Wissenschaftliche Software für alle zugänglich



Zurzeit wird in Forschungseinrichtungen ein nicht unerheblicher Teil der Forschungskosten zur Entwicklung fachspezifischer Expertensoftware aufgewendet. Mit dem "Virtuellen Labor" können zukünftig die Entwicklungskosten für wissenschaftlich genutzte Software durch Mehrfachnutzung bestehender Programme erheblich reduziert werden. Lediglich über einen Web-Browser kann jeder angemeldete Nutzer des "Virtuellen Software-Labors" (http://vl.nz.dlr.de) einen einfachen Zugang zu hier eingestellter wissenschaftlicher Software erhalten und jederzeit auf das gewünschte fachspezifische Software-Produkt zugreifen. Mit der bereitgestellten informationstechnischen Infrastruktur wird die Weiterverwendung wissenschaftlicher Software gesichert. Durch die Nutzung des Software-Labors eröffnen sich darüber hinaus einfache Möglichkeiten zur Arbeit von räumlich entfernten Nutzer- und Projektgruppen mit der gleichen Softwaregrundlage, ohne die Notwendigkeit, diese auf der jeweils eigenen Hardware installieren zu müssen.

Forschungseinrichtungen investieren viel Zeit und Geld in die Entwicklung von wissenschaftlicher Software. Um beispielsweise Simulationsprogramme verschiedenen Benutzern zur Verfügung zu stellen, müssen die Anwendungen aus ihrer Entwicklungsumgebung auf andere Computersysteme überführt werden. Solche Übertragungen sind in der Regel mit viel Aufwand verbunden und müssen bei jedem Anwender erneut durchgeführt werden. Dieser Aufwand, wie die Portierung der Software auf die Hardwareumgebung des neuen Nutzers, die Installation von zum Teil notwendigen und teuren Zusatzbibliotheken, die fehlende Dokumentation oder mangelndes Wissen um die Zuverlässigkeit der Software, birgt auf der Seite potenzieller Nutzer zahlreiche Risiken. Das gilt vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen, die im Bereich neuer Technologien und damit in besonderer Nähe zur wissenschaftlichen Forschung agieren.

Software dauerhaft und zuverlässig nutzen

Mit dem VL lässt sich dieser Aufwand und somit das Risiko von Fehlinvestitionen und Fehlentscheidungen beim Einsatz wissenschaftlicher Software erheblich reduzieren. Softwareprogramme werden mit dem VL einer unbegrenzten Anzahl von Anwendern zur Verfügung gestellt. Nur ein „Standard“-PC mit Internetverbindung und Webbrowser ist nötig, um die Anwendungen zu starten. Die Wiederverwendung solcher Software stellt universitäre und andere Forschungseinrichtungen häufig vor erhebliche Probleme. Programmbeschreibungen fehlen, Quelltexte sind undurchsichtig und Ansprechpartner stehen nicht mehr zur Verfügung. Kurzum: Die Software kann nicht mehr genutzt werden. Mit der informationstechnischen Infrastruktur des VLs wird die Wiederverwendbarkeit von wissenschaftlicher Software gesichert. Dies wird u. a. dadurch erreicht, dass Autoren sowohl beider Integration der Software in das VL als auch bei der Erstellung der zugehörigen Dokumentation durch entsprechende Software-Werkzeuge unterstützt werden. Ist die Software einmal in das VL eingestellt, steht sie jederzeit auch für andere Mitarbeiter, Projekt- und Kooperationspartner sowie für Zwecke der Ausbildung (E-Learning) zur Verfügung.

Die Infrastruktur des Virtuellen Labors eignet sich besonders für Einrichtungen und Unternehmen, die über mehrere Standorte verteilt agieren. Diesen Nutzern bieten sich alle Möglichkeiten eines zentral administrierbaren und für alle Standorte einheitlichen Softwarepools.    

Softwarearchitektur und Funktionalität

Die aktuelle Softwarearchitektur des VLs in der Version 1.0, die seit Februar 2005 operational am DLR Institut für Methodik der Fernerkundung betrieben wird, ist das Ergebnis einer vom Technologiemarketing des DLR finanzierten Entwicklung und einer fast zweijährigen Testphase. Das VL in seiner jetzigen Ausbaustufe wurde in intensiver Zusammenarbeit mit der Fraunhofer- Gesellschaft Berlin in kürzester Zeit entwickelt. Die Softwarearchitektur unterstützt den Entwickler bei der Integration der Software in das VL bis hin zur Archivierung aller relevanten Daten und Informationen, regelt die administrativen Prozesse der Programm und Nutzerverwaltung und sichert schließlich den Zugriff externer Nutzer auf die gewünschte Software sowie deren reibungslose Abarbeitung.

