи между процессами отражали реальную топологию сети; как управлять буферами, т.е. от какой информации избавляться при переполнении буферной памяти; как учитывать реальные интересы процессов, чтобы уменьшить вероятность получения и хранение информации, не нужной процессу. Предлагаются некоторые предварительные подходы к решению этих проблем.