Мрії про майбутнє

Перша стаття добірки називається «Мрії про майбутнє: роздуми про комп'ютерних системах» ( "Imagining the Future: Thoughts on Computing") і написана Деніелом Рідом (Daniel Reed), Деннісом Геннон (Dennis Gannon) і Джеймсом Лярусом (James Larus). Багато фундаментальні допущення в області ІТ спочатку були не більше ніж дослідними ідеями: процесорна потужність переміщається в різні спеціалізовані пристрої - від всюдисущих смартфонів до датчиків, вбудованих в повсякденні прилади; давно передбачені елементи природного інтерфейсу користувача, такі як сенсорні системи введення, тривимірна графіка і мовне введення / виведення, стають масово поширеними; щільність зберігання в запам'ятовуючих пристроях продовжує збільшуватися в експоненційному темпі, забезпечуючи людям можливість зберігати цифрову історію свого життя як в локальному режимі, так і в хмарах; Інтернет речей - розростається і часто непомітна павутина взаємопов'язаних інтелектуальних об'єктів - обіцяє радикально змінити способи нашої взаємодії з повсякденними речами. Не дивно, що подібні зміни в можливостях цифрових технологій і потребах людей кидають виклик традиційним поняттям конфіденційності та безпеки.

Трансформація технологій призводить до появи цікавих дослідницьких проблем, даючи можливість вченим висувати захоплюючі ідеї і виконувати розробки, результати яких можуть змінити майбутнє, - наприклад, вибух росту числа смартфонів і бездротових пристроїв призводить до нестачі частотних ресурсів. Чи може передова радіотехніка змінити технічну і ділову динаміку комунікацій, щоб забезпечити більш гнучке і адаптивне використання частотних діапазонів?

Як показано на рис. 1, поточні тенденції обіцяють появу через кілька років Мережі, до якої будуть підключені понад 50 млрд пристроїв. Як найкраще керувати ними і забезпечувати безпеку? Чи можна узгодити історично існуючі підходи до забезпечення конфіденційності та безпеки, засновані на поняттях особистості і місця, з новим світом хмарних сервісів і транзакційних потоків даних? У кожному з сьогоднішніх хмарних ЦОД є більше ресурсів процесорів та зберігання даних, ніж у всій Мережі всього лише кілька років тому. Як найкращим способом пристосувати ці системи до надійного і енергоефективного функціонування?

Нові комп'ютерні технології допоможуть також в рішенні важливих соціальних проблем. У всьому світі населення в основному старіє. Чи можна підвищити якість життя громадян похилого віку? Яким чином досягнення ІТ зможуть революціонізувати біологію, щоб домогтися появи істинно персональної медицини? Чи зможуть освітні системи відповідати потребам підготовки людей в спеціальностях, які з'являться в майбутньому? Чи можна використовувати ці нові технології, щоб впоратися з новими вимогами до чистоти джерел енергії?

Статтю «Нервова система суспільства: створення ефективного уряду, систем енергетики і суспільної охорони здоров'я» ( "Society's Nervous System: Building Effective Government, Energy, and Public Health Systems") написав Алекс «Сенді» Пентланд (Alex "Sandy" Pentland). Підтримка здорового, безпечного і ефективного суспільства є проблемою, висхідній до початку промислової революції, яка стимулювала швидке зростання міського населення і привела до появи величезної кількості соціальних та екологічних проблем. Тоді засобами рішення були централізовані мережі постачання чистою водою і безпечними продуктами харчування, прибирання сміття, забезпечення енергією, поліпшення якості перевезень, забезпечення доступу до централізованих службам охорони здоров'я, поліції і освіти. Однак сьогодні ці рішення двовіковий давності застаріли.

