Форум программистов, компьютерный форум, киберфорум
Наши страницы
SETI25
Войти
Регистрация
Восстановить пароль
Оценить эту запись

Как работает SETI@Home

Запись от SETI25 размещена 07.09.2019 в 14:45

Как работает SETI@Home .
Автор текста Ron Hipschman

Перевод текста взят с официального русского зеркала проекта SETI@Home.

Проблема — Горы данных

Большинство существующих ныне программ SETI, в том числе и проводимые в UC Berkeley, используют большие компьютеры, анализирующие данные с телескопа в реальном времени. Ни один из этих компьютеров не смотрит в данные слишком глубоко в поиске слабых сигналов, и не ищет широкий класс типов сигналов (их мы обсудим чуть позже...) Причина этого в ограниченности мощи компьютеров, доступной для анализа данных. Поиск самых слабых сигналов требует очень больших вычислительных мощностей. Выполнение работы потребует гигантский суперкомпьютер. Программы SETI никогда не могли себе позволить построить или приобрести такие вычислительные мощности. Однако они могут сделать обходной манёвр. Вместо большого компьютера, выполняющего работу, они могут использовать компьютер поменьше, который будет работать дольше. Однако в этом случае будут скапливаться груды необработанных данных. А что, если использовать ОЧЕНЬ МНОГО маленьких компьютеров, одновременно проводящих различные части анализа? Где команда SETI могла бы найти тысячи компьютеров, необходимых для анализа данных, непрерывным потоком поступающих из Arecibo?

Команда SETI из UC Berkeley обнаружила, что уже есть тысячи компьютеров, которые можно было бы использовать. Большая часть этих компьютеров простаивает, в то время как на их экране летают тостеры, и не делают абсолютно ничего, только тратят электроэнергию. Вот где на сцене появляется SETI@Home (и Вы!). Проект SETI@Home надеется убедить Вас позволить нам попользоваться Вашим компьютером, пока Вы сами его не используете, и помочь нам «…искать новую жизнь и новые цивилизации». Мы сделаем это с помощью экранной заставки, которая сможет получить от нас кусок данных по интернету, проанализировать данные и прислать результат обработки обратно к нам. Как только Вам снова потребуется ваш компьютер, наша экранная заставка немедленно уходит с дороги и продолжает анализ лишь тогда, когда Вы закончите работу.

Это интересная и трудная задача. Данных настолько много, что их анализ кажется невозможным! К счастью, задача анализа данных легко разбивается на небольшие куски, каждый из которых можно обрабатывать раздельно и параллельно. Ни один из кусочков не зависит от остальных. Кроме того, из Arecibo видна лишь конечная часть неба. За следующие два года все небо, видимое телескопу, будет просканировано трижды. Нам кажется, что для данного проекта этого достаточно. К тому времени, как мы просмотрим небо трижды, будут новые телескопы, новые эксперименты и новые подходы к SETI. Мы надеемся, что вы сможете принять участие и в них!

Разбивка данных

Данные записываются с высокой плотностью на плёнку на телескопе Arecibo в Пуэро-Рико, заполняя примерно одну 35-гигабайтную DLT плёнку в день. У Arecibo нет широкого канала подключения к интернету, и потому данные обычной почтой отбывают в Berkeley. Затем данные разбиваются на куски по 0.25 мегабайта (которые мы называем «рабочими единицами »). Они по интернету рассылаются с сервера SETI@Home людям по всему земному шару для обработки.

Как данные разбиваются на куски

SETI@Home просматривает данные в 2.5-мегагерцовой полосе вокруг 1420 МГц. Этот спектр всё равно слишком широк, чтобы вы могли его анализировать, и потому мы разбиваем эту полосу на 256 кусков, каждый шириной в 10 кГц (если быть точными, 9766 Гц, но мы округлим цифры для упрощения расчётов). Это делает программа, называемая «сплиттер». Полученные 10-килогерцовые куски несколько проще в обращении. Запись сигнала с частотой до 10 кГц требует 20 тыс. бит в секунду (kbps). (Это называется частотой Найквиста, Nyquist frequency.) Мы отправляем вам примерно 107 секунд этих 10-килогерцовых (20kbps) данных. 100 секунд умножить на 20000 бит равно 2000000 бит, или примерно 0.25 мегабайта с учётом того, что в байте 8 бит. Ещё раз повторим, мы называем эти 0.25-мегабайтные куски «рабочими единицами». Мы также отправляем вам массу дополнительной информации о рабочей единице, в итоге получается около 340 килобайт данных.

