Изследвания в свързан святКлючови понятияИзследванияВъведениеИзследванията днес често са критично зависими от изчисленията и обработката на данни. Практиката, известна под различни термини като електронна наука, електронно изследване и кибернаука Бихме искали тези термини, но когато е неизбежно , в интерес на краткостта, използваме термина e-Researchsense, за да включим цялата поддръжка за обработка на информация за научни изследвания. Независимо от името, мнозина признават, че използването на изчислителни методи и обработка на данни е ценно. Няма съмнение, че научните изследвания през последните двадесет години претърпя трансформация Тази трансформация се случи в резултат на различни фактори Новите технологии, водещи до нови методи на работа, ускориха темпото на открития и натрупване на знания не само в естествените науки, но и в социалните науки, изкуствата и хуманитарните науки Напредъкът в научните и други генерирани от знания огромни количества данни, които трябва да се управляват добре, така че да бъдат анализирани, съхранени и запазени за бъдеща повторна употреба По-мащабната наука, активирана от Интернет, и други информационни и комуникационни технологии (ИКТ), научна апаратура и автоматизация на изследователските процеси доведе до появата на нови изследователски парадигми, които често се обобщават като богата на данни наука
Характеристика на този нов вид изследване е безпрецедентно нарастване на сложността по отношение на сложността на използваните изследователски методи, по отношение на мащаба на разглежданите явления, както и детайлността на компютърно активираните методи за постигане на нови, по-добри, по-бързи или по-ефикасни изследвания и иновации във всяка дисциплина Тя се основава на развитието на компютърната наука, изчислителната автоматизация и цифровите комуникации. Такива компютърно активирани методи са безценни в този контекст на бърза промяна, натрупване на знания и засилено сътрудничество През целия изследователски цикъл, от дизайна на изследването, данните събиране и анализиране разпространението на резултатите. Това е различно от друго технологично оборудване, което често е полезно само на определени етапи от изследването. Изследователи от всички дисциплини могат да се възползват от използването на подходи за електронни изследвания, от физиката до изкуствата и хуманитарните науки и социалните науки. Следващите раздели в този въведението ще разработи тези трансформации в научните изследвания и ролята, която играят ИКТ, описвайки изследователски сътрудничества, „големи изследвания“ в глобализирания свят и участие в научните изследвания. Изследователско сътрудничество. Днешното изследване на социални и научни въпроси и проблеми често включва увеличено споделяне на ресурси, тъй като отделните изследователски институции не могат да си позволят да разполагат с тези ресурси или защото са присъщи AvailableforfreeatConnexions
разпределени (например в свързаните радиотелескопи) Изследователската общност се е променила, повече работа се извършва в международни сътрудничества и тези сътрудничества са мулти- или интердисциплинарни Справянето с големите предизвикателства на много дисциплини днес изисква координирани усилия на групи от изследователи, работещи върху различни аспекти на проблем Освен това отделните изследователи могат по-бързо да придобият знания в определена област, ако са в състояние да станат част от международна и интердисциплинарна мрежа за сътрудничество. Вместо да работят сами или само с колеги в собствените си институции, сега изследователите често работят в сътрудничество с колеги в други институции, които могат да осигурят специализирани знания, умения или ae-Research предоставя на изследователите среда за споделяне, преработване на големи, разпределени масиви от данни, достъпни чрез активиране на синхронни или асинхронни сътрудничества, географски диапазон и предоставяне на ресурси, независимо от местоположението. Това отваряне на изследвания означава, че изследователите не трябва да бъдат възпирани от участието си в авангардни проекти - Изследователски технологии, поддържащи сътрудничеството - Изследователските технологии подкрепят изследователските сътрудничества, описани по-горе, като въвеждат модел за споделяне, базиран на понятията за „ресурси“, които са достъпни чрез „услуги“ Ресурсите могат като високопроизводителни компютри, хранилища, набори от данни, съхранявани от архиви на данни или дори отдалечени инструменти, такива обхвати, достъпни за сътрудничещи изследователи, техните собственици предоставят услуги, които осигуряват добре описан интерфейс, указващ операциите, които