Сьогоднішні соціальні структури не є інтегрованими системами і не отримують переваг від наявності технологій цифрової зворотного зв'язку, які дозволили б їм бути динамічними і швидко пристосовуються до змін. Потрібно радикально переглянути цей підхід. Замість поділу систем за функціями (вода, їжа, сміття, транспорт, освіту, енергетика і т. Д.) Потрібно ставитися до них цілісно. Замість фокусування уваги на системах доступу і розподілу потрібні динамічні мережеві автоматично регульовані системи, побудовані з урахуванням потреби в складних взаємодіях. Коротко кажучи, для забезпечення стійкості майбутнього суспільства потрібно використовувати технології, що розвиваються з метою створення нервової системи людства, що підтримує стабільність уряду, систем енергетики і суспільної охорони здоров'я на всій земній кулі.

Центральна ідея полягає в перебудові соціальних систем всередині контрольованої інфраструктури: усвідомлення ситуації, комбінування спостережень з результатами динамічного моделювання вимог і дій у відповідь, а також використання результуючих прогнозів для управління системою. На щастя, багато елементів управління вже є, однак не вистачає динамічних моделей взаємодії та архітектури, що забезпечує безпеку, стабільність і ефективність.

Необхідні моделі повинні описувати запити і відповідні реакції людей, оскільки саме люди знаходяться в центрі цих систем, тому треба відстежувати індивідуальну поведінку людей, що призводить до експоненціального зростання обсягу особистих даних. Європейський комісар із захисту прав споживачів Менло Кунєва відзначала, що такі дані є «новим паливом для Інтернету і новою валютою для цифрового світу». За словами глави Федеральної торгової комісії США Йона Лейбовіц, «підтримка конфіденційності та безпеки повинна бути з самого початку вбудована в процедури, системи і технології підприємств, щоб вона була складовою частиною їх бізнес-моделі».

Розуміючи, що для такої зміни інфраструктури суспільства потрібна згода уряду, громадян і компаній, автор статті в 2007 році на Світовому економічному форумі запропонував ідею «нового поводження з даними» і почав багаторічна обговорення з лідерами різних компаній і главами міжнародних регламентують і неурядових організацій. Ці дискусії привели до утворення проекту щодо перегляду ролі персональних даних і до публікації в 2011 році звіту " Personal Data: The Emergence of a New Asset Class " , В якому зазначається зростаюче одностайність з приводу нового підходу до персональних даних і намічаються плани на майбутнє.

У статті описуються еволюція технології збору персональних даних, нові підходи до моделювання соціальних систем і до побудови загальної архітектури таких систем.

Статтю «Захист хмарних даних для масового використання» ( "Cloud Data Protection for the Masses") представили Даун Сон (Dawn Song), Елейн Ши (Elaine Shi), Ян Фішер (Ian Fischer) і Умеш Шанкар (Umesh Shankar). Незважаючи на те що хмари обіцяють зниження витрат, швидке масштабування, а також спрощення технічного обслуговування і доступність сервісів, завжди і всюди ключовою проблемою є забезпечення безпеки для користувача даних. За оцінкою Microsoft, 58% індивідуальних користувачів і 86% компаній задоволені можливостями хмар, однак більше 90% індивідуальних і корпоративних користувачів стурбовані проблемами безпеки, доступності та конфіденційності своїх даних, що зберігаються в хмарах.

Причини появи цих проблем зрозумілі - споживачі хочуть зберегти контроль над своїми даними, але в той же час бажають користуватися розвиненими сервісами, які розробники додатків можуть надати на основі використання цих даних. До теперішнього часу в хмарах була відсутня реальна підтримка або хоча б стандартизація будь-яких методів захисту даних, крім криптографічних методів.

Для забезпечення захисту призначених для користувача даних при збереженні можливості обчислень над ними потрібні як спеціальні знання, так і особливі ресурси, якими навряд чи має в даний час більшість розробників додатків. Привабливим варіантом є побудова рішень щодо захисту даних на рівні платформи, що може знизити рівень вимог до розробників додатків, оскільки всі вони зможуть скористатися загальними рішеннями для підтримки безпеки.

