شبكة علوم الطاقة

شبكة علوم الطاقة ( ESnet ) هي شبكة حاسوبية عالية السرعة تخدم علماء وزارة الطاقة الأمريكية والمتعاونين معهم في جميع أنحاء العالم. ويديرها موظفون في مختبر لورانس بيركلي الوطني .

أكثر من 40 مختبرًا وموقعًا بحثيًا تابعًا لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية متصلة مباشرة بهذه الشبكة. كما تربط شبكة ESnet الشبكات البحثية والتجارية، مما يتيح لباحثي وزارة الطاقة التعاون مع علماء من مختلف أنحاء العالم.

شبكة علوم الطاقة (ESnet) هي مرفق مستخدم الشبكة التابع لمكتب العلوم، وتوفر إمكانيات نقل البيانات لتلبية متطلبات العلوم واسعة النطاق. تأسست ESnet عام 1986، بدمج عمليات مشاريع الشبكات السابقة التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية والمعروفة باسم HEPnet (لفيزياء الطاقة العالية ) وMFEnet ( لأبحاث طاقة الاندماج المغناطيسي ). ويشرف على ESnet برنامج أبحاث الحوسبة العلمية، ^{[ 1 ]} الذي تديره وتشغله شعبة الشبكات العلمية في مختبر لورانس بيركلي الوطني، وتُستخدم لتمكين مهمة وزارة الطاقة العلمية.

تربط شبكة ESnet نظام المختبرات الوطنية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، وعشرات المواقع الأخرى التابعة لوزارة الطاقة، وشبكات البحث والتجارة حول العالم، مما يتيح للعلماء في مختبرات وزارة الطاقة والمؤسسات الأكاديمية في جميع أنحاء البلاد نقل تدفقات البيانات والوصول إلى موارد البحث عن بعد في الوقت الفعلي.

توفر شبكة ESnet البنية التحتية والخدمات الشبكية اللازمة للمختبرات الوطنية، والمشاريع العلمية التعاونية الكبيرة، ومجتمع البحث التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. وتهدف خدمات ESnet إلى توفير اتصالات ذات نطاق ترددي واسع لتمكين العلماء من التعاون في مجموعة واسعة من مجالات البحث في جميع أنحاء الولايات المتحدة الأمريكية، ومنذ ديسمبر 2014، في أوروبا، بهدف تعزيز التعاون. ^{[ 2 ]}

وفقًا لأرقام ESnet الخاصة، خلال الفترة من 1990 إلى 2019، نما متوسط ​​حجم حركة المرور بمقدار 10 أضعاف كل 47 شهرًا. ^{[ 3 ]}

في عام 2009، تلقت ESnet مبلغ 62 مليون دولار من تمويل قانون البحث والإنعاش الأمريكي (ARRA) من مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة للاستثمار في بنيتها التحتية لتوفير الدعم اللازم لاكتشاف الأبحاث في هذا العصر الجديد من العلوم كثيفة البيانات.

تم إطلاق شبكة ESnet5، وهي شبكة الجيل الخامس التابعة لشركة ESnet، في نوفمبر 2012، لتوفير نطاق ترددي أكبر لمواقع الأبحاث التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية. وتعمل ESnet حاليًا على تطوير الجيل التالي منها المسمى ESnet6. ^{[ 4 ]}

في أكتوبر 2011، أطلقت ESnet  شبكتها الأساسية بسرعة 100 جيجابت/ثانية، والمعروفة داخليًا باسم ESnet 5. وتخدم الشبكة نظام المختبرات الوطنية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بالكامل، ومراكز الحوسبة الفائقة التابعة لها، وأجهزتها العلمية الرئيسية بسرعات أسرع بعشر مرات من شبكة الجيل السابق لـ ESnet.

دخلت ESnet في شراكة مع Internet2، وهي الشبكة التي تربط الجامعات والمؤسسات البحثية الأمريكية، لنشر شبكتها بسرعة 100  جيجابت/ثانية عبر بنية تحتية بصرية جديدة قابلة للتوسع بشكل كبير تشترك فيها المنظمتان لصالح مجتمعاتهما.

