NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG HOPE
TRÊN NỀN TÍNH TOÁN LƯỚI TẠI IAMI-VASTVũ Đức Thi
(1)
, Ngô Anh Tuấn
(2)
, Ninh Khánh Trung
(2)
, Đào Văn Tuyết
(2)
(1)
Viện Công Nghệ Thông Tin (IOIT)
(2)
Viện Cơ Học và Tin Học Ứng Dụng (IAMI)
Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam (VAST)

; { tuanna; nktrung; tuyetdv }@vast-hcm.ac.vn

Tóm tắt: Tính toán lưới (Grid Computing) đang phát triển mạnh và thu hút sự quan
tâm của các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Một số hệ thống grid đã
được xây dựng nhằm đáp ứng các yêu cầu đa dạng của người dùng. Hiện nay, các bộ
công cụ được xây dựng nhằm mục đích trợ giúp việc xây dựng hệ thống grid như
Globus, gLite, UNICORE vẫn không ngừng phát triển. Đặc biệt, gLite là m
ột
middleware được cộng đồng nghiên cứu Châu Âu hỗ trợ và phát triển mạnh trong
những năm gần đây. Tại Việt Nam, sự ra đời của hạ tầng mạng VinaREN đã tạo điều
kiện thuận lợi cho việc phát triển các ứng dụng tính toán lưới vào thực tế. Hạ tầng
mạng VinaREN kết hợp với định hướng phát triển của công nghệ grid mở ra cơ hộ
i

VinaREN đã kết nối các tổ chức nghiên cứu và hệ thống các viện trường mang đến
điều kiện thuận lợi để phát triên ứng dụng trên Grid.
Trong bài báo này, chúng tôi đưa ra hướng giải quyết phát triển Tele-medicine
trên hệ thống tính toán lưới đ
ã được cài đặt thử nghiệm tại Viện Cơ học và Tin học
Ứng dụng (IAMI/VAST)
1.2. Giới thiệu về Grid
Grid là một hệ thống phần cứng và phần mềm kết nối mạng với nhau, cho phép
chia sẻ tài nguyên tính toán (computing resources) của các máy tính được nối mạng,
làm tăng gấp nhiều lần hiệu năng và tốc độ xử lý thông tin.
Tính toán mạng lưới (Grid Computing) là công nghệ nền trong việc hình thành
mạng l
ưới, là nền tảng phần mềm chạy trên các thiết bị phần cứng kết nối mạng truyền
thống, giúp xây dựng những ứng dụng mạng lưới có năng lực tính toán rất mạnh, có
khả năng chuyển tải những khối lượng dữ liệu khổng lồ, khả năng lưu trữ và truy cập
thông tin trên mạng mà chỉ bằng những giải pháp phần mềm và công nghệ m
ạng
Internet truyền thống dựa trên nghi thức TCP/IP thì không thể đạt tới. Hình 1: Mô hình phân tầng của Grid Computing
Grid được xây dựng trên nền tảng kiến trúc mở và phân tầng (có thể so sánh với cấu
trúc phân tầng của họ giao thức TCP/IP). Trong mỗi tầng của mạng lưới, các thành
phần được chia sẻ các thuộc tính chung và có thể được bổ sung những tính năng mới
mà không ảnh hưởng đến các tầng khác.
1.3. Các dạng Grid
Trong thực tế, Grid được cài đặt ở nhiều dạng khác nhau phù hợp v
ới từng ứng dụng
cụ thể. Một số người đã phân loại các dạng Grid này dựa vào cấu trúc của tổ chức ảo
tham gia vào mạng lưới, trong khi đó người khác lại định nghĩa Grid theo tính chất của

riêng ảo. Sau đây là một số dạng Grid điển hình thuộc loại này:
Extra Grids: Extra grids, theo IBM, cho phép chia sẻ tài nguyên với các đối tác
bên ngoài. Liên kết giữa các tổ chức này được thiết lập bằng cách dịch vụ tin cậy, như
các m
ạng riêng hay mạng riêng ảo.
Partner Grids: Tổ chức Platform Computing định nghĩa Partner Grids là các mạng
lưới giữa các tổ chức, công ty, xí nghiệp trong cùng lĩnh vực mà có nhu cầu cộng tác
nhằm thực hiện dự án chung.
1.3.4. Global Grids: Global Grids là những mạng lưới được phát triển dựa vào mạng
Internet công cộng. Nó có thể được thiết lập bởi các công ty nhằm hỗ trợ việc kinh
doanh mua bán thông qua việc cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng. Một s
ố dạng Grid
thuộc loại này bao gồm:
Global Grids: Global grids, theo Sun, cho phép người dùng khai thác các tài
nguyên bên ngoài. Global grids cung cấp sức mạnh của các tài nguyên phân tán trên
khắp thế giới nhằm phục các công việc tính toán và cộng tác của người dùng.
Inter Grids: Inter grids, theo IBM, cung cấp khả năng chia sẻ tài nguyên tính toán
và lưu trữ thông qua Web.
1.3.5. Compute Grids: Mạng lưới tính toán - Compute Grids được thành lập nhằm
mục tiêu chia sẻ tài nguyên tính toán.
Desktop Grids: Đây là mạng lưới tập hợp sức mạnh tính toán của các máy tính để
bàn. Do hệ điều hành Windows thống trị họ máy tính này nên các mạng lưới thuộc
dạng này chủ yếu chạy trên nền Windows
Server Grids: Một số tập đoàn lớn thường có các tài nguyên máy chủ được quản
lý bởi bộ phận IT nằm tại nhiều địa điểm khác nhau. Họ muốn tạo Server Grids để chia
sẻ những tài nguyên đắt giá này. Thông thường các mạng lưới này chạy trên hệ điều
hành Unix/Linux.
High-Performance / Cluster Grids: M
ạng lưới gồm các hệ thống dành riêng cho
tính toán như các siêu máy tính hoặc nhóm máy tính hiệu năng cao (được thiết kế cho

