Service-Bus-Erweiterung um Pandas-basierte Simulationen in Workflows zu nutzen

Abstract

Web Service- und Workflow-Technologien haben sich im Business-Bereich etabliert und bekommen in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit im wissenschaftlichen Bereich. Entsprechend wurde der Begriff Scientific Workflows geprägt. Durch den Einsatz von Workflow-Technologien soll es Wissenschaftlern ermöglicht werden, sich verstärkt auf die Lösung ihrer wissenschaftlichen Probleme zu konzentrieren, da Schritte während des Workflow-Designs und der Ausführung automatisiert werden. Ebenso wird die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern gefördert, da eine Wissensweitergabe über gemeinsame Dienste möglich ist und gemeinsam eine Ergebnisanalyse geführt werden kann. Auch durch die Fähigkeit der Workflow-Technologie mit großen Datenmengen umgehen zu können, eignen diese sich für die Ausführung von Simulationen. Solche Simulation- Workflows bilden einen Teilbereich der Scientific Workflows. [1] Die Arbeit in der Wissenschaft wird immer stärker durch Simulationen und der Analyse der Ergebnisdaten geprägt. Der Einsatz von Simulationen kann vielfältige Gründe haben. Mit Hilfe von Simulationen können zum Beispiel Wissenschaftler, detailliert die Dynamik eines echten Prozesses untersuchen. In vielen Fällen können diese Daten experimentell nicht erfasst werden, da zum Beispiel die betrachteten Zeitskalen zu groß sind (z.B. die Evolution von Galaxien) oder das Experiment aus theoretischen Gründen nicht ausführbar ist (z.B. Kontrafaktische Modelle, bei dem fundamentale Konstanten aus der Natur geändert werden). [2] Aktuelle Simulationsprogramme sind hochspezialisiert und oft für einen bestimmten Zweck entwickelt. Diese hohe Spezialisierung und Zweckgebundenheit stellt jedoch häufig ein Hindernis für eine Kopplung verschiedener Simulationsprogramme dar. Durch die Kopplung verschiedener Simulationsprogramme werden Multi-Skalen, Multi-Physiken, Multi-Domänen und Multi-Tools Simulationen möglich und lassen eine kombinierte Aussage der Einzelsimulationen zu. Sie erlauben komplexe Fragestellungen wie etwa: Wie verhält sich zum Beispiel auf zellularer Ebene der Auf- und Abbau eines menschlichen Knochens bei einer bestimmten Belastung, und wie verändert sich dadurch die gesamte Knochenstruktur? Eine Aufgabe des Stuttgarter Exzellenzclusters Simulation Technology (SimTech)1 ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit, um Simulation-Workflows voranzutreiben indem bestehende wie zukünftige Simulationsprogramme durch Workflows integriert werden.