Home > ICT-onderzoek NL > NOAG-ict > Thema´s > Het virtuele laboratorium
 

Het virtuele laboratorium

Themabeschrijving
Dit thema betreft het e-science (enhanced of electronic science) onderzoek. Het doel van dit onderzoek is om ten behoeve van wetenschappelijk (primair experimenteel) onderzoek gebruik te maken van twee ontwikkelingen:
  1. Netwerkdataopslag en computercapaciteit groeien met grote snelheid.
  2. In de wetenschappelijke wereld neemt het oplossend vermogen en de automatisering van meetinstrumenten voortdurend toe, evenals automatisering van experimentele opstellingen.
 In het thema ?Het virtuele laboratorium? gaat het om multidisciplinaire samenwerking tussen ICT-onderzoekers en andere onderzoekers om de grote dataverzamelingen die door moderne experimenten worden gegenereerd, te manipuleren en te interpreteren. De interactie met de data staat centraal.

Er zijn grofweg twee soorten toepassingen bij het onderzoek naar virtuele laboratoria. De eerste is om de computer als instrument voor ontwerpstudies te gebruiken voordat tot de werkelijke realisatie wordt overgegaan. Daarbij moet worden gedacht aan ontwerpstudies in de engineering- en experimentele wetenschappen, maar ook aan parameterstudies bij onderzoek naar (theoretische) modelvorming. Bij de tweede soort toepassing wordt de computer als integraal deel van een experimentele opstelling gebruikt. Dit kan variëren van de reeds genoemde ontwerpstudies tot het vergaren, verwerken (pre- en post processen), analyseren en interpreteren van de data, gevolgd door het bijstellen van het model.

Een voorbeeld van de eerste toepassingsmethode is het maken van abstracte modellen voor embedded systemen en het simuleren van deze modellen om een beter inzicht te krijgen in het gedrag. Een voorbeeld van de tweede toepassingsmethode is een virtueel laboratorium voor waarnemeningen gedaan in de röntgenastronomie waarbij een zogenaamd Virtual Observatory wordt opgezet. Groepen van over de hele wereld werken samen met het doel data en software uit te wisselen om een beter inzicht in het gedrag van röntgensterren te verkrijgen.

In het onderzoek worden alle aanwezige resources virtueel beschikbaar gemaakt. Dit geldt niet alleen voor resources zals opslag, rekenkracht en netwerkcapaciteit, maar ook voor de aan het experiment gekoppelde resources als apparatuur en dataverzamelingen. Door generiek toepasbare methoden en technieken te gebruiken, wordt hergebruik mogelijk. Door het virtueel maken wordt gedeeld gebruik (sharing) mogelijk, bijvoorbeeld via gridmethoden en -technieken.
 
Grid computing (?computing uit het stopcontact?) kan worden gezien als een combinatie van distributed and high performance en high throughput computing. Het is ontstaan in gemeenschappen als de hoge energiefysica en de astronomie, waarin de groepen wereldwijd verspreid zijn en toch als eenheid werken aan grote, rekenintensieve problemen en zeer grote datasets.

Gedistribueerde systemen kenmerken zich door autonomie en samenwerking van de vaak heterogene computers met hun verschillende functies die er via allerlei manieren mee verbonden zijn. De samenwerking ziet men in het streven naar een gemeenschappelijk doel van het systeem. Onderwerpen in dit onderzoeksveld zijn datamanagement en -analyse, data-acquisitie en ?verwerking, en autonome configuratie, compositie en coördinatie van gedistribueerde systemen. De eerder genoemde ICT-onderzoekskwesties hebben voor grote gedistribueerde systemen hun eigen karakter, denk aan resource management, robuustheid en systeemarchitectuur.
 
Onderzoeksuitdagingen
De realisatie van virtuele laboratoria is een groot informatica- en computational science-probleem, waarvoor nog veel onderzoek noodzakelijk is om tot gebruikersvriendelijke systemen te komen. De complexiteit wordt mede veroorzaakt door het feit dat vaak zeer veel uiteenlopende methoden en technieken, zoals high performance en distributed computersystemen, databases, web en kunstmatige intelligentie (agententechnologie), met elkaar gecombineerd dienen te worden. Het realiseren van virtuele laboratoria is in principe een probleem van systeembouw en -engineering , maar daarnaast blijken verschillende problemen nog zeer veel nieuw onderzoek te vereisen, zoals de dynamiek van workflows, hoe inhoud te representeren, dynamisch modelleren, etc. Hergebruik van (software)componenten is een van de uitdagende probleem. Verder blijkt dat de multidisciplinaire samenwerking met de verschillende toepassingsdomeinen, bijvoorbeeld de levenswetenschappen, tal van nieuwe problemen genereert die de komende vijf tot tien jaar niet opgelost zullen zijn.