Wesentliche Ziele bei der konkreten Realisierung der Architektur waren, die Barriere für die Integration von Software auf Autorenseite möglichst niedrig zu halten, dem Nutzer eine einfach handhabbare und standardisierte Nutzeroberfläche für alle Programme zu bieten, jedem Nutzer eigene und geschützte Laborbereiche zur Verfügung zu stellen, sofern er dies wünscht, die Nutzeradministration und Überwachung der Ressourcen einfach und überschaubar zu gestalten und den administrativen Aufwand des Gesamtsystems möglichst gering zu halten. Das VL in der Version 1.0 besitzt folgende Funktionalitäten, mit denen diese Zielstellungen erreicht werden:    

Web-Application Server:

Der Server ist die entscheidende Verbindung zwischen dem Web-Browser des Nutzers und den wissenschaftlichen Anwendungen und Daten des VLs. Er reagiert auf die Nutzeranfrage, steuert die Systeme zur Programmabarbeitung und stellt alle Informationen und Ergebnisse zur Verfügung.

Datenbanken:

Das VL besitzt vier Speichermechanismen: Das File-System des Servers speichert alle ausführbaren Programme mit den eventuell benötigten Zusatzinformationen. Die Objektdatenbank speichert alle nutzerspezifischen Bereiche und den statischen Inhalt des Webportals des VLs. Eine SQL-Datenbank speichert sämtliche komponentenspezifischen Metadaten für eine gezielte Websuche, einschließlich der Dokumentation. Zudem werden alle relevanten Nutzerdaten, wie Zugriffsrechte, Nutzungszeitraum etc. gespeichert.

Task-Managementsystem:

Startet der Nutzer eine Anwendung, stellt das Task-Management alle notwendigen Komponenten für die Abarbeitung zur Verfügung und überwacht die Abarbeitung und Bereitstellung der notwendigen Ressourcen. Je nach Auslastung schickt es die einzelnen Aufträge an entsprechende Rechenknoten des Clusters.

Integrationsunterstützung:

Diese Funktion unterstützt die Integration Kommandozeilenorientierter Programme sowie die Erstellung der notwendigen Dokumentation. Sie testet die Beschreibungsdatei der Ein- und Ausgabegrößen, generiert automatisch die Metadaten aus der Dokumentation und aktualisiert die Komponentendatenbank nach erfolgreichem Abschluss der Integration.

Administrationsunterstützung:

Hier kann der Administrator des VLs auf komfortable Weise diverse Aufgaben erledigen. Dazu gehören beispielsweise das Einrichten von fachspezifischen Laboren, die Vergabe von Zugriffsrechten einzelner Nutzer bzw. Nutzergruppen auf dedizierte Fachlabore oder die Überwachung der Auslastung des Rechnerclusters.

Dynamische Web-Nutzerschnittstelle:

Die Überführung eines gewöhnlichen Programms in eine Webanwendung war bisher für die meisten Autoren eine aufwändige und wenig erfreuliche Tätigkeit, da sie Erfahrung mit HTML-Programmierung erfordert. Diesen Aufwand betreiben Autoren in der Regel nur, wenn der Erfolg von vornherein sichergestellt ist. Diese Tätigkeit übernimmt nun in standardisierter Form das VL, was zu einer erheblichen Entlastung der Autoren beiträgt. Alle grafischen Details der Nutzerschnittstelle werden automatisch durch das VL hinzugefügt. Der Autor muss lediglich in einer Datei alle notwendigen Eingabeparameter, deren Abhängigkeiten untereinander sowie deren Beschränkung in einer Metasprache beschreiben. Die Ausführung der einzelnen Anwendungen erfolgt auf einem Rechnercluster, dessen Architektur Erweiterungen zulässt, so dass auf spezielle Nutzeranforderungen schnell und unkompliziert reagiert werden kann.

nähere Informationen erhalten Sie von Andreas Gehardt


Contact
Dr. Andreas Gebhardt
German Aerospace Center

DLR Technology Marketing

Tel: +49 3981 480-172

Fax: +49 3981 480-270

E-Mail: andreas.gebhardt@dlr.de
URL for this article
http://www.dlr.de/tm/en/desktopdefault.aspx/tabid-3015/7941_read-6837/
Links zu diesem Artikel
http://vl.nz.dlr.de/