Пересылка данных

SETI@Home требует соединения только для передачи данных. Это происходит только тогда, когда экранная заставка закончила анализ рабочей единицы и хочет отправить результаты назад (и получить новую рабочую единицу). Это происходит только с Вашего разрешения, и Вы можете контролировать, когда Ваш компьютер выходит на связь с нами. При желании в установках экранной заставки можно указать, что данные следует передавать автоматически, сразу по окончании обработки очередной рабочей единицы. Передача данных через наиболее распространённые модемы происходит меньше 5 минут, и соединение прекращается сразу после того, как все данные переданы.

Все рабочие единицы учитываются в большой базе данных здесь в Berkeley. Несмотря на то, что данные в рабочих единицах слегка перекрываются для того, чтобы ничего не пропустить, никакие два человека не получат одну и ту же рабочую единицу. Когда рабочая единица возвращается к нам, её присоединяют к базе данных и помечают, как «обработанную». Наши компьютеры находят новую рабочую единицу, отправляют её Вам и отмечают в базе данных как «обрабатываемую». Если от вас долго нет вестей, мы предполагаем, что Вы нас бросили (а Вам, между прочим, должно быть очень стыдно!), и когда-нибудь ваша незаконченная работа достанется кому-то другому.

Что ищет SETI@Home?

Итак, что же Вы будете для нас делать? Что именно Вы станете разыскивать в присланных данных? Проще всего ответить на этот вопрос, рассказав, каких сигналов мы ожидаем от инопланетян. Мы ожидаем, что они отправят нам сигнал самым эффективным для СЕБЯ способом, который позволил бы НАМ легко опознать послание. Так, получается, что отправка сообщения сразу на многих частотах неэффективна. Для этого требуются очень большие мощности. Сообщение с энергией, сконцентрированной в очень узком диапазоне частот, проще определить на фоне шумов. Это особенно важно, так как мы предполагаем, что они достаточно далеко от нас, и что их сигнал, достигнув нас, станет очень слабым. Итак, мы не ищем широкополосных сигналов (распределённых по многим частотам), мы настраиваем радиоприёмник на разные каналы и смотрим мощность сигнала на них. Если сигнал сильный, он привлекает наше внимание.

Другим фактором, позволяющем устранить местные (земные и спутниковые) сигналы, является их более-менее постоянность. Они не меняют интенсивность со временем. С другой стороны, телескоп Arecibo неподвижен. Во время работы SETI@Home телеско не следит за звёздами. Как следствие, небо «проплывает» над фокусом телескопа. Цель проходит фокус тарелки примерно за 12 секунд. Потому мы ожидаем, что внеземной сигнал будет в течение 12 секунд сначала становиться сильнее, а затем — слабеть. В поиске этого 12-секундного «гауссовского» сигнала мы отправляем вам около 10 секунд данных. Кроме того, данные в разных рабочих единицах слегка перекрываются, чтобы важные сигналы не оказались отсечены на раннем этапе анализа.

Давайте рассмотрим несколько примеров. Если у вас установлено RealAudio, вы можете прослушать симуляции того, на что похожи некоторые из сигналов (не забывайте, однако, что искомые сигналы — это радиоволны, а не звуковые…). Для того, чтобы услышать звук, просто щёлкните на соответствующий график.

На этом графике (как и на всех последующих) по горизонтали отложено время. По вертикали отложена частота сигнала. Здесь представлен широкополосный сигнал, в котором перемешаны многие частоты. Обратите внимание, что сигнал начинается как слабый (тусклый) слева, становится громче (ярче), достигает максимума в центре графика через 6 секунд и слабеет в течение следующих 6 секунд. Такого поведения мы ожидаем от внеземного сигнала, проплывающего над телескопом. К сожалению, мы не рассматриваем широкополосные сигналы. Так, скорее всего, будут выглядеть звёзды и другие естественные астрономические объекты. Широкополосные сигналы мы отбрасываем.

Этот график больше похож на то, что мы ищем. Здесь диапазон частот сигнала значительно уже. Он также усиливается, а затем ослабевает в течение 12 секунд. Мы не знаем, насколько узкой окажется частота полос, и потому ищем сигналы в нескольких полосах.

Если наши звёздные друзья пытаются передать с сигналом какую-то информацию (что весьма вероятно), сигнал практически наверняка окажется модулированным. Такие сигналы мы тоже ищем.

Вряд ли наши планетные системы неподвижны одна относительно другой. Это относительное движение может стать причиной «допплеровского сдвига», или изменения частоты сигнала. Из-за него частота сигнала в течение 12 секунд может немного возрасти или понизиться. Такие сигналы называются «чипованными», и их мы тоже ищем.