могат да се извършват върху или с ресурс, напр. изчислителна работа или достъп до набор от данни. Този прост основен модел на сътрудничество се допълва от допълнителна функционалност, като автентификация и упълномощаване за регулиране на достъпа до ресурс или функции за управление, като резервиране на ресурси. Важно е да се отбележи, че базовият модел е прост и че всеки допълнителната функционалност, насложена върху него, също е формулирана от гледна точка на възможното. С помощта на тези общи принципи е възможно да се изгради широк набор от инструменти и функции, които поддържат съвместни изследвания. Компютърно активирани методи за сътрудничество за провеждане на изследвания, уикита, уебсайтове за социални мрежи и самото разпределено изчисление Например, изследователите могат да използват Access Grid за видеоконференции, за да провеждат виртуални срещи за обсъждане на своите проекти
Access Grid и виртуалните изследователски среди осигуряват едновременно гледане на участващи групи, както и софтуер, който позволява на участниците да взаимодействат с данни в Уикитата също се превърнаха в ценен инструмент за сътрудничество. Това може би е най-добре демонстрирано от уебсайта Open Wet Ware, който насърчава споделянето на информация -ion между изследователи, работещи в областта на биологията, биомедицинските изследвания и биоинженерството, използвайки концепцията за airtual Lab Notebook Това позволява на изследователите да публикуват изследователски протоколи и да документират експерименти, Italso предоставя информация за лаборатории и изследователски групи по целия свят, както и курсове и събития, представляващи интерес за общност Сайтовете за социални мрежи са били използвани или създадени за изследователски цели My Experiment Gebsite се превръща в незаменим инструмент за сътрудничество за споделяне на научна работа Потоци и изграждане на връзки Такова споделяне намалява повторението на изследователската работа, спестява време и усилия и води до напредък и иновации по-бързо от ако изследователите работят без подобна работа (за сравнение с техните собствени) Други сайтове за социални мрежи като Facebook са възприети от изследователи и са изградени разширения, за да им позволят да бъдат използвани като портал за достъп до изследователска информация. Например, съдържанието в цифровата библиотека ICEAGE може да бъде достъпно във Facebookp: //wwwjanet/services/video/agse/AGSCHome/whatisaccessgridhtmlmyexperiment org/Thttp://libraryiceage-euorg/AvailableforfreeatConnexions
Системни изследвания в глобализиран свят. Много изследователи сега отделят значителна част от вниманието си на глобални проблеми, които не могат да бъдат разгледани поради технологични и информационни ограничения. Тези глобални случаи, изменението на климата, пандемиите, унищожаването на тропическите гори и биоразнообразието Такива "големи проблеми попадат в по-широки съвременни опасения за устойчивия начин на живот и разбирането на човешката биология и здраве (включително етиологията на болестите и търсенето на лекове) Тази повсеместна част от глобалната перспектива се появи поради световен обмен на информация и наличието на данни в резултат на използването на ИКТ, съчетано с използването на ИКТ за организиране на това. Например, Земята се разглежда като системна система, което налага необходимостта5V от междумащабни изследвания Земните системи предоставят полезен пример за тази промяна в изследването на МС. ИКТ се използват за моделиране и симулиране на интеграции на геология, океанография и околната среда, генерирайки по-комплексен, холистичен възглед, отколкото беше възможно преди увеличеното използване на компютъризирани методи. Съществува и неотдавнашно съгласувано развитие на системната биология, което включва интеграция на математика, инженерство и компютърни науки за управление на потока от данни в биологията в подреждане на въпроси относно устойчивия начин на живот и човешкото здраве на глобално ниво значителен брой изследователи в социалните науки, изкуствата и хуманитарните науки също са възприели този глобален възглед. За социалните науки тази перспектива е ясна, например, в идеята за опити за глобални знания за решаване на социални проблеми, свързани с устойчивия начин на живот чрез широкомащабно събиране на данни анализ В изкуствата и хуманитарните науки глобалната перспектива е очевидна в развитието на GlobalPerforming Arts Consortium, международна база данни за ресурси за сценични изкуства, и в глобалните културни и международни проучвания, които често разчита на изисква достъп до големи количества междукултурни извлечени данни адекватно обосноваване на заключения Участие в изследванията - Демократизиране "Големите научни изследвания - Изследванията не само позволяват на учените да се справят с" големи въпроси, но също така позволяват по-широко участие в изследвания