• Có thể trao đổi các kết quả sau khi thực thi cho các nhà khoa học.
2.1.1. Tổng quan về gLite
gLite là một phần mềm mã nguồn mở được phát triển tại châu Âu [8]. Đây là phần
mềm middleware được phát triển dùng cho việc tính toán trên Grid. Phiên bản đầu tiên
của gLite ra đời năm 2005, và hiện nay là phiên bản 3.1. gLite ra đời là sự tích hợp của
những nét mới và những công nghệ đã phát triển trước đó (như globus, condor, ) nên
có thể dùng thay thế cho các phần mềm middleware hi
ện nay và vẫn đảm bảo được
chất lượng dịch vụ [4].
2.1.2. Các dịch vụ của gLite [9]
• Access: Quản lý quả trình truy xuất dữ liệu từ các Client đến sơ sở dữ liệu của hệ
thống.
• Securitiy Services: đảm nhận việc chứng thực người dùng và giám sát tính bảo mật
của hệ thống.
• Information & Monitor Services: giám sát thông tin và giám sát các ứng dụng trên
Grid.

• Data Management: Quản lý data, metadata, nhân bản dữ liệu, các thành phần lưu
trữ, di chuyển dữ liệu.
• Workload Management Services: Quản lý các công việc tính toán, các gói…[3]
Hình 3: Sơ đồ mối liên hệ giữa các thành phần trong gLite
2.2. Metadata và AMGA trong kiến trúc Grid
2.2.1. Giới thiệu về metadata trong quản trị cơ sở dữ liệu
Metadata có nghĩa là “thông tin dữ liệu của dữ liệu” (data about data). Trong hệ
thống Grid, metadata là thông tin về nội dung dữ liệu, bao gồm: mô tả về các file, vị trí
và cách cấp phát các file dựa trên nội dung của chúng. Metadata giúp cho hệ quản trị
CSDL có được cơ chế truy xuất đơn giả

u trị bệnh từ xa
cho các bác sĩ, giúp tăng khả năng của quá trình trao đổi, hợp tác trong công việc giữa
các bác sĩ, chuyên gia ở nhiều nơi.
Trong đó, HOPE Telemedicine platform là một ứng dụng được triển khai trên hệ
thống Grid. Hệ thống này giúp các bác sĩ có được một môi trường điều trị bệnh từ xa
thông qua việc quản lý và chia sẻ thông tin bệnh nhân ở nhiều nơi khác nhau. Hệ thống
Grid này được xây dựng như m
ột dạng của Data Grid với mục đích của nó là: lưu trữ,
truy xuất, trao đổi và chia sẻ thông tin y tế cho những chuyên gia và những người có
kiến thức chuyên môn về y khoa.
3.1.2. Những thách thức và trở ngại khi xây dựng HOPE
Lĩnh vực y khoa đưa ra rất nhiều tình huống đầy thách khi tích hợp ứng ứng dụng
trên hệ thống lưới. Mục đích của việc xây dựng và phát triển hệ thống này là tă
ng
cường quá trình hợp tác giữa các chuyên gia và bác sĩ. Tuy nhiên, sự phát triển của các
chương trình ứng dụng về y tế trên hệ thống lưới cần phải chú trọng vào một số tác
nhân chính ví dụ: cần phải tuân thủ nghiêm ngặt những quy định của pháp luật về sự
riêng tư và bảo mật thông tin, dữ liệu. Hơn nữa, các chuyên gia hoặc bác sĩ cũng có thể
không sẵn lòng tham gia vào chương trình ứng dụng mới này vì nó làm thay đổ
i cách
làm việc quen thuộc của họ. Chính vì thế, các chương trình ứng dụng phát triển theo
hướng này cần phải được trực quan và không quá chuyên môn, không gây khó khăn
cho người sử dụng (là các chuyên gia và bác sĩ) đến mức tối đa có thể.
3.1.3. Các công nghệ liên quan
Để các chuyên gia và bác sĩ có thể quản lý, trao đổi dữ liệu và hình ảnh y khoa,
Telemedicine platform đã sử dụng các công nghệ web services và grid service được
cung cấp bởi gLite middleware. Các bác sĩ truy xuất vào platform sẽ
sử dụng web
portal được phát triển bởi GridSphere, chứa các thành phần biểu diễn giao diện dễ sử
dụng, có thể truy xuất vào các hệ thống dịch vụ y tế quản lý thông tin và ảnh y khoa

