„Egy megbízhatóan működő és a jelenleginél gyorsabb világháló létrehozásán dolgozunk”

Utolsó évébe lépett az MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoportja, amely távközlési technológiákhoz kapcsolódó elméleteket és adattömörítési eljárásokat vizsgál.

„Az internet nagy fizikai távolságokat összekapcsoló, világméretű hálózata egy sokszorosan összekötött architektúra, amelyben rengeteg eszközt használnak az adatok közvetítésére. Ebben a sokrétű és bonyolult felépítésű rendszerben a hálózat néha kiesik, szakadozik, ám a hiba oka sok esetben szinte azonnal orvosolható lenne a hálózat mesterségesen felépített szisztémájának apró módosításával” – állítja Tapolcai János, az MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport vezetője, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Távközlési és Médiainformatikai Tanszék egyetemi tanára. Kutatócsoportja nemrégiben kezdte meg ötödik, azaz utolsó támogatási évét a Lendület programban. A fiatal tudósokból álló csapat az internet felépítésének hardver-oldalát vizsgálja. Megoldási javaslatokat dolgoz ki többek között egy folyamatosan és megbízhatóan, azaz hibamentesen működő hálózat létrehozására.

„A megbízható hálózat ma már nemcsak a kiemelt ügyfelek kiváltsága, mindenkinek igénye a jól működő internet” – hívta fel a figyelmet Tapolcai János. Ez komoly kihívás az internet-szolgáltató vállalkozások számára. „Az internet iránt megnyilvánuló növekvő kereslet kényszeríti a szolgáltatókat, hogy egyre megbízhatóbb rendszereket, új technológiákat és hatékonyabb módszereket alkalmazzanak a hálózatuk kiépítésekor” – figyelmeztetett a BME oktatója, aki szerint mind nagyobb teret hódítanak az internetes kommunikációs platformok is. „A hagyományosnak számító telefon, televízió és rádió helyett egyre nagyobb arányban zajlik a kommunikáció a világhálón keresztül – e-maileken, weblapokon, internetes telefonokon, rádiókon és internetes TV-n is.”

A Műegyetem kutatója úgy véli, hogy a ma ismert és alkalmazott technológiákkal is megvalósítható a szakadozás-mentes hálózati kapcsolat, ám ehhez át kell gondolni az internet eddigi felépítését. „Kutatásainkban már a tervezésnél olyan megoldások kidolgozására törekszünk, amelyekkel a hibás szakaszok hamar felismerhetők és tehermentesíthetők úgy, hogy a rendszer a közvetítendő jelet és az adatforgalmat mindig a jól működő egységek felé tereli” – foglalta össze a kutatócsoport által vizsgált jelenséget a BME tudósa. Kísérleteikben arra a tapasztalatra jutottak, hogy az átkapcsolásnak legfeljebb néhány 100ms alatt meg kell történnie ahhoz, hogy egy hálózati hiba ne okozzon komolyabb fennakadást. A kutatócsoport többek között ilyen feltételeknek megfelelő hibavédelmi megoldások megalkotásán dolgozik. E mellett külön figyelmet szentelnek az IP routerek gyors hibahelyreállító megoldásaiban rejlő lehetőségek feltérképezésének.

A MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport tagjai a hatékony hálózat-üzemeltetés rövid-, közép- és hosszútávú megoldási lehetőségeit is vizsgálják. Többek között elemzik és finomítják egy-egy rendszer meglévő protokolljait (beállításait, jellegzetességeit), és szükség szerint új módszereket is javasolnak az üzemeltetőknek. Megoldásokat keresnek a rendkívüli esetek és mulasztások okozta hálózati kihagyásokra és vészhelyzetekre is. „250 kilométernyi optikai kábelszakaszra átlagosan évente egy szakadás jut” – ismertetett egy érdekes statisztikát Tapolcai János, beszámolva arról a megfigyelésről is, miszerint az eszközök meghibásodásának legjellemzőbb okai az építkezéseken előforduló balesetek, a rágcsálók okozta károk, a halászat és a természeti katasztrófák, különösen az erős szél miatt bekövetkező kábelsérülések.

A kutatócsoport 2014-ben a „Google Faculty Awards” elnevezésű programban nyert támogatást adatok hatékony tömörítési eljárásainak kifejlesztésére és implementására, illetve gyors műveletek elvégzésére a tömörített adatokon. „Egyre népszerűbbek azok az új módszerek, amelyekkel egy tömörített adathalmazt közvetlenül lehet módosítani, azaz a felhasználó az adathalmaz „kicsomagolása” nélkül, gyorsan végezheti el a kívánt változtatásokat. A kisebb méretűre tömörített adathalmazt a processzorhoz közelebb tárolják, így gyorsabban hozzáférnek az adatokhoz, és ezzel bizonyos algoritmusok összességében gyorsabban futnak az eszközön” – ecsetelte az előnyöket Tapolcai János.