Разумеется, нам интересны также и чипованные модулированные сигналы!

Подробности об анализе

Программа SETI@Home ищет сигналы, в 10 раз более слабые нежели те, которые ищет SERENDIP IV в Arecibo, так как применяет громоздкий по вычислениям алгоритм «когерентного интегрирования». Ни у кого другого (в том числе и программы SERENDIP) нет вычислительных мощностей для реализации этого метода. Ваш компьютер проводит быстрое преобразование Фурье над присланными данными, и ищет сильные сигналы на различных сочетаниях частоты, полосы и величины чипа. Над каждой из присланных нами рабочих единиц проводятся следующие операции.

Рассмотрим сначала самую трудоёмкую часть вычислений. Сначала данные надо «расчиповать» — устранить эффекты допплеровского сдвига. На самом высоком разрешении мы должны сделать это 5000 раз, от -5 Гц/с до +5 Гц/с с шагом в .002 Гц/с. Для каждой из величин чира 107 секунд данных расчиповываются, а затем делятся на 8 блоков по 13.375 секунд каждый. Каждый 13.375-секундный блок проверяется с полосой .07 Гц на пики (т.е. 131 072 проверок (частот) на блок на величину чипа!) Это УЙМА вычислений! За этот первый шаг ваш компьютер проводит порядка 100 миллиардов операций!

Мы ещё не закончили, надо проверить и другие ширины полос. На следующем этапе полоса удваивается до 0.15 Гц. Начиная с этой ширины полосы мы удваиваем диапазон возможных чипов до с -10 Гц/с по +10 Гц/с. Хотя это и удваивает диапазон, нам надо проверить лишь 1/4 возможных чипов, т.к. полоса стала шире. Итого у нас вдвое больше диапазон возможных чипов, но просматриваем мы из них лишь четверть. Итого мы выполним примерно половину объёма работ, потребовавшегося нам при самом высоком разрешении (узкой полосе), или около 50 миллиардов операций. Ерунда-то какая...

На следующем шаге мы снова удваиваем полосу частот (с 0.15 до 0.3 Гц) и снова в четыре раза уменьшаем число рассматриваемых чипов. (Мы сохраняем диапазон чипов от -10 Гц/с до +10 Гц/с на протяжении всех последующих вычислений.) Этот (и все последующие) шаги требует в четыре раза меньше вычислений, нежели предыдущий. В данном случае это всего 12.5 миллиардов операций. Так продолжается н течение 14 удвоение ширины полосы (0.07, 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10, 20, 40, 75, 150, 300, 600 и 1200 Гц), в общем и целом давая чуть больше 175 миллиардов операций над 107 секундами данных. Как можно видеть, большая часть работы выполняется при самой узкой полосе частот (около 70% работы.)

Наконец, сильные при каком-то сочетании частоты, полосы частот и чирпа сигналы проверяются на то, не являются ли они интерференцией с Земли. Только сигналы, усиливающиеся и ослабевающие в течение 12 секунд (времени, необходимом участку неба для того, чтобы пройти над телескопом), предварительно считаются внеземными по природе.
Сколько же времени занимают все эти вычисления? В среднем, домашний компьютер современной модели разумной мощности (с процессором, работающим с частотой около 233 МГц) затратит на обсчёт одной рабочей единицы около 24 часов. Эта цифра получена из расчёта, что компьютер занят ТОЛЬКО вычислениями SETI@Home, а вовсе даже не вашей любимой игрой. Не забывайте также, что мы каждый день получаем новых данных на более 200 000 рабочих единиц!


Теперь вы знаете, почему нам нужна ваша помощь!


Что произойдёт,если мой компьютер обнаружит инопланетян?


Прежде, чем добраться с «что произойдёт», следует разобраться с «что, если». Рассматривая эти данные и результаты вашего анализа, очень важноне забывать, что есть ОЧЕНЬ много источников радиосигналов. Многие из них рождаются на Земле благодаря телестанциям, радарам и другим высокочастотным передатчикам. Спутники и многие астрономические объекты также являются источниками сигналов. Существуют также «тестовые сигналы», специально вводимые в систему, чтобы команда SETI@Home могла убедиться, что аппаратное и программное обеспечение функционирует правильно на всех этапах работы. Радиотелескоп Arecibo соберёт все эти сигналы и радостно отправит их на обработку вашей экранной заставке. Радиотелескопу всё равно, что это за сигналы. Как вашему уху без разницы, что оно слышит. Ваша экранная заставка будет просеивать эти сигналы в поисках такого, который «громче» фона, а также усиливается и затухает в течение 12 секунд — времени, в течение которого участок неба проходит над телескопом.