Bij grid computing is de uitdagende onderzoeksvraag op welke manier informatie, die via web of grid voor de mens toegankelijk is gemaakt, verder geautomatiseerd kan worden door deze ook voor de computer interpreteerbaar te maken (semantisch web en grid). Zelfregulerende systemen moeten de complexiteit van het management, de besturing en de analyse van grootschalige systemen gaan reduceren. Deze systemen gaan zichzelf configureren, gaan zelf hun prestaties optimaliseren en herstellen zichzelf van fouten. Bovendien passen ze zich aan aan de veranderlijke omgeving.
 
Een stap verder is de introductie van autonomie in de coördinatie en de compositie van softwarecomponenten en webservices. Systemen zullen zelf kennis gaan verzamelen en daar betekenis aan geven. De complexiteit van deze managementfunctionaliteit en de benodigde schaalbaarheid vraagt om intelligentie in deze systemen. Dit is een raakvlak met het thema ?Intelligente systemen?.

Maatschappelijke toepassingen
Uiteindelijk (in vijf tot tien jaar) zal een gebruiker die niet specifiek computerdeskundige is, de beschikking kunnen krijgen over een computerexperimentatie-omgeving die de mogelijkheid biedt modelmatige computersimulatie-experimenten te combineren met modelmatige en fenomenologische (data)gedreven ?real life?-experimenten. Deze computerondersteunde omgeving maakt experimenteren in verschillende wetenschapsgebieden mogelijk en stimuleert de creativiteit van de onderzoeker. Toepassingsgebieden als ?Zorg?, ?High tech-systemen en materialen? en ?Onderwijs? kunnen hiervan profiteren.
 
Naast virtuele laboratoria zullen er ook virtuele bedrijven en andere organisaties komen. Virtuele netwerken zullen gebruikers in staat stellen apparaten op willekeurige posities te clusteren in een persoonlijk netwerk, waarmee bijvoorbeeld een videopresentatie die op een home-server staat moeiteloos kilometers verderop vertoond kan worden bij een klant.
 
Daarnaast kunnen de komende vijf jaar allerlei computerserviceproducten ontstaan (zogenaamde utilitycomputing) die gebaseerd zijn op resultaten van onderzoek naar e-science, virtuele laboratoria en grid computing, op dezelfde manier als dat bij het web is gebeurd. Deze computerserviceproducten zullen een zeer brede toepassing kennen.
  
ICT-disciplines
Grid-onderzoek, high performance en high throughput computing, en aan e-science verwante onderwerpen zoals dynamische workflow- en modelleringmethoden zijn onderwerpen die tot de kern van dit thema behoren. Daarnaast bestaat er een aantal nauw aan dit onderzoek verwante gebieden zoals semantische modellen, database en informatiemanagement die vooral in andere thema?s aan de orde zijn.
·       Algorithms and Computation Theory
·       Artificial intelligence
·       Communications
·       Computer Graphics
·       Computers
·       Data Communication
·       Hypertext, Hypermedia and Web
·       Information Theory
·       Management of Data
·       Simulation and Modeling
 
Sleutelreferentie
I. Foster and C. Kesselmann, eds. The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure, Morgan Kaufman Publishers, Los Altos, juli 1998.

Uitgelicht

Evenementen ICT

ICT.OPEN 2012

Stelling

Roadmap ICT

I/O Magazine
                   

Uitgelicht

Evenementen ICT

ICT.OPEN 2012

Stelling

Roadmap ICT

I/O Magazine
01-01-2013
Russische universiteit zoekt Nederlandse partners in IT
17-12-2012
ICT Personality Award 2012
11-11-2012
Sentinels
» Meer nieuws

10-04-2013
Sense of Contact 15
» Activiteit toevoegen
» Volledige kalender

ICT OPEN 2012


» Lees verder

Wat is de grootste uitdaging?
Complexiteit
Maatschappelijke innovatie
Wetenschappelijke paradigma's
Voldoende gekwalificeerde wetenschappers
 

» Resultaten stelling

Roadmap ICT topsectoren

» Lees verder

I/O - december 2012

» Lees verder