Jahresbericht 2011 / Institut für Angewandte Informatik (KIT Scientific Reports ; 7623)

Im Jahresbericht 2011 des Instituts für Angewandte Informatik werden nach einem kurzen Überblick über die Arbeiten die Forschungsergebnisse im Jahre 2011 berichtet, die Einordnung erfolgt entsprechend der Zuordnung der Vorhaben zu den Programmen des Großforschungsbereichs des KIT. Es schließt sich ein Verzeichnis der im Berichtszeitraum erschienenen Publikationen des Instituts an

Konzept zur interaktiven Auswertung multidimensionaler biologischer Bilddaten

Das Thema der Arbeit beinhaltet die Konzeptionierung der Analyse großer multidimensionaler biologischer Bilddatenmengen. Erstellt werden Bausteine für die Filterung, Segmentierung und Merkmalsextraktion. Weiterhin werden Programmpakete bereitgestellt. Dabei wird stets der Spagat zwischen Qualität, Quantität und Berechnungszeit gehalten

Generic Metadata Handling in Scientific Data Life Cycles

Scientific data life cycles define how data is created, handled, accessed, and analyzed by users. Such data life cycles become increasingly sophisticated as the sciences they deal with become more and more demanding and complex with the coming advent of exascale data and computing. The overarching data life cycle management background includes multiple abstraction categories with data sources, data and metadata management, computing and workflow management, security, data sinks, and methods on how to enable utilization. Challenges in this context are manifold. One is to hide the complexity from the user and to enable seamlessness in using resources to usability and efficiency. Another one is to enable generic metadata management that is not restricted to one use case but can be adapted with limited effort to further ones. Metadata management is essential to enable scientists to save time by avoiding the need for manually keeping track of data, meaning for example by its content and location. As the number of files grows into the millions, managing data without metadata becomes increasingly difficult. Thus, the solution is to employ metadata management to enable the organization of data based on information about it. Previously, use cases tended to only support highly specific or no metadata management at all. Now, a generic metadata management concept is available that can be used to efficiently integrate metadata capabilities with use cases. The concept was implemented within the MoSGrid data life cycle that enables molecular simulations on distributed HPC-enabled data and computing infrastructures. The implementation enables easy-to-use and effective metadata management. Automated extraction, annotation, and indexing of metadata was designed, developed, integrated, and search capabilities provided via a seamless user interface. Further analysis runs can be directly started based on search results. A complete evaluation of the concept both in general and along the example implementation is presented. In conclusion, generic metadata management concept advances the state of the art in scientific date life cycle management

Neues Konzept zur skalierbaren, explorativen Analyse großer Zeitreihendaten mit Anwendung auf umfangreiche Stromnetz-Messdaten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung eines neuen Konzepts zur skalierbaren explorativen Analyse großer Zeitreihendaten. Hierzu werden zahlreiche datenintensive Methoden aus dem Bereich des Data-Mining und der Zeitreihenanalyse hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit mit wachsendem Datenvolumen untersucht und neue Verfahren und Datenrepräsentationen vorgestellt, die eine Exploration sehr großer Zeitreihendaten erlauben, die mit herkömmlichen Methoden nicht effizient auswertbar sind und unter dem Begriff Big Data eingeordnet werden können. Methoden zur Verwaltung und Visualisierung großer multivariater Zeitreihen werden mit Methoden zur Detektion seltener und häufiger Muster – sog. Discords und Motifs – kombiniert und zu einem leistungsfähigen Explorationssystem namens ViAT (von engl. Visual Analysis of Time series) zusammengefasst. Um auch Analysen von Zeitreihendaten durchführen zu können, deren Datenvolumen hunderte von Terabyte und mehr umfasst, wurde eine datenparallele verteilte Verarbeitung auf Basis von Apache Hadoop entwickelt. Sie erlaubt die Ableitung datenreduzierter Metadaten, welche statistische Eigenschaften und neuartige Strukturbeschreibungen der Zeitreihen enthalten. Auf dieser Basis sind neue inhaltsbasierte Anfragen und Auswertungen sowie Suchen nach bekannten und zuvor unbekannten Mustern in den Daten möglich. Das Design der entwickelten neuen Methoden und deren Integration zu einem Gesamtsystem namens FraScaTi (von engl. Framework for Scalable management and analysis of Time series data) wird vorgestellt. Das System wird evaluiert und im Anwendungsfeld der Stromnetzanalyse erprobt, welches von der Skalierbarkeit und den neuartigen Analysemöglichkeiten profitiert. Hierzu wird eine explorative Analyse hochfrequenter Stromnetz-Messdaten durchgeführt, deren Ergebnisse im Kontext des Anwendungsbereichs präsentiert und diskutiert werden