Все подходящие сигналы отправятся обратно к команде Berkeley SETI@Home для дальнейшего анализа. Команда SETI@Home ведёт большую базу данных известных источников эфирных помех (ИЭП). Эта база данных постоянно обновляется. На этом этапе 99.9999% всех сигналов, обнаруженных экранными заставками, отбрасываются как ИЭП. Также отбрасываются тестовые сигналы.

Оставшиеся неопознанные сигналы сравниваются с другими наблюдениями того же участка неба. Это может занять до 6 месяцев, так как команда SETI@Home не управляет телескопом. Если сигнал подтвердится, команда SETI@Home затребует выделенного времени телескопа и по новой просмотрит наиболее интересных кандидатов.

Если сигнал будет наблюдаться два или более раз, и он не будет при этом тестовым или ИЭП сигналом, команда SETI@Home попросит другую группу проверить его. Эта группа будет использовать другой телескоп, другие приёмники, компьютеры итд. Тем самым, мы надеемся, будут отсеяны сбои в нашем аппаратном или программном обеспечении (и слишком умные студенты, пытающиеся еас разыграть...) Вместе со второй группой команда SETI@Home проведёт интерферометрические измерения (для этого требуются два наблюдения приборами, разнесёнными на больше расстояние). Этим можно будет подтвердить, что источник сигнала находится на расстоянии межзвездного масштаба.

Если и это подтвердится, SETI@Home сделает заявление в виде телеграммы IAU (Международного астрономического союза, International Astronomical Union). Это — стандартный способ оповещения астрономического сообщества о важных открытиях. Телеграмма будет содержать всю важную информацию (частоты, ширину полосы, координаты в небе итд), необходимую другим группам астрономов для того, чтобы подтвердить наблюдение. Тот (те), чья экранная заставка обнаружила сигнал, будут названы среди со-открывателей вместе с другими участниками команды SETI@Home. На этом этапе мы всё ещё не будем точно знать, послан ли сигнал разумной цивилизацией или происходит от какого-то нового астрономического явления.

Вся информация об открытии будет сделана общедоступной, вероятно по Интернету. Ни одной стране или отдельному человеку не будет позволено заглушать частоту, на которой был обнаружен сигнал. С точки зрения любого конкретного наблюдателя объект будет восходить и заходить, следовательно, потребуется наблюдение с радиообсерваторий всего мира. Тем самым это будет, по необходимости, многонациональное предприятие. Вся эта информация также станет всеобщим достоянием.

Декларация принципов, касающихся действий после обнаружения внеземного разума.

Мы, организации и индивидуальные участники проблемы поиска внеземного разума, признавая, что поиск внеземного разума является неотъемлемой частью космических исследований и предпринят с мирной целью в интересах всего человечества, вдохновленные огромным значением, которое имеет для человечества обнаружение внеземного разума, хотя вероятность обнаружения может быть низкой, имея ввиду «Договор о Принципах Регулирования Деятельности Государств по Исследованию и Использованию Космического Пространства, включая Луну и другие небесные тела», который предписывает государствам-участникам этого договора <... информировать Генерального Секретаря Организации Объединенных Наций, а также общественность и международное научное сообщество «для наиболее широкого возможного использования» о природе, месте, проведении и результатах> их действий по исследованию космоса (статья XI), признавая, что любое первичное обнаружение может быть неполным или неясным и требует тщательной проверки и подтверждения, и что особенно важным является поддержание высочайших стандартов научной ответственности и достоверности, согласились соблюдать следующие принципы распространения информации об обнаружении внеземного разума:

1. Какому-либо индивидуальному исследователю, общественному или частному исследовательскому институту, либо государственному агентству, которые полагают, что ими обнаружен сигнал или другое доказательство существования внеземного разума (Первооткрывателю) следует, до того как будет сделано публичное заявление, убедиться, что наиболее приемлемым объяснением является скорее существование внеземного разума, чем какие-либо другие природные или антропогенные феномены. Если доказательство существования внеземного разума не может быть точно установлено, Первооткрыватель может распространить информацию, как относящуюся к открытию некоего неизвестного феномена.

2. Прежде, чем сделать публичное заявление, что получено доказательство существования внеземного разума, Первооткрывателю следует быстро проинформировать всех других наблюдателей и исследовательские организации, которые являются участниками данной Декларации, чтобы они могли подтвердить открытие независимыми наблюдениями из других мест, и могла бы быть создана сеть, дающая возможность непрерывного слежения за сигналом или феноменом. Участникам Декларации следует воздерживаться от какого-либо публичного представления информации до тех пор, пока не будет определено, является ли данная информация убедительным доказательством существования внеземного разума. Первооткрывателю следует проинформировать свои национальные власти.