Доброволческите компютри позволяват на членовете на обществото да подкрепят и участват в изследвания, провеждани от екипи от професионални изследователи, като предоставят изчислителни ресурси или изпълняват специфични задачи, които са част от изследователския процес. Например, проектът Setighome използва настолни компютри на доброволци за търсене на извънземен живот, докато Folding ahome U използва изчислителната мощност, осигурена от доброволци, за да изследва сгъването на протеини В случай на прогнозиране на климата всеки член на обществото с подходящо компютърно оборудване може да допринесе за изследването на климата. Във всеки от тези случаи запитванията и данните се споделят в мрежа от разпръснати компютри, ограничаване на компютърно захранвания капацитет за съхранение, наличен далеч над възможностите на единични Няколко от проектите за вдъхновяващи електронни изследвания, които ще представим тук, са били успешни в резултат на използването на доброволни компютри Науката с отворен код не е само пряко обществено участие. Става дума и за това, че обществеността има достъп до и може да наблюдава изследователския процес. Open Notebook Science позволява по-добро сътрудничество на изследователите по времето, когато прави записите на изследователски проекти достъпни онлайн предизвестие от непрофесионалистите. По този начин голямата наука се демократизира, вече не е просто продукт и инструмент за затворено изследване елит, а дейност в рамките на по-широк обществен контекст, който членовете на обществото изкустваhttp://AvailableforfreeatConnexions
Изследване в един свързан свят – фундаментални концепции и вдъхновяващи примери е силен аргумент за методите, като илюстрира значението им в множество изследователски начинания. Брошурата на rea ConnectedWorld служи като въведение в е-изследванията за тези, които не са запознати с такова разкриване, потенциал и обещание за всички дисциплини. Брошурата се състои от отделни модули, които дават на изследователите основания за фундаментални концепции и вкус на това, което е възможно при използване на компютърно активирани методи. Предоставяме въведение в разпределените системи, като ги сравняваме с настолни компютри, и след това мото подробна дискусия за вдъхновяващи примери за е-изследвания, разглеждащи проекти в много различни области. Тези примери са последвани от примери, които показват по-широкото въздействие на е-изследванията и изследват уникалното сътрудничество, развито не само между други академични изследователи, но и между изследователи и широката общественост
Следващият раздел на брошурата описва елементи и въпроси, свързани с разпределени системи, започвайки с кратка история на разпределените изчисления и включвайки модули за таксономията на проблемите с изчисленията на изследванията, разпределените изчислителни архитектури, проблемите, свързани с управлението на сложни данни, визуализацията, използването на портали и виртуални изследователски среди Последният модул съдържа списък със съответните услуги и контакти. Надяваме се, че това не само ще ви информира, но и ще ви вдъхнови да започнете с компютърно активирани методи за по-нататъшно изследване. Ако вече смятате себе си за е-изследовател, надяваме се да имаме въведение ви доведе до нови инструменти, които можете да започнете да прилагате в собствената си работа, достъпни безплатно в Connexions
Какво е разпределена система? Ключови понятия Разпределени системи Въведение През последните десетилетия, както обяснихме, ние преминахме от обработка на данните, които можем да съхраняваме в лабораторен бележник, към работа с хиляди терабайти информация (За справка, терабайт милион мегабайта и мес. един милион букви Един обикновен учебник може да заема няколко мегабайта, както и една висококачествена снимка - един терабайт е като огромна библиотека И въпреки това продължаваме да се стремим да работим с все повече: повече геномни данни; повече данни за физика на високи енергии; някога по-подробни астрономически снимки; все по-богати сеизмографски измервания: все повече слоеве на интерпретация на артистични детайли по-големи обеми комплекс от финансови данни и реалистични симулации Ние проникваме по-дълбоко в детайлите Как смеНамираме се в средата на огромна революция в обработката на информация, водена от факта, че нашите Изборът на инструменти за работа с информация - компютърът - става експоненциално по-добър от изобретяването им по време на Втората световна война Ние живеем по средата