A „lendületes” műegyetemi kutatók elemzéseikben igazolták azt is, hogy a tömörítési módszereket az internet ún. forgalomtovábbítási tábláin, más néven adatbázisain (IP címeket tartalmazó adatbázis, amelyből a hálózat a kinyert információk nyomán különböző szempontok (gyorsaság, lehetséges akadályok) alapján „eldönti”, hogy a közvetíteni kívánt információ milyen irányba, milyen hálózati számítógépeken keresztül haladjon tovább – szerk.) is alkalmazhatók. Tapolcai János és csapata olyan módszert dolgozott ki, amellyel az eredetileg 20 megabájtos forgalomtovábbítási adatbázis mindössze pár száz kilobájtosra csökkenthető. „A kisebb halmaz elfér a router processzorainak ún. L2 gyorsítótárában. E művelettel gyorsabb lehet a hálózati adattovábbítás, csökken a tárhelyigény, ami megoldást jelenthet a rohamosan növekvő hálózati igényekre is.” A kutatócsoport e témában készült tanulmányát az internet-kutatás legjelentősebb fóruma, az ACM Sigcomm 2013-as konferenciája fő programjába is beválasztottak. Ez utóbbira különösen büszkék, hiszen eddig összesen három magyar publikációt fogadott be a szakmai fórum: 2000-ben kettőt, és idén egy újabb munkájukat egy nagyteljesítményű szoftveres forgalomtovábbító architektúráról.

Egy másik eredmény, hogy a kutatócsoport tagjai nemrég elnyerték a GEANT Open Flow épített európai teszthálózat első mérésére kiírt pályázatot is, így az internet architektúrák fejlesztésében résztvevő legjelentősebb piaci szereplők előtt mutathatták be legújabb tudományos következtetéseiket és méréseiket. Egy nemzetközi konzorcium tagjaként támogatást kaptak arra is, hogy új hálózati kódoláson alapuló megbízható kommunikációs csatornákat implementáljanak a GEANT Open Flow teszthálózatába.

A fiatal tudósok a távközlési technológiákhoz kapcsolódó problémákat is kutatnak, többek között az internet skálázható fejlődését, és a többesadás (egy pontból több végpontba történő kommunikáció – szerk.) műszaki megvalósíthatóságát. Utóbbiról publikációjuk is jelent meg az IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN) című folyóiratban. A műegyetemi kutatók a cambridge-i egyetemmel közösen vizsgálták, hogyan lehet hatékonyan, sok célcímet (például egy hálózati gép IP-címe – szerk.) elhelyezni az adatcsomagok fejlécében úgy, hogy a forgalomtovábbítók az összes célcím végignézése nélkül tudják eldönteni, hogy milyen irányba kell továbbítani az adatcsomagokat a hálózatban. A „ToN” című folyóiratban korábban néhány évente jelentek meg cikkek Magyarországról, ám a Jövő Internet Kutatócsoport az elmúlt négy évben 9 cikket is publikált a lapban. Érdekesség, hogy ebből a folyóiratból évente 6 szám jelenik meg, egy számban átlagosan 30 cikk szerepel.

A kutatócsoport 2015-ben terjesztette ki kísérleteit a navigációs rendszerekre: az információ továbbítását, az adatforgalom támogatásának lehetőségeit vizsgálják. E kutatás eredményeit a rangos Nature Communications közölte, az írás a 18. legmagasabb Altmetric pontszámot érte el a lap cikkei közül.

A műegyetemi kutatók másik három tanulmányát nemrégiben fogadta be az IEEE International  IEEE International Conference on Network Protocols (ICNP) nevű konferencia. Többek között azt a szituációt vizsgálják, amelyben adatforgalmi torlódás esetén a hálózat üzemeltetője helyett a felhasználó kap jogot arra, hogy elterelje az adatcsomagot egy másik útra, így nem kell megvárnia, amíg a hálózat automatikus menedzselő rendszere eltereli a forgalmat a torlódott részekről. Tapolcai János szerint e szolgáltatás az IP routerek útvonalválasztó tábláinak lényeges növelése nélkül is megvalósítható. A probléma a gráfelmélethez és azon belül a független fákhoz kapcsolódik, ami egy intenzíven kutatott terület.

Tapolcai János öt éve koordinálja a kutatócsoport munkáját. Élvezetesnek találja, hogy számos terület szakértőjével dolgozik együtt, és úgy véli, hogy e tudományos sokszínűség a sikerük egyik kulcstényezője. „Büszke vagyok a kreatív kutatóinkra, akik sokrétű és egyedi tudással rendelkeznek. Mindig bátorítom a társaimat, hogy teljes erőbedobással végezzék tudományos munkájukat, higgyenek magukban, és legyenek türelmesek, amíg eljön a siker.” A műegyetemi oktató ma is nagy lehetőségként tekint az Akadémia programjára. A csapatában közel 30 kutató vett részt a munkában az elmúlt 5 évben. Vezetőjükként magát Tapolcai Jánost is a Lendület program tartotta Magyarországon.

A műegyetemi kutató az elért eredmények mellett megkerülhetetlennek tartja, hogy az új ismereteket mielőbb építsék be az oktatásba. A kutatócsoport közreműködésével egy új szakirány indult el a tanszéken: mesterségesen épített programozható hálózatokat, és felhő alapú szolgáltatások hardver oldalát tanulmányozzák. „A néhány évvel ezelőtt piacra dobott programozható eszközökkel a felhasználók saját maguk hozhatják létre azokat az új funkciókat, amelyekre a hálózatépítésnél szükségük van. Mindössze 5 éve oktatják e szűkebb szakterület ismereteit az Egyesült Államokban, így különösen büszkék vagyunk e téma házon belüli szakértőire, akik már most birtokában vannak és át is adják tudásukat a fiatal mérnökgeneráció képviselőinek”.

TZS - TJ

Fotó: Takács Ildikó, Tapolcai János