3. После заключения, что открытие является достоверным доказательством существования внеземного разума и информирования других участников Декларации, Первоткрывателю следует послать сообщение наблюдателям всего мира через Центральное Бюро Астрономических Телеграмм Международного Астрономического Coюза, а так же проинформировать Генерального Секретаря Организации Объединенных Наций в соответствии со статьей XI Договора о Принципах Регулирования Деятельности Государств по Исследованию и Использованию Космического Пространства, включая Луну и другие тела. Учитывая заинтересованность других организаций в экспертизе, касающейся вопроса существования внеземного разума, Первооткрывателю следует одновременно проинформировать об открытии и снабдить имеющимися данными и зарегистрированной информацией следующие международные институты: Международный Союз Телекоммуникаций, Комитет по Исследованию Космического Пространства Международного Совета Научных Союзов, Международную Астронавтическую Федерацию, Международную Академию Астронавтики, Международный Институт Космического Права, Комиссию 51 Международного Астрономического Союза, Комиссию J Международного Радиофизического Союза.

4. Подтвержденное известие об обнаружении внеземного разума должно быть распространено быстро, открыто и широко по научным каналам и через средства массовой информации с соблюдением процедур данной Декларации. Первооткрывателю следует дать право первого публичного заявления.

5. Все необходимые для подтверждения данные следует сделать доступными для международного научного сообщества с помощью публикаций, собраний, конференций и другими возможными способами.

6. Чтобы открытие было подтверждено и проконтролировано, любые данные, имеющие отношение к обнаружению, должны быть зарегистрированы и постоянно храниться для самого широкого использования в форме, доступной для позднейшего анализа и интерпретации. Эти записи следует предоставить в распоряжение международных институтов, перечисленных выше и членов научного сообщества с целью объективного анализа и интерпретации.

7. Если данные обнаружения представлены в виде электромагнитного сигнала, участники данной Декларации должны добиться международного соглашения по защите соответствующих частот путем применения процедур, предусмотренных Международным Союзом Телекоммуникаций (МСТ). Следует немедленно послать сообщение Генеральному Секретарю МСТ в Женеву, который сможет включить в Weekly Circular просьбу сократить количество передач на указанных частотах. Секретариату, вместе с уведомлением Административного Совета Союза, следует выяснить возможность и целесообразность созыва Экстраординарной Административной Радиоэхонференции для рассмотрения этого вопроса с учетом мнений членов администрации МСТ.

8. Никакой ответ на сигнал или другое свидетельство существования внеземного разума не может быть послан до специальных международных консультаций. Процедуры для таких консультаций будут определены в специальных договорах, декларациях или документах.

9. Комитет SETI Международной Академии Астронавтики [МАА] совместно с Комиссией 51 Международного Астрономического Союза будет постоянно вести обзор процедур по обнаружению внеземного разума и последующего использования данных. Если будет получено достоверное указание на существование внеземного разума, должен быть создан международный комитет ученых и других экспертов, чтобы служить центром непрерывного анализа всех собранных наблюдательных данных, а также для рекомендаций по выдаче информации для общественности. Этот комитет следует составить из представителей международных институтов, указанных выше, а также из других членов, которые могут быть необходимыми. Чтобы содействовать созыву такого комитета (если обнаружение произойдет), Комитету SETI МАА следует составить и поддерживать текущий список будущих представителей каждого из указанных международных институтов и отдельных подходящих специалистов; необходимо, чтобы список поспоянно был в наличии Секретариата МАА. МАА будет выступать Депозитарием Декларации и ежегодно предоставлять текущий список всем ее участникам.

По этой ссылке доступна официальная Декларация принципов, касающихся действий после обнаружения внеземного разума.

Из-за этого протокола очень важно, чтобы участники проекта SETI@Home не слишком бурно радовались, обнаружив сигналы на своём экране, и не бросались делать собственные заявления и вызывать прессу. Это может очень сильно повредить проекту. Так что будем держать головы холодными, а компьютеры — горячими, и пусть они перемалывают данные. Каждый из нас может надеяться, что он и будет тем, кто поможет получить сигнал какой-нибудь внеземной цивилизации, пытающейся «позвонить нам».
https://boinc.berkeley.edu/wiki/Simple_view
https://boinc.berkeley.edu/download_all.php
Размещено в Без категории
Просмотров 55 Комментарии 0
Всего комментариев 0
Комментарии
 
КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin® Version 3.8.9
Copyright ©2000 - 2019, vBulletin Solutions, Inc.