на една удивителна епоха И все пак, въпреки че можем да държим в ръцете си огромни количества изчисления и съхранение, желанието ни да работим още повече нарасна още по-бързо. За щастие ние преживяхме друга революция по същото време: революцията на телекомуникациите Революцията на телекомуникациите с изобретяването на телеграфа, но се ускорява със сближаването на компютрите и телекомуникациите, за да се създаде ИнтернетТова не само позволява на хората да споделят информация, но също така и на компютри, и преобрази света Първите указания за това колко невероятно ще бъде това дойде с Worldwide Web (www), първата интернет система, която наистина отразява всичко, което хората правят в цялото общество [връзка /препратка тук към историческа глава] Но няма да е последната; ябълките от втората вълна вече се усещат и глобалната изследователска общност е водеща. Тази втора вълна е Разпределени изчисления по начина, по който разпределените изчисления работят. Най-просто казано, разпределените изчисления позволяват на компютрите да работят заедно в групи за решаване на един голям проблем за всеки един от тях да работи сам. Въпреки това, да се твърди, че това е всичко, което има за масов смисъл. Разпределеното изчисление не е просто въпрос на просто слепване на компютрите, хвърляне на данни към тях и след това казване Започвайте с това"! За разпределени изчисления работят ефективно, тези системи трябва да си сътрудничат и да го правят без много ръчна намеса от хора. Това обикновено се прави от вътрешни части, всяка от които може да бъде решена просто от целия проблем. Резултатите от изпълнението на всяка част след това се сглобяват отново в пълното решение'това съдържание е достъпно онлайн
Силата на разпределените изчисления може ясно да се види в някои от най-вездесъщите съвременни приложения: интернет търсачките. Те използват огромни количества разпределени изчисления, за да открият, индексират възможно най-голяма част от мрежата. След това, когато получат вашата заявка, те разделете го на бързи търсачки за всяка от думите в заявката. Резултатите от търсенето след това се комбинират с мига на окото във вашите резултати. Какво ще кажете за локализирането на компютри, на които да се изпълни търсенето в мрежата? Това само по себе си е проблем с разпределените изчисления, както в процеса на търсене на адреси на компютри, така и в намирането на действителен компютър, който да отговори на съобщението, изпратено на този адрес. Ранните разпределени системи работеха на кратки разстояния, може би само в рамките на едно наистина можеха да направят, беше да споделят много малко стойности в зададените точки на изчислението Оттогава нещата се развиха: мрежите станаха по-бързи, броят на компютрите стана по-голям и разстоянията между Ускоряването на мрежите (от телекомуникационната революция) беше изключително полезно, позволи много повече стойности да се споделят ефективно и по-често По-големият брой компютри помогна само частично; докато това означаваше, че е възможно цялостно изчисление и разделянето на проблемите на по-малки части (позволявайки по-голям общ проблем), то също така увеличи количеството време и усилия, които трябва да бъдат изразходвани за комуникация между компютрите, тъй като броят на начините tocommunicate може да се увеличи (вижте Фигура 1) Нарастването на броя на връзките с нарастването на броя на компютрите. Има начини за подобряване на комуникацията ефикасно наличието на няколко компютъра се справя с комуникациите (като поща) и се оставя, но не винаги успява, когато цялостната задача изисква много общ. Разстоянието между компютрите се е увеличило за различни източници за производство на топлина Един компютър обикновено консумира само малко количество енергия и произвежда малко количество f топлина; обикновено не прави почти нищо, чакайки потребителите да му кажат да предприеме действие