Автори статті пропонують нову концепцію - захист даних як сервіс (data protection as a service, DpaaS), що представляє собою інтегрований набір примітивів безпеки, підтримуваних хмарної платформою і забезпечують безпеку конфіденційних даних (рис. 2). Цей сервіс дозволить переконати власників даних в тому, що для них дотримуються гарантії конфіденційності навіть при наявності потенційно дефектних або зловмисних програм.

Остання стаття тематичної добірки написана Бьерном Страуструпом (Bjarne Stroustrup) і називається «Розробка програмного забезпечення для інфраструктури» ( "Software Development for Infrastructure"). На життя людей прямий вплив надають коректність і ефективність програмного забезпечення:

• центри даних найбільших компаній, таких як Amazon, AT & T, Google і IBM, споживають щодня приблизно 15 МВт електроенергії в США, а вартість їх обладнання становить 500 млн дол; в 2010 році сервери компанії Google спожили 2,26 млн МВт енергії;
• ємності заряду акумулятора смартфона при інтенсивному використанні вистачає менш ніж на добу;
• нас оточують системи, відмови яких можуть нанести людям шкоду або економічних збитків; в числі таких систем - автомобільні керуючі системи, банківське ПО; телекомунікаційні системи і майже будь-який виробниче управляє програмне забезпечення;
• ми не можемо попросити ремонтного майстра виправити програмну помилку в системі космічного апарату, небезпечно намагатися перепрограмувати керуючу систему корабля, що знаходиться у відкритому морі, і неекономічно виправити помилку в програмному забезпеченні побутового пристрою, наприклад телевізора або фотоапарата.

Підвищення якості розробки та реалізації програмних систем обіцяє величезні переваги. Якщо вдвічі підвищити ефективність серверного ПО, то можна обійтися вдвічі меншим числом серверів. Якщо вдасться подвоїти ефективність програмного забезпечення смартфона, то подвоїться час життя його акумуляторів. Якщо усунути половину програмних помилок в критично важливому програмному забезпеченні, то можна припустити, що воно принесе шкоду вдвічі меншому числу людей.

Ця позиція суперечить широко поширеною думкою, що критерієм оптимізації процесу розробки програмного забезпечення є мінімізація витрат часу розробників, і що обчислювальні потужності тепер майже нічого не варті. Шанобливе ставлення до ефективності і коректності функціонування програмного забезпечення робить глибокий вплив на процес розробки систем. Однак різні види програмного забезпечення мають різні характеристики - вони експлуатуються в різних умовах і з різними обмеженнями, і це слід враховувати при виборі методів і інструментальних засобів підтримки процесу розробки. Аналогічним чином слід узгоджувати вимоги до розробників програмного забезпечення. Принцип «безрозмірності» підходів і рішень тут непридатний.

Автор називає програмне забезпечення, відмови якого можуть завдати серйозної шкоди або серйозного економічного збитку, інфраструктурним. Таке ПО повинно відповідати більш суворим стандартам надійності, ніж звичайне. Оскільки традиційні персональні комп'ютери і смартфони використовуються як платформи для додатків, які в цьому сенсі є інфраструктурними, інфраструктурним є і базове програмне забезпечення цих платформ, а також ПО, що застосовується для його розгортання. Наприклад, якщо не спрацьовує програма, оновлююча програмне забезпечення мобільного телефону, то можна пропустити важливі дзвінки і хтось може постраждати або збанкрутувати.

Якісне інфраструктурне програмне забезпечення має задовольняти вимогам, близьким до тих, які компанія AT & T пред'являє до комутаторів транспортної магістралі своєї телекомунікаційної системи - не більше двох годин простою за 40 років роботи. Виправданням не можуть служити збої апаратури, вимикання харчування або навіть наїзд важкої вантажівки на стіну будівлі, в якому встановлений комутатор. Для досягнення цієї мети потрібно дуже серйозно ставитися до надійності програмного забезпечення, що вельми важко для менеджерів з менталітетом «неважливо з чим, але вийти на ринок, випередивши інших».