Hình 6: Mô hình kiến trúc của HOPE
3.2.2. Kiến trúc Platform HOPE
Các bác sỹ phẩu thuật và những người có chuyên môn về y khoa thông qua nền
tảng portal GridSphere có thể quản lý thông tin bệnh nhân, các ảnh y khoa và nội dung
các phép phân tích ảnh (Image Analysis jobs). Thông tin y khoa và metadata của ảnh
được chứa trong AMGA server cục bộ trong khi các ảnh mã hóa (encrypted image)
được lưu trữ trong Grid SE (Storage Element). Tất cả các tương tác giữa các user và
Grid được quản lý bởi telemedicine Web Services triển khai tại các bệnh viện [6].

3.2.3. Mô hình chia sẻ thông tin dữ liệu
Hạ tầ
ng của Telemedicine cho phép người dùng có thể trao đổi thông tin y tế từ
những bệnh viện khác nhau. Thông tin trao đổi giữa các web services triển khai tại
nhiều nơi khác nhau và hoàn toàn trong suốt (transparent) đối với người sử dụng đầu
cuối. Thông tin được truyền giữa các bệnh viện được mã hóa và sử dụng giao thức
truyền là SOAP message trên kênh bảo mật SSL.

Hình 7: Mô hình chia sẻ dữ liệu và thông tin trong HOPE
3.2.4. Các yêu cầu đối với quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các trạm
Về bảo mật: Cơ chế bảo mật của HOPE được thực hiện thông qua các giải pháp sau
 Quá trình truyền thông được thực hiện mã hóa sử dụng giao thức SSL.
 Các ảnh y khoa được mã hóa khi lưu trữ trên Grid.
 AMGA server được đặt tại cục bộ và được quản lý tại các bệnh viện.
Khả năng thực thi và độ tin cậy:
 Hệ thống có thể làm việc được tại những nơi có điều truyền thông không được tốt.
 Các thuật toán phân tích ảnh đòi hỏi những CPU mạnh và có khả năng chạy ứng
dụng tốt trên hệ thống Grid.
3.2.5. Những việc đã triển khai trong hiện trại và triển vọng trong tương lai

Hình 8: Hệ thống Telemedicine đã được triển khai hiện tại.

trợ. Hiện tại, HOPE đã được cài thành công trên server của phân viện Công Nghệ
Thông Tin thành phố Hồ Chí Minh. Có thể kết nối đến HOPE qua internet theo địa chỉ
sau:
:8080/gridsphere Hình 10: Đăng nhập vào HOPE Hình 11 Giao diện Web của HOPE
Telemedicine Platform

5. KẾT LUẬN
HOPE Telemedicine Platform là một dịch vụ quản trị dữ liệu được cung cấp bởi
gLite middleware, đặc biệt là AMGA để quản lý thông tin y tế và các ảnh y khoa khi
lưu trữ trên Grid. Trong thời gian tới, khi hệ thống Grid được gia tăng về độ tin cậy, độ ổn định và khả năng thực thi thì hệ thống này giúp các bác sĩ tin tưởng hơn vào dịch vụ
y tế mà chúng tôi phát triển.
Công nghệ Grid cho phép hợp tác và chia sẻ tài nguyên giữa những người dùng
trên toàn thế giới. Dựa vào điều đó, HOPE Platform đã khai thác được một lượng lớn
tài nguyên, cung cấp cho các bác sĩ một tập các công cụ để dễ dàng chia sẽ dữ liệu và
tài nguyên y khoa. Thông qua những tài nguyên chia sẽ này, các chuyên gia và những
người có chuyên môn sẽ có đủ thờ
i gian phân tích, trao đổi thông tin lẫn nhau, góp
phần giúp họ có được những chẩn đoán và tiên liệu về kết quả của việc điều trị bệnh
nhanh chóng và chính xác.

6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Joshy Joseph Craig Fellenstein, Grid Computing - IBM Express. Indian Reprint,
2005. ISBN: 81-297-0527-3
[2] Do-Son School on Advanced Computing and GRID Technologies for Research

[15]
[16]