с изчислителна задача би било много по-натоварено и ще консумира електрическа енергия в процеса; по-натоварената топлина Десет натоварени компютъра в една стая могат да произведат толкова мощен домашен електрически нагревател С хиляди на едно място е необходимо много мощно охлаждане системите буквално да излетят в дим Разпределянето на консумацията на енергия и топлината намалява драстично този проблем, но на цената на повече комуникации забавяне, дължащо се на по-големите разстояния, които данните трябва да съдържат. Има всякакви начини, по които може да бъде изградена разпределена система. Можете да го направите чрез обединяване на традиционни суперкомпютри (сами те са наследници на оригиналните експерименти с разпределени изчисления), за да произвеждат системни, но способни да комуникират вътре в себе си много бързо; това остава предпочитано за справяне с проблеми, при които степента на вътрешна комуникация е много висока, като моделиране на времето или симулации на fluidHow Можете също така да правите персонализирани клъстери от по-традиционни персонални компютри, които все още са предназначени да бъдат компютри с висок капацитет; те имат по-бавни вътрешни комуникации, но са по-евтини и са подходящи за "донякъде паралелни" проблеми, като например статистически анализ или търсене в база данни за съвпадения (напр. търсене в мрежата), и можете дори да изграждате след това, като на практика изчиствате резервни компютърни цикли от acroДостъпно безплатно в Connexions
Изследване в един свързан свят Редактори на колекция: Алекс Вос Елизабет Вандер Меър Дейвид Фъргюсън Автори Малкълм Аткинсбиас БланкеАнди КерАна Лусия да Коста Ервин Лор Дейвид де Роур Стивън Нюхаус Стюарт ДънСДонал ФелоМартин ТърнърЕлизабет Вандер Мерул ФишърАлекс Восереми ФрейКейти Уолстен croftCarole Goblerichard SinnottSarah HarrisОнлайн
org/content/col10677/112/>CONNEⅩIoNSce University, Хюстън, Тексас
съдържание като колекция е защитено с авторски права от Алекс Вос, Елизабет, лицензирана под лиценза CreativecOmmons Attribution30(http://creativecommons
org/licenses/by/30/)collectiocture ревизирана: 22 ноември 2009 г. PDF генериран: 26 октомври 2012 г. За информация относно авторските права и авторството за модулите, съдържащи се в тази колекция,94
able of contentsДобре дошли въведението на редактора в изследванията в един свързан свят Изследване в един свързан свят Какво е разпределена система?1 Примери за е-изследвания1 Археология2 Анализ на текст в изкуствата и хуманитарните науки3 Прогноза на климата5 Симулация на наноCMOS устройство, верига и система6 Изчислителна химия2 Разпределени системи21 Европейската екосистема за електронна инфраструктура EGEE Distributed Computing Infrastructure3 Управление на сложни данни31 Научна комуникация и уеб32 Научни работни процеси33 Репозитории3
4 Споделяне на ресурси: Доверие и сигурност6664 Използване на разпределени системи в изследванията41 Портали4 2 Визуализацията има значение4 3 Среди за виртуални изследвания5 Ресурси51 Примери за видеоклипове за електронни изследвания – от проекта elUs2 Среди за виртуални изследвания – Видеоклипове5 3 Речник на електронни изследвания002ГлоссарийAttribution
1Вдостъпен безплатно в Connexions
org/content/col10677/112>
За да направят това, изследователите трябва да придобият нови умения в изчислителното мислене и интензивните изследвания с данни. Това се развива с темпото на дигиталната революция, което поставя нови въпроси и предоставя нови възможности. Тази книга е отлична моментна снимка; стартова площадка, от която да започнат Неговите читатели ще намерят ключови прозрения и авторитетни препратки, но те трябва да очакват да продължат напред към бързо развитие и оформяне на идеите, необходими за изследване в един свързан свят. Те ще бъдат нащрек за твърдения, които изглежда нарушават фундаменталните принципите на разпределените системи, но те също така ще се насладят на наградите да бъдат в челните редици, тъй като новите методи и технологии правят възможен значителен напредък в изследванията. Факторът в полза на Homo sapiens е способността им да комуникират и да си сътрудничат. Свързаният свят позволява това както никога досега, тъй като и двете скоростта и мащабът на сътрудничество са опитни пионери в нови форми на глобално поведение Това е, че изследователите черпят от това за комбиниране, за да се справят с най-належащите предизвикателства на света, преди да е станало твърде късно. Когато сър Джон Тейлър стартира e-Science, той каза, че „e-Sabout global collabin keyscience и следващото поколение инфраструктура, която ще го позволи"
Тази книга показва, че твърдението на Тейлър е било сериозно подценяване. Тя показва, че новите възможности, предоставени от свързания свят, новите видове човешко сътрудничество за всички форми на мислене и правене. Изследванията имат двойна роля нови начини на мислене и правене навсякъде ще постигне интелектуален и практически напредък и ще разсъждава върху дълбоките промени, които са в ход в глобалното общество, като записва огромните промени на дигиталната революция и по-добро разбиране как те оформят и са оформени от обществото. Тази книга предоставя прозорец към изследванията, трансформирани от дигиталната революция , разкривайки предимствата му в различни дисциплини и добавените отговорности, които идват с тези нови методи на работа Призовава изследователите да наблюдават, записват и анализират цифровата революция Това е ценен ресурс за изследователите, докато се възползват от възможностите, предоставени от цифровата епоха Малкълм Аткинсън UK e-Science Пратеник и директор на Института за електронни науки Дейвид Де Рур Национален стратегически директор за електронни социални науки достъпен безплатно в Connexions