Поза тематичної добірки опубліковані дві великі статті. Авторами статті «До більш точному застосуванню променевої терапії при лікуванні пухлин легенів» ( "Toward More Precise Radiotherapy Treatment of Lung Tumors") є С. С. Айенгар (SS Iyengar), Ксін Лі (Xin Li), Хуанхуан Ху (Huanhuan Xu) , Супратік Мукхопадхайя (Supratik Mukhopadhyay), Н. Балакрішнан (N. Balakrishnan), Аміт Савант (Amit Sawant), Пуніт Айенгар (Puneeth Iyengar). У США злоякісні пухлини легень є найбільш поширеною причиною смерті людей від ракових захворювань - лише 10-15% хворих на рак легенів залишається в живих протягом п'яти років після встановлення діагнозу. Більше половини солідних пухлин піддається зовнішньому впливу іонізуючого випромінювання в ході лікування, в якому комбінуються методи радіотерапії та хіміотерапії або хірургії та хіміотерапії.

У традиційній радіотерапії застосовується вбиває пухлина поглинена доза випромінювання, зазвичай складова 50-70 греев (gray, Gy). Лікування складається з 25-35 процедур опромінення. Удосконалення технології і більш глибоке розуміння радіобіології зробили можливим застосування двох альтернативних підходів. Перший полягає в забезпеченні тієї ж, що і раніше, загальної дози опромінення, але протягом значно меншого (наприклад, в п'ять разів) числа процедур із застосуванням рентгенологічних досліджень і комп'ютерної томографії. Другий підхід полягає в збільшенні загальної дози опромінення (в кожній наступній процедурі доза зростає на 2 Gy) з застосуванням тих же методів дослідження результатів терапії.

Просторова зв'язок пухлин легенів з важливими структурами нормальних тканин (спинний мозок, стравохід, серце, плечове нервове зчеплення, бронхи і трахея) у багатьох випадках не дозволяє застосовувати процедури опромінення зі зростаючою дозою. Крім того, планування променевого лікування раку легенів ускладнюється тим, що пухлини рухаються під час дихання, що впливає на форму пухлини. З цих причин для планування внутрішньогрудинного променевого лікування потрібні інструментальні засоби, що забезпечують високу точність опромінення.

Для задоволення цієї потреби автори статті розробили моделює систему, яка полегшує відстеження та прогнозування руху і деформування під час дихання органів, що оточують пухлину. Попередні результати використання системи показують, що вона забезпечує кращу точність опромінення, ніж раніше застосовувалися засоби.

Останню велику статтю номера під назвою «Підвищення рівня достовірності федерацій сервісів з використанням онлайнового тестування» ( "Enhancing Service Federation Trustworthiness through Online Testing") представили Антоніа Бертліно (Antonia Bertolino), Гуйелмо де Анжеліс (Guglielmo De Angelis), Сампо Келломакі (Sampo Kellomaki ) і Андреа Поліні (Andrea Polini). Невпинне зближення понять і технологій Web 2.0 і сервісних архітектур призводить до появи нових моделей бізнесу, обміну інформацією та соціальних мереж на основі Інтернету сервісів (Internet of Services, IoS).

Концепція IoS полягає в можливості створення всесвітнього ринку сервісів, які забезпечуються різними організаціями для спільного використання. У IoS незалежно розроблені і розгорнуті сервіси повинні допускати прозору композицію і забезпечувати органічну і безпечну інтероперабельність. Для реалізації цієї концепції постачальники сервісів повинні домовитися за своїми зобов'язаннями, процедурам і технологіям інтероперабельності з метою освіти спільно використовуваного середовища. Загальні стандарти і технології, а також узаконені зобов'язання і бізнес-правила забезпечують можливість міжустановних сервісних транзакцій і утворюють основу федерації сервісів.

Серйозною проблемою є верифікація того, що постачальники сервісів дійсно дотримуються цих правил. При онлайн-тестуванні федеративних сервісів спеціальні механізми всередині федерації запускають в середовищі реального виконання сервісів обрані тестові сценарії, що сприяє підвищенню рівня достовірності федерації і поліпшенню якості федеративних послуг.

До наступної зустрічі, Сергій Кузнецов .