مُوِّل المشروع عام ٢٠٠٩ بمبلغ ٦٢ مليون دولار من أموال قانون الإنعاش الاقتصادي الأمريكي. عُرف المشروع باسم مبادرة الشبكات المتقدمة، وهو عبارة عن شبكة بسرعة جيجابت/ثانية، وكان يهدف إلى تلبية الاحتياجات المتزايدة للبيانات بين مرافق الحوسبة الفائقة التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية. في ديسمبر ٢٠١٤، وسّعت شبكة ESnet نطاقها بنشر أربعة روابط جديدة عالية السرعة عبر المحيط الأطلسي، مما أتاح للباحثين في المختبرات الوطنية والجامعات الأمريكية الوصول فائق السرعة إلى البيانات العلمية من مصادم الهادرونات الكبير (LHC) ومواقع بحثية أخرى في أوروبا. ^{[ ٢ ]} يوفر امتداد ESnet عبر المحيط الأطلسي سعة إجمالية تبلغ ٣٤٠ جيجابت في الثانية، ويخدم التعاون العلمي. ولتعزيز مرونة البنية التحتية الجديدة، سيتم ربط معدات ESnet في أوروبا  بروابط مخصصة بسرعة ١٠٠ جيجابت/ثانية من منظمة الشبكات الأوروبية GÉANT. تستند الروابط الجديدة عبر الأطلسي إلى نجاح شبكة LHCNet الأمريكية، وهي تعاون بين معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) والمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN)، بقيادة هارفي نيومان من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

تم تصميم شبكة الجيل التالي من ESnet، ESnet6، لمساعدة مجتمع البحث التابع لوزارة الطاقة على التعامل مع أحجام البيانات المتزايدة من خلال منحهم نطاقًا تردديًا أكبر ومرونة أكبر وقدرات نقل بيانات أسرع.

من المتوقع إطلاق ESnet6 في أوائل عام 2023، ويُقال إنها ستتميز بتصميم شبكي جديد يعتمد على البرمجيات، مما يُعزز القدرة على ابتكار واختبار ونشر الابتكارات الجديدة بسرعة. ويُقال إن هذا التصميم يتضمن ما يلي:

• معدات بصرية، ومعدات أساسية، ومعدات حافة الخدمة تم نشرها على العمود الفقري لكابل الألياف الضوئية المخصص لشبكة ESnet.
• بنية أساسية قابلة للتطوير للتبديل مقترنة بحافة خدمات قابلة للبرمجة لتسهيل نقل البيانات بسرعة عالية.
• قنوات بصرية من 100 إلى 400  جيجابت/ثانية، بسعة محتملة تصل إلى ثمانية أضعاف مقارنة بـ ESnet5.
• خدمات تراقب وتقيس الشبكة على مدار الساعة طوال أيام السنة لضمان تشغيلها بأعلى أداء.
• قدرات الأمن السيبراني لحماية الشبكة، ومساعدة المواقع المتصلة بها، والدفاع عن أجهزتها في حالة وقوع هجوم سيبراني .

تضمنت برامج البحث والتطوير لشبكة ESnet ما يلي:

• الشبكات المعرفة بالبرمجيات: طورت ESnet نظام تشغيل الشبكة ENOS، وهو نموذج أولي لبنية معالجة سير العمل العلمي كثيف البيانات. وقد نوقش مفهوم "نظام تشغيل الشبكة"، وهو طبقة برمجية تُمكّن التطبيقات من الحصول على معلومات حول الشبكة وبرمجتها لتلبية احتياجاتها، أكاديميًا لفترة من الزمن، ولكنه يبدو الآن قابلاً للتطبيق مع الانتشار الواسع لنموذج الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN). سيُمكّن نهج ENOS شركة ESnet من بناء شبكات علمية أكثر تفاعلاً مع التطبيقات، وتوفير الواجهات والبيانات وقابلية البرمجة للتطبيقات أو المؤسسات العلمية الافتراضية لتحسين إدارة مشاريع البيانات الضخمة المعقدة متعددة المواقع، وتحسين استخدام موارد التخزين والحوسبة والحوسبة السحابية.
• منطقة DMZ العلمية: نمط تصميم شبكي لتوجيه مجموعات البيانات الضخمة بشكل آمن حول جدار الحماية المؤسسي، طُوِّر بواسطة ESnet والمركز الوطني لأبحاث الطاقة والحوسبة العلمية. تقع منطقة DMZ عادةً على محيط الشبكة، ولها سياسة أمنية خاصة بها، وهي مُخصصة تحديدًا لخدمات العلوم عالية الأداء الموجهة للخارج - أي تبادل البيانات مع العالم الخارجي. وبدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم، قامت جامعات في جميع أنحاء البلاد بنشر مناطق DMZ العلمية.
• شبكة بسرعة 400  جيجابت/ثانية: في عام 2015، أنشأت ESnet والمركز الوطني لأبحاث الطاقة والحوسبة العلمية (NERSC) قناة فائقة السرعة تبلغ 400 جيجابت/ثانية، وهي أول وصلة إنتاجية من نوعها بسرعة 400 جيجابت يتم نشرها بواسطة شبكة بحثية وتعليمية وطنية. وقد وفر هذا الاتصال الدعم لمستخدمي NERSC أثناء انتقال المركز من موقعه السابق في أوكلاند، كاليفورنيا، إلى الحرم الجامعي الرئيسي لمختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي، كاليفورنيا. كما أنشأ الفريق بيئة  اختبار بحثية بسرعة 400 جيجابت/ثانية لتقييم الأدوات والتقنيات الجديدة دون التأثير على حركة بيانات الإنتاج.
• نظام OSCARS: برنامج الدوائر الآمنة عند الطلب ونظام الحجز، الذي طُوّر في ESnet، وهو الآن متاح كمصدر مفتوح للمجتمع، يُنشئ دوائر افتراضية متعددة النطاقات، مما يضمن أداءً متميزًا لنقل البيانات من طرف إلى طرف على الشبكة. وقد حاز نظام OSCARS على جائزة R&D 100 في عام 2013.
• perfSONAR : إطار عمل للاختبار والقياس يوفر مراقبة شاملة لأداء الشبكات متعددة النطاقات. ESnet عضو في التعاون الدولي perfSONAR، إلى جانب GÉANT وجامعة إنديانا وInternet2.

• جائزة وزير الطاقة للإنجاز لعام 2015: مُنحت لوزير الطاقة إرنست مونيز تقديرًا لتطويره نظام OSCARS، وهو نظام الدوائر الآمنة عند الطلب ونظام الحجز. تُعد جوائز التكريم الوزارية أعلى شكل من أشكال التقدير غير النقدي للموظفين في الوزارة. ^{[ 5 ]}
• جائزة CENIC للابتكارات في مجال الشبكات لعام 2015: مُنحت هذه الجائزة لمنصة اختبار الشبكات المعرفة بالبرمجيات بسرعة 100 جيجابت (100G SDN). ^{[ 6 ]}
• أفضل 10 مبتكرين في مجال تكنولوجيا المعلومات الحكومية لعام 2012 وفقًا لمجلة InformationWeek: للمرة الثانية في أربع سنوات، تم الإشارة إلى ESnet لشبكتها الوطنية الجديدة التي تبلغ سرعتها 100 جيجابت في الثانية والتي تم تمويلها كمبادرة الشبكات المتقدمة وتم إطلاقها للإنتاج الكامل في نوفمبر 2012. ^{[ 7 ]}
• المبتكرون المتميزون لعام 2012: تم إدراج فريق نشر شبكة ESnet5، المكلف بنشر الشبكة الوطنية بسرعة 100 جيجابت في الثانية والتي دخلت حيز التشغيل في نوفمبر، في القائمة السنوية الأولى "Fierce 15" لأفضل الموظفين والفرق الفيدرالية الذين قاموا بأعمال مبتكرة بشكل خاص. ^{[ 8 ]}
• جوائز إنترنت2 IDEA لعام 2011: حصل مشروعان من ESnet على جوائز IDEA (إنترنت2 لتطوير التطبيقات المتميزة). وقد كرّمت إنترنت2 مشروع OSCARS (نظام الدوائر الآمنة عند الطلب ونظام الحجز المسبق)، الذي طوّره فريق ESnet بقيادة تشين غوك، والذي ضمّ إيفانجيلوس شانيوتاكيس، وأندرو ليك، وإريك بويول، وماري تومسون. كما حاز تطبيق MAVEN (مراقبة وتصوير الطاقة المستهلكة بواسطة الشبكات) التابع لـ ESnet، وهو تطبيق تجريبي، على جائزة IDEA في فئة الطلاب. ^{[ 9 ]}
• 2009 - جائزة أفضل 10 مبتكرين في مجال تكنولوجيا المعلومات الحكومية من مجلة InformationWeek: مُنحت لتطوير ونشر نظام الدوائر الآمنة عند الطلب ونظام الحجز (OSCARS). ^{[ 10 ]}
• جائزة التميز الحكومي لعام 2019: تُمنح هذه الجائزة تقديرًا للإنجازات في مجال توظيف التكنولوجيا. وتُقدم جوائز التميز الحكومي برعاية مجموعة المصالح المشتركة للتعاون والتحول التابعة للمجلس الاستشاري للصناعة، وتُكرّم مشاريع تكنولوجيا المعلومات في الحكومة الفيدرالية. ^{[ 11 ]}

• "شبكة علوم الطاقة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أكتوبر 2011 .
• "بوابة علوم الطاقة"