Въведение на редактора в изследванията в Свързан свят. Огромната наличност на мрежови информационни и комуникационни технологии днес ни позволява да променим начина, по който вървим в ежедневния си трудов живот, както и начините да поддържаме връзка с колеги и приятели, да учим или появиха се места за навигация, които са активирани от повсеместните електронни устройства и мрежови услуги, които станаха достъпни през последните няколко години. По същия начин, като изследователи, ние днес използваме компютрите по много начини, било то чрез използването на основни услуги като имейл или използването на най-напредналите цифрови технологии, позволяващи нови изследователски методи Без значение в каква дисциплина работим, има основателни въпроси за това каква потенциална употреба можем да направим от тези технологии и какви могат да бъдат последиците от такава употреба. През последното десетилетие финансиращи организации като изследователските съвети на Обединеното кралство са финансирали усилията да направят най-модерните информационни и комуникационни технологии достъпни за изследователите и са направени инвестиции за разработване на постоянни и устойчиви инфраструктури, които да подкрепят широкото навлизане на дигиталните методи - развитието на е-изследванията Това, което обаче липсва, е развитието, на подходящ учебен материал, като например учебници, които биха преподавали основите на съвременните информационни системи и дигиталните методи по начин, който е достъпен за изследователи от широк спектър от дисциплини. Тази книга е опит да се запълни тази празнина. Целта й е да запълни празнината между генерирания първоначален интерес чрез презентации на потенциала на е-изследванията и различните обучения, които предават уменията, необходими за използване на специфични технологии. Описание на главата Книгата е разделена на четири основни раздела. Първите две глави предоставят общо въведение в принципите на е-изследванията и въвеждат разпределените системи, показвайки как те се различават от настолните системи за един потребител
Вторият раздел обсъжда редица различни примери за е-изследвания от редица дисциплини, демонстрирайки как научните изследвания могат да се възползват от и да бъдат движени напред от използването на усъвършенствани информационни и комуникационни технологии. Третият раздел очертава редица инфраструктури за търсене, които са на разположение на изследователите днес и обсъжда стратегиите зад развитието на европейски инициативи за грид, които имат за цел да осигурят устойчива среда за развитието на е-изследователски практики След това обсъждаме ролята на данните и тяхното управление през жизнения цикъл на изследването, както и редица подходящи технологии Петият раздел обсъжда различни начини, по които изследователите могат да имат достъп до инфраструктурни услуги и начините, по които те могат да бъдат включени в действителните ежедневни изследователски практики. И накрая, завършваме книгата с колекция от ресурси, които се надяваме да помогнат на читателя да проучи по-нататък областта на електронните изследвания и да направи информиран избор относно възприемането на технологиите и методите, описани в тази книга2 това съдържание е достъпно онлайн
Благодарности Преди всичко бихме искали да благодарим на нашите колеги, които допринесоха с глави за тази колекция. Отделиха щедро от времето си и съществения принос на експертен опит, без който тази книга не би могла да съществува
Също така бихме искали да благодарим на организациите, които са предоставили подкрепа в casISC. JIsc на Обединеното кралство предостави финансова подкрепа чрез финансирането за проектирани случаи на използване на е-инфраструктура и модели на използване на услуги. Алиансът за компютърни науки подкрепи процеса на редактиране чрез финансови вноски, направени от alex vossoOO Nationaoo-e-Scienceooo CentreThe National e-Science Center подкрепи процеса на редактиране чрез финансиране на приноса, направен от DavidMeRcThe Manchester e-Research Center подпомогна процеса на редактиране чрез финансиране на contribade от aleVoss и чрез администриране на производствения процес на